JP3877843B2

JP3877843B2 - 裏当て材を用いない片面溶接方法

Info

Publication number: JP3877843B2
Application number: JP22650397A
Authority: JP
Inventors: 剛志黒川; 房樹輿石; 肇内山
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: JPH1158070A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、軟鋼・高張力鋼の溶接に適用されるもので、フラックス入りワイヤを使用してガスシールドアーク溶接により被溶接物を片面溶接する方法に関し、全姿勢の溶接で裏当て材を用いずに裏ビードを形成し片面溶接が行えるようにした、裏当て材を用いない片面溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、消耗電極としてフラックス入りワイヤを使用し、ガスシールドアーク溶接により、ルートギャップを有する開先が形成された突合せ継手（被溶接物）を片面溶接する際には、図２（ａ）に示すように、開先裏面に開先長手方向へ延びるルートギャップを塞ぐように主に耐火物からなる裏当て材１を取り付け、開先の表面側から、裏当て材１で溶融金属を支えながら初層溶接を行って裏ビード（初層ビード）２を形成し、次いで２層目以後の溶接を行って突合せ継手の片面溶接を完了させるようにしている（図２（ｂ））。この消耗電極としてフラックス入りワイヤを使用し、ガスシールドアーク溶接で施工する片面溶接方法では、全姿勢（下向き，立向き，横向き，上向き）の溶接に適用でき、フラックス入りワイヤを使用するためティグ（ＴＩＧ）溶接で施工するものや、被覆溶接棒を使用するものに比べて溶着速度が大で能率がよいという利点があるものの、裏当て材が高価であり、また、裏当て材の取り付け・取り外しに手間がかかるという欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこの発明は、消耗電極としてフラックス入りワイヤを使用し、ガスシールドアーク溶接で施工する片面溶接方法において、全姿勢の溶接で裏当て材を用いることなく裏ビードを形成することができ、裏当て材の取り付け・取り外しに要する手間がいらず、高能率な片面溶接を行うことができる、裏当て材を用いない片面溶接方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、軟鋼・高張力鋼製被溶接物の片面溶接を行うに際し、消耗電極として、炭素鋼製外皮にフラックスを充填してなり、フラックス中にAl又はMgの少なくとも１種を含有し、かつ、フラックス中にワイヤ全重量に対して重量％で、Al＋ 3Mg：1 〜5 重量％を満足し、ワイヤによる溶接金属の酸素含有量が250 ｐｐｍ以下となるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用い、該ワイヤを負極とし前記被溶接物を正極とする直流正極性のガスシールドアーク溶接で施工し、裏当て材を用いることなく裏ビードを形成し前記被溶接物の片面溶接を行うことを特徴とする、裏当て材を用いない片面溶接方法である。
【０００５】
請求項２の発明は、前記請求項１記載の裏当て材を用いない片面溶接方法において、前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが、フラックス中にワイヤ全重量に対して重量％で、さらに、 BaF ₂ ： 0.5 〜 10 重量％を含有し、前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによる溶接金属の窒素含有量が150 ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本願発明に係る片面溶接方法では、全姿勢の溶接で裏当て材を用いずに裏ビードを形成できるようにして片面溶接を行うために、▲１▼溶融金属の粘性を高めること、▲２▼裏ビードのシールド性を確保すること、▲３▼低溶接電流域（100 〜200 Ａ程度）でのアークの安定化を図ること、について下記の手段を講じている。
【０００７】
まず前記▲１▼に関しては、全姿勢の溶接で裏当て材を用いずに裏ビードを溶融金属の垂れ落ちなく安定に形成できるようにするために、Al又はMgの少なくとも１種をフラックス中に含有させたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを使用し、Al，Mgという強力な脱酸剤の効果により、溶融金属中の酸素含有量を低減させて溶融金属の粘性を高めるようにしている。
【０００８】
そして、ワイヤによる溶接金属の酸素含有量を250 ｐｐｍ以下にすることにより、溶融金属の粘性が顕著に高くなり、代表的な値（標準的な値）である5 ｍｍのルートギャップ（ルート間隔）を有する突合せ継手（被溶接物）において、全姿勢の溶接で裏当て材を用いずに裏ビードを垂れ落ちなく安定に形成することができた。このワイヤによる溶接金属中の酸素含有量は、ビードの形状（裏ビード及び２層目以後のビード）を悪化させない点より、150 ｐｐｍ以下の範囲がより好ましい。
