JP2581485B2

JP2581485B2 - 多電極片面サブマージアーク溶接法の終端処理方法

Info

Publication number: JP2581485B2
Application number: JP4095253A
Authority: JP
Inventors: 繁男大山; 展之大濱; 隆一元松
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPH05285662A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４電極を用いる多電極
片面サブマージアーク溶接法に係わり、さらに詳しく
は、従来より大幅に溶接速度を向上した高能率な片面サ
ブマージアーク溶接法の終端処理方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、厚板の高能率溶接法として片
面サブマージアーク溶接法が造船を中心にさかんに適用
されてきた。ところが、効率化追求のレベルは益々高く
なり、従来の溶接速度に比べ１．５〜２倍の高速性を加
味した溶接法が要望されている。

【０００３】しかしながら、従来の片面サブマージアー
ク溶接法は、特公昭５８−２２５７２号公報や特公昭４
９−３８４２０号公報等に開示されているが如く、いず
れも溶接速度８０cm/min未満である。

【０００４】一方、表側および裏側より、各々溶接する
通常の継手溶接においては、溶接速度１００cm/min以上
の多電極溶接が数多く開示されているが、この技術をそ
のまま片面サブマージアーク溶接法に適用することは困
難である。通常の多電極溶接においては、溶け込みおよ
び溶着量を確保するため、かなり強引に電流を上げても
溶け落ちの心配がなく、また、裏ビード形成のための特
別の配慮が必要でないため、高速化も比較的容易に達成
できる。しかし、片面サブマージアーク溶接において
は、表ビードはもちろんのこと、健全な裏ビードをも同
時に形成することが要求されるので、高速化を達成する
ために、単純に電極数を増やし電流を上げると、裏ビー
ドが出すぎてビードが不均一になり、極端な場合には横
割れが発生することになる。さらに、溶接速度が速いと
ビードが細くなり、裏ビード端部にアンダーカットが発
生し易くなる。加えて、高速ゆえに溶接金属の凝固が速
く、図４（ａ）に示すが如く、結晶の成長方向（デンド
ライト）が突合せになり、非常に割れ易い組織となる。

【０００５】そこで、本願発明者らは特願平２−３１８
８９号、特願平２−３５９１８号、特願平２−６５２５
１号、特願平２−１０８１８９号、特願平２−１９７６
１１号、特願平２−２２９８８６号、特願平２−２６７
９４８号、特願平３−９６１６８号において４電極以上
を用いる片面サブマージアーク溶接の高速化技術を提案
した。

【０００６】しかしながら、その後鋭意検討した結果、
これら技術において、溶接終端部に融合不良発生の可能
性があることが明らかとなった。即ち、溶接終端部に
は、クレータ割れ防止対策として、図１に示すように開
先表面まで段階的に終端シーリングビード（以下シーリ
ングビードと略す）が形成される。図１は、２段階のシ
ーリングビード、即ち、板の中央部までシーリングした
Ｂ−Ｃ間および表面までシーリングしたＣ−Ｄ間を示し
ている。かかる状況のもと、８０cm/min以上の高速で溶
接を行い、溶接条件を変えずＢ−Ｃ間で第１，第２電極
を停止した後、Ｃ−Ｄ間で第３，第４電極を停止すると
クレータ部が長くなるばかりでなく、第１，第２電極の
クレータホール部の余盛が少なく、第２電極停止以後は
第３，第４電極による２電極溶接となるため、第１，第
２電極の停止位置の手前よりビード幅が極端に細くな
る。また、第１，第２電極の停止時にはアークガウジン
グ部が大きく残るため、残留したスラグが第３，第４電
極では溶けきれず、第１，第２電極を停止した位置にお
いて融合不良が発生する可能性が高い。

【０００７】尚、ここでいう片面サブマージアーク溶接
法とは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、突き合わさ
れた被溶接材１，１′の裏面から、銅当金２上に層状に
散布したバッキングフラックス４、または耐火性キャン
バス７内に収納されたバッキングフラックス４をエアー
ホース５等の押上機構により被溶接材１，１′の裏面に
押圧しておき表側よりワイヤ３、フラックス６を用いて
サブマージアーク溶接を行い、被溶接材の表側と裏側に
同時にビード形成する溶接方法である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記４電極
を用いる高速片面サブマージアーク溶接法において、溶
接終了時に健全なビードを形成する終端処理方法を提供
することを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記事情に
鑑み種々検討した結果、以下の知見を得た。即ち、４電
極以上の高速片面サブマージアーク溶接において溶接終
了時に健全なビードを得るためには、（１）第１電極は、特定の位置で停止すること（２）第２電極の停止位置は、第１電極よりも後方であ
ること（３）第３電極が特定の位置に来た時点で溶接速度を減
速すること（４）第３電極の電流を特定の位置で増加すること（５）第３，第４電極の停止位置は、第２電極よりも後
方であることの５点が重要である。

