JP3333369B2

JP3333369B2 - 高速片面サブマージアーク溶接における終端割れ防止方法

Info

Publication number: JP3333369B2
Application number: JP32083695A
Authority: JP
Inventors: 正晴幸村; 和雄田中
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 2002-10-15
Anticipated expiration: 2015-12-08
Also published as: JPH09155550A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接継手の終端部に発生
する割れの防止方法に関し、特に高速片面サブマージア
ーク溶接における終端割れ防止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、被溶接板の端面を互いに突き合わ
せて片面サブマージアーク溶接を施す場合には、溶接金
属の非定常部、即ち溶接継手の始端部及び終端部を適切
に処理したり、クレータを処理するため、継手の始終端
部にタブ板が取り付けられている。

【０００３】図２は、従来のサブマージアーク溶接施工
法における溶接継手の終端部の溶接方法を示す斜視図で
ある。この図２に示すように、被溶接板１３ａ及び１３
ｂは、開先加工が施された長手方向の端面を互いに突き
合わせ同一平面上に配置されている。そして、この継手
部の長手方向の端部１５を含む被溶接板１３ａ、１３ｂ
の端面に当接するように矩形状のタブ板１１が配置され
ている。また、このタブ板１１は仮溶接等によって被溶
接板１３ａ、１３ｂの端面に取り付けられている。

【０００４】このようにして溶接前に被溶接板１３ａ、
１３ｂの端面にタブ板１１が取り付けられた後、第１電
極２１、第２電極２２及び第３電極２３によって、白抜
き矢印の方向へサブマージアーク溶接が施され、継手部
における溶接部には溶接金属１４が形成される。

【０００５】また、溶接継手の始端部についても、終端
部と同様にしてタブ板が取り付けられ、例えばガウジン
グ等の適切な処理をタブ板に施しておくことにより、特
に溶接による問題が発生することはない。しかし、図２
に示す溶接継手の終端部１５では、第１電極２１のアー
クがタブ板１１に乗り上げると、それと同時に被溶接板
１３ａ、１３ｂが矢印方向に急激な回転変形を起こす。

【０００６】第１電極２１がタブ板１１に乗り上げる
と、タブ板１１にアーク熱が作用し、このアーク熱によ
ってタブ板１１が熱膨張する。このため、被溶接板１３
ａ、１３ｂを拘束していたタブ板１１の拘束力が瞬間的
に解放されてしまう。そうすると、被溶接板１３ａ、１
３ｂは、溶接時の入熱により内在されていた熱応力によ
って、溶接継手の終端部１５の近傍を中心として回転変
形を起こすこととなる。

【０００７】このため、被溶接板１３ａ、１３ｂの変形
により溶接継手の終端部１５では、図３に示すように、
溶接金属１４中に割れ１６（以下、「終端割れ」とい
う）が発生する場合がある。

【０００８】このような終端割れは、片面サブマージア
ーク溶接のような大入熱溶接施工による溶接を施す場合
に、特に顕著に発生する。そこで、終端割れを防止する
ための溶接施工法が数多く提案されている。

【０００９】図４は、押さえ手段にて被溶接板及びタブ
板に外圧を加えて終端割れを防止する従来のサブマージ
アーク溶接施工法（特公昭５１−１８２３４号公報、特
公昭５３−１２１５号公報）を示す図である。この図４
に示すように、被溶接板３３ａ及び３３ｂは、開先加工
が施された長手方向の端面を互いに突き合わせ同一平面
上に配置されている。そして、この継手部の長手方向の
端部３５を含む被溶接板３３ａ、３３ｂの端面に当接す
るように矩形状のタブ板３１が配置されている。また、
このタブ板３１は仮溶接等によって被溶接板３３ａ、３
３ｂの端面に取り付けられている。

【００１０】そして、被溶接板３３ａ及び３３ｂの側端
面には、継手部における溶接線３４と垂直な方向から、
押さえ手段３８ａ及び３８ｂにより１直線上に夫々同一
の大きさで反対向きの外圧が加えられ、被溶接板３３
ａ、３３ｂが挟持されている。また、タブ板３１にも溶
接線３４の延長線と垂直な方向から、押さえ手段３７ａ
及び３７ｂにより１直線状に夫々同一の大きさで反対向
きの外圧が加えられ、タブ板３１が挟持されている。

【００１１】このようにして、被溶接板３３ａ、３３ｂ
及びタブ板３１に外圧を加え拘束した状態で第１、第２
及び第３電極４１、４２、４３でサブマージアーク溶接
を施すことにより、被溶接板３３ａ、３３ｂの回転変形
を防止すると共に、溶接継手の終端割れを防止してい
る。

