JP2987028B2 - レ形開先多層溶接における裏波溶接ビードのルート止端部の折れ込み防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼構造物、貯槽タンク、
圧力容器等の鋼構造継手部において、健全な溶接施工が
要求される、貫通母材に対して斜め側開先をなす母材を
溶接するレ形開先部の多層溶接方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼構造物の大型化とともに地球環
境問題の深刻化に伴って構造物に対する安全性の要求は
一段と厳しくなり、かつ非破壊検査機器の性能向上に基
づく検査技術の進歩に伴って、従来許容されていた微小
な溶接欠陥や類似の形態を示す疑似欠陥すら将来的には
問題となる可能性がある。日本溶接協会規格のレ形開先
多層溶接割れ試験方法（ＷＥＳ １１０５−１９８５）
解説図９に示される溶接金属割れ状欠陥は、レ形開先多
層溶接を始めとして隅肉多層溶接や目違いのあるＶ型突
合せ溶接部等の継手部には、軽微なものも含めればかな
りの頻度で発生が認められる。すなわち図２は上記試験
方法の解説図に準拠した溶接部の顕微鏡組織のスケッチ
図で、３は溶接金属、４は熱影響部であり、そのうち５
の部分が溶接金属の割れ状欠陥である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】鋼構造物の大型化、地
球環境問題の深刻化に伴う構造物に対する安全性要求の
厳格化から、前記するレ形開先多層溶接における裏波溶
接ビードのルート止端部近傍における、溶接金属割れ状
の疑似欠陥は溶接欠陥ではないというものの、溶接欠陥
と紛らわしくＰＬ（製造物責任）の導入時における対応
の困難さを増すばかりでなく、溶接棒の乾燥が不十分な
場合の低温割れや、異常に大きな応力が構造物に付加さ
れた時の割れ発生、及び疲労破壊の起点になりはしない
かとの懸念を有していた。前記する溶接金属割れ状欠陥
は軽微かつ溶接欠陥ではないものの、他のトラブル発生
時においてかかる趨勢のなかでは、その対応の困難さが
増大し将来的には解決されるべき課題の一つと考えられ
る。本発明はレ形開先多層溶接における裏波溶接ビード
のルート止端部近傍での溶接金属割れ状の疑似欠陥を防
止する方法を提供することを目的とする。

【０００４】本発明者等がかかる鋼構造物溶接または円
周溶接におけるレ形開先部の割れ状疑似欠陥について仔
細に調査したところ、この疑似欠陥は溶接割れではなく
第二層又は第三層ビードの溶接金属凝固時の収縮応力に
よって初層裏波溶接ビード斜め側のルート止端部が折れ
込むことにより生ずる疑似欠陥であることを見い出し
た。更に円周溶接では特に、たが締め現象により疑似欠
陥が助長されることも見い出された。その結果、レ形開
先多層溶接における初層裏波溶接の溶接方法が、かかる
疑似欠陥発生に極めて関係が深いことを知見するに至っ
た。

【０００５】本発明はかかる前記した将来的な懸念及び
問題発生を解決すべく、レ形開先多層溶接におけてルー
トギャップを４ｍｍ以下にすることにより、溶接入熱を
低減するとともに溶接ビードをギャップに対して相対的
に厚くするという効果により疑似欠陥を防止するもので
ある。このためにルートギャップが４ｍｍ超のレ形開先
多層溶接においてバタリングを二層以上としたうえで、
多層溶接の各層における入熱を制限して裏波溶接ビード
のルート止端部の折れ込みによる疑似欠陥発生を防止す
ることにより、大型構造物の安全性向上と信頼性向上と
を同時に図り、立会検査等の対応を円滑にして工期短縮
による鋼構造物製造の非価格競争力を強化するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、貫通母材に対して斜め側開先をなす
母材を溶接するレ形開先多層溶接において、ルートギャ
ップが４ｍｍ超のとき、初層裏波溶接時にバタリングを
行なって４ｍｍ以下となすこと、これに際してバタリン
グを前記貫通母材側に行なうこと、バタリングを開先面
に沿って二層以上としたうえで、初層裏波溶接の溶接入
熱を３０．０ｋＪ／ｃｍ以下とし、さらに、初層裏波溶
接に引き続く第二層、第三層の溶接に際して各層の溶接
入熱を１８ｋＪ／ｃｍ以下にするか、もしくは、各パス
の溶接入熱が１３ｋＪ／ｃｍ以下の２以上のパスに振り
分けることを特徴とするレ形開先多層溶接における裏波
溶接ビードのルート止端部の折れ込み防止方法。