【００１０】即ち、本発明の要旨とするところは、４電
極を用いて第２〜第３電極の間隔を１００〜２５０mmと
した溶接速度８０cm/min以上の片面サブマージアーク溶
接法において、第１電極の停止位置を終端シーリングビ
ードの先端から１０mm以上後方とし、かつ第２電極の停
止位置を第１電極停止位置の後方とし、さらに第３電極
が第１電極停止位置から５０〜１００mm手前の位置で、
溶接速度をそれまでの３５〜６５％に減速するととも
に、第３電極の電流を１５〜４０％増加し、かつ第３，
第４電極の停止位置を第２電極停止位置の後方とするこ
とを特徴とする多電極片面サブマージアーク溶接法の終
端処理方法である。

【００１１】

【作用】以下に、本発明について詳細に説明する。ま
ず、本発明においては４本の電極を用いることが必要で
ある。これにより、第１，２電極で裏ビードを形成し、
第３電極および第４電極で表ビードを形成し、必要な溶
着量を確保することが可能となる。

【００１２】次に、第２〜第３電極の極間を１００〜２
５０mmとすることが必要である。第３，第４電極は、必
要な溶着量を確保するために用いるのと同時に第１，第
２電極で形成された溶接金属を溶融し、図４（ｂ）に示
す如くデンドライトの方向を上むきに制御する役割もあ
る。しかし、第２〜第３電極の極間が狭いと、いわゆる
ワンプールとなり第３電極によるアークが裏ビード下端
まで到達し、ビードが出すぎ、デンドライトも突合せと
なり非常に割れ易い組織となる。しかし、極間が広すぎ
るとスラグが完全に凝固して、安定したアークを発生す
ることができなくなる。

【００１３】〔第１電極の停止位置の限定理由〕４電極
を用いる片面溶接において、第１，第２電極の役割は、
第１電極で開先ルート部を溶融し、第２電極で第１電極
により生成した溶融メタルを下に押し下げ、裏ビードを
形成することである。溶接を行う際、ワイヤ直下はアー
クによるガウジングが行われ空洞となり、実際には溶融
メタルはワイヤ後方で生成される。図１に示す溶接終端
部のシーリングビードの先端Ｂあるいはそれ以前の位置
で第１電極を停止した場合、溶融メタルはシーリングビ
ードの手前でしか生成されず、このためシーリングビー
ドの直前で裏ビードが出ない部分が発生する。アーク空
洞の大きさは、大きいものでも直径２０mm以下である。
従って、第１電極の停止位置は、シーリングビード先端
から１０mm以上後方（図１のＤ側）とした。

【００１４】〔第２電極の停止位置の限定理由〕４電極
を用いる片面溶接においては、第１，第２電極で裏ビー
ドを形成し、第３，第４電極で第１，第２電極により発
生したスラグを再溶融し、表ビードを形成する。各電極
の電流配分は、第１電極を１とした場合、概ね第２電極
で０．８、第３，第４電極で０．５程度であり、第１，
第２電極は、安定した裏ビードを得るため、高い電流値
を用い、一方、第３，第４電極は、欠陥の無い良好な表
ビードを形成するため電流値は低く抑える。このため、
第１，第２電極を同時に停止すると、アークによるガウ
ジング部が大きくなり、残留したスラグは第３，第４電
極では溶けきれず、融合不良を発生する。このため、第
１電極と第２電極の残留スラグを分散し、かつ第１電極
の残留スラグを第２電極で溶融することが必要となる。
さらに、第３，第４電極で、良好な表ビードを形成する
ために、第１電極におけるクレータホールの余盛不足を
第２電極で補うことも必要となる。従って、第２電極の
停止位置は、第１電極の停止位置の後方とした。