【００１２】しかし、このような施工方法で溶接するに
は、相当の大型設備を要し、また外圧を調整する必要も
あり、調整が不備であると、外圧によって被溶接板３３
ａ、３３ｂが上下方向に角変形を起こす場合もあり、溶
接金属に終端割れが生じてしまう。

【００１３】また、他の終端割れを防止する従来のサブ
マージアーク溶接施工方法として、溶接継手の終端部に
予めシーリングカスケードビードを形成しておく方法
（特開平５−２８５６６２号公報）がある。図５は、こ
の溶接施工方法による溶接継手の終端部を示す断面図で
ある。この図５に示すように、被溶接板５３及びこの被
溶接板５３と共に溶接する他の被溶接板（図示せず）
を、夫々の端面にＹ形開先５６等の開先加工を施し突き
合わせる。そして、この継手部の終端部５５の近傍であ
って開先５６のルートフェイス５４の上部に低い入熱に
よる溶接を施し、段状のシーリングカスケードビード５
２を形成する。その後、継手部の終端部５５にタブ板５
１を当接し仮溶接等で取り付けた後、継手部の開先にサ
ブマージアーク溶接による本溶接を施す。このように、
継手部の終端部５５に予めシーリングカスケードビード
５２を形成しておくことによって、終端部５５における
拘束力を保持しつつ、継手部の溶接を完了することがで
きるため、終端部の変形を抑制することができる。

【００１４】しかし、シーリングカスケードビード５２
が形成された溶接継手の終端部では、裏ビードが形成さ
れていないため、手直しが必要となる。また、本溶接に
よってシーリングカスケードビード５２上を溶接すると
きの溶接条件が不適切であると、シーリングカスケード
ビード５２が溶接時に殆ど溶融してしまう。このため、
終端部５５における拘束力が全くなくなってしまい、溶
接金属に終端割れが生じてしまう。

【００１５】更に、３本以上の電極を使用して、９０ｃ
ｍ／分以上の溶接速度で溶接を行う施工方法が特開平３
−２３８１７４号公報に開示されているが、溶接時に先
行する第１及び第２電極、又は第３及び第４電極の各電
極における溶接電流×電圧の総和値が高く、被溶接板に
与える熱エネルギーが大きくなってしまう。このため、
溶接継手の終端部における被溶接板の変形量が大きくな
ってしまい、タブ板及び終端部に適切な処理を施しても
終端割れを防止することが困難である。

【００１６】更にまた、特公昭５２−３０３７５号公報
には、タブ板に、１対のスリットを設けることにより、
終端割れを防止する方法が開示されている。図６はこの
終端割れ防止方法に使用するタブ板を示す上面図であ
る。この図６に示すように、被溶接板６３ａ及び６３ｂ
は、開先加工が施された長手方向の端面を互いに突き合
わされ同一平面上に配置されている。そして、この継手
部の長手方向の端部６５を含む被溶接板６３ａ、６３ｂ
の端面に当接するように矩形状のタブ板６１が配置され
ている。このタブ板６１には、被溶接板６３ａ、６３ｂ
の継手部における溶接線６４の延長線の両側にスリット
６２ａ及び６２ｂが設けられている。また、このタブ板
６１の両端領域６１ａ及び６１ｂの端部は、夫々溶接部
６６ａ及び６６ｂで被溶接板６３ａ、６３ｂの端面に仮
溶接されている。

【００１７】このような１対のスリットが設けられたタ
ブ板６１を、被溶接板６３ａ、６３ｂの端面に取り付け
た後、溶接線６４に沿って被溶接板６３ａ、６３ｂの継
手部にサブマージアーク溶接を施す。そうすると、スリ
ットのないタブ板を使用して溶接する場合に比べて、被
溶接板６３ａ、６３ｂの回転変形に対する拘束力は弱い
ものの、アークがタブ板６１に移行する際にも、アーク
熱を受けるタブ板６１の中央領域６１ｃと、溶接継手の
終端部を拘束しているタブ板６１の両端領域６１ａ、６
１ｂとが熱的に分離されているために、溶接が終了する
まで終端部に安定した拘束力を付与することができ、終
端割れの発生を防止している。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特公昭５２−３０３７５号公報に開示された溶接施工方
法では、溶接入熱が大きくなると、溶接熱による被溶接
板６３ａ、６３ｂにおける回転変形を起こそうとする熱
応力が大きくなる。前述したように被溶接板６３ａ、６
３ｂの回転変形に対する拘束力が低く、被溶接板６３
ａ、６３ｂの熱応力がタブ板６１による拘束力よりも大
きくなると、終端部６５の変形を抑制することができ
ず、溶接継手の終端部６５に割れが発生してしまう。

