JP3300170B2 - 多電極サブマージアーク溶接法による終端処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３本又はそれ以上の電
極を使用し、裏当てにフラックスを使用して行う多電極
片面サブマージアーク溶接法において、溶接継手の終端
部で溶接を完了する終端処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】片面サブマージアーク溶接法において
は、溶接金属の非定常部及びクレータを処理するため
に、図１に示すように、被溶接材１、２が突き合わされ
た溶接線３の延長上にタブ板４を取り付けている。即
ち、溶接継手の始終端部にタブ板４を取り付けている。
この溶接継手の始端部に関しては、タブ板に適当な処理
（例えば、ガウジングを施す等）をすることで何の問題
も発生しないが、終端部では図１に示すように先行する
アークがタブ板に乗り上げたとき、これと同時に鋼板は
急激な回転変形を起こし、その急激な変形は図２に示す
ように、溶接金属５に割れ６を発生させることがある。
これが溶接継手終端割れである。

【０００３】この終端割れは、特に片面サブマージアー
ク溶接のような大入熱溶接で顕著に現れる。終端割れを
防止するための方法は数多く提案されている。例えば、
図３に示すように、タブ板又は溶接継手の終端部近傍を
拘束冶具７により拘束して外圧を付与することにより継
手終端部の変形を抑える方法がある（特公昭５１−１８
２３４号、特公昭５３−１２１５号）。しかし、この方
法では、かなりの大型設備が必要となることと、外圧を
適切に調整しなければ、逆に外圧によって上下方向に角
変更を起こし、それによって、図２に示すような割れが
発生してしまう。

【０００４】一方、特公昭５２−３０３７５号に開示さ
れた技術においては、図４に示すように、タブ板４に溶
接線を中心にして対象になる位置に切れ込み８を入れ、
タブ板４の溶接熱による変形を防止し、更に、鋼板の急
激な変形を起させることなく、緩やかに変形させて割れ
を抑制する。このスリットタブ方法においては、拘束力
を有しないため、極厚板の場合は、溶接入熱も大きくそ
れにより発生する熱応力も大きくなることから、変形を
抑制しきれず、割れが発生してしまい、適用板厚範囲に
限界がある。

【０００５】このように、従来の終端割れ防止方法では
十分に割れを防止する手段とならず、割れが発生しない
溶接施工技術の確立が望まれていた。そこで、特開平５
−２８５６６２号においては、継手終端部にシーリング
カスケードビードを置き、第１電極はシーリングカスケ
ードビード先端から１０ｍｍ後方でアークを止め、第２
電極は、第１電極がアークを止めた位置を越えてアーク
を停止し、更に、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％に減速すると共に、第３電極の電流を１５〜４０
％増加し、且つ第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
ージアーク溶接の終端処理方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来方法においては、多少の終端割れ防止効果はあるもの
の、未だ十分ではない。即ち、シーリングカスケードビ
ードは、溶接が完了するまで継手終端部の変形を抑える
だけの拘束力が必要であるにも拘わらず、溶接速度が遅
く且つ溶接電流が高い第３電極がシーリングカスケード
ビード上を通過すると、アーク熱によりシーリングカス
ケードビードの拘束力が開放されてしまい、継手終端部
では急激な変形を起こし溶接金属に割れを発生させてし
まう。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、特に３電極以上の片面サブマージアーク溶
接の継手終端部に発生する割れを防止することができる
多電極サブマージアーク溶接法における終端処理方法を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る多電極サブ
マージアーク溶接法における終端処理方法は、３本又は
それ以上の電極を使用し、先行する第１電極とその後行
の第２電極との電極間距離を２０〜７０ｍｍ、第２電極
とその後行の第３電極との電極間距離を１５０〜２５０
ｍｍとし、溶接速度を８０ｃｍ／分以上として片面サブ
マージアーク溶接する方法において、継手終端部の鋼板
最終端から手前に２００〜１０００ｍｍの部分にシーリ
ングカスケードビードを置き、第１電極のアーク停止位
置は、鋼板継手の終端部に置かれたシーリングカスケー
ドビードに乗り上げて１０〜５０ｍｍとし、第２電極の
アーク停止位置は、第１電極のアークを停止した位置を
３０〜１２０ｍｍ乗り越した位置とし、更に、第２電極
のアークが停止してから３秒以内に、溶接速度をそれま
での速度より３０〜６０％減速すると共に、第３電極以
降の電極の電流値を１０〜４０％下げ、前記第２電極が
そのアーク停止位置を超えた位置で第３電極以降のアー
クを停止することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明者等は、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。