【００１５】〔減速した速度の限定理由〕図１に示す溶
接終端部のシーリングビードにおいて、４電極溶接の場
合、Ｂ−Ｃ間で第１，第２電極を停止し、次にＣ−Ｄ間
のＤ近傍で第３，第４電極を停止する。Ｃ−Ｄ間では２
電極溶接になるため、４電極溶接と比べビード外観が異
なり、特にビード幅は極端に狭くなる。ビード幅を広げ
るためには、溶接速度の減速が有効である。さらに、溶
接速度を減速することにより、表ビードのクレータ長さ
も短くなる。しかし、溶接速度の３５％未満では速度が
遅すぎ、ビードが過大になる。一方、溶接速度の６５％
超では速度が早すぎ、４電極相当のビード幅が得られな
い。従って、終端処理の溶接速度は、それまでの溶接速
度の３５〜６５％とした。

【００１６】〔第３電極の電流増加量の限定理由〕４電
極片面溶接において、第３，第４電極は第１，第２電極
により発生したスラグを再溶融し、表ビードを形成す
る。主に凝固したスラグを再溶融するのは第３電極であ
るが、前述の如く、第３電極の電流値は比較的低く設定
する。このため、そのままの電流値では第２電極のクレ
ータ部の残留スラグを完全に溶融することは難しい。そ
こで第３電極の電流の増加が必要となる。その際、１５
％未満の増加では、第２電極の残留スラグを完全に溶融
することは難しい。一方、電流を４０％超の増加ではア
ークが裏ビード下端にまで到達し、前述の如く、裏ビー
ドに悪影響を及ぼす。従って、第３電極の電流は、それ
までの電流値の１５〜４０％増加とした。

【００１７】〔減速位置および第３電極の電流増加位置
の限定理由〕図１に示す溶接終端部のシーリングビード
において、４電極溶接の場合、Ｂ−Ｃ間で第１，第２電
極を停止し、次にＣ−Ｄ間のＤ近傍で第３，第４電極を
停止する。Ｃ−Ｄ間では２電極溶接になるため、４電極
溶接と比べビード幅は極端に狭くなる。ビード幅を広げ
るためには、溶接速度の減速が有効であるが、速度を減
速する位置は、２電極溶接になる手前から行わなければ
ならない。これは、前述の如く溶融メタルは、ワイヤ後
方で生成されるが、終端部では第１，第２電極のアーク
が切れているのでメタルの供給がなくなるため、クレー
タ部の余盛量は終端部に近づくにつれ少なくなる。即
ち、第１，第２電極により作られたクレータは、終端部
に近づくにつれ余盛量が少なくなり、第１電極を停止し
た位置から減速した場合、表ビードの幅は徐々に狭くな
り、減速した位置より極端に太くなる。従って、減速す
る位置は、２電極溶接になる手前から行わなければなら
ない。本発明者等は、第１，第２電極で形成されるクレ
ータ長さを検討した結果、クレータ長さは最大約２００
mmであった。また、クレータの約半分の位置から余盛量
が不足し始めている。従って、減速は、第１電極を停止
した位置から１００mm以下の位置である必要がある。し
かし、第１電極の停止位置から５０mm未満で減速する
と、表ビードの幅は徐々に狭くなり、減速した位置から
極端に太くなる。従って、減速位置は第３電極が、第１
電極停止位置から５０〜１００mm手前に到達した位置と
した。

【００１８】第３電極は、主に第１，第２電極により発
生、凝固したスラグを再溶融する。溶接速度を減速した
場合、第１，第２電極のスラグが再溶融されるまでの時
間が長くなり、スラグの凝固が進む。このため、第３電
極の比較的低い設定の電流値では、第１，第２電極のビ
ード趾端部のスラグまで溶かしきれず、融合不良が発生
する。そこで、第３電極の電流を増加する位置は、溶接
速度を減速した位置とした。

【００１９】〔第３，第４電極の停止位置の限定理由〕
前述の通り、第１，第２電極は、安定した裏ビードを得
るため、高い電流値を用い、一方、第３，第４電極は、
欠陥の無い良好な表ビードを形成するため電流値は低く
抑える。第１電極の残留スラグは第２電極で溶融し、ク
レータホール部の余盛不足も第２電極で補う。同様に、
第２電極の残留スラグの溶融、クレータホール部の余盛
不足を補い、良好な表ビードを形成するため第３，第４
電極の停止位置は、第２電極の停止位置を後方とした。

