JP3037530B2 - 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

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

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JP3037530B2 JP5158089A JP15808993A JP3037530B2 JP 3037530 B2 JP3037530 B2 JP 3037530B2 JP 5158089 A JP5158089 A JP 5158089A JP 15808993 A JP15808993 A JP 15808993A JP 3037530 B2 JP3037530 B2 JP 3037530B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は鋼構造物溶接または円周
溶接の裏波溶接継手部において健全な溶接施工が要求さ
れる、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、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
有している。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。
【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
第二層また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。更に特に円周溶接で、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ビード形状がかかる疑
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る初層
裏波溶接のビード形状を改善して該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方
法を提供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、母材1に対して斜め側開先をなす
母材2を溶接するレ形開先多層溶接において、初層裏
波溶接ビードにおける左右喉厚比を60%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である。
【0007】
【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2
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
レ形開先とする。
【0008】本発明は、上記溶接方法において初層裏波
溶接ビードにおける左右喉厚比を60%以上とするもの
である。すなわち図1はこれを示す溶接部分の断面図で
1は柱母材、2は梁母材、61,62はそれぞれ初層、
第二層のビードである。この図の各点a,b,c,dに
おいて右側喉厚abと左側喉厚cdとの比が左右喉厚比
となる。
【0009】鋼構造物溶接または円周溶接におけるレ形
開先多層溶接では、初層裏波溶接ビードの左右喉厚比が
60%未満では、第二層または第三層ビードの溶接時に
溶接入熱が初層ビードに伝達され更に初層溶接部の融合
境界線(FL)を通じて母材側に熱伝達するに際して熱
流動がアンバランスになる。このため初層ビードにおけ
る喉厚の小さい右側喉厚部が左側喉厚部に比べてより高
温となると共に、引き続いて第二層または第三層の溶接
金属の凝固に際して発生する収縮応力が狭い断面積でか
つ著しく低い高温強度となる右側喉厚部に付加される。
その結果、図5に示すように初層裏波ビード余盛側に隣
接する溶接熱影響部(HAZ)71Aが折れ込んで疑似
欠陥が発生するため、初層ビードの左右喉厚比を60%
以上とする。すなわち図5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7
1A,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。な
お、前述したごとく円周溶接においてはたが締め現象に
より折れ込みによる疑似欠陥が助長されるため初層ビー
ドの左右喉厚比を70%以上とすることが好ましい。
【0010】本発明実施においては、特に喉厚比が70
%以上とできない場合は、以下の開 先コーナー部のカッ
トや入熱の制限、また第二層以降における振り分け溶接
を併用することが好ましい。まず、ルート止端部を構成
するレ形斜め側鋼材のコーナー部は、好ましくは、1〜
7mmカットする。すなわち図3はこれを示す溶接部分
の断面図で、2がレ形斜め側鋼材であり、9がカットし
た部分である。上記1〜7mmのカットした長さはef
間の距離である。
【0011】鋼構造物溶接または円周溶接におけるレ形
開先多層溶接では、ルート止端部を構成する斜め側鋼材
部のコーナーカット量は1mm未満では初層ビードの左
右喉厚比を増加する効果が実質的に認められず、一方7
mm超では初層ビードの表面側止端部の形状が不整とな
り第2層目の溶接時に融合不良欠陥を発生し易くなるた
めに、コーナーカット量(図3の切断長さef)は1〜
7mmが好ましい。なお、コーナーカットの角度はレ形
開先角度に応じて変え、カット面を対向する面と平行に
するのが好ましい。
【0012】また、好ましくは、初層の溶接入熱を3
0.0kJ/cm以上とする。レ形開先多層溶接におけ
る初層裏波溶接の溶接入熱は30.0kJ/cm未満で
低めであるが、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が変形に
耐えるようにするために溶接入熱を30.0kJ/cm
以上とする。
【0013】また好ましくは、初層裏波溶接に引き続く
層の溶接において、第二層、第三層の少なくとも一方の
ビードを2パスに振り分け溶接する。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、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6