【００１９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、溶接継手の終端割れを防止することがで
き、良好な溶接継手を形成することができる高速片面サ
ブマージアーク溶接における終端割れ防止方法を提供す
ることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高速片面サ
ブマージアーク溶接における終端割れ奉仕方法は、被溶
接板の端面を他の被溶接板の端面に突き合わせ、この継
手部の長手方向の端部が含まれ前記被溶接板及び前記他
の被溶接板の端面に、前記継手部の延長線の両側に夫々
スリットが設けられたタブ板を取り付けることにより、
前記継手部をサブマージアーク溶接する場合に溶接継手
部の終端割れを防止する方法において、３又は４電極を
使用し第１電極のワイヤの直径が４．０乃至４．８ｍ
ｍ、第２、第３及び第４電極のワイヤの直径が４．８乃
至６．４ｍｍであり、第１及び第２電極間の距離が２０
乃至７０ｍｍ、第２及び第３電極間の距離が１５０乃至
２５０ｍｍであるように各電極を配置し、溶接速度が９
０乃至２００ｃｍ／分で溶接する際、前記高速片面サブ
マージアーク溶接に使用する第１電極の溶接電流及び溶
接電圧を夫々Ｌ _ｉ（Ａ）及びＬ _ｖ（Ｖ）、第２電極の溶
接電流及び溶接電圧を夫々Ｔ _ｉ１（Ａ）及び、Ｔ
_ｖ１（Ｖ）、第３電極の溶接電流及び溶接電圧を夫々Ｔ
_ｉ２（Ａ）及びＴ _ｖ２（Ｖ）並びに第４電極の溶接電流
及び溶接電圧を夫々Ｔ _ｉ３（Ａ）及びＴ _ｖ３（Ｖ）と
し、また前記被溶接板の厚さ及び溶接速度を夫々ｔ（ｍ
ｍ）及びｖ（ｃｍ／分）とし、更に第１及び第２電極に
よる溶接入熱Ｈ１（Ｊ／ｃｍ）をＨ１＝Ｌ _ｉ ×Ｌ _ｖ／ｔ
＋Ｔ _ｉ１ ×Ｔ _ｖ１／ｔ、第３電極又は第３及び第４電極
による溶接入熱Ｈ２（Ｊ／ｃｍ）をＨ２＝Ｔ _ｉ２ ×Ｔ
_ｖ２／ｔ＋Ｔ _ｉ３ ×Ｔ _ｖ３／ｔとすると、溶接入熱Ｈ１
及びＨ２並びに溶接速度ｖは、［（１００ｖ−３５０
０）／１．７］＜Ｈ１＜［（１００ｖ−２０００）／
１．７］、［１００ｖ／３．５］＜Ｈ２＜［（１００ｖ
＋５０００）／３．５］及び［Ｈ１／Ｈ２］＜１．４５
を満たし、更に前記厚さｔがｔ≦２５ｍｍであることを
特徴とする。

【００２１】

【００２２】

【作用】本願発明者等は、溶接継手の終端割れを防止す
ることができ、良好な溶接継手を形成することができる
高速片面サブマージアーク溶接における終端割れ防止方
法を開発すべく、種々の実験研究を行った。

【００２３】一般に、被溶接板の端面を他の被溶接板の
端面に突き合わせてサブマージアーク溶接を施す場合に
おいて、溶接継手終端部の割れを防止するためには、前
記終端部の変形が急激に起こらないようにすること、及
び溶接熱による被溶接板の回転変形をできるだけ小さく
することが有効であると考えられる。

【００２４】そこで、先ず、前記終端部の急激な変形に
関して、継手部の長手方向の端部が含まれる被溶接板の
端面に当接し、仮溶接等により取り付けられ前記被溶接
板を拘束すると共に、クレータを処理するタブ板の変形
に着目した。例えば、平板のタブ板を使用する場合に
は、溶接時に先行する電極が前記タブ板に乗り上げる
と、タブ板にアーク熱が作用するためタブ板が急激に熱
膨張する。それと同時に前記電極の乗り上げ直前まで拘
束されていた被溶接板の熱膨張による熱応力が解放され
る。このため、前記被溶接板は、溶接継手の終端部の近
傍を中心として、急激な回転変形を起こすため終端割れ
が発生する。

【００２５】このような終端割れの原因を考察した結
果、終端割れを防止するためには、溶接熱によって被溶
接板が回転変形を起こそうとする熱応力を徐々に解放す
ると共に、タブ板自体の溶接熱による変形を抑制する必
要があると考えられる。そこで、これらを実現するため
にはタブ板に、被溶接板を拘束する部分（以下、「被溶
接板拘束部」という）と、クレータを処理する部分（以
下「クレータ処理部」という）とを分離するスリットを
設けることが最適であるという結論に達した。

【００２６】しかし、上述したように、スリット付きタ
ブ板では拘束力が低いため、溶接入熱が大きい場合に
は、被溶接板の熱応力及びタブ板の変形量が大きくな
り、従来の溶接施工法においてスリット付きのタブ板を
使用しても、溶接継手の終端割れを防止することは困難
である。