【００２０】ところで、本発明溶接法は片面サブマージ
アーク溶接法であり、溶接材料として表側フラックス、
バッキングフラックスおよび電極ワイヤを必要とするも
のであるが、これら溶接材料に関しては、目的に応じた
適正な溶接金属を得ることのできるものであればそれら
の組成については特に限定されるものではない。

【００２１】即ち、表側フラックスとしては、Ｓｉ
Ｏ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＭｎＯ，ＭｇＯ等の金属
酸化物、ＣａＦ₂，ＭｇＦ₂等の金属弗化物、ＣａＣＯ
₃等の金属炭酸塩、Ｓｉ，Ｍｎ等の脱酸剤、Ｎｉ，Ｍｏ
等の合金剤あるいは鉄粉を適宜配合して作製されたフラ
ックスを用いればよい。フラックスタイプとしては、メ
ルト形、ボンド形フラックスのいずれでもよい。バッキ
ングフラックスについても同様である。

【００２２】電極ワイヤはフラックス組成との関連で選
択されるものであるが、Ｍｎ：０．３〜３．５％、Ｍ
ｏ：０．１０〜１．０％、Ｎｉ：０．５〜５％の一種ま
たは二種以上を含有するワイヤが強度および靭性を確保
する上で好ましい。

【００２３】以上本発明について詳述したが、本発明効
果をさらに明確にするため、以下実施例について述べ
る。

【００２４】

【実施例】表１に示す鋼板に対し、表２のワイヤ、表３
のフラックス、表４のバッキングフラックスを用いて、
１２種類の片面サブマージアーク溶接を行った。表３の
フラックスは、原料粉を水ガラスを用いて造粒した後、
４００℃×１２０min の条件でロータリーキルンで焼成
したボンドフラックスで仕上がりフラックスの粒度は１
２×１００メッシュで整粒した。また、表４のバッキン
グフラックスは図４（ａ）に示した銅当金併用型のバッ
キングフラックスでボンド形フラックスである。尚、フ
ェノール樹脂はアルコールを溶媒として溶解し、粘液と
した後、フラックス粒子に被覆した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】本発明実施例における溶接結果を表５に示
す。本発明例であるNo．１〜４は本発明効果によりいず
れも良好な溶接結果を得ることができたが、一方、比較
例のNo．５〜８の場合、溶接結果の欄に記入してあるよ
うに、満足できるビードの形成ができなかった。

【００３０】尚、表５において、開先形状は図２に示す
形状を用いた。ｔは試験板の板厚、ｄはルートフェー
ス、θは開先角度である。ワイヤ径は、第１電極４．８
mmφ、第２電極６．４mmφ、第３電極６．４mmφ、第４
電極６．４mmφで、溶接電圧は、第１電極３５Ｖ、第２
電極４０Ｖ、第３電極４０Ｖ、第４電極４５Ｖである。

【００３１】

【表５】

【００３２】

【表６】

【００３３】

【表７】

【００３４】

【発明の効果】本発明では、４電極を用いる高速片面サ
ブマージアーク溶接において、溶接終端部に融合不良な
どの欠陥のない健全なビードを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、溶接部終端のシーリングビ
ードを説明するための図である。

【図２】本発明実施例に用いた開先形状を示す正面図で
ある。

【図３】（ａ），（ｂ）は片面サブマージアーク溶接法
を説明するための正面図である。

【図４】（ａ），（ｂ）は溶接金属のデンドライトの方
向を説明するための正面図である。

【符号の説明】

１，１′ 被溶接材２銅当金３電極ワイヤ４バッキングフラックス５エアーホース６フラックス７耐火性キャンパス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−295677（ＪＰ，Ａ) 特開平４−251672（ＪＰ，Ａ) 特開平４−84676（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】４電極を用いて第２〜第３電極の間隔を
１００〜２５０mmとした溶接速度８０cm/min以上の片面
サブマージアーク溶接法において、第１電極の停止位置
を終端シーリングビードの先端から１０mm以上後方と
し、かつ第２電極の停止位置を第１電極停止位置の後方
とし、さらに第３電極が第１電極停止位置から５０〜１
００mm手前の位置で、溶接速度をそれまでの３５〜６５
％に減速するとともに、第３電極の電流を１５〜４０％
増加し、かつ第３，第４電極の停止位置を第２電極停止
位置の後方とすることを特徴とする多電極片面サブマー
ジアーク溶接法の終端処理方法。