JP2021154339A

JP2021154339A - エレクトロスラグ溶接方法

Info

Publication number: JP2021154339A
Application number: JP2020056578A
Authority: JP
Inventors: 聖人笹木; Masahito Sasaki; 宏吉本; Hiroshi Yoshimoto
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP7341937B2

Abstract

【課題】溶接時の湯漏れを防止でき、アンダカットなどのない良好な溶接ビードが得られるエレクトロスラグ溶接方法を提供する。【解決手段】鋼板１、２同士を所定の間隔を設けて垂直方向に突き合わせ、その間隔部を水冷銅板３、４で挟んで当接させ、前記鋼１、２板及び前記水冷銅板３、４で囲まれた開先５内を溶接するエレクトロスラグ溶接方法において、前記水冷銅板３、４と前記鋼板１、２との当接面にガラステープＴを配置することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、エレクトロスラグ溶接方法に関し、溶接時の湯漏れを防止でき、アンダカットなどのない良好な溶接ビードが得られるエレクトロスラグ溶接方法に関する。

エレクトロスラグ溶接は、所定の間隔を空けて垂直方向に付き合わせた鋼板同士、あるいは一方の鋼板の端面をもう一方の鋼板の表面にＴ字形に付き合わせた鋼板同士を水冷銅板や鋼板で挟み、囲まれた開先内にフラックスを添加するとともに、溶接ワイヤを連続供給する消耗式あるいは非消耗式給電ノズルを挿入し、溶接開始後、アーク熱によって溶融したフラックスがスラグ浴を形成し、その溶融スラグに電流が流れることによる自らの抵抗発熱により高温になり、連続供給されるワイヤおよび母材が溶融され、スラグ浴の底部に溶融金属を形成することによって溶接する方法である。エレクトロスラグ溶接は、１パス溶接が可能で、他の溶接法に比べて高能率であるため、鉄骨及び橋梁分野などで広く適用されている。

図２に、従来のエレクトロスラグ溶接を示す。図２に示すように、垂直方向に付き合わせた鋼板１０１と鋼板１０２の間に間隔を設け、この間隔を略垂直方向から挟むように水冷銅板１０３と水冷銅板１０４を設置する。鋼板１０１及び鋼板１０２における水冷銅板１０３側の端部をそれぞれ第１端部１０１ａ、第１端部１０２ａ、鋼板１０１及び鋼板１０２における水冷銅板１０４側の端部をそれぞれ第２端部１０１ｂ、第２端部１０２ｂとし、水冷銅板１０３及び水冷銅板１０４における鋼板１０１側の端部をそれぞれ第１端部１０３ａ、第１端部１０４ａ、水冷銅板１０３及び水冷銅板１０４における鋼板１０２側の端部をそれぞれ第２端部１０３ｂ、第２端部１０４ｂとした場合、第１端部１０１ａと第１端部１０３ａ、第１端部１０２ａと第２端部１０３ｂ、第２端部１０１ｂと第１端部１０４ａ、第２端部１０２ｂと第２端部１０４ｂをそれぞれ当接させて開先１０５を形成する。

この開先１０５を用いてエレクトロスラグ溶接を行って種々検討した結果、鋼板１０１及び鋼板１０２と水冷銅板１０３及び水冷銅板１０４が当接する各当接面において、鋼板１０１及び鋼板１０２端部の加工状態、鋼板１０１及び鋼板１０２との平行度合、水冷銅板１０３及び水冷銅板１０４の押付け度合などによって鋼板１０１及び鋼板１０２と水冷銅板１０３及び水冷銅板１０４との各当接面に隙間が発生すると、その隙間に開先１０５内の溶融金属が入り込み、凝固の際に表面にスラグが生成する。このスラグには厚みがあるため、スラグを取り除いた際にアンダカットが発生するという問題点があった。また、その隙間が大きい場合には隙間に溶融金属が流れて湯漏れが発生するという問題点があった。

また、特許文献１には、作業が簡便で溶接能率が高い非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法が開示されている。しかし、垂直方向に突き合わせた鋼板同士を溶接するエレクトロスラグ溶接では、鋼板及び水冷銅板を組み合わせて開先を形成するが、鋼板端部の開先精度が悪い場合、鋼板と水冷銅板が均一に密着できなかったり、また、溶接中に試験体が変形したりすることによって、鋼板と水冷銅板の間に隙間が生じ溶融金属が流れ落ちる現象（以下、湯漏れという。）が発生し、ビード形状が不良になるという問題点があった。