1は初層ビードであり、第二層のビードは62A,62
Bとして2パスに振り分けられており、第三層ビード6
3は再び1パス1層として溶接されている。
【0014】第二層または/および第三層溶接は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回に分散しかつ初層裏波
溶接の右側喉厚部が高温になるのが抑制される結果、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。したがって鋼構造物溶接または円周溶接の初層裏
波溶接に引き続く第二層または/および第三層の溶接に
際して第二、三層ビードを2パスに振り分け、たとえば
1パス目を喉厚の薄いレ形開先斜め側から溶接すればよ
い。
【0015】また好ましくは、初層裏波溶接に引き続く
層の溶接において、第二層、第三層の少なくとも一方の
層の溶接入熱を15.0kJ/cm以下にする。すなわ
ち通常のレ形開先多層溶接の溶接入熱は初層を除き25
〜35kJ/cm程度であるが、これでは初層裏波溶接
ビードの左右喉厚比が60%未満の場合、裏波ビードの
ルート止端部に折れ込みが発生するため、第二、三層を
2パスに振り分けて溶接するのと実質的に同じ凝固収縮
量となるように、鋼構造物溶接または円周溶接の初層裏
波溶接に引き続く第二層または/および第三層の溶接に
際してその溶接入熱を15.0kJ/cm以下とする。
【0016】
【実施例】表1に被覆アーク溶接(電流150A、電圧
25V、入熱23kJ/cm)によるレ形開先多層溶接
における初層裏波溶接ビードの左右喉厚比が、裏波ビー
ドのルート止端部の折れ込みによる疑似欠陥の発生率に
及ぼす影響を示す。疑似欠陥の発生率は左右喉厚比が6
0%未満になると急激に増加している。
【0017】
【表1】
【0018】表2にセルフシールドアーク溶接(電流4
00A、電圧25V、入熱24kJ/cm)によるレ形
開先多層溶接における溶接試験結果を示す。コーナーカ
ットがなくても初層裏波溶接の左右喉厚比が本発明の範
囲であれば裏波ビードのルート止端部の折れ込み深さは
極めて浅い。一方、コーナーカットをルート止端部を構
成するレ形開先の斜め側鋼材に行えば容易に左右喉厚比
を高くすることができ、その結果疑似欠陥の発生も解消
され折れ込み自体もなくなる。
【0019】
【表2】
【0020】表3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溶接試験結果を示す。
初層裏波溶接の左右喉厚比が本発明の範囲であれば、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、
これに振り分け溶接や入熱制限を適用するとさらに疑似
欠陥発生率及び折れ込み深さが改善される。一方、左右
喉厚比が本発明の範囲外であっても、振り分け溶接また
は小入熱溶接を実施すれば第二、三層の溶接金属の凝固
時収縮応力が少なくなる結果、疑似欠陥の発生も解消さ
れ折れ込み自体も小さくなる。さらに第二、三層の溶接
金属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も一層少なくなり、一方本発明と
逆の小入熱溶接した比較例では折れ込みはその大きさ、
発生率とも悪化している。
【0021】
【表3】
【0022】
【発明の効果】本発明は、鋼構造物溶接または円周溶接
に際して、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欠陥状のものは溶接割れではな
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
提供するものである。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て大型構造物への
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】本発明の方法を示す溶接部の断面図
【図2】溶接部の欠陥を示す顕微鏡組織のスケッチ図
【図3】本発明の方法を示す溶接部の断面図
【図4】本発明の方法を示す溶接部の断面図
【図5】折れ込み発生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
【符号の説明】1 柱母材 2 梁母材 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 9 カットした部分 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
───────────────────────────────────────────────────── 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51−31644(JP,A) 特開 平2−89575(JP,A) 特開 昭56−144864(JP,A) 特開 昭57−62862(JP,A) 特開 昭57−130766(JP,A) 特開 昭58−125393(JP,A) 特開 昭52−147526(JP,A) 特開 昭59−141372(JP,A) 特開 昭47−21352(JP,A) 特開 昭50−119738(JP,A) 特公 昭58−41946(JP,B2) 特公 昭59−12392(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/022 B23K 9/095 B23K 33/00 B23K 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材1に対して斜め側開先をなす
    材2を溶接するレ形開先多層溶接において、初層裏波溶
    接ビードにおける左右喉厚比を60%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。
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