【０００９】
ワイヤによる溶接金属の酸素含有量と該ワイヤのフラックス成分との関係については、Al，Mgなどの強力な脱酸剤の量に比例して酸素量が減る傾向があるほかに、酸素量を決定するその他の要因として、これら脱酸剤とフッ化物とのバランス、脱酸剤と酸化物とのバランス、及び、スラグの塩基度などがあるため、一義的には定められないものの、Al＋ 3Mgの量が溶接金属の酸素含有量と最も強い相関がある。すなわち、Al，Mgはともに、溶融金属中の酸素量を低減させて粘性を高めるとともに、直流正極性（ワイヤを負極、被溶接物を正極として行う直流のアーク溶接）でのアークを安定にする効果がある。しかし、ワイヤ全重量に対して重量％で、Al＋ 3Mgの量が1 重量％未満ではそれらの効果が十分でなく、溶接金属の酸素含有量が前記のより好ましい範囲である150 ｐｐｍを超え、裏ビードが垂れ下がり易くなり、一方、5 重量％を超えると溶融金属の粘性が高すぎ凸ビードとなってビード形状が悪化する。したがって、Al＋ 3Mgの量は1 〜5 重量％の範囲を満足するのがよい。
【００１０】
次に前記▲２▼に関しては、本発明による方法では、裏ビードを大気からシールドし、ブローホール、ピットのない健全な溶接金属を得るために、フッ化物であるBaF₂をフラックス中に含有させた前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを使用し、BaF₂のスラグ剤としての効果により、裏ビードを被包して大気からシールドし、シールド不良によるブローホール等のない健全な溶接金属を得るようにしている。
【００１１】
そして、ワイヤによる溶接金属の窒素含有量を150 ｐｐｍ以下にすることにより、標準値である5 ｍｍのルートギャップを有する突合せ継手において、裏ビードのシールド性が確保でき、ブローホール等のない溶接金属を得ることができた。この溶接金属の窒素含有量のより好ましい範囲は80ｐｐｍ以下である。
【００１２】
前記のBaF₂は、裏ビードのシールド性を良くするとともに、直流正極性でアークを安定にしてスパッタ発生量を減らす効果がある。しかし、ワイヤ全重量に対して重量％で、BaF₂量が0.5 重量％未満ではそのような効果が十分に発揮されず、シールド効果が十分でなく溶接金属の窒素含有量が前記の150 ｐｐｍを超え、ブローホール発生数が多くなり、一方、10重量％を超えるとワイヤ先端の溶滴が大粒化してスムーズな移行を行わずスパッタが大粒化し逆に発生量が増加する。したがって、BaF₂量は0.5 〜10重量％の範囲とするのがよい。
【００１３】
次に前記▲３▼に関して説明する。立向き姿勢，上向き姿勢などの難姿勢の溶接は、低溶接電流域（100 〜200 Ａ程度）で施工される。本発明による方法では、低溶接電流域でのアークの安定化を図るために、フラックス中に前記BaF₂を添加した前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを直流正極性で使用するようにしている。すなわち、このBaF₂系のフラックス入りワイヤを直流正極性で使用すると、ワイヤ先端の溶滴には陽イオンによる衝撃力に加えて、高蒸気圧のBaF₂等の蒸発による大きな反作用力が働くため、ワイヤ先端の溶滴がこれらの合力により衝撃を受け、小さな溶滴粒に変化して被溶接物へとスムーズに移行し、これにより低溶接電流域でのアークの安定化、スパッタ発生量の低減を図ることができる。
【００１４】
本発明による片面溶接方法では、シールドガスとして、炭酸ガス、アルゴンを主体とする混合ガス（Ar−CO₂混合ガス、Ar−O₂混合ガス）、ヘリウムを主体とする混合ガスが使用でき、溶接金属の酸素含有量の低減、及びシールドガスのコストの点などから、80％Ar−20％CO₂などのアルゴンを主体とするAr−CO₂混合ガスがよい。
【００１５】
なお、ワイヤ断面形状については特に制限されるものではなく、例えば図１（ａ）〜（ｄ）に例示する種々の形状ものに適用できる。図１（ｄ）の形状（継目無し）の場合にはワイヤ表面にCuメッキを施してもよい。
【００１６】
【実施例】
表３に示す化学成分の鋼製外皮（JIS G 3141 SPCC-SD相当）を用いて、表２に示すガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを製作した。各ワイヤいずれも、ワイヤ径：φ1.6 ｍｍ、フラックス充填率：10％（但し、No.13 の本発明例のみ20％）であり、ワイヤ断面形状は図１（ｂ）である。
【００１７】
これらの各フラックス入りワイヤを使用し、表１に示す溶接条件で、ルートギャップを有するＶ形突合せ継手の片面溶接を裏当て材を用いずに実施し、アークの安定性、良好な裏ビード（初層ビード）の得られ易さ（片面溶接性）、裏ビードのシールド性（耐ブローホール性）について評価した。なお、２層目以後の溶接は、初層溶接条件のうち主に溶接速度を変えて行った。
【００１８】
溶接試験結果を表４に示す。評価は、○：良、△：可（普通）、×：不可（不良）、とした。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