【００１０】３電極以上の片面サブマージアーク溶接の
継手終端部に発生する割れを防止する方法について、継
手終端部の回転変形をできるだけ小さくし、且つ溶接完
了後の継手終端部の回転変形を抑えることが可能な方法
としては、先ず、継手終端部の回転変形をより小さくす
る方法として、溶接入熱の低減を考え、８０ｃｍ／分以
上の溶接速度が必要となる。継手終端部の回転変形を抑
えるためには、図５に示すように、継手終端部の鋼板終
端部から手前に２００ｍｍ〜１０００ｍｍのシーリング
カスケードビードを置くことが必要となる。

【００１１】更に、このシーリングカスケードビードの
拘束力を溶接完了後も十分持たせるためには、シーリン
グカスケードビードに先行する第１電極が乗り上げた
後、第１電極のアーク停止位置は、鋼板継手の終端部に
置かれたシーリングカスケードビードに乗り上げて１０
〜５０ｍｍとし、第１電極に後行する第２電極のアーク
停止位置は、第１電極のアークを停止した位置を３０〜
１２０ｍｍ乗り超した位置とする。更に、第２電極のア
ークが停止してから３秒以内に溶接速度をそれまでの速
度より３０〜６０％減速すると共に、第３電極以降の電
極の電流値を１０〜４０％下げ、前記第２電極のアーク
停止位置を超えた位置で第３電極以後のアークを停止し
終端処理を完了する。これにより、シーリングカスケー
ドビードの拘束力が確保され、継手終端部に割れのない
健全な溶接ビードが得られる。

【００１２】次に、上述の各溶接施工条件の限定理由に
ついて図５を参照しつつ説明する。 （１）電極配置 ａ）第１−第２電極間距離 ８０ｃｍ／分以上の溶接速度で健全で且つ安定した裏ビ
ードを確保するために第１電極のみでは不十分であり、
第２電極の助けを必要とする。第１−第２電極がその役
割を十分果たすためには１プール形成しなければならな
い。第１電極で形成される溶融プールの長さは５０〜７
０ｍｍ程度であり、第１−第２電極で安定して１プール
を形成するためには、第１−第２電極間距離が７０ｍｍ
を超えてはならない。また、２０ｍｍ未満では電極間距
離が近づきすぎるため、アーク干渉によって第１−第２
電極のアークが不安定となり、裏ビードの安定形成がで
きなくなってしまう。このことから、第１電極と第２電
極との間の距離は２０ｍｍ〜７０ｍｍにする必要があ
る。 ｂ）第２−第３電極間距離 第２−第３電極間距離は、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
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。

【００１３】この電極間距離が１５０ｍｍ未満の場合
は、溶接速度が８０ｃｍ／分以上になると第１−第２電
極による溶融プール長が１００〜１５０ｍｍ程度となる
ことから、第１−第２−第３電極は１プールとなってし
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、電極間距離が２５０ｍｍを超える場
合は、第３電極により健全な溶け込みを深さを確保でき
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１５０ｍｍ
から２５０ｍｍにする必要がある。

【００１４】（２）溶接速度 継手終端部のアーク熱による変形を抑制する溶接条件と
しては、溶接入熱の低減と溶接速度の向上であり、溶接
速度が８０ｃｍ／分以上になるとその効果が現れる。ま
た、前述の電極配置を満足するためにも、溶接速度を８
０ｃｍ／分以上とすることが必要となる。

【００１５】（３）シーリングカスケードビード長 シーリングカスケードビードは、継手終端部の変形を抑
制する目的で施工されるものであり、拘束力を溶接前後
で十分確保する必要がある。

【００１６】シーリングカスケードビードに第１電極が
乗り上げ、停止するまでの部分はシーリングカスケード
ビードが第１電極によって溶融されるため、シーリング
カスケードビードの拘束力がなくなる。またシーリング
カスケードビード長が１５０ｍｍ未満であると継手終端
部での変形に十分耐えることができない。このことから
シーリングカスケードビード長は第１電極がシーリング
カスケードビードに乗り上げる長さ５０ｍｍを考慮して
５０ｍｍ＋１５０ｍｍ＝２００ｍｍ以上が必要である。
反対に１０００ｍｍを超えるようなシーリングカスケー
ドビードを施すことは、溶接の能率を著しく低下させる
ことになり、何のメリットも見いだせなくなる。

【００１７】これらのことから、継手終端部に発生する
割れを防止することと、溶接の能率を考慮するとシーリ
ングカスケードビード長は、２００ｍｍから１０００ｍ
ｍが最適な長さである。

