JP6119940B1 - Vertical narrow groove gas shielded arc welding method - Google Patents

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Abstract

所定の開先条件として、板厚:10mm 以上の2枚の厚鋼材(1)を、ウイービングを用いる一層溶接または多層溶接により接合する立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法において、曲げ部とこの曲げ部によって画定される先端部とをそなえる溶接トーチ(4)を用いて、初層溶接のウイービングを行うものとし、その際、厚鋼材の開先面(2)に対するウイービング時に、所定の条件で溶接トーチの先端部を厚鋼材の開先面に向けて揺動させる。As a predetermined groove condition, in a vertical narrow groove gas shield arc welding method in which two thick steel materials (1) having a plate thickness of 10 mm or more are joined by single-layer welding or multi-layer welding using weaving, Welding of the first layer welding is performed using a welding torch (4) having a tip portion defined by a bent portion, and at that time, under a predetermined condition at the time of weaving on the groove surface (2) of the thick steel material The tip of the welding torch is swung toward the groove surface of the thick steel material.

Description

本発明は、狭開先ガスシールドアーク溶接方法に関するものであって、特には2枚の厚鋼材の突き合わせ溶接に適用することができる、立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法に関するものである。
ここで、「狭開先」とは、開先角度が25°以下でかつ開先ギャップが20mm以下であることを意味する。
The present invention relates to a narrow gap gas shield arc welding method, and more particularly to a vertical narrow gap gas shield arc welding method that can be applied to butt welding of two thick steel materials.
Here, “narrow groove” means that the groove angle is 25 ° or less and the groove gap is 20 mm or less.

鋼の溶接施工に用いられるガスシールドアーク溶接は、CO2単独のガス、あるいはArとCO2との混合ガスを溶融部のシールドに用いる消耗電極式が一般的であり、自動車、建築、橋梁および電気機器等の製造分野において幅広く用いられている。Gas shield arc welding used for steel welding construction is generally a consumable electrode type using a gas of CO 2 alone or a mixed gas of Ar and CO 2 as a shield for the molten part. Widely used in the field of manufacturing electrical equipment and the like.

ところで近年、鋼構造物の大型化・厚肉化に伴い、製作過程での溶接、特に鋼材の突き合わせ溶接における溶着量が増大し、さらには溶接施工に多くの時間が必要となり、施工コストの増大を招いている。  By the way, in recent years, with the increase in size and thickness of steel structures, the amount of welding in the manufacturing process, especially butt welding of steel materials, has increased, and more time is required for welding work, resulting in increased construction costs. Is invited.

これを改善する方法として、板厚に対して小さい間隙の開先をアーク溶接法により多層溶接する、狭開先ガスシールドアーク溶接の適用が考えられる。この狭開先ガスシールドアーク溶接は、通常のガスシールドアーク溶接と比べ溶着量が少なくなるので、溶接の高能率化・省エネルギー化が達成でき、ひいては施工コストの低減をもたらすものと期待される。  As a method for improving this, it is conceivable to apply narrow gap gas shielded arc welding in which a gap having a small gap with respect to the plate thickness is subjected to multilayer welding by arc welding. Since this narrow gap gas shielded arc welding has a smaller amount of welding than normal gas shielded arc welding, it is expected that the efficiency and energy saving of welding can be achieved, and that the construction cost can be reduced.

一方、立向きの高能率溶接には、通常、エレクトロスラグ溶接が適用されているが、1パス大入熱溶接が基本であり、板厚が60mmを超える溶接では入熱過多となり靭性低下が懸念されている。また、1パス溶接には板厚の限界があり、特に板厚が65mmを超える溶接は、未だ技術確立できていないのが現状である。  On the other hand, electroslag welding is usually applied to vertical high-efficiency welding, but 1-pass large heat input welding is fundamental, and welding with a plate thickness exceeding 60 mm causes excessive heat input and may cause a decrease in toughness. Has been. In addition, there is a limit to the plate thickness in one-pass welding, and in particular, the technology has not yet been established for welding with a plate thickness exceeding 65 mm.