【０００７】また、貫通母材に対して斜め側開先をなす
母材を溶接するレ形開先多層溶接において、ルートギャ
ップが４ｍｍ超のとき初層裏波溶接時にバタリングを行
なって４ｍｍ以下となすこと、これに際してバタリング
を前記貫通母材側に行なうこと、バタリングを開先面に
沿って二層以上としたうえで、初層裏波溶接の溶接入熱
を３０．０ｋＪ／ｃｍ超とし、さらに、初層裏波溶接に
引き続く第二層、第三 層の溶接に際して溶接入熱を２５
ｋＪ／ｃｍ以上にすることを特徴とするレ形開先多層溶
接における裏波溶接ビードのルート止端部の折れ込み防
止方法。

【０００８】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の対象
とする溶接方法は被覆アーク溶接、セルフシールドアー
ク溶接、ガスシールドアーク（マグ、ミグ、ティグ）溶
接、潜弧（サブマージドアーク）溶接とし、積層数は二
層以上とする。開先形状は、本発明の対象とする裏波溶
接ビードのルート止端部近傍における疑似欠陥が発生し
易いレ形開先とする。

【０００９】 鋼構造溶接または円周溶接におけるレ形開
先多層溶接では、初層裏波溶接時のルートギャップが４
ｍｍ超では図１にみられるように初層裏波溶接ビードの
レ形開先斜め側ルート止端部において折れ込み発生率が
高くなる。すなわち図１はルートギャップの折れ込み深
さに及ぼす影響を示したもので、ルートギャップが４ｍ
ｍ付近から折れ込み深さが増している。これはルートギ
ャップが４ｍｍ超では初層溶接ビード厚が薄くなり、第
２層または第３層ビードの溶接時に溶接入熱が第１層ビ
ードに伝達され、更に第１層溶接部の融合境界線（Ｆ
Ｌ）を通じて母材側に熱伝達するに際して、レ形開先斜
め側がより高温となると共に、引き続いて第２層又は第
３層溶接金属の凝固の際発生する収縮応力が、肉厚の薄
く且つ高温となるレ形開先斜め側ルート止端部に付加さ
れる結果、図３に示に示すように初層裏波ビード余盛
（ＷＭ）側に隣接する溶接熱影響部（ＨＡＺ）７１Ａが
折れ込んで疑似欠陥が発生する。

【００１０】 図３はレ形開先の溶接において折れ込み発
生を説明する溶接部分の断面図で、（ａ）は初層溶接
後、（ｂ）は第二層溶接後を示す。図において、１，２
は母材、６１，６２はそれぞれ初層、第二層のビードで
あり、７１Ａ，７１Ｂは初層熱影響部、７２は第二層熱
影響部で、８は折れ込みによる溶接割れ状疑似欠陥であ
る。このように折れ込みによる溶接割れ状疑似欠陥が発
生するため、レ形開先溶接のルートギャップを４ｍｍ以
下とする。

【００１１】 バタリングはルートギャップが大きすぎる
場合、溶け落ちを防止する観点から一般的には実施され
るが、ここでは図１のように前述した理由、でルートギ
ャップが４ｍｍ超の場合に発生頻度が高くなるレ形開先
における初層裏波溶接ビードのルート止端部の折れ込み
を防止するため、図４のように貫通母材側に開先面に沿
って二層以上のバタリングを行なう。すなわち図４はこ
の方法を示す溶接部分の断面図であって、三層のバタリ
ングを行った場合を示している。図において９１は第一
層目のバタリング、９２は第二層目のバタリング、９３
は第三層目のバタリングを示し、６１、６２、６３は夫
々初層ビード、第二層ビード、第三層ビードを示してい
る。