【００１８】（４）各電極の停止位置と溶接条件 溶接の途中でアークを停止することは、その箇所で溶着
量が不足することになり、ビード外観上、好ましくな
い。つまり、第１電極がシーリングカスケードビードに
乗り上げてから１０ｍｍ未満の位置でアークを停止する
ことは、アークを停止した箇所の近傍で表ビード幅及び
余盛りが著しく不足し、健全な溶接ビードが得られな
い。逆に、シーリングカスケードビードに乗り上げてか
ら５０ｍｍを超えた位置でアークを停止すると、シーリ
ングカスケードビードに乗り上げてからアークが停止す
るまでの距離分だけシーリングカスケードビードが拘束
しうる長さを失い、前述のような状況になることから割
れが発生してしまう。

【００１９】このことから第１電極の停止位置は、シー
リングカスケードビードに乗り上げてから１０から５０
ｍｍとすることが必要である。また、第１電極が停止し
た位置では、非連続的な溶接金属が存在するため、少な
くとも第２電極の停止位置は第１電極が停止した位置を
３０ｍｍ超える必要がある。しかしながら、第１電極の
停止位置を１２０ｍｍ超えて第２電極のアークを止める
と、表ビードの余盛りが極めて多くなってしまうと共
に、第３電極以降の溶接条件を変更していない電極がシ
ーリングカスケードビードに乗り上がってしまい、シー
リングカスケードビードを必要以上に溶融させてしまう
ことによりシーリングカスケードビードの拘束力の低下
を招き、結果的に割れが発生してしまう。このことによ
り、第２電極のアーク停止位置は、第１電極の停止位置
を３０から１２０ｍｍ超えた位置であることが必要とな
る。

【００２０】第３電極及びそれ以降の電極については、
前述したように、シーリングカスケードビードに乗り上
げる時にそれまでの溶接条件のままでは、シーリングカ
スケードビードを必要以上に溶融させてしまうと共に、
表ビードの余盛りが多くなり過ぎてしまう。そこで、第
２電極が停止した時点で第３電極及びそれ以降の電極に
ついては、溶接条件の変更が必要となる。

【００２１】第１、第２電極がシーリングカスケードビ
ード上でアークを停止することから、第１、第２電極で
形成されたクレータ及びそれらから継手終端部までの間
では、それまでの溶接条件で第３電極及びそれ以降の電
極が通過すると、溶着量が比較的少ない箇所と多い箇所
が発生してしまうことから、第２電極のアークが停止し
た後、３秒以内でそれまでの溶接速度の３０〜６０％に
溶接速度を減速させる必要があり、同時に第３電極及び
それ以降の電極の電流値を１０〜４０％下げる必要があ
る。溶接速度が３０％未満の減速であるとシーリングカ
スケードビードをかなり溶融させてしまうことになり、
６０％を超える減速であると溶接条件の溶接電流を下げ
る条件をとるため、表ビードの余盛りが不足してしまう
こととなる。また、溶接電流は溶接速度を下げた分だけ
溶着量を確保しつつ、シーリングガスカスケードビード
を必要以上に溶融しないようにするため、１０〜４０％
溶接電流を下げる必要がある。

【００２２】第３電極及びそれ以降の電極の停止位置
は、第１−第２電極で形成されたクレータを本溶接部に
残すことがないようにするため、少なくとも第２電極の
停止位置を超えた位置で溶接を完了させる。これは、ク
レータ処理用のタブ板上で行うのがより好ましい。

【００２３】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、裏当てフラック
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。

【００２４】

【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。

【００２５】下記表１に示す鋼板、表２に示すワイヤ及
び表３、表４に示す表フラックス及び裏フラックスを使
用して表５に示す３電極及び４電極の溶接条件で片面サ
ブマージアーク溶接した。

【００２６】表３の表フラックスは、原料を水ガラスで
造粒した後、焼成したボンドフラックスであり、表４の
裏当てフラックスは裏当て銅板と鋼板の間に敷く樹脂コ
ーティングタイプのものである。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】 その他の化学成分はＣＯ₂，Ｂ₂Ｏ₃,Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−
Ｍｎ等である。

【００３０】

【表４】

【００３１】

【表５】 表５中、下線を引いた部分が本発明から外れる条件であ
る。

【００３２】溶接試験結果を下記表６、７に示す。

【００３３】

【表６】

【００３４】

【表７】

【００３５】表６は本発明の実施例、表７は本発明の比
較例である。

【００３６】但し、第１電極停止位置は、第１電極のア
ークがシリングカスケードビードに乗り上げてから停止
するまでの距離、第２電極停止位置は、第１電極のアー
クが停止した位置から第２電極アークが停止するまでの
距離、時間は第２電極アークが停止してから、条件変更
までの時間、溶接速度は初期溶接速度に対する増減率
（−：ダウン、＋：アップ）、溶接電流は初期溶接電流
に対する増減率（−：ダウン、＋：アップ）である。ま
た、Ｔ２は第２電極目、Ｔ３は第３電極目を示す。

