JP2634521B2 - 溶接継手性能の優れた高能率溶接方法 - Google Patents
溶接継手性能の優れた高能率溶接方法Info
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- JP2634521B2 JP2634521B2 JP3291656A JP29165691A JP2634521B2 JP 2634521 B2 JP2634521 B2 JP 2634521B2 JP 3291656 A JP3291656 A JP 3291656A JP 29165691 A JP29165691 A JP 29165691A JP 2634521 B2 JP2634521 B2 JP 2634521B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鉄骨、橋梁、造船等の鋼
構造物において、特に板厚５０mm超・強度５７０N/mm2
超の高張力鋼材の溶接施工能率向上を目的として用いら
れるエレクトロスラグ溶接、エレクトロガス溶接に係わ
り、溶接による継手性能の劣化を防止した溶接継手性能
の優れた高能率溶接方法に関する。
構造物において、特に板厚５０mm超・強度５７０N/mm2
超の高張力鋼材の溶接施工能率向上を目的として用いら
れるエレクトロスラグ溶接、エレクトロガス溶接に係わ
り、溶接による継手性能の劣化を防止した溶接継手性能
の優れた高能率溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より上記した用途に使用される極厚
鋼構造部材では溶接施工能率向上の観点でエレクトロス
ラグ溶接、エレクトロガス溶接などの大入熱溶接が適用
されることが多い。
鋼構造部材では溶接施工能率向上の観点でエレクトロス
ラグ溶接、エレクトロガス溶接などの大入熱溶接が適用
されることが多い。
【０００３】しかし、これらの溶接は溶接入熱量が大き
いことから鋼母材の溶接熱影響部材質が劣化（主として
靭性）することがしばしばあり、構造物の安全性の観点
から問題視されている。この材質劣化は溶接熱影響部の
金属組織変化に起因することが広く知られている。
いことから鋼母材の溶接熱影響部材質が劣化（主として
靭性）することがしばしばあり、構造物の安全性の観点
から問題視されている。この材質劣化は溶接熱影響部の
金属組織変化に起因することが広く知られている。
【０００４】この材質劣化を防止する目的で、これまで
にも数々の提案がなされている。例えば、鋼材の溶接熱
影響の靱性の改善対策として、溶鋼中に適量のTiを添加
し鋼塊を所定の冷却速度以上とすることにより得られ
る、微細Ti炭窒化物の結晶粒粗大化防止効果に着目し、
熱影響部の組織粗大化及び低靱性組織（以上ベイナイト
組織）化を防止することを提案した特公昭５１−４４０
８８号公報、特公昭５１−１６８９０号公報。
にも数々の提案がなされている。例えば、鋼材の溶接熱
影響の靱性の改善対策として、溶鋼中に適量のTiを添加
し鋼塊を所定の冷却速度以上とすることにより得られ
る、微細Ti炭窒化物の結晶粒粗大化防止効果に着目し、
熱影響部の組織粗大化及び低靱性組織（以上ベイナイト
組織）化を防止することを提案した特公昭５１−４４０
８８号公報、特公昭５１−１６８９０号公報。
【０００５】更には、溶接部に添設した冷却箱に冷却水
を通水し溶接部を強制冷却することにより、熱影響部の
低靱性組織（上部ベイナイト組織）化を防止することを
提案した特願平３−２１０５３号などである。
を通水し溶接部を強制冷却することにより、熱影響部の
低靱性組織（上部ベイナイト組織）化を防止することを
提案した特願平３−２１０５３号などである。
【０００６】しかし、近年の構造物の大型化により使用
鋼材は板厚増大、高張力鋼化（ 570N/mm2 超）する趨勢
にあり、これらの提案技術では問題点を解決できない現
状にある。
鋼材は板厚増大、高張力鋼化（ 570N/mm2 超）する趨勢
にあり、これらの提案技術では問題点を解決できない現
状にある。
【０００７】即ち、前者の提案は熱影響のオーステナイ
ト結晶粒を微細化することによりその組織をフェライト
＋パーライト組織とし、継手性能の劣化を防止すること
を技術思想とする発明であり、合金元素添加量が多く焼
入性の高くなる570 N/mm2 超の高張力鋼には不適切な技
術であり効果も期待出来ない。
ト結晶粒を微細化することによりその組織をフェライト
＋パーライト組織とし、継手性能の劣化を防止すること
を技術思想とする発明であり、合金元素添加量が多く焼
入性の高くなる570 N/mm2 超の高張力鋼には不適切な技
術であり効果も期待出来ない。
【０００８】また、後者の提案技術は溶接部に添設した
冷却箱に通水された冷却水により溶接部を強制冷却し、
