JP3120907B2 - 片面サブマージアーク溶接方法 - Google Patents

片面サブマージアーク溶接方法

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JP3120907B2
JP3120907B2 JP04261976A JP26197692A JP3120907B2 JP 3120907 B2 JP3120907 B2 JP 3120907B2 JP 04261976 A JP04261976 A JP 04261976A JP 26197692 A JP26197692 A JP 26197692A JP 3120907 B2 JP3120907 B2 JP 3120907B2
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行伸 松下
和雄 田中
正晴 幸村
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Kobe Steel Ltd
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は3本の電極を使用して行
う片面サブマージアーク溶接方法に関し、特に溶接速度
が100乃至200cm/分の高速で行う高能率な片面サブマー
ジアーク(SAW)溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】両面溶接においては、溶接速度が100cm
/分以上の多電極溶接方法が多数提案されており、施工
実績の報告も多い。通常の両面1層の多電極溶接では、
溶込み深さも板厚の約半分程度を確保すれば良く、主に
溶着量及び表ビードの安定形成のための溶接材料並びに
溶接条件の選定を行うことにより比較的容易に高速溶接
が可能である。
【0003】しかし、片面溶接における溶接速度の高速
化は極めて困難である。片面溶接においては、表ビード
の安定形成は勿論のこと、健全な裏ビードを確保する必
要があることと、また、表側から溶接して裏ビードまで
同時に形成する必要があることから、溶込み形状が縦長
(梨型)になり易い。特に、高速溶接になると、冷却速
度が大きく、凝固速度が速くなることから、図1に示す
ように、結晶の成長方向が突き合わせ状態になり、縦割
れが著しく発生し易くなる。
【0004】また、裏ビードを形成するための先行電極
と、表ビードの形成を主たる役割とする後行電極との距
離を大きくすると、図2に示すように凝固組織は比較的
改善されるものの、第1及び第2電極によって生成され
たスラグの凝固が速いために、十分に再溶解できない
で、スラグ巻き込み及び融合不良等の不都合が発生する
など多くの問題点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の片
面溶接においては、両面溶接の場合と異なり、高速溶接
が極めて困難である。このため、図3に示すような健全
な溶接継ぎ手が得られる高速片面サブマージアーク溶接
技術の確立が望まれていた。
【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高速片面サブマージアーク溶接の従来の問
題点を解消し、特に溶接継ぎ手の内部縦割れ、スラグ巻
き込み及び融合不良等が発生せず、健全な表ビード及び
裏ビードが得られる片面サブマージアーク溶接方法を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る片面サブマ
ージアーク溶接方法は、第1乃至第3の3本の電極を使
用する片面サブマージアーク溶接方法において、最も先
行する第1電極のワイヤ径を4.0乃至4.8mm、その後行の
第2電極及び更にその後行の第3電極のワイヤ径を夫々
4.8乃至6.4mmとし、第1電極の電流I1(A)、第2電
極の電流I2(A)及び第3電極の電流I3(A)を、溶
接速度をS(cm/分)としたときに、3(S+560)≦I
1+I2≦3(S+810)、0.38≦I3/(I1+I2)≦0.
53の不等式条件を満足するように設定し、第2電極と第
3電極との間の距離を150乃至190mmとし、溶接速度Sを
100乃至200cm/分にして溶接することを特徴とする。
【0008】なお、本明細書において、ワイヤ径とは、
ワイヤの直径をいう。
【0009】
【作用】本願発明者等は、上記従来技術の問題点を解決
すべく、種々実験研究を繰り返した結果、以下の知見を
得た。即ち、先行電極を第1電極、中央の電極を第2電
極及び後行電極を第3電極とした場合に、健全な裏ビー
ドを得るためには、第1及び第2電極で裏ビードを形成
し、更に第1電極によりアークの集中性(電流密度)、
広がり(裏ビード幅)及び溶着量を確保する必要があ
る。このような第1電極の役割を得るために、第1電極
の径は、4.0乃至4.8mmとする。
【0010】また、第2電極により、裏ビード幅及び裏
ビード形状のコントロール並びに表ビード形状の安定化
等を図る。このような第2電極の作用を得るため、第2
電極の径は4.8乃至6.4mmにする。
【0011】更に、第1電極と第2電極との間の距離