【００２７】そこで、本願発明者等は、溶接熱による被
溶接板の回転変形を小さくして、溶接入熱が大きい場合
にスリット付きタブ板であっても、十分に被溶接板を拘
束することができる溶接施工方法、即ち電極の使用本数
を３又は４本とし、溶接速度を速くすることによって溶
接入熱を抑制し、更に溶接入熱を分散させる溶接施工方
法であれば、溶接継手部の終端割れを防止することがで
きることを見い出した。

【００２８】以下、本発明に係る終端割れ防止方法にお
けるサブマージアーク溶接の溶接施工条件について説明
する。

【００２９】電極数：３又は４本溶接に使用する電極数は、溶接速度及びビード形状等に
影響を与える。即ち、アーク熱による溶接継手の終端部
の変形を抑制する方法の一つとして、溶接速度を速くす
ることが挙げられるが、後述するように、その速度は９
０ｃｍ／分以上とすることが必要である。この溶接速度
を維持しつつ、２電極溶接すると、溶着量を十分に確保
することができず、また表ビード及び裏ビードを安定し
て形成することができない。一方、電極数が５本以上で
あると、溶接速度が２００ｃｍ／分以下の溶接では、３
又は４本の電極を使用する場合に比して溶接入熱が高く
なりすぎてしまう。従って、９０ｃｍ／分以上の溶接速
度で溶接して、健全且つ安定した溶接ビードを形成する
ためには、電極数が３又は４本であることが必要であ
る。

【００３０】第１電極のワイヤの直径：４．０乃至４．
８ｍｍ本発明における片面サブマージアーク溶接では、第１電
極及び第２電極によって、健全な裏ビードを確保すると
共に、必要な溶着量を得ている。しかし、第１電極のワ
イヤの直径が４．０ｍｍ未満であると、適正に使用でき
る電流の範囲が低いため、９０ｃｍ／分以上の溶接速度
で被溶接板の裏面まで安定して溶融させることは困難で
ある。また、第１電極のワイヤの直径が４．８ｍｍを超
えると、被溶接板の裏面まで溶融させるためには、極め
て高い電流が必要であり、またアークが広がりすぎてし
まうため、裏ビードの幅が広くなりすぎてしまい、ビー
ドの健全性の面から好ましくない。従って、第１電極の
ワイヤの直径は４．０乃至４．８ｍｍとする。

【００３１】第２、第３及び第４電極のワイヤの直径：
４．８乃至６．４ｍｍ第２電極以降、即ち第２、第３及び第４電極のワイヤの
直径が４．８ｍｍ未満であると、アークの集中性が良す
ぎるため、裏ビードの高さが過大となってしまう。ま
た、、アークの広がりが悪いため、健全なビード幅を確
保することができず、加えてビード幅が不安定となって
しまう。一方、第２電極以降のワイヤの直径が６．４ｍ
ｍを超えると、アークの集中性が悪くなり、適正な高さ
の裏ビードを確保することができない。また、アークが
広がりすぎるために、アンダカットが発生しやすくな
る。従って、第２、第３及び第４電極のワイヤの直径は
４．８乃至６．４ｍｍとする。

【００３２】また、第１電極及び第２電極のワイヤの直
径が夫々４．８ｍｍ及び６．４ｍｍを超えたものを使用
すると、ワイヤに流れる電流密度を保持するために、溶
接電流の値を上昇させることが必要となる。そうする
と、第１電極及び第２電極が被溶接板に与えるエネルギ
ーは大きくなり、これによって被溶接板の溶接継手の終
端部における変形量が大きくなるため、終端割れが発生
する。このため、第１電極及び第２電極以降の電極にお
けるワイヤの直径は上記範囲とすることが必要である。

【００３３】第１及び第２電極間の距離：２０乃至７０
ｍｍ９０ｃｍ／分以上の溶接速度で健全且つ安定した裏ビー
ドを形成するために、第１電極のみを使用するのでは不
十分であり、第２電極の補助が必要となる。この第１電
極及び第２電極の役割を十分に発揮させるためには、溶
接時の溶融プールを単一のプールとする必要がある。通
常、第１電極によって形成される溶融プールの長さは、
５０〜７０ｍｍ程度であり、第１電極及び第２電極で安
定した単一プールを形成するためには、第１電極と第２
電極との距離が７０ｍｍ以内であることが必要である。
また、第１電極と第２電極との距離が２０ｍｍ未満であ
ると、電極間距離が短すぎるため、相互電極のアーク干
渉によって、第１及び第２電極のアークが不安定とな
り、裏ビードを安定形成することができない。従って、
第１及び第２電極間の距離は２０乃至７０ｍｍとする。