継手靱性を向上させるとする提案であるが、熱伝達係数
が小さいため冷却能に限界があり、板厚が薄く溶接部と
冷却面との距離が短い場合はよいが、５０mm以上の板厚
で、エレクトロスラグ溶接あるいはエレクトロガス溶接
等の超大入熱溶接の場合には母材との界面に蒸気膜がで
きて冷却効率が著しく低下し、劣化を防止することはで
きなかった。
冷却箱に通水された冷却水により溶接部を強制冷却し、
継手靱性を向上させるとする提案であるが、熱伝達係数
が小さいため冷却能に限界があり、板厚が薄く溶接部と
冷却面との距離が短い場合はよいが、５０mm以上の板厚
で、エレクトロスラグ溶接あるいはエレクトロガス溶接
等の超大入熱溶接の場合には母材との界面に蒸気膜がで
きて冷却効率が著しく低下し、劣化を防止することはで
きなかった。
【０００９】以上述べたごとく、使用鋼材の高張力鋼
化、大板厚化に伴い前記した各提案技術によっては溶接
継手性能劣化を完全に防止することが困難な状況に至っ
ているのが現状であり、新たな技術が求められている。
化、大板厚化に伴い前記した各提案技術によっては溶接
継手性能劣化を完全に防止することが困難な状況に至っ
ているのが現状であり、新たな技術が求められている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した現状
を打開する一方策として高能率溶接時の継手性能劣化防
止方法を提案するものである。
を打開する一方策として高能率溶接時の継手性能劣化防
止方法を提案するものである。
【００１１】高張力鋼を高能率溶接した時の溶接継手性
能劣化（主として靱性）は溶接熱影響部組織に起因する
場合が多い。本発明が対象とするエレクトロスラグ溶
接、エレクトロガス溶接などの大入熱溶接の場合、溶接
熱影響部が受ける熱履歴（加熱・冷却）は小入熱溶接に
比べると極めて緩やかなものである。従ってこれらの溶
接では熱影響部が高温（1000℃以上）にさらされる時間
が長く、オーステナイト結晶粒の成長が著しい。更に、
溶接後の冷却が緩冷却となるため金属組織は靱性値の低
い上部ベイナイト組織になり易い。即ち、大入熱溶接の
熱影響部は粗大な低靱性組織が生成しやすい条件下にあ
ると言える。この傾向は高強度鋼ほど、また、溶接入熱
量の大きいほど（板厚の増大により溶接入熱量は大きく
なる）顕著である。
能劣化（主として靱性）は溶接熱影響部組織に起因する
場合が多い。本発明が対象とするエレクトロスラグ溶
接、エレクトロガス溶接などの大入熱溶接の場合、溶接
熱影響部が受ける熱履歴（加熱・冷却）は小入熱溶接に
比べると極めて緩やかなものである。従ってこれらの溶
接では熱影響部が高温（1000℃以上）にさらされる時間
が長く、オーステナイト結晶粒の成長が著しい。更に、
溶接後の冷却が緩冷却となるため金属組織は靱性値の低
い上部ベイナイト組織になり易い。即ち、大入熱溶接の
熱影響部は粗大な低靱性組織が生成しやすい条件下にあ
ると言える。この傾向は高強度鋼ほど、また、溶接入熱
量の大きいほど（板厚の増大により溶接入熱量は大きく
なる）顕著である。
【００１２】本発明ではこれら脆化要因を軽減し、継手
性能劣化を完全に防止することを課題とするものであ
る。
性能劣化を完全に防止することを課題とするものであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】厚手高強度鋼板の大入熱
溶接継手性能劣化の主因は、熱影響部が高温域に長時間
滞留し、緩冷却されることによるミクロ組織の脆弱化に
ある。
溶接継手性能劣化の主因は、熱影響部が高温域に長時間
滞留し、緩冷却されることによるミクロ組織の脆弱化に
ある。
【００１４】本発明ではこの溶接継手脆弱化要因を解消
することにより、継手性能を向上することを目的として
おり、その要旨とするところは、Ｔ字状に結合した鋼母
材をエレクトロスラグ溶接、エレクトロガス溶接するに
際し、溶接部背面に噴射水遮蔽カバーを設置し、該遮蔽
カバーに溶接線に沿って上下方向に一列に取付けた複数
の噴射ノズルより、溶接部背面に向かって溶接位置の上
昇に追随して下方から上方に順次切替えながら、10〜20
00 l/m2/min の冷却水を２〜１０kgf/cm2 （Ｇ）の噴射
圧で噴射し、溶接部背面での水蒸気膜の形成を防止しな
がら溶接することを特徴とする溶接継手性能の優れた高
能率溶接方法にある。
することにより、継手性能を向上することを目的として
おり、その要旨とするところは、Ｔ字状に結合した鋼母
材をエレクトロスラグ溶接、エレクトロガス溶接するに
際し、溶接部背面に噴射水遮蔽カバーを設置し、該遮蔽
カバーに溶接線に沿って上下方向に一列に取付けた複数
の噴射ノズルより、溶接部背面に向かって溶接位置の上
昇に追随して下方から上方に順次切替えながら、10〜20