【００２２】
【表４】

【００２３】
No.14 の比較例は、Al＋ 3Mgの量が不足して溶接金属の酸素含有量が250 ｐｐｍを超え、粘性が低く溶融金属が垂れ落ちて裏ビードを形成することができなかった。No.15 の比較例は、BaF₂を添加したフラックス入りワイヤを直流正極性でなく直流逆極性（ワイヤ：正極、被溶接物：負極）で施工したため、アークが不安なため溶融池が荒れ、裏ビードを形成することができなかった。このように比較例では裏当て材を用いることなく裏ビードを形成することができなかった。
【００２４】
これに対して、本発明例（No.1〜 No.4 ， No.6 〜 No.11 ,No.13 ）では、全姿勢の溶接で裏当て材を用いることなく裏ビードを形成することができた。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明による片面溶接方法によると、全姿勢の溶接で裏当て材を用いることなく裏ビードを形成することができ、裏当て材の取り付け・取り外しに要する手間がいらず、高能率な片面溶接を行うことができる。また、裏当て材が要らないので溶接材料費を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るフラックス入りワイヤの断面形状の例を模式的に示す図である。
【図２】裏当て材を用いる片面溶接を説明するための図である。
【符号の説明】
１…裏当て材
２…裏ビード（初層ビード）
Ｍ…鋼製外皮
Ｆ…フラックス

Claims

軟鋼・高張力鋼製被溶接物の片面溶接を行うに際し、消耗電極として、炭素鋼製外皮にフラックスを充填してなり、フラックス中にAl又はMgの少なくとも１種を含有し、かつ、フラックス中にワイヤ全重量に対して重量％で、Al＋ 3Mg：1 〜5 重量％を満足し、ワイヤによる溶接金属の酸素含有量が250 ｐｐｍ以下となるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用い、該ワイヤを負極とし前記被溶接物を正極とする直流正極性のガスシールドアーク溶接で施工し、裏当て材を用いることなく裏ビードを形成し前記被溶接物の片面溶接を行うことを特徴とする、裏当て材を用いない片面溶接方法。
前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが、フラックス中にワイヤ全重量に対して重量％で、さらに、BaF₂：0.5 〜10重量％を含有し、前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによる溶接金属の窒素含有量が150 ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の裏当て材を用いない片面溶接方法。