【００３４】第２及び第３電極間の距離：１５０乃至２
５０ｍｍ第２及び第３電極間の距離は、溶接品質に関して、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を得るため
に必要な因子である。また、この電極間距離は、終端割
れ防止の観点から、先行する第１及び第２電極と後行す
る第３及び第４電極との溶接入熱を分散させるために必
要な因子でもある。

【００３５】第２電極と第３電極との距離が１５０ｍｍ
未満の場合は、溶接速度が９０ｃｍ／分以上になると、
第１及び第２電極による溶融プールの長さが１００〜１
５０ｍｍ程度となることから、第１、第２及び第３電極
による溶融プールが単一のプールとなってしまい、溶接
部の溶け込み形状が縦長になり、縦割れが発生する場合
がある。加えて、入熱を分散することができず、溶接継
手の終端部で被溶接板の変形が大きくなり、スリット付
きタブ板では、被溶接板の変形を抑制することが困難と
なる。一方、第２電極と第３電極との距離が２５０ｍｍ
を超える場合は、入熱を分散するためにはよいが、溶接
品質の面では、第３電極による健全な溶け込み深さを確
保することができなくなる。このため、第３電極のアー
クの安定性が悪くなり、表ビードの安定形成に悪影響を
与えたり、スラグ巻き込み等が生じる場合がある。従っ
て、第２及び第３電極間の距離は、１５０乃至２５０ｍ
ｍとする。

【００３６】第３及び第４電極間の距離：２０乃至６０
ｍｍ４電極を使用して溶接する場合には、溶接品質及び溶接
作業性の面から、第３電極と第４電極との距離が２０ｍ
ｍ未満であると、溶接時の吹き上げが強くなり、作業性
が低下してしまう。また、第３及び第４電極の相互のア
ーク干渉によっていずれの電極もアークが不安定とな
り、表ビードを安定形成することができなくなってしま
う。一方、第３電極と第４電極との距離が６０ｍｍを超
えると、スラグ巻き込みが生じ、また表ビードの幅が不
安定となってしまう。従って、第３及び第４電極間の距
離は２０乃至６０ｍｍとすることが好ましい。

【００３７】溶接速度：９０乃至２００ｃｍ／分溶接継手の終端部のアーク熱による変形を抑制するため
には、溶接入熱を低減したり、溶接速度を速くすること
が有効である。特に、溶接速度を速くすると、被溶接板
上のアーク熱が作用する部位、即ちアーク点の移動が速
くなるため、被溶接板における熱の広がり幅が小さくな
り、その結果被溶接板における溶接継手の終端部の変形
が小さくなる。つまり、同一量の溶接入熱であっても、
溶接速度が速い溶接では、被溶接板の変形量が小さくな
る。特に、この効果を得るためには、溶接速度が９０ｃ
ｍ／分以上であることが必要であるが、２００ｃｍ／分
を超えると、安定形状の表ビード及び裏ビードを得るこ
とができない。従って、溶接速度は９０乃至２００ｃｍ
／分とする。

【００３８】次に、溶接継手の終端部に取り付けるスリ
ット付きタブ板について説明する。本発明において使用
するスリット付きタブ板の形状は特に限定されるもので
はない。被溶接板に当接するタブ板の端面から切り込み
が入り、前記端面の反対面へ延出するようにスリットが
形成されていればよい。従って、このスリットは被溶接
板の溶接線と必ずしも平行である必要はない。

【００３９】また、タブ板には少なくとも２本のスリッ
トが形成されていることが必要であり、スリットに挟ま
れた領域がクレータ処理部となり、タブ板の両端領域が
被溶接板拘束部として機能する。即ち、クレータ処理部
は被溶接板を溶接してきた電極が、このクレータ処理部
に乗り上がってからアークの通電が止められることによ
って、被溶接板上にクレータが生じることを防止する機
能を有する。一方、被溶接板拘束部は前記電極がタブ板
に乗り上げた後であっても変形することがないため、被
溶接板の拘束を維持し続ける機能を有する。

【００４０】なお、溶接電極のアークの通電を止めて溶
接を終了する位置が、スリットの先端部を超えると、被
溶接板拘束部が熱変形しやすい状態となるため、前記位
置は被溶接板の端面に当接するタブ板端部からスリット
の先端部までの領域であることが好ましい。

【００４１】次に、溶接入熱について説明する。被溶接
板の熱変形を抑制するために溶接速度を速くすること
は、即ち被溶接板上のアーク点の移動が速くなることで
ある。被溶接板上のアーク点の移動が速くなると、被溶
接板における熱の広がりの幅を小さくすることができる
ため、溶接熱による被溶接板の変形は小さくなる。従っ
て、同一の溶接入熱であっても、溶接速度を速くして溶
接することにより、被溶接板の変形量を小さくすること
ができる。