00 l/m2/min の冷却水を２〜１０kgf/cm2 （Ｇ）の噴射
圧で噴射し、溶接部背面での水蒸気膜の形成を防止しな
がら溶接することを特徴とする溶接継手性能の優れた高
能率溶接方法にある。
【００１５】
【作用】この溶接方法は鋼母材をＴ字状に結合した形で
溶接する際には、溶接される鋼母材の溶接部背面に直接
冷却水を噴射し得る空間が確保できることに着目し、鋼
母材の溶接部背面に直接冷却水を噴射して溶接部の鋼母
材の冷却速度を大きくすることにより、熱影響部が高温
に曝される時間を短縮して熱影響部の劣化を防止するも
のである。
溶接する際には、溶接される鋼母材の溶接部背面に直接
冷却水を噴射し得る空間が確保できることに着目し、鋼
母材の溶接部背面に直接冷却水を噴射して溶接部の鋼母
材の冷却速度を大きくすることにより、熱影響部が高温
に曝される時間を短縮して熱影響部の劣化を防止するも
のである。
【００１６】この溶接方法によれば、従来の微細Ti炭窒
化物による結晶粒粗大化防止が有効に作用しない570 N/
mm2 超の高張力鋼の熱影響部の劣化を防止できるのみで
なく、従来の冷却箱に通水する強制冷却方式では冷却能
が不充分である５０mm超の板厚の鋼材の熱影響部の劣化
を防止できる。
化物による結晶粒粗大化防止が有効に作用しない570 N/
mm2 超の高張力鋼の熱影響部の劣化を防止できるのみで
なく、従来の冷却箱に通水する強制冷却方式では冷却能
が不充分である５０mm超の板厚の鋼材の熱影響部の劣化
を防止できる。
【００１７】この溶接方法では、溶接部背面に噴射水遮
蔽カバーを設置しておき、噴射水および水蒸気が溶接部
に悪影響を及ぼすことを防止しておく必要がある。
蔽カバーを設置しておき、噴射水および水蒸気が溶接部
に悪影響を及ぼすことを防止しておく必要がある。
【００１８】噴射水には溶接のための入熱量に対応する
冷却能力が求められるので、鋼母材の厚さ、溶接速度に
対応して、10〜2000 l/m2/min の冷却水量が溶接部の背
面に噴射される。単に、この水量の冷却水を噴射するの
みでは、鋼母材背面に生成した水蒸気膜が残存し、冷却
を阻害する危険性があるので、冷却水は鋼母材に当たっ
て激しい乱流となる速度で噴射する必要がある。このた
めの冷却水の噴射圧としては噴射ノズルと鋼母材背面と
の距離に対応して２〜１０kg／cm2 （Ｇ）が採用され
る。
冷却能力が求められるので、鋼母材の厚さ、溶接速度に
対応して、10〜2000 l/m2/min の冷却水量が溶接部の背
面に噴射される。単に、この水量の冷却水を噴射するの
みでは、鋼母材背面に生成した水蒸気膜が残存し、冷却
を阻害する危険性があるので、冷却水は鋼母材に当たっ
て激しい乱流となる速度で噴射する必要がある。このた
めの冷却水の噴射圧としては噴射ノズルと鋼母材背面と
の距離に対応して２〜１０kg／cm2 （Ｇ）が採用され
る。
【００１９】多くの実験結果によると冷却水量が10 l/m
2/min 未満では冷却能力が不足し、2000 l/m2/min 以上
では冷却能力は満足するが冷却され過ぎて逆効果となる
場合があり、かつ、装置が大形化するので好ましくな
い。
2/min 未満では冷却能力が不足し、2000 l/m2/min 以上
では冷却能力は満足するが冷却され過ぎて逆効果となる
場合があり、かつ、装置が大形化するので好ましくな
い。
【００２０】
【実施例】以下、この発明を、構造材であるボックス柱
を構成するスキンプレートとダイヤフラムとの溶接を例
として説明する。
を構成するスキンプレートとダイヤフラムとの溶接を例
として説明する。
【００２１】図１，２に示すように、スキンプレートの
鋼母材１−ａ（板厚ａ）と、側辺両面に当金２を取付け
て溶接用の凹溝３を設けたダイヤフラム１−ｂ（板厚
ｂ）をＴ字状に配置し、垂直方向の凹溝３内にエレクト
ロスラグ溶接（ＣＥＳ）を行った。
鋼母材１−ａ（板厚ａ）と、側辺両面に当金２を取付け
て溶接用の凹溝３を設けたダイヤフラム１−ｂ（板厚
ｂ）をＴ字状に配置し、垂直方向の凹溝３内にエレクト
ロスラグ溶接（ＣＥＳ）を行った。
【００２２】鋼母材１−ａの溶接部背面には箱形の噴射
水遮蔽カバー９（奥行Ｌ＝２００mm、高さＨ＝５００m
m、 幅Ｗ＝４００mm）が設置され、この噴射水遮蔽カバ
ー９の縦板には鋼母材１−ａの溶接部背面に向かって冷
却水を噴射する９本の水平の噴射管４が縦方向一列に設
置されている。
水遮蔽カバー９（奥行Ｌ＝２００mm、高さＨ＝５００m
m、 幅Ｗ＝４００mm）が設置され、この噴射水遮蔽カバ
ー９の縦板には鋼母材１−ａの溶接部背面に向かって冷
却水を噴射する９本の水平の噴射管４が縦方向一列に設
置されている。
【００２３】凹溝３内のエレクトロスラグ溶接の開始と