このため、狭開先ガスシールドアーク溶接を立向き溶接に適用した、高品質でかつ高能率な溶接方法を開発することが望まれている。
このような狭開先ガスシールドアーク溶接を立向き溶接に適用した溶接方法として、例えば、特許文献1には、両面U型開先継手を対象とする両側多層溶接方法が開示されている。この溶接方法では、イナートガスを用いたTIG溶接による積層溶接を行っており、イナートガスを用いることでスラグやスパッタの発生を抑制し、積層欠陥を防ぐこととしている。
しかしながら、非消耗電極式であるTIG溶接は、消耗電極である鋼ワイヤを用いるMAG溶接やCO2溶接と比較して、溶接法そのものの能率が大きく劣る。
For this reason, it is desired to develop a high-quality and high-efficiency welding method in which narrow gap gas shielded arc welding is applied to vertical welding.
As a welding method in which such narrow groove gas shielded arc welding is applied to vertical welding, for example, Patent Document 1 discloses a double-sided multi-layer welding method for a double-sided U-shaped groove joint. In this welding method, lamination welding is performed by TIG welding using an inert gas, and the use of inert gas suppresses the generation of slag and spatter and prevents the lamination defects.
However, TIG welding, which is a non-consumable electrode type, is greatly inferior in efficiency of the welding method itself as compared to MAG welding or CO 2 welding using a steel wire as a consumable electrode.

また、特許文献2には、スパッタや融合不良を抑制するために溶接トーチのウイービングを行う、狭開先の立向き溶接方法が開示されている。
しかし、この溶接方法では、溶接トーチのウイービング方向が、開先深さ方向ではなく、鋼板表面方向であるため、溶融金属が垂れる前に溶接トーチをウイービングさせる必要があり、結果的に溶接電流を150A程度の低電流とし、1パス当たりの溶着量(≒入熱量)を抑える必要が生じる。
そのため、この溶接方法を板厚の大きい厚鋼材の溶接に適用する場合には、少量多パスの積層溶接となって、溶け込み不良等の積層欠陥が多くなる他、溶接能率が大きく低下する。
Further, Patent Document 2 discloses a vertical welding method with a narrow groove in which weaving of a welding torch is performed in order to suppress spatter and poor fusion.
However, in this welding method, since the weaving direction of the welding torch is not the groove depth direction but the steel plate surface direction, it is necessary to weave the welding torch before the molten metal droops. It is necessary to reduce the welding amount per pass (≈ heat input) with a low current of about 150A.
For this reason, when this welding method is applied to the welding of a thick steel material having a large plate thickness, the welding becomes a small amount of multi-pass laminating, resulting in a large number of laminating defects such as poor penetration and a large reduction in welding efficiency.

さらに、特許文献3には、特許文献2と同様、融合不良を抑制するために溶接トーチのウイービングを行う、立向き溶接方法が開示されている。
ここで開示される面角度(開先角度)は26.3〜52°と広めではあるが、溶接トーチのウイービングは開先深さ方向に対しても行われる。そのため、特許文献3の立向き溶接方法では、1パス当たりの溶着量を比較的多くとることが可能である。
しかし、開先深さ方向のウイービング量が小さく、また溶接金属および溶接ワイヤ組成が考慮されていないため、1パス当たりの溶着量(≒入熱量)を抑える必要が生じ、1パス当たりの溶接深さは10mm程度と浅くなる。
そのため、この溶接方法を板厚の大きい厚鋼材の溶接に適用する場合には、やはり少量多パスの積層溶接となって、溶け込み不良等の積層欠陥が多くなる他、溶接能率が低下する。
Furthermore, as in Patent Document 2, Patent Document 3 discloses a vertical welding method in which weaving of a welding torch is performed in order to suppress poor fusion.
Although the surface angle (groove angle) disclosed here is as wide as 26.3 to 52 °, the weaving of the welding torch is also performed in the groove depth direction. Therefore, in the vertical welding method of Patent Document 3, it is possible to take a relatively large amount of welding per pass.
However, since the amount of weaving in the groove depth direction is small and the composition of the weld metal and welding wire is not considered, it is necessary to suppress the amount of welding per pass (≈ heat input), and the welding depth per pass The depth is as shallow as 10mm.
For this reason, when this welding method is applied to the welding of a thick steel material having a large plate thickness, it is also a small amount of multi-pass laminating welding, resulting in an increase in laminating defects such as poor penetration and a reduction in welding efficiency.