【００４２】また、同一入熱、同一溶接速度であって
も、溶接入熱を分散させることは、被溶接板の変形量を
小さくすることに有効である。溶接入熱の分散方法とし
て、溶接の品質の健全性を考慮すると、第１及び第２電
極で一つの溶融プール、また第３又は第３及び第４電極
で一つの溶融プールと溶融プールを２つにして溶接する
ことが考えられる。

【００４３】以上の溶接条件に従うことにより、溶接継
手の終端部の割れを防止することができるが、より一層
確実に終端部の割れを防止するために、被溶接板の板厚
及び入熱の比率を規定してもよい。

【００４４】板厚：２５ｍｍ以下一般に、溶接入熱は被溶接板の板厚に関係し、その厚さ
が厚いほど溶接入熱は大きくなるという傾向がある。こ
のため、溶接継手の終端部の割れをより確実に防止する
には、被溶接板の板厚を２５ｍｍ以下とすることが好ま
しい。

【００４５】次に、溶接入熱と溶接速度との関係につい
て説明する。本発明においては、溶接入熱を第１電極と
第２電極による入熱及び第３電極と第４電極による入熱
の２つに分けて考える。一般に４本の電極を使用してサ
ブマージアーク溶接を行う場合、第１及び第２電極によ
る入熱をＨ１（Ｊ／ｃｍ）、第３及び第４電極による入
熱をＨ２（Ｊ／ｃｍ）とすると、Ｈ１及びＨ２は夫々下
記数式１及び２で表される。

【００４６】

【数１】Ｈ１＝Ｌ_i×Ｌ_v／ｔ＋Ｔ_i1×Ｔ_v1／ｔ

【００４７】

【数２】Ｈ２＝Ｔ_i2×Ｔ_v2／ｔ＋Ｔ_i3×Ｔ_v3／ｔ但し、Ｌ_i ：第１電極の溶接電流（Ａ）Ｌ_v ：第１電極の溶接電圧（Ｖ）Ｔ_i1：第２電極の溶接電流（Ａ）Ｔ_v1：第２電極の溶接電圧（Ｖ）Ｔ_i2：第３電極の溶接電流（Ａ）Ｔ_v2：第３電極の溶接電圧（Ｖ）Ｔ_i3：第４電極の溶接電流（Ａ）Ｔ_v3：第４電極の溶接電圧（Ｖ）ｔ：板厚（ｍｍ）（ｔ≦２５ｍｍ）。

【００４８】上記数式１及び２によって表される入熱Ｈ
１及びＨ２と、溶接速度との関係は、溶接速度（ｃｍ／
分）をｖとすると、下記数式３及び４を満たすことが好
ましい。

【００４９】

【数３】（１００ｖ−３５００）／１．７＜Ｈ１＜（１
００ｖ−２０００）／１．７

【００５０】

【数４】１００ｖ／３．５＜Ｈ２＜（１００ｖ＋５００
０）／３．５

【００５１】Ｈ１が上記数式３の上限値（（１００ｖ−
２０００）／１．７）以上、又はＨ２が上記数式４の上
限値（（１００ｖ＋５０００）／３．５）以上である
と、入熱が過大であるため被溶接板の変形量が大きくな
ってしまう。一方、Ｈ１が上記数式３の下限値（（１０
０ｖ−３５００）／１．７）以下、又はＨ２が上記数式
４の下限値（１００ｖ／３．５）以下であると、被溶接
板への入熱が小さいため、健全な溶接ビードを得ること
が困難である。従って、入熱Ｈ１及びＨ２は夫々上記数
式３及び４を満たすことが好ましい。

【００５２】入熱の比率：Ｈ１／Ｈ２＜１．４５上述した入熱Ｈ１及びＨ２が夫々上記数式３及び４を満
たす場合であっても、これらの入熱の比率Ｈ１／Ｈ２が
１．４５より小さくなることが好ましい。これは、Ｈ１
／Ｈ２≧１．４５であると、第１及び第２電極によって
形成される溶接金属量が多くなり、また第３又は第３及
び第４電極による被溶接板の溶け込みが不十分となるた
め、溶接継手の終端部で発生する被溶接板の変形に対し
て割れ感受性が高くなってしまうからである。従って、
入熱Ｈ１及びＨ２は、Ｈ１／Ｈ２＜１．４５を満たすこ
とが好ましい。

【００５３】なお、本発明における片面サブマージアー
ク溶接では、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が、これらの溶接材
料については、目的に応じて適正な作業性及び溶接金属
が得られるものであれば、本発明において特に限定する
ものではない。

【００５４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、本発明の特
許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