ともに下方の噴射管４よりの冷却水の噴射を開始し、凹
溝３内の溶接位置の上昇に追随して下方の噴射管４から
順次上方の噴射管４に切替え、同時に２本の噴射管４の
先端のフラットスプレーノズル５から鋼母材１−ａ背面
に冷却水を噴射した。
ともに下方の噴射管４よりの冷却水の噴射を開始し、凹
溝３内の溶接位置の上昇に追随して下方の噴射管４から
順次上方の噴射管４に切替え、同時に２本の噴射管４の
先端のフラットスプレーノズル５から鋼母材１−ａ背面
に冷却水を噴射した。
【００２４】タンク６内の冷却水７は送水管８を経由し
て噴射管４に送給して噴射し、噴射後の冷却水７は噴射
水遮蔽カバー９下部より集水タンク１０に集め、放冷し
た後タンク６に戻し循環して使用した。
て噴射管４に送給して噴射し、噴射後の冷却水７は噴射
水遮蔽カバー９下部より集水タンク１０に集め、放冷し
た後タンク６に戻し循環して使用した。
【００２５】この例では冷却水の水圧＝３kgf ／cm
2 （Ｇ）、噴射量100 l/min/本（２本同時噴射200 l/mi
n ) で行った。
2 （Ｇ）、噴射量100 l/min/本（２本同時噴射200 l/mi
n ) で行った。
【００２６】なお、図１，２において、１１はポンプ、
１２はバルブ、１３は圧力計、１４は流量計、１５は架
台である。
１２はバルブ、１３は圧力計、１４は流量計、１５は架
台である。
【００２７】試験に供した鋼母材の成分および強度を表
１、試験条件を表２、試験結果を表３に示す。
１、試験条件を表２、試験結果を表３に示す。
【００２８】溶接継手靱性はＪＩＳ Ｚ−3128に準じ試
験をした。図３のように、スキンプレート鋼母材１−ａ
とダイヤフラム鋼母材１−ｂの継手部からボンド部１６
を間にして鋼母材１−ａおよび溶着金属１７にまたがり
試験片１８を切出した。試験片１８は長さｌ＝５５mm、
断面１０mm角をなし、図４のごとくボンド部１６および
ボンド部１６から鋼母材１−ａ側に１mmおよび３mm離し
切欠きノッチ１９を設け試験に供した。
験をした。図３のように、スキンプレート鋼母材１−ａ
とダイヤフラム鋼母材１−ｂの継手部からボンド部１６
を間にして鋼母材１−ａおよび溶着金属１７にまたがり
試験片１８を切出した。試験片１８は長さｌ＝５５mm、
断面１０mm角をなし、図４のごとくボンド部１６および
ボンド部１６から鋼母材１−ａ側に１mmおよび３mm離し
切欠きノッチ１９を設け試験に供した。
【００２９】表３の試験結果に見られるように、適切な
冷却速度で冷却された場合の溶接継手靱性はBond、HAZ
1mm 、HAZ 3mm 、ともに良好であったが、強制冷却しな
い場合や過冷却の場合は溶接継手靱性が劣化した。
冷却速度で冷却された場合の溶接継手靱性はBond、HAZ
1mm 、HAZ 3mm 、ともに良好であったが、強制冷却しな
い場合や過冷却の場合は溶接継手靱性が劣化した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【発明の効果】この発明は以上の通りであり、次の効果
を奏する。
を奏する。
【００３４】 大入熱を伴なうエレクトロスラグ溶接
およびエレクトロガス溶接によって、溶接継手靱性を損
なうことなく溶接することが可能となり、高能率での溶
接が可能となる。
およびエレクトロガス溶接によって、溶接継手靱性を損
なうことなく溶接することが可能となり、高能率での溶
接が可能となる。
【００３５】 板厚５０mm超、強度570 N/mm2 超の高
張力鋼母材に対しても溶接継手靱性の劣化を伴うことな
く高能率で溶接することができる。
張力鋼母材に対しても溶接継手靱性の劣化を伴うことな
く高能率で溶接することができる。
【図１】ボックス柱を構成するスキンプレートとダイヤ
フラム溶接の例を説明する側面図である。
フラム溶接の例を説明する側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】溶接継手靱性試験用の試験片を切出す溶接継手
部の断面図である。
部の断面図である。
【図４】切込みノッチを入れた試験片の斜視図である。
１−ａ…スキンプレート鋼母材、１−ｂ…ダイヤフラム
鋼母材、２…当金、３…溶接用凹溝、４…噴射管、５…
フラットスプレーノズル、６…タンク、７…冷却水、８
…送水管、９…噴射水遮蔽カバー、１０…集水タンク、
１１…ボンプ、１２…バルブ、１３…圧力計、１４…流
量計、、１５…架台、１６…ボンド部、１７…溶接金
属、１８…試験片、１９…ノッチ。
鋼母材、２…当金、３…溶接用凹溝、４…噴射管、５…
フラットスプレーノズル、６…タンク、７…冷却水、８
…送水管、９…噴射水遮蔽カバー、１０…集水タンク、
１１…ボンプ、１２…バルブ、１３…圧力計、１４…流
量計、、１５…架台、１６…ボンド部、１７…溶接金