また、特許文献4には、極厚材の1パス溶接を可能にした2電極のエレクトロガスアーク溶接装置が開示されている。
この2電極のエレクトロガスアーク溶接装置の使用により、板厚:70mm程度までの厚鋼材の接合が可能になる。しかし、2電極化により入熱量が360kJ/cm程度と大幅に増加するため、鋼板への熱影響が大きく、継手に高い特性(強度、靭性)が要求される場合、このような特性を満足させることが非常に困難となる。
また、この2電極のエレクトロガスアーク溶接装置では、開先において、裏面側にはセラミックの裏当てを、表面(溶接機側)には水冷式の銅当金の押し付け機構を設けることが不可欠であり、溶融金属の垂れの心配が無い反面、溶接装置が複雑となる。
なお、この2電極のエレクトロガスアーク溶接装置では、表面(溶接機側)に銅当金の押し付け機構を設けることが不可欠であるため、1パス溶接が基本であり、多パスの積層溶接として低入熱化を図ることは困難である。
Patent Document 4 discloses a two-electrode electrogas arc welding apparatus that enables one-pass welding of an extremely thick material.
By using this two-electrode electrogas arc welding apparatus, it is possible to join thick steel materials up to about 70 mm thick. However, since the heat input is greatly increased to about 360 kJ / cm by using two electrodes, the heat effect on the steel sheet is large, and when high properties (strength and toughness) are required for the joint, such properties are satisfied. It becomes very difficult.
In addition, in this two-electrode electrogas arc welding apparatus, it is indispensable to provide a ceramic backing on the back surface and a water-cooled copper metal pressing mechanism on the front surface (welder side) in the groove. On the other hand, there is no concern about dripping of molten metal, but the welding apparatus becomes complicated.
In this two-electrode electrogas arc welding device, it is essential to provide a copper-plating pressing mechanism on the surface (welding machine side), so 1-pass welding is fundamental, and low-insertion is required as multi-pass laminating welding. It is difficult to achieve heat.

特開2009−61483号公報JP 2009-61483 A 特開2010−115700号公報JP 2010-115700 A 特開2001−205436号公報JP 2001-205436 A 特開平10−118771号公報JP-A-10-118771

上記したように、厚鋼材の溶接に適用することができる、高品質でかつ高能率な立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法は、未だ開発されていないのが現状である。
一方、溶接自動化技術(溶接ロボット)の軽量・高機能・高精度化が進み、これまで困難であった開先形状と溶接姿勢に適した溶接トーチのウイービングが可能となり、このような溶接自動化技術を活用することにより、鋼材、開先形状、溶接姿勢および溶接材料(ワイヤ)に適した溶接施工(条件設定)が可能となってきている。
As described above, a high-quality and high-efficiency vertical narrow groove gas shielded arc welding method that can be applied to welding of thick steel materials has not yet been developed.
On the other hand, the welding automation technology (welding robot) has become lighter, more functional, and more accurate, and weaving of the welding torch suitable for the groove shape and welding posture, which has been difficult until now, has become possible. By utilizing, welding construction (condition setting) suitable for steel materials, groove shapes, welding postures and welding materials (wires) has become possible.

本発明は、高機能でかつ高精度の溶接自動化技術を活用することにより、高品質でかつ高能率な厚鋼材の溶接を可能ならしめた、立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法を提供することを目的とする。  The present invention provides a vertical narrow gap gas shielded arc welding method that enables high-quality and high-efficiency welding of thick steel materials by utilizing high-performance and high-precision welding automation technology. For the purpose.