を、10乃至50mmのワンプールにすることによって、高速
溶接においても健全な裏ビードを確保することができ
る。
【0012】更にまた、溶接速度Sと、裏ビードを形成
する第1及び第2電極の電流は健全な裏ビードを確保す
る上で密接な関係があり、このため、溶接速度S(cm/
分)と、第1電極の電流I1(A)及び第2電極の電流
2(A)とが、下記不等式1にて示す関係を満足する
ようにこれらの条件を設定する必要がある。これによ
り、健全且つ安定した裏ビードが得られる。
【0013】
【数1】3(S+560)≦I1+I2≦3(S+810)
【0014】次に、高速溶接において、内部割れが発生
する危険性がない健全な溶け込み形状、凝固組織及びス
ラグ巻き込みと、融合不良等がない溶接継ぎ手とを得る
ためには、第1及び第2電極の電流と、第3電極の電流
3(A)とのバランスと、第2及び第3電極間距離と
が極めて重要な因子となる。即ち、先ず、第1乃至第3
電極の各電流が下記不等式2を満足する必要がある。
【0015】
【数2】0.38≦I3/(I1+I2)≦0.53
【0016】次に、第2及び第3電極間距離を150乃至1
90にする必要がある。このように、各電流及び第2・第
3電極間距離を設定することによって、始めて高速片面
溶接において、内部割れの発生、スラグ巻き込み及び融
合不良等のない健全な溶接継ぎ手を得ることができる。
【0017】更にまた、第3電極のワイヤ径は溶け込み
深さの安定化、表ビード幅及び形状の安定化の目的か
ら、4.8乃至6.4mmにする。
【0018】次に、上述の本発明の構成要件における各
数値の限定理由について説明する。
【0019】第1電極、第2電極及び第3電極のワイヤ
本発明方法における高速片面サブマージアーク溶接にお
いては、第1及び第2電極によって健全な裏ビードを確
保すると共に、必要な溶着量を得るが、第1電極のワイ
ヤ径が4.0mm未満の場合は適正に使用することができる
電流範囲が低いことから、100cm/分以上の高速溶接に
おいて、鋼板裏面側まで安定して溶融させることが難し
い。また、逆に第1電極のワイヤ径が4.8mmを超える
と、鋼板裏面側まで溶融させるために、極めて高い電流
が必要になると共に、アークが広がり過ぎることから、
流れ込み幅が広くなり、結果的に裏ビード幅が過大にな
る。従って、第1電極のワイヤ径は4.0乃至4.8mmにする
必要がある。
【0020】第2電極のワイヤ径が4.8mm未満の場合
は、アークの集中性が良過ぎるため、裏ビードの余盛が
過大になることと、アークの広がりが悪いことから、健
全なビード幅を確保できず、また、ビード幅が安定しな
くなる。一方、第2電極のワイヤ径が6.4mmを超える
と、アークの集中性が悪くなり、適正な裏ビードの余盛
高さを確保できないことと、アークが広がり過ぎるため
に、アンダーカットが発生しやすくなる。従って、第2
電極のワイヤ径は4.8乃至6.4mmにする必要がある。
【0021】第3電極のワイヤ径については、これが4.
8mm未満の場合、高速溶接において、アークの広がりが
悪いために健全な表ビード幅が確保できないと共に、ビ
ードの安定性が悪い。また、第3電極のワイヤ径が6.4m
mを超える場合、アークの集中性が悪くなることから、
縦割れが発生する危険性のない溶け込み深さを確保する
ことができない。従って、第3電極のワイヤ径は4.8乃
至6.4mmにすることが必要である。
【0022】溶接速度に対する第1及び第2電極の電流 特に高速溶接においては、溶接速度と、裏ビードを形成
する第1及び第2電極の電流とが健全な裏ビードを確保
する上で密接な関係があり、両電流の和I1+I2が3
(S+560)未満の場合は、開先形状等を考慮しても溶
接速度に対して電流が不足する。このため、健全な裏ビ
ードの余盛高さ及び幅を確保できず、また、両電流の和
1+I2が3(S+810)を超える場合は、溶接速度に
対して電流が過大となって、裏ビードが余盛幅と共に過
大となるため、好ましくない。従って、溶接速度に対し
て良好な裏ビードを確保するためには、3(S+560)
≦I1+I2≦3(S+810)にする必要がある。
【0023】第1及び第2電極の電流に対する第3電極
の電流比率 片面サブマージアーク溶接では健全な溶け込み形状を確
保できない場合、縦割れが発生し易い。特に、高速溶接
では冷却速度が速くなり、割れ感受性が増す。従って、
健全な溶け込み形状を確保しなければならないが、第1
及び第2電極の電流に対する第3電極の電流の比I3
(I1+I2)が0.38未満の場合は、第1及び第2電極に
よって得られた溶着量に対して第3電極の電流が不足す
るために、3本の電極による健全な溶け込み深さを確保
できない。このため、母材に対して平行な凝固組織とな
る第1及び第2電極による溶接金属を多量に残留させて
しまい、縦割れが発生しやすくなる。また、このように
第3電極の電流が不足する場合は、第1及び第2電極に
よって生成されたスラグを十分溶かしきれないため、ス
ラグの巻き込みを発生する。一方、この電流比が0.53を
超える場合は、第1及び第2電極による溶接金属を完全
に溶かしてしまうことから、全体に縦長の溶け込み形状
となって縦割れが発生しやすいくなる。更に、裏ビード