この問題を改善する手法について、特許文献２には、鋼管部材とダイヤフラムを挟んで配置する裏当材との当接面に熱膨張性耐火材を配置することで、鋼管部材とダイヤフラムをエレクトロスラグ溶接する際、熱膨張性耐火材が膨張して鋼管部材と裏当材の隙間を塞いで溶融金属が漏れるのを防止する方法が開示されている。しかし、特許文献２に記載の方法は、鋼管部材とダイヤフラムとのエレクトロスラグ溶接での湯漏れを防止する方法であり、溶接長が長い鋼板及び水冷銅板で囲まれた開先内を溶接するエレクトロスラグ溶接では、当接面の隙間を完全に塞ぐことが難しく、十分な効果が得られないという問題点があった。

また、特許文献３には、鋼管部材と当接するダイヤフラム端面の両端に突起部を設けることで、エレクトロスラグ時の湯漏れを防止するダイヤフラムの製造方法が開示されている。しかし、鋼板及び水冷銅板で囲まれた開先内を溶接するエレクトロスラグ溶接では、鋼板全長の端面に突起物を設けるのは難しく、十分な効果が得られないという問題点があった。

特開平８−１０９６９号公報特開平７−２２９２４３号公報特開２００４−３５１４３８号公報

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、エレクトロスラグ溶接方法において、溶接時の湯漏れを防止でき、アンダカットなどのない良好な溶接ビードが得られるエレクトロスラグ溶接方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、鋼板同士を所定の間隔を設けて垂直方向に突き合わせ、その間隔部を水冷銅板で挟んで当接させ、前記鋼板及び前記水冷銅板で囲まれた開先内を溶接するエレクトロスラグ溶接方法において、前記水冷銅板と前記鋼板との当接面にガラステープを配置することを特徴とする。

また、前記ガラステープの厚さが０．５〜２．０ｍｍであることも特徴とするエレクトロスラグ溶接方法にある。

本発明のエレクトロスラグ溶接方法によれば、溶接時の湯漏れを防止でき、アンダカットなどのない良好な溶接ビードが得られるエレクトロスラグ溶接ができるので、ビード形状が良好な溶接部を高能率に得ることができる。

図１は、本発明のエレクトロスラグ溶接方法の開先形状を示す図である。図２は、従来のエレクトロスラグ溶接方法の開先形状を示す図である。

本発明者らは、上述の課題を解決するために、鋼板及び水冷銅板で囲まれた開先内を溶接するエレクトロスラグ溶接において、湯漏れが発生せず、ビード形状が良好な溶接部を得られる溶接方法について種々検討した。具体的には、鋼板１及び鋼板２と水冷銅板３及び水冷銅板４との各当接面の隙間を無くす方法について種々検討した。その結果、図１に示すように、鋼板１及び鋼板２における水冷銅板３側の端部をそれぞれ第１端部１ａ、第１端部２ａ、鋼板１及び鋼板２における水冷銅板４側の端部をそれぞれ第２端部１ｂ、第２端部２ｂとし、水冷銅板３及び水冷銅板４における鋼板１側の端部をそれぞれ第１端部３ａ、第１端部４ａ、水冷銅板３及び水冷銅板４における鋼板２側の端部をそれぞれ第２端部３ｂ、第２端部４ｂとした場合、第１端部１ａと第１端部３ａ、第１端部２ａと第２端部３ｂ、第２端部１ｂと第１端部４ａ、第２端部２ｂと第２端部４ｂの間に所定の厚さのガラステープＴを各々配置することで、鋼板１及び鋼板２と水冷銅板３及び水冷銅板４との各当接面の隙間を埋め、湯漏れを防止できることを見出した。

また、所定の厚さのガラステープＴを各当接面の間に配置することにより、ガラステープＴが溶けた際に鋼板１及び鋼板２と水冷銅板３及び水冷銅板４との各当接面の間に適正な隙間が生じ、その隙間にスラグを形成させることでアンダカットのない良好なビード形状が得られることを見出した。

なお、ガラステープＴの厚さは０．５〜２．０ｍｍとする。鋼板１及び鋼板２と水冷銅板３及び水冷銅板４との各当接面の間に所定の厚さのガラステープＴを配置することで、鋼板１及び鋼板２と水冷銅板３及び水冷銅板４との各当接面からの溶融金属などの湯漏れを防ぐとともに、各当接面の間に配置したガラステープＴによるギャップとガラステープＴ端部の間に溶融金属を流入させてスラグを生成させることができるので、アンダカットを防止してビード形状を良好にする効果が得られる。ガラステープＴの厚さが０．５ｍｍ未満では、試験体の組み立てあるいは溶接中に発生する各当接面の隙間を埋めることができず、各当接面の隙間に溶融金属が入り込んで湯漏れが発生しやすくなる。また、ガラステープＴが溶けた隙間に生成するスラグの厚みが、ガラステープＴが溶けた時に生じる隙間より大きいため、アンダカットが発生してビード形状が不良になる。一方、ガラステープＴの厚さが２．０ｍｍを超えると、鋼板１、２と水冷銅板３、４との間隔が過剰に大きくなるため、溶接ビード端部の余盛が過度に多くなり、ビード形状が悪くなる。したがって、各当接面の間に配置するガラステープＴの厚さは０．５〜２．０ｍｍとする。