さて、発明者らは、上記の課題を解決すべく、厚鋼材に立向き狭開先ガスシールドアーク溶接を適用する場合の溶接条件について、鋭意研究を重ねた。
その結果、厚鋼材の立向きの狭開先ガスシールドアーク溶接を行うにあたり、溶接金属および熱影響部において所望の機械的特性を得るとともに、溶接の高能率化を実現するには、開先ギャップをより狭くするか、あるいは2パス以上の多層溶接とすることにより、1パスあたりの溶接入熱量を抑制することが重要であることを知見した。
Now, in order to solve the above-mentioned problems, the inventors have conducted intensive research on welding conditions in the case of applying vertical narrow groove gas shielded arc welding to a thick steel material.
As a result, when performing narrow gap gas shielded arc welding in the vertical direction of thick steel materials, it is necessary to obtain the desired mechanical properties in the weld metal and the heat affected zone, and to improve the welding efficiency. It was found that it is important to suppress the welding heat input per pass by narrowing the thickness of the weld or by performing multi-pass welding of two or more passes.

しかし、このように1パスあたりの溶接入熱量を抑制する場合であっても、溶接欠陥の発生などを防止しながら、十分な接合深さ(溶接深さ)、特に初層溶接において十分な接合深さを得ることが必要となる。そこで、発明者らは、これを可能とする溶接条件について、さらに研究を進めた。
その結果、曲げ部とこの曲げ部によって画定される先端部とをそなえる溶接トーチを用いて、初層溶接のウイービングを行うものとし、その際、厚鋼材の開先面に対するウイービング時に、適正な条件で溶接トーチの先端部を厚鋼材の開先面に向けて揺動させることが重要であり、これによって、開先面を十分に溶融させて溶接欠陥の発生防止を図りつつ、十分な接合深さを確保でき、さらには高電流の立向き溶接において問題となる溶融金属の垂れの抑制を含むビード形状の安定化を図ることができるとの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚し、さらに検討を重ねて完成させたものである。
However, even when the amount of welding heat input per pass is suppressed in this way, a sufficient joining depth (welding depth), particularly in the first layer welding, can be achieved while preventing the occurrence of welding defects. It is necessary to gain depth. Therefore, the inventors have further studied the welding conditions that enable this.
As a result, weaving of the first layer welding is performed using a welding torch having a bent portion and a tip portion defined by the bent portion, and in this case, appropriate conditions are applied when weaving the groove surface of the thick steel material. Therefore, it is important to swing the tip of the welding torch toward the groove surface of the thick steel material. It has been found that the bead shape can be stabilized including the suppression of dripping of molten metal, which is problematic in high current vertical welding.
The present invention has been completed based on the above findings and further studies.

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.開先角度を25°以下、開先ギャップを20mm以下として、板厚:10mm以上の2枚の厚鋼材を、ウイービングを用いる一層溶接または多層溶接により接合する立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法において、
曲げ部と該曲げ部によって画定される先端部とをそなえる溶接トーチを用いて、初層溶接のウイービングを行うものとし、その際、該厚鋼材の開先面に対するウイービング時に、該溶接トーチの先端部を該厚鋼材の開先面に向けて揺動させ、該厚鋼材の板厚方向から見て該溶接トーチの先端部が溶接線方向と揃う位置を基準位置として、該基準位置における該溶接トーチの先端部の水平方向に対する角度θ1を10°以上45°以下、該基準位置からの該溶接トーチの先端部の揺動角度θ2を10°以上60°以下とし、
該初層溶接における接合深さを10mm以上とする、
立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1. Vertical narrow gap gas shielded arc welding method in which two steel plates with a groove angle of 25 ° or less and a groove gap of 20 mm or less and a thickness of 10 mm or more are joined by single layer welding or multilayer welding using weaving. In
Welding of the first layer welding is performed using a welding torch having a bent portion and a tip portion defined by the bent portion, and at that time, when the weaving is performed on the groove surface of the thick steel material, the tip of the welding torch Swinging toward the groove surface of the thick steel material, and using the welding position at the reference position as a reference position where the tip of the welding torch is aligned with the weld line direction when viewed from the plate thickness direction of the thick steel material The angle θ1 with respect to the horizontal direction of the tip of the torch is 10 ° to 45 °, the swing angle θ2 of the tip of the welding torch from the reference position is 10 ° to 60 °,
The joining depth in the first layer welding is 10 mm or more,
Vertical narrow gap gas shielded arc welding method.

