JP3801186B2 - 多層サブマージアーク溶接による極厚溶接部材 - Google Patents
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多層溶接法としては、 CO2溶接による多層溶接と大入熱サブマージアーク溶接との組み合わせ、またはサブマージアーク溶接単独による多層溶接等がある。
また、パス数が多いため、融合不良などの溶接欠陥が発生し易いところにも問題を残していた。
この方法は、 CO2溶接の多層溶接に比べると、パス数は大幅に減少するものの、製造ラインで溶接するようになることから、ボックス柱1本のライン占有時間が長くなり、オフラインでロボットを利用して溶接できる CO2溶接に比べると、トータルの能率はパス回数の減少から期待されるほどは改善されないという問題がある。
とはいえ、能率を高めるために入熱を高めると、初層においては、溶接金属の最終凝固部に割れが発生するおそれがあり、また2層目以降の溶接においては、溶融した溶接金属が開先中央に向かって流れ、溶接止端部がオーバーラップ形状になり易く、開先内部での融合不良や余盛り不足などを発生させるという問題がある。
このような欠陥が発生した場合、溶接後、アークガウジングではつり、 CO2溶接ではつった部分を埋め戻す作業が必要となり、溶接自体は高能率になっても補修が必要となるため、総合的な能率の向上には結びつかない。
しかしながら、溶接金属の化学組成が高温割れに対して敏感な組成になっている場合には、これらの方法を適用しても必ずしも高温割れを完全に防止することはできなかった。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
1.少なくとも初層を溶接入熱が 300 kJ/cm以上の大入熱とする多層サブマージアーク溶接によって接合した極厚溶接部材であって、多層肉盛り溶接部における2パス目の溶接金属が被処理鋼板に接していないことを特徴とする、多層サブマージアーク溶接による極厚溶接部材。
さて、ボックス柱の角継手部を大入熱で溶接するに当たっては、通常、ルートフェースを数mmとり、開先角度30°以上のV開先が使用される。
この時、多パス溶接ということになると、初層の高温割れとスラグ剥離が問題となることから、前述したような2段開先や40°以上の開先角度のV開先が用いられることもある。
高温割れの発生は、溶接金属の形状に大きな影響を受け、ビードの深さが幅に対して大きい場合、すなわち大入熱で開先内部に溶接金属を留めるような溶接を行った場合に発生し易く、発生場所は溶接金属の最終凝固部、すなわち溶接金属の中央上部である。
この発明では、この割れが発生する可能性のある開先中央部に集中させて、2パス目の溶接を高電流で行い、割れが発生する可能性のある場所を積極的に再溶解することによって、初層の凝固割れを防止するのである。
というのは、2パス目における先行電極の電流が1150Aより小さいと、2パス目の溶込みが浅くなり、初層溶接金属を溶かし込む深さが浅くなるために、完全に凝固割れの発生を防止することが難しくなるからである。
ここに、凝固割れの発生を完全に防止するためには、2パス目による初層溶接金属の溶かし込み深さは13mm以上、鋼板板厚が60mm以上の場合には15mm以上とすることが望ましい。
というのは、2パス目が開先内壁と接するような施工では、開先内壁と2パス目溶接金属との間に未溶融部つまり融合不良が生じる場合が発生し、この融合不良部は後続の溶接で溶解しきれずに欠陥として残る可能性が高いためである。
なお、2パス目の溶接金属を1パス目の溶接金属のみに接するようにするには、ワイヤの狙い位置を開先中央付近とすると共に、溶接金属が過多にならないように溶接条件(電極速度など)を調整すれば良い。
従って、2パス目の溶接は、多電極の場合でも単一電極だけの使用としてもかまわない。
このように、溶接金属の中央部のみにビードを置くような溶接を複数回にわたって行うと、中央部のビード高さが高くなるので、それ以降のパスによる溶接金属層が開先中央部への流れ込みのために薄くなることを効果的に防止でき、必要な溶接パス数を削減できる利点がある。
供試鋼材の成分組成を表1に示す。表1中、鋼板Aは板厚:70mmの 490 MPa級鋼板、鋼板Bは板厚:70mmの 590 MPa級鋼板、鋼板Cは板厚:80mmの 490 MPa級鋼板、鋼板Dは板厚:55mmの 490 MPa級鋼板である。
また、溶接ワイヤとしては、直径:6.4mm のものと 5.1mmのものを用いた。供試ワイヤの成分組成を表2に示す。表2中、ワイヤaは直径:6.4 mmの 490 MPa級鋼溶接用ワイヤ、ワイヤbは直径:6.4 mmの 590 MPa級鋼溶接用ワイヤ、ワイヤcは直径:5.1 mmの 490 MPa級鋼溶接用ワイヤである。