【００３７】表６のテスト記号ＥＡ〜ＥＫの本発明実施
例は、いずれも良好なビード、及び溶け込み形状が得ら
れ、また、割れのない溶接が得られたものである。

【００３８】表７の比較例については、テスト記号Ｃ
Ａ，ＣＢ，ＣＥ，ＣＮ，ＣＩ，ＣＦはいずれも割れの発
生は認められなかったものの、ビード形状が良好である
とは言えず、テスト記号ＣＥ，ＣＩ，ＣＮについては、
ＣＥが第１、第２電極のアークが停止してから溶接条件
の変更までの時間が長くなり、その分溶着量が不足し、
ＣＩは、溶接条件変更後の溶接電流を下げすぎたため
に、溶着量が不足した。またテスト記号ＣＮにおいて
は、第２電極のアーク停止後の溶接速度の減速率を低く
したにも拘わらず、溶接電流を低下させたことにより溶
着量が不足した。これらの原因により特にビード外観が
不良となった。更に、テスト記号ＣＡ，ＣＢは夫々第１
電極、第２電極のアーク停止位置を本発明範囲から短い
方に逸脱したために、全体に溶着量が不足し外観不良と
なった。

【００３９】テスト記号ＣＦについては、電極配置にお
ける第２−第３電極の電極間距離が短いためアークの安
定性が悪くビード外観が不良となった。

【００４０】テスト記号ＣＨは、第１−第２電極の電極
間距離が短すぎて、テスト記号ＣＤはこれが長すぎるた
め、いずれも裏ビードの形状が安定して得られなかっ
た。

【００４１】テスト記号ＣＭは、第２−第３電極の電極
間距離が長すぎるため、溶接金属中のスラグ巻き込みが
発生した。

【００４２】テスト記号ＣＣ，ＣＧ，ＣＪ，ＣＬ，ＣＫ
においてはいずれも割れが発生した。

【００４３】テスト記号ＣＣは溶接速度が遅いため、他
に比較して大きな熱応力が発生し、このため、割れがが
発生した。テスト記号ＣＧは、第１電極の停止位置が長
すぎたため、シーリングカスケードビードの拘束力を弱
めたため、割れが発生した。同様にテスト記号ＣＬは、
もともとシーリングカスケードビードが短いために十分
な拘束力が得られず割れが発生した。テスト記号ＣＪは
溶接速度を下げすぎたため、またテスト記号ＣＫは溶接
電流を上げすぎたことによりシーリングカスケードビー
ドを必要以上に溶融させたため、やはり拘束力を低減さ
せてしまい、割れが発生してしまい、健全な溶接金属が
得られなかった。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
３電極以上の多電極片面サブマージアーク溶接の継手終
端部に発生する終端部割れを確実に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】多電極片面サブマージアーク溶接方法を示す図
である。

【図２】割れ発生部位を示す図である。

【図３】従来の割れ防止方法を示す図である。

【図４】シーリングビードを示す図である。

【図５】本発明方法を説明する図である。

【符号の説明】

１．２：被溶接材 ３：溶接線 ４：タブ板 ５：溶接金属 ６：割れ ７：拘束冶具 ８：切れ込み

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−285662（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−25892（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−99645（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】 ３本又はそれ以上の電極を使用し、先行
   する第１電極とその後行の第２電極との電極間距離を２
   ０〜７０ｍｍ、第２電極とその後行の第３電極との電極
   間距離を１５０〜２５０ｍｍとし、溶接速度を８０ｃｍ
   ／分以上として片面サブマージアーク溶接する方法にお
   いて、継手終端部の鋼板最終端から手前に２００〜１０
   ００ｍｍの部分にシーリングカスケードビードを置き、
   第１電極のアーク停止位置は、鋼板継手の終端部に置か
   れたシーリングカスケードビードに乗り上げて１０〜５
   ０ｍｍとし、第２電極のアーク停止位置は、第１電極の
   アークを停止した位置を３０〜１２０ｍｍ乗り越した位
   置とし、更に、第２電極のアークが停止してから３秒以
   内に、溶接速度をそれまでの速度より３０〜６０％減速
   すると共に、第３電極以降の電極の電流値を１０〜４０
   ％下げ、前記第２電極がそのアーク停止位置を超えた位
   置で第３電極以降のアークを停止することを特徴とする
   多電極サブマージアーク溶接法における終端処理方法。