【００５５】図１は、本実施例に使用したタブ板を示す
上面図である。この図１に示すように、被溶接板３ａ及
び３ｂを、開先加工を施した長手方向の端面を互いに突
き合わせ同一平面内に配置する。そして、この継手部の
長手方向の端部５を含む被溶接板３ａ、３ｂの端面に当
接するように矩形状のタブ板１を配置する。このタブ板
１には、前記継手部の延長線の両側に、この延長線と平
行に１対のスリット２ａ及び２ｂが設けられている。ま
た、このタブ板１における、被溶接板拘束部１ａ及び１
ｂは夫々被溶接板３ａ及び３ｂに仮溶接されている。な
お、このタブ板１の寸法は、横ａ：２００〜４００ｍ
ｍ、縦ｂ：２００〜４００ｍｍ、スリット長ｃ：１００
〜２５０ｍｍ、スリット間距離ｄ：５０〜８０ｍｍであ
る。

【００５６】このように被溶接板３ａ、３ｂの継手端部
にスリット２ａ、２ｂ有するタブ板を配置した後、継手
部に溶接線４に沿ってサブマージアーク溶接を施した。
このとき使用した被溶接板３ａ、３ｂには全て鋼板ＳＭ
４００を使用し、この成分組成を下記表１に示す。ま
た、この溶接で使用したワイヤ及び表フラックスの成分
組成については、夫々下記表２及び３に示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】

【表３】その他：ＣＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ等。

【００６０】以上の溶接材料を使用して、３又は４電極
で被溶接板３ａ、３ｂに片面サブマージアーク溶接を施
し、このときの鋼板の板厚、電極数、各電極のワイヤの
直径及び溶接速度の溶接条件を下記表４に示す。なお、
本発明の特許請求の範囲から外れる溶接条件について
は、その条件値に下線を付して示す。

【００６１】

【表４】

【００６２】また、各電極間の距離を下記表５に示す。
なお、本発明の特許請求の特許請求の範囲から外れる溶
接条件については、その条件値に下線を付して示す。

【００６３】

【表５】

【００６４】下記表６に、第１、第２、第３及び第４電
極における溶接電流及び溶接電圧を示す。

【００６５】

【表６】

【００６６】下記表７に上記数式１及び２により算出し
た入熱Ｈ１及び入熱Ｈ２を示す。また、上記数式３及び
４における入熱Ｈ１、Ｈ２の上限値及び下限値と、入熱
の比率Ｈ１／Ｈ２とを、下記表７に併せて示す。

【００６７】

【表７】

【００６８】上記表４、５及び６の溶接条件により、溶
接を行った結果を下記表８に示す。なお、下記表８で
は、終端割れが発生しなかった場合を「◎」、タブ板の
条件によっては終端割れが発生するときもあった場合を
「○」、終端割れが発生した場合を「×」として、終端
状況の欄に示す。また、溶接部の割れ及びビード形状等
を観察して、溶接部が優れている場合を「◎」、溶接部
が良好である場合を「○」、溶接部が不良である場合を
「×」として下記表８の溶接評価の欄に示す。

【００６９】

【表８】

【００７０】上記表８に示すように、実施例Ｎｏ１〜１
４については、いずれも良好なビード及び溶け込み形状
が得られ、また溶接継手の終端部に割れが発生すること
なく健全な溶接金属を得ることができた。

【００７１】また、実施例Ｎｏ１５及び１６について
は、第１及び第２電極による溶接入熱Ｈ１が高いため、
拘束力が小さい小型のタブ板を使用した場合に、溶接継
手の終端部に若干の割れが発生する場合があった。

【００７２】実施例Ｎｏ１７については、第３電極によ
る溶接入熱Ｈ２が低く、入熱の比率Ｈ１／Ｈ２が大きい
ため、拘束力が小さい小型のタブ板を使用した場合に、
溶接継手の終端部に若干の割れが発生する場合があっ
た。

【００７３】実施例Ｎｏ１８については、第３及び第４
電極による溶接入熱Ｈ２が高いため、拘束力が小さい小
型のタブ板を使用した場合に、溶接継手の終端部に若干
の割れが発生する場合があった。

【００７４】一方、比較例Ｎｏ１については、使用電極
の数が２電極であり、また溶接入熱Ｈ１が高いため、表
及び裏ビードの形状が安定せず、特に表ビードにおいて
余盛り不足によるアンダカット等が発生した。

【００７５】比較例Ｎｏ２及び６については、第１及び
第２電極間の距離が特許請求の範囲から外れているた
め、裏ビードの形状が不安定となった。

【００７６】比較例Ｎｏ３については、第２及び第３電
極間の距離が長いため、十分な溶け込みを得ることがで
きず、スラグ巻込み及び融合不良が発生した。

【００７７】比較例Ｎｏ４については、溶接速度が遅い
ため、被溶接板の回転変形量が大きくなり、急激な変形
によって溶接継手の終端部に割れが発生した。

【００７８】比較例Ｎｏ５については、第２及び第３電
極間の距離が短いため、先行電極によって形成した裏ビ
ードを再溶融させてしまい、安定した裏ビードを得るこ
とができなかった。また、溶融プールが単一のプールと
なり、溶接部の溶け込み形状が縦長になったため、溶接
継手の終端部に割れが発生した。