【００１２】 バタリングの層数が一層だけでは第二層目
溶接のギャップが大きくなり、実質的にその溶接入熱が
大きくなる結果、初層裏波溶接ビードのレ形開先斜め側
ルート止端部がより高温となると共に、二層目溶接金属
の凝固収縮応力も大きくなって、かえってルート止端部
の折れ込みは発生し易くなる。従って、初層裏波溶接に
続く二層または三層目の実質的溶接入熱が大きくなるの
を防止するために、レ形開先多層溶接におけるルートギ
ャップが４ｍｍ超の場合には、初層裏波溶接時バタリン
グを行なうに際してバタリングを二層以上とする。ま
た、本発明の主旨から言えばレ形開先多層溶接の層数が
三層以上の場合にはバタリングも三層以上とすることが
好ましい。

【００１３】 初層裏波溶接が通常の１８〜３０ｋＪ／ｃ
ｍ程度の入熱条件で行われ、入熱が３０ｋＪ／ｃｍ以下
である場合は、初層裏波溶接に引き続く第二層及び／又
は、第三層の入熱は各パスの溶接金属の凝固収縮を抑制
する目的から各層の溶接入熱を１８ｋＪ／ｃｍ以下とす
る。なお、凝固収縮を抑制する意味では第二層及び／又
は、第三層の溶接を各パスの溶接入熱が１３ｋＪ／ｃｍ
以下の２以上のパスに振り分ける振り分け溶接によって
もよい。すなわち、 第二層及び／又は、第三層溶接は１
パスで溶接するよりも、２パスに振り分けて溶接する方
が、各パスの溶接金属の凝固収縮が２回に分散し、かつ
溶接入熱も低下するため、初層裏波溶接ビードのレ形開
先斜め側ルート止端部が高温になるのが抑制される。す
なわち図５はこの方法を示す溶接部分の断面図であっ
て、第二層のみを振り分け溶接した場合を示している。
この図において６１は初層ビードであり、第二層のビー
ドは６２Ａ，６２Ｂとして２パスに振り分けられてお
り、第三層ビード６３は再び１パス一層として溶接され
ている。その結果、初層裏波溶接ビードのルート止端部
における折れ込み量が減少するために、鋼構造物溶接又
は円周溶接の初層裏波溶接に引き続く第二層及び／又
は、第三層の溶接に際して第二、第三層ビードを２パス
に振り分けて溶接することに限定する。

【００１４】 なお、本発明の技術思想からは第二層及び
／又は、第三層の溶接に際して、振り分け溶接に代えて
溶接入熱を１８ｋＪ／ｃｍ以下の低入熱溶接に限定して
も同様の効果は得られる。

【００１５】 またレ形開先多層溶接における二層目以降
の溶接入熱は２５〜３５ｋＪ／ｃｍと一般に大きめで、
初層裏波溶接の溶接入熱は１８〜３０ｋＪ／ｃｍとやや
低めである。従って、これでは二層目以降で小入熱溶接
にする場合と全く逆の理由で、初層裏波溶接ビードの喉
厚が薄くなると共に、そのレ形開先斜め側ルート止端部
が高温となって、裏波ルート止端部に折れ込みが容易に
発生するために、初層裏波ビード厚を大きくして二層
目、三層目溶接金属の凝固収縮に対して裏波ビードの変
形が耐えるように、鋼構造物溶接または円周溶接に際し
てその溶接入熱を３０．０ｋＪ／ｃｍ以上に限定する。

【００１６】

【実施例】表１に被覆アーク溶接に際して初層裏波溶接
（電流１５０Ａ、電圧２５Ｖ、入熱２５ｋＪ／ｃｍ）に
よるレ形開先多層溶接における試験結果を示す。初層裏
波溶接時のルートギャップが本発明の範囲内であれば裏
波ビードのルート止端部の折れ込み深さは極めて浅く、
更に振り分け溶接を適用すると疑似欠陥の発生率及び折
れ込み深さは共に改善される。

【００１７】 一方、ルートギャップが４ｍｍを超えてい
ても、本発明のバタリング又は振り分け溶接を適用すれ
ば、溶接金属の凝固収縮量が少なくなると共に、裏波溶
接ビードのレ形開先斜め側ルート止端部の温度の上昇が
抑制される結果、疑似欠陥の発生率及び折れ込み深さは
共に飛躍的に改善される。更に第二層、第三層目の溶接
金属の凝固収縮の影響を少なくする初層大入熱溶接を実
施すれば、疑似欠陥の発生率も一層少なくなる。