2.前記接合を一層溶接とし、かつ前記開先ギャップを前記厚鋼材の板厚の25%以下とする前記1に記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。2. 2. The vertical narrow groove gas shielded arc welding method according to 1, wherein the joining is a single layer welding and the groove gap is 25% or less of the plate thickness of the thick steel material.

3.前記接合を多層溶接とし、かつ前記初層溶接における接合深さを25mm以上60mm以下とする前記1に記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。3. 2. The vertical narrow groove gas shielded arc welding method according to 1, wherein the joining is multilayer welding and the joining depth in the first layer welding is 25 mm or more and 60 mm or less.

4.前記初層溶接のウイービングにおいて、溶接線方向から見た溶接トーチのウイービングパターンがコ字形である前記1〜3のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。4). 4. The vertical narrow gap gas shield arc welding method according to any one of the above items 1 to 3, wherein the weaving pattern of the welding torch viewed from the welding line direction is a U-shape in the first layer welding weaving.

5.前記初層溶接における溶接金属のS量およびO量の合計が450質量ppm以下でかつ、N量が120質量ppm以下である前記1〜4のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。5. The vertical narrow gap gas shielded arc according to any one of 1 to 4 above, wherein the total amount of S and O of the weld metal in the first layer welding is 450 ppm by mass or less and the amount of N is 120 ppm by mass or less. Welding method.

6.前記初層溶接で用いる溶接ワイヤのSi量およびMn量の合計が1.5質量%以上3.5質量%以下である前記1〜5のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。6). The vertical narrow groove gas shielded arc welding method according to any one of 1 to 5, wherein the total amount of Si and Mn of the welding wire used in the first layer welding is 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less.

7.前記初層溶接で用いる溶接ワイヤのTi量、Al量およびZr量の合計が0.08質量%以上0.50質量%以下である前記1〜6のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。7). The vertical narrow gap gas shielded arc welding method according to any one of 1 to 6 above, wherein the total amount of Ti, Al and Zr of the welding wire used in the first layer welding is 0.08% by mass or more and 0.50% by mass or less. .

8.シールドガスとして20体積%以上のCO2ガスを含有するガスを用いる前記1〜7のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。8). 8. The vertical narrow gap gas shielded arc welding method according to any one of 1 to 7 above, wherein a gas containing 20% by volume or more of CO 2 gas is used as the shielding gas.

9.前記初層溶接において、平均溶接電流が270A以上420A以下の範囲である前記1〜8のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。9. The vertical narrow groove gas shield arc welding method according to any one of 1 to 8, wherein an average welding current is in a range of 270A to 420A in the first layer welding.

本発明によれば、板厚が10mm以上の厚鋼材を溶接する場合であっても、立向き溶接において問題となる溶融金属の垂れ抑制を含むビード形状の安定化と溶接欠陥発生を防止しつつ、高品質でかつ高能率な狭開先ガスシールドアーク溶接を実施することができる。
そして、本発明の溶接方法は、通常のガスシールドアーク溶接と比べ溶着量が少なく、溶接の高能率化による省エネルギー化も達成できるので、溶接施工コストの大幅な低減が可能となる。
また、本発明の溶接方法では、特許文献4に示したエレクトロガスアーク溶接装置のような溶融金属の垂れ落ちを防止する水冷式の銅当金の押し付け機構は不要なので、装置の複雑化を回避することができ、さらには、多パスかつ所定の開先形状での溶接施工により1パス当たりの溶接入熱を抑制することができるので、溶接金属および鋼材熱影響部で所望とする機械的特性の確保が容易となる。
According to the present invention, even when a thick steel material having a plate thickness of 10 mm or more is welded, the bead shape including the suppression of dripping of molten metal, which is a problem in vertical welding, is prevented and the occurrence of welding defects is prevented. High-quality and high-efficiency narrow groove gas shielded arc welding can be performed.
The welding method of the present invention has a smaller amount of welding than ordinary gas shielded arc welding, and can achieve energy saving by increasing the efficiency of welding, so that the welding construction cost can be greatly reduced.
Further, in the welding method of the present invention, a water-cooling type copper metal pressing mechanism for preventing dripping of molten metal as in the electrogas arc welding apparatus shown in Patent Document 4 is unnecessary, so that the apparatus is not complicated. Furthermore, since welding heat input per pass can be suppressed by multipass welding with a predetermined groove shape, the desired mechanical characteristics of the weld metal and steel material heat affected zone can be obtained. Ensuring is easy.