【００７９】比較例Ｎｏ７については、第３及び第４電
極間の距離が長いため、表ビード形状が不安定となっ
た。

【００８０】比較例Ｎｏ８については、溶接入熱Ｈ１及
びＨ２は所定範囲内であるものの、溶接速度が速いた
め、健全な表及び裏ビードが形成できなかった。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被溶接板の端面を他の被溶接板の端面に突き合わせその
継手終端部にスリットが設けられたタブ板を配置してサ
ブマージアーク溶接する場合に、使用電極の数、各電極
ワイヤの直径、配置間隔及び溶接速度を適切に規定する
ので、溶接継手の終端部に割れが発生することを防止で
き、良好な溶接部を形成することができる。

【００８２】また、前記溶接時に入熱を適切に規定する
ことにより、より一層確実に前記終端部の割れを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用したタブ板を示す上面図
である。

【図２】従来のサブマージアーク溶接施工法における終
端部の溶接方法を示す斜視図である。

【図３】溶接継手の終端部に発生する溶接割れを示す図
である。

【図４】従来のサブマージアーク溶接施工法における終
端部の溶接方法を示す上面図である。

【図５】従来のサブマージアーク溶接施工法における終
端部の溶接方法を示す断面図である。

【図６】従来のサブマージアーク溶接施工法における終
端部の溶接方法を示す上面図である。

【符号の説明】

１，１１，３１，５１，６１；タブ板２ａ，２ｂ，６２ａ，６２ｂ；スリット３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，５３，
６３ａ，６３ｂ；被溶接板（鋼板）４，３４，６４；溶接線５，１５，５５，６５；終端部６ａ，６ｂ，６６ａ，６６ｂ；仮溶接部１４；溶接金属１６；溶接割れ２１，４１；第１電極２２，４２；第２電極２３，４３；第３電極３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ；押さえ手段５２；シーリングビード５４；ルート部５６；開先

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被溶接板の端面を他の被溶接板の端面に
突き合わせ、この継手部の長手方向の端部が含まれ前記
被溶接板及び前記他の被溶接板の端面に、前記継手部の
延長線の両側に夫々スリットが設けられたタブ板を取り
付けることにより、前記継手部をサブマージアーク溶接
する場合に溶接継手部の終端割れを防止する方法におい
て、３又は４電極を使用し第１電極のワイヤの直径が
４．０乃至４．８ｍｍ、第２、第３及び第４電極のワイ
ヤの直径が４．８乃至６．４ｍｍであり、第１及び第２
電極間の距離が２０乃至７０ｍｍ、第２及び第３電極間
の距離が１５０乃至２５０ｍｍであるように各電極を配
置し、溶接速度が９０乃至２００ｃｍ／分で溶接する
際、前記高速片面サブマージアーク溶接に使用する第１
電極の溶接電流及び溶接電圧を夫々Ｌ _ｉ（Ａ）及びＬ _ｖ
（Ｖ）、第２電極の溶接電流及び溶接電圧を夫々Ｔ _ｉ１
（Ａ）及び、Ｔ _ｖ１（Ｖ）、第３電極の溶接電流及び溶
接電圧を夫々Ｔ _ｉ２（Ａ）及びＴ _ｖ２（Ｖ）並びに第４
電極の溶接電流及び溶接電圧を夫々Ｔ _ｉ３（Ａ）及びＴ
_ｖ３（Ｖ）とし、また前記被溶接板の厚さ及び溶接速度
を夫々ｔ（ｍｍ）及びｖ（ｃｍ／分）とし、更に第１及
び第２電極による溶接入熱Ｈ１（Ｊ／ｃｍ）をＨ１＝Ｌ
_ｉ ×Ｌ _ｖ／ｔ＋Ｔ _ｉ１ ×Ｔ _ｖ１／ｔ、第３電極又は第３
及び第４電極による溶接入熱Ｈ２（Ｊ／ｃｍ）をＨ２＝
Ｔ _ｉ２ ×Ｔ _ｖ２／ｔ＋Ｔ _ｉ３ ×Ｔ _ｖ３／ｔとすると、溶
接入熱Ｈ１及びＨ２並びに溶接速度ｖは、［（１００ｖ
−３５００）／１．７］＜Ｈ１＜［（１００ｖ−２００
０）／１．７］、［１００ｖ／３．５］＜Ｈ２＜［（１
００ｖ＋５０００）／３．５］及び［Ｈ１／Ｈ２］＜
１．４５を満たし、更に前記厚さｔがｔ≦２５ｍｍであ
ることを特徴とする高速片面サブマージアーク溶接にお
ける終端割れ奉仕方法。