属、１８…試験片、１９…ノッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金谷 研 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式 会社巴組鐵工所内 (72)発明者 家沢 徹 東京都江東区豊洲３丁目４番５号 株式 会社巴組技研内 (72)発明者 大河内 敏博 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵 株式会社名古屋製鐵所内 (56)参考文献 特公 昭57−59036（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭51−29991（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭47−6086（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｔ字状に結合した鋼母材をエレクトロス
ラグ溶接、エレクトロガス溶接するに際し、溶接部背面
に噴射水遮蔽カバーを設置し、該遮蔽カバーに溶接線に
沿って上下方向に一列に取付けた複数の噴射ノズルよ
り、溶接部背面に向かって溶接位置の上昇に追随して下
方から上方に順次切替えながら、10〜2000 l/m2/min の
冷却水を２〜１０kgf/cm2 （Ｇ）の噴射圧で噴射し、溶
接部背面での水蒸気膜の形成を防止しながら溶接するこ
とを特徴とする溶接継手性能の優れた高能率溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3291656A JP2634521B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 溶接継手性能の優れた高能率溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3291656A JP2634521B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 溶接継手性能の優れた高能率溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05123887A JPH05123887A (ja) | 1993-05-21 |
| JP2634521B2 true JP2634521B2 (ja) | 1997-07-30 |
Family
ID=17771766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3291656A Expired - Lifetime JP2634521B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 溶接継手性能の優れた高能率溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2634521B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100810131B1 (ko) * | 2007-11-13 | 2008-03-06 | 주식회사 세화기계 | 보일러 튜브 조립체의 용접방법 |
| KR101277966B1 (ko) * | 2010-10-27 | 2013-06-27 | 현대제철 주식회사 | 일렉트로 가스 용접의 용접부 이면 냉각 장치 |
| JP7219247B2 (ja) * | 2020-06-22 | 2023-02-07 | 日本ファブテック株式会社 | 鋼材冷却装置及び鋼材溶接方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5129991A (ja) * | 1974-09-06 | 1976-03-13 | Hitachi Ltd | Genshikyukobunsekyoshiryogenshikasochi |
| JPS5759036A (en) * | 1980-09-29 | 1982-04-09 | Hitachi Ltd | Auxiliary starter in diesel engine |
-
1991
- 1991-11-07 JP JP3291656A patent/JP2634521B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05123887A (ja) | 1993-05-21 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19951107 |