なお、各当接面の間に配置するガラステープＴの材質及び厚さ以外のサイズについては特に限定はしないが、ＳｉＯ_２を主成分とする一般的なガラステープＴを用いても良い。また、ガラステープＴの配置方法については特に限定しないが、粘着性のりが付いているものを用いて鋼板１、２または水冷銅板３、４に貼付しても良い。

また、使用するソリッドワイヤについては、特に限定はしないが、ＪＩＳＺ３３５３ＹＥＳ５２に準拠するソリッドワイヤを用いることが好ましい。

さらに、使用するフラックスについては、特に限定はしないが、中酸化マンガン系溶融型フラックスを用いることが好ましい。

以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。

ＪＩＳＺ３１０６ＳＭ４９０Ａに準拠した２枚の板厚５０ｍｍの鋼板１、２を用い、鋼板１、２同士を２５ｍｍの間隔を空けて鋼板１、２端部を垂直に突き合わせて平行に配置し、２枚の鋼板１、２の両面に拘束板を溶接して固定した後、その試験体を土台となる下板に対して垂直に立て当接し、溶接して固定する。次いで、２つの水冷銅板３、４を鋼板突合せ方向とは略垂直方向から間隔部を挟むよう鋼板１、２両面に配置した後、２枚の鋼板１、２と２つの水冷銅板３、４との各当接面の間（４箇所）に表１に示す厚さのガラステープＴを配置し、各々配置したガラステープＴを挟みながら各鋼板１、２と水冷銅板３、４の各当接面を当接した後、拘束板穴部と水冷銅板３、４の間にクサビを挿入して水冷銅板３、４を固定させて開先５を形成する。

形成された開先５内に、ＪＩＳＺ３３５３ＦＳ−ＦＧ３に準拠した溶融型フラックスを添加し、給電ノズルを挿入し、ＪＩＳＺ３３５３ＹＥＳ５２に準拠したワイヤ径が１．６ｍｍφの溶接用ワイヤを送り出しながら表２に示す溶接条件で非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接を実施した。なお、試験体の高さは１０００ｍｍとした。

調査項目は、溶接時の湯漏れの有無、溶接後のビード形状を目視で調査した。それらの結果を表３にまとめて示す。

表３中試験Ｎｏ．１〜試験Ｎｏ．５は本発明例、試験Ｎｏ．６〜試験Ｎｏ．８は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５は、鋼板１、２と水冷銅板３、４の各当接面の間にガラステープＴが各々配置され、各々配置されたガラステープＴの厚さが適正なので、エレクトロスラグ溶接時に湯漏れの発生が無く、溶接後のビード形状も良好であるなど極めて満足な結果であった。

比較例中試験Ｎｏ．６は、ガラステープの厚さが薄いので、鋼板１、２と水冷銅板３、４との各当接面の隙間を塞ぐことができず、溶接時に湯漏れが発生した。また、溶接ビードにアンダカットが発生してビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．７は、ガラステープＴの厚さが厚いので、ビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．８は、鋼板１、２と水冷銅板３、４の各当接面の間にガラステープＴが配置されていないので、鋼板１、２と水冷銅板３、４との各当接面の隙間を塞ぐことができず、溶接時に湯漏れが発生した。また、溶接ビードにアンダカットが発生してビード形状が不良であった。

１鋼板
１ａ第１端部
１ｂ第２端部
２鋼板
２ａ第１端部
２ｂ第２端部
３水冷銅板
３ａ第１端部
３ｂ第２端部
４水冷銅板
４ａ第１端部
４ｂ第２端部
５開先
Ｔガラステープ

Claims

鋼板同士を所定の間隔を設けて垂直方向に突き合わせ、その間隔部を水冷銅板で挟んで当接させ、前記鋼板及び前記水冷銅板で囲まれた開先内を溶接するエレクトロスラグ溶接方法において、前記水冷銅板と前記鋼板との当接面にガラステープを配置することを特徴とするエレクトロスラグ溶接方法。
前記ガラステープの厚さが０．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接方法。