【００１８】 なお、ルートギャップが４ｍｍを超えてい
てバタリングしなかった比較例は折れ込み深さ及び疑似
欠陥の発生率は共に本発明例よりも悪い。なお、バタリ
ングを本発明によらないで実施した比較例の折れ込み深
さ及び疑似欠陥の発生率は逆に悪化している。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【発明の効果】本発明は、レ形開先多層溶接における裏
波ビードのルート止端部近傍に発生する疑似欠陥を溶接
割れではなく、折れ込みによる疑似欠陥であることを突
き止めることによって、この折れ込み自体の発生もない
溶接方法を発明し提供したものである。これにより、大
型構造物の安全設計の厳格化、地球環境問題の深刻化に
伴い検査基準が厳格化される事態に対処を可能ならし
め、大型構造物への安全性向上と立会検査への円滑な対
応を可能にすると共に、将来ＰＬ導入時において紛らわ
しい問題が発生する懸念をも解消したものである。従っ
て、本発明により大型鋼構造物に対する信頼性の向上は
もとより、将来的には非価格競争力向上とともに産業界
に与える工期的、経済的利益は多大なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ルートギャップの折れ込み深さに及ぼす影響を
示した図

【図２】溶接部の欠陥を示す顕微鏡組織のスケッチ図

【図３】折れ込み発生状況を説明する溶接部の断面図で
（ａ）は初層溶接後、（ｂ）は第二層溶接後

【図４】バタリングの実施例を示す溶接部の断面図

【図５】第二層の振り分け溶接例を示す溶接部の断面図

【符号の説明】

１，２ 母材 ３ 溶接金属 ４ 熱影響部 ５ 割れ状欠陥 ８ 溶接割れ状疑似欠陥 ６１ 初層ビード ６２，６２Ａ，６２Ｂ 第二層ビード ６３ 第三層ビード ７１Ａ，７１Ｂ 初層熱影響部 ７２ 第二層熱影響部 ９１ 一層目バタリング ９２ 二層目バタリング ９３ 三層目バタリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柿本 穎太郎 神奈川県相模原市西橋本５−９−１ 新 日本製鐵株式会社 鉄構海洋事業部内 (56)参考文献 特開 昭50−120449（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−128277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−133147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−31644（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−91993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−180667（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−203280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−125393（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−95943（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−89575（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−144864（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 9/095

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通母材に対して斜め側開先をなす母材
   を溶接するレ形開先多層溶接において、ルートギャップ
   が４ｍｍ超のとき、初層裏波溶接時にバタリングを行な
   って４ｍｍ以下となすこと、これに際してバタリングを
   前記貫通母材側に行なうこと、バタリングを開先面に沿
   って二層以上としたうえで、初層裏波溶接の溶接入熱を
   ３０．０ｋＪ／ｃｍ以下とし、さらに、初層裏波溶接に
   引き続く第二層、第三層の溶接に際して各層の溶接入熱
   を１８ｋＪ／ｃｍ以下にするか、もしくは、各パスの溶
   接入熱が１３ｋＪ／ｃｍ以下の２以上のパスに振り分け
   ることを特徴とするレ形開先多層溶接における裏波溶接
   ビードのルート止端部の折れ込み防止方法。
2. 【請求項２】 貫通母材に対して斜め側開先をなす母材
   を溶接するレ形開先多層溶接において、ルートギャップ
   が４ｍｍ超のとき初層裏波溶接時にバタリングを行なっ
   て４ｍｍ以下となすこと、これに際してバタリングを前
   記貫通母材側に行なうこと、バタリングを開先面に沿っ
   て二層以上としたうえで、初層裏波溶接の溶接入熱を３
   ０．０ｋＪ／ｃｍ超とし、さらに、初層裏波溶接に引き
   続く第二層、第三層の溶接に際して溶接入熱を２５ｋＪ
   ／ｃｍ以上にすることを特徴とするレ形開先多層溶接に
   おける裏波溶接ビードのルート止端部の折れ込み防止方
   法。