さらに、フラックスとしては、SiO2-MgO-CaO-Al2O3を主成分として鉄粉を添加した焼成型のものを用いた。
表1のAに示した成分組成の板厚:70mmの 490 MPa級鋼板に図1に示すような2段開先加工を施し、これに2電極サブマージアーク溶接により、表3に示す条件下で4パス溶接を行った。用いたワイヤは先行極(L極)および後行極(T極)とも表2にaで示した直径:6.4mm のものを用いた。なお、ワイヤの狙い位置は図2に示すとおりである。
図3にビードの積層状態を、また図4にその断面外観を示したが、この発明に従って溶接施工を行った場合には、内部欠陥もなく、良好な溶接ビードが得られた。
また、この時、2パス目の溶接による初層溶接金属の溶かし込み深さは17mm以上であった。
実施例1と同じ鋼種および開先形状の鋼板に対し、図5に示す積層法で多層サブマージアーク溶接を行った。溶接条件を表3に併記する。
その結果、初層溶接金属に割れが発生しただけでなく、2パス目止端部が余盛り不足となった。また、2パス目の溶接による初層溶接金属中央部の溶かし込み深さはせいぜい9mm程度であった。
表1のBに示した成分組成の板厚:70mmの 590 MPa級鋼板に図6に示すような開先加工を施し、2電極サブマージアーク溶接により、表4に示す条件下で4パス溶接を行った。
図7に、ビードの積層状態を示したが、この発明に従い溶接施工を行った場合には、内部欠陥もなく、良好な溶接ビードが得られた。
また、この時、2パス目の溶接による初層溶接金属の溶かし込み深さは16mm以上であった。
実施例2と同じ鋼種および開先形状の鋼板に対し、同じ積層法にて2電極サブマージアーク溶接を行った。ただし、2パス目は、溶接入熱は同じとしたが、先行極電流を1100Aとした。溶接条件を表4に併記する。
その結果、初層溶接金属の一部に割れが発生した。2パス目の溶接による初層溶接金属の溶かし込み深さは11〜14mm程度であり、割れが発生したのは溶かし込み深さが13mmより少ない場合であった。
表1のCに示した成分組成の板厚:80mmの 490 MPa級鋼板に図8に示すような開先加工を施し、2電極サブマージアーク溶接により、表5に示す条件下で4パス溶接を行った。
図9に、ビードの積層状態を示したが、内部欠陥もなく、良好な溶接ビードが得られていた。
また、この時、2パス目の溶接による初層溶接金属の溶かし込み深さは16mm以上であった。
実施例3と同じ鋼種および開先形状の鋼板に対し、同じ積層法にて2電極サブマージアーク溶接を行った。ただし、2パス目は電極速度を下げて入熱量を増やし、2パス目の溶接金属が開先壁に達する条件とした。
その結果、2パス目溶接金属と開先壁との間に融合不良が発生した。また、2パス目の溶接による初層溶接金属の溶かし込み深さは16mm以上であった。
表1のDに示した成分組成の板厚:55mmの 490 MPa級鋼板に図10に示すような開先加工を施し、2電極サブマージアーク溶接により、表6に示す条件下で4パス溶接を行った。
その結果、内部欠陥もなく、良好な溶接ビードが得られていた。
また、この時、2パス目の溶接による初層溶接金属の溶かし込み深さは13mm以上であった。
実施例4と同じ鋼種および開先形状の鋼板に対し、同じ積層法にて2電極サブマージアーク溶接を行った。ただし、2パス目は、溶接入熱は同じであるが、先行極電流を1100Aとした。溶接条件を表6に併記する。
その結果、初層溶接金属の一部に割れが発生した。また、2パス目の溶接による初層溶接金属の溶かし込み深さは12〜13mm程度でり、割れが発生したのは溶かし込み深さが13mmより少ない場合であった。
とくに、2パス目の溶接が終了した時点で開先部が広く残されている場合には、開先中央部に3パス目のビードを置かないと、ビードが開先部に広がりすぎて厚みがとれず、開先部を埋めるのに必要なパス数が増加する(図13参照)不利が生じる。
なお、3パス目においても、開先内壁との間に融合不良を生じさせないためには、溶接金属が鋼板に接しないように溶接することが重要である。
Claims (3)
- 少なくとも初層を溶接入熱が 300 kJ/cm以上の大入熱とする多層サブマージアーク溶接によって接合した極厚溶接部材であって、多層肉盛り溶接部における2パス目の溶接金属が被処理鋼板に接していないことを特徴とする、多層サブマージアーク溶接による極厚溶接部材。
- 請求項1において、1パス目のサブマージアーク溶接により形成される初層の深さが、40mm以上であることを特徴とする、多層サブマージアーク溶接による極厚溶接部材。
- 請求項1または2において、2パス目のサブマージアーク溶接による初層溶接金属の溶かし込み深さが、13mm以上であることを特徴とする、多層サブマージアーク溶接による極厚溶接部材。
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