を再溶解してしまうことから裏ビードの健全性も損なわ
れる。従って、縦割れ発生の危険性のない溶け込み形状
を得るためには、0.38≦I3/(I1+I2)≦0.53にす
る必要がある。
【0024】第2電極及び第3電極の極間距離 第2及び第3電極の極間距離は、縦割れを防止し、表ビ
ードの安定性を確保すると共に、スラグ巻き込み及び融
合不良等がない健全な溶接部等を得るためには重要な因
子である。この極間距離が150mm未満の場合は、溶接速
度が100乃至200cm/分のときに、第1及び第2電極によ
る溶融プール長さが100乃至150mm程度であることから、
前述したように第1及び第2電極の電流に対して第3電
極の電流をコントロールしても、1プールになってしま
い、溶け込み形状が縦長になって縦割れが発生する危険
性がある。また、極間距離が190mmを超える場合は、第
3電極により健全な溶け込み深さを確保できなくなると
共に、第1及び第2電極により生成されたスラグが完全
に凝固してしまう。このため、第3電極のアーク安定性
が悪くなって、表ビードの安定形成に悪影響を与え、ま
た、スラグ巻き込み等が生じることがある。従って、第
2電極と第3電極との間の距離は150乃至190mmにする必
要がある。
【0025】その他 本発明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、裏当フラックス及び電極ワイヤ
が必要である。しかし、これらの溶接材料については目
的に応じた適正な作業性及び溶接金属が得られるもので
あれば、特に限定されるものではない。
【0026】
【実施例】次に、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。
【0027】下記表1に示す鋼板を、下記表2に示すワ
イヤ及び下記表3に示すフラックスを使用して片面サブ
マージアーク溶接した。その溶接試験結果を下記表4,
5に示す。また、この片面サブマージアーク溶接は、銅
板の上に裏当フラックスを散布し、銅板裏面に押し当て
て溶接するフラックス銅裏当法で実施したが、銅板を用
いず裏当フラックスを溶接中に固化させながら行うフラ
ックス裏当法においても、本実施例とほぼ同様な結果が
得られた。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】
【表3】
【0031】
【表4】
【0032】
【表5】 表5(その1)
【0033】この表4、5から明らかなように、本発明
の実施例の場合には、裏ビード、表ビード及び溶け込み
深さのいずれも優れていた。これに対し、本発明の条件
から外れる比較例の場合には、裏ビード、表ビード及び
溶け込み深さのいずれかの点で問題があった。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、先行(第
1)電極、中央(第2)の電極及び後行(第3)電極の
ワイヤ径、電流、電極間距離を適切に設定すると共に、
第1及び第2電極の電流を溶接速度Sに応じて適切に設
定したから、溶接継ぎ手部の内部縦割れ、スラグ巻き込
み及び融合不良等を防止できると共に、健全な表ビード
及び裏ビードを得ることができ、本発明により始めて高
速片面サブマージアーク溶接が実用上可能となるという
多大の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】縦割れが発生しやすい溶接ビードを示す図であ
る。
【図2】先行電極と後行電極との間の距離を大きくした
場合の溶接ビードを示す図である。
【図3】健全な溶接ビードを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 織田 芳宏 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番1 株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (56)参考文献 特開 平3−238174(JP,A) 特開 平4−9279(JP,A) 特開 平4−309471(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1乃至第3の3本の電極を使用する片
    面サブマージアーク溶接方法において、最も先行する第
    1電極のワイヤ径を4.0乃至4.8mm、その後行の第2電極
    及び更にその後行の第3電極のワイヤ径を夫々4.8乃至
    6.4mmとし、第1電極の電流I1(A)、第2電極の電流
    2(A)及び第3電極の電流I3(A)を、溶接速度を
    S(cm/分)としたときに、3(S+560)≦I1+I2
    3(S+810)、0.38≦I3/(I1+I2)≦0.53の不等
    式条件を満足するように設定し、第2電極と第3電極と
    の間の距離を150乃至190mmとし、溶接速度Sを100乃至2
    00cm/分にして溶接することを特徴とする片面サブマー
    ジアーク溶接方法。
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