各種開先形状の例を示すものである。Examples of various groove shapes are shown. V形の開先形状において、本発明の一実施形態に係る溶接方法により初層溶接を施工する際の施工要領を示すものである。In the V-shaped groove shape, the construction procedure when constructing the first layer welding by the welding method according to one embodiment of the present invention is shown. 厚鋼材の開先面に対するウイービング時における、溶接トーチの揺動状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the rocking | fluctuation state of a welding torch at the time of weaving with respect to the groove surface of a thick steel material. V形の開先形状において、初層溶接を施した後の開先断面の一例を示すものである。In a V-shaped groove shape, an example of a groove section after first layer welding is shown. 初層溶接のウイービングにおける、溶接線方向から見た溶接トーチのウイービングパターンを示すものである。It shows the weaving pattern of the welding torch as seen from the weld line direction in the weaving of the first layer welding.

以下、本発明を具体的に説明する。
図1(a)〜(c)は、各種開先形状の例を示すものである。図中、符号1が厚鋼材、2が厚鋼材の開先面、3が(Y形開先における)鋼材下段部の開先であり、記号θで開先角度を、Gで開先ギャップを、tで板厚を、hで(Y形開先における)鋼材下段部の開先高さを示す。
同図で示したように、ここで対象とする開先形状は、V形開先(I形開先およびレ形開先を含む)およびY形開先のいずれとすることも可能であり、また図1(c)に示すように多数段のY形開先とすることも可能である。
なお、図1(b)および(c)に示すように、Y形開先の場合の開先角度および開先ギャップは、鋼材下段部の開先における開先角度および開先ギャップとする。ここで、鋼材下段部の開先とは、溶接時に裏面(溶接装置(溶接トーチ)側の面を表面、その反対側の面を裏面とする)となる鋼材面から板厚の20〜40%程度までの領域を意味する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
1A to 1C show examples of various groove shapes. In the figure, reference numeral 1 is a thick steel material, 2 is a groove surface of the thick steel material, 3 is a groove in the lower part of the steel material (in the Y-shaped groove), a groove angle is denoted by symbol θ, and a groove gap is denoted by G. , T indicates the plate thickness, and h indicates the groove height of the lower part of the steel material (in the Y-shaped groove).
As shown in the figure, the target groove shape here can be any of a V-shaped groove (including an I-shaped groove and a L-shaped groove) and a Y-shaped groove, In addition, as shown in FIG. 1C, a multi-stage Y-shaped groove may be used.
As shown in FIGS. 1B and 1C, the groove angle and the groove gap in the case of the Y-shaped groove are the groove angle and the groove gap in the groove of the steel lower step part. Here, the groove in the lower part of the steel material means 20 to 40% of the plate thickness from the steel material surface that becomes the back surface (the surface on the welding device (welding torch) side is the front surface and the opposite surface is the back surface) during welding. Means an area to the extent.

また、図2は、V形の開先形状において、本発明の一実施形態に係る溶接方法により初層溶接を施工する際の施工要領を示すものである。図中、符号4が溶接トーチ、5が溶接ワイヤ、6が裏当て材である。なお、溶接線、溶融池および溶接ビードについては、図示を省略している。
ここに、この溶接方法は、図2に示すように、所定の板厚となる2枚の厚鋼材を突き合わせ、これらの厚鋼材を、ウイービングを用いる立向き溶接により接合するガスシールドアーク溶接であり、進行方向を上向きとする上進溶接を基本とする。そして、厚鋼材の開先面に対するウイービング時に、溶接トーチの先端部をこの厚鋼材の開先面に向けて揺動させるのである。
なお、ここでは、V形の開先形状を例にして示したが、他の開先形状でも同様である。
Moreover, FIG. 2 shows the construction point at the time of constructing the first layer welding by the welding method according to the embodiment of the present invention in the V-shaped groove shape. In the figure, reference numeral 4 is a welding torch, 5 is a welding wire, and 6 is a backing material. In addition, about a weld line, a molten pool, and a weld bead, illustration is abbreviate | omitted.
Here, as shown in FIG. 2, this welding method is a gas shielded arc welding in which two thick steel materials having a predetermined plate thickness are butted and these thick steel materials are joined by vertical welding using weaving. Basically, upward welding with the traveling direction upward. Then, during the weaving with respect to the groove surface of the thick steel material, the tip of the welding torch is swung toward the groove surface of the thick steel material.
Here, the V-shaped groove shape is shown as an example, but the same applies to other groove shapes.

さらに、図3は、厚鋼材の開先面に対するウイービング時における、溶接トーチの揺動状態を示す模式図であり、図3(a)および(b)はそれぞれ板厚方向(図2の厚鋼材の裏面(裏当て材のある側))から見た溶接トーチが基準位置にある状態および溶接トーチがθ2の角度で揺動した状態を示すものである。図3(c)は、図3(a)のX矢視図である。なお、基準位置とは、図3(a)のように、板厚方向から見て溶接トーチの先端部(中心線、つまり溶接ワイヤの突き出し方向)が溶接線方向と揃う位置である。また、図3(a)および(b)では、溶融させようとする厚鋼材の開先面(図示省略)が、紙面向かって左側にあるものとする。
図中、符号7が本体部、8が給電チップ、9が曲げ部、10が先端部である。ここで、先端部10は、曲げ部9よりも溶接ワイヤ(図示省略)側となる部分である。なお、曲げ部9は、溶接トーチを構成する本体部7および給電チップ8のいずれに設けてもよいが、施工性の面などからは、給電チップ8に設けることが好ましい。
また、θ1は基準位置における溶接トーチの先端部の水平方向に対する角度、θ2は基準位置からの溶接トーチの先端部の揺動角度、θ3は溶接トーチの曲げ部における曲げ角度、lは溶接トーチの先端部の長さであり、これらはそれぞれ溶接トーチ各部の中心線を基準とする。
Further, FIG. 3 is a schematic diagram showing a swinging state of the welding torch during weaving with respect to the groove surface of the thick steel material, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are respectively in the plate thickness direction (thick steel material of FIG. 2). 2 shows a state in which the welding torch is at the reference position and a state in which the welding torch is swung at an angle of θ2 as viewed from the back surface (the side having the backing material). FIG. 3C is a view taken in the direction of the arrow X in FIG. As shown in FIG. 3A, the reference position is a position where the tip of the welding torch (center line, that is, the protruding direction of the welding wire) is aligned with the welding line direction when viewed from the thickness direction. 3A and 3B, the groove surface (not shown) of the thick steel material to be melted is assumed to be on the left side of the drawing.
In the figure, reference numeral 7 is a main body portion, 8 is a power feed tip, 9 is a bent portion, and 10 is a tip portion. Here, the distal end portion 10 is a portion that is closer to the welding wire (not shown) than the bending portion 9. In addition, although the bending part 9 may be provided in any of the main-body part 7 and the electric power feeding chip 8 which comprise a welding torch, it is preferable to provide in the electric power feeding chip 8 from the surface of workability.
Θ1 is an angle with respect to the horizontal direction of the tip of the welding torch at the reference position, θ2 is a swinging angle of the tip of the welding torch from the reference position, θ3 is a bending angle at a bending portion of the welding torch, and l is a welding torch. This is the length of the tip, which is based on the center line of each part of the welding torch.

また、図4は、V形の開先形状において、初層溶接を施した後の開先断面の一例を示すものである。図中、符号11が溶接ビードであり、記号Dで初層溶接における接合深さを、Wで初層溶接における溶接ビード幅(初層溶接後の開先間のギャップ)を示す。
なお、初層溶接における接合深さDは、溶接時に裏面となる鋼材面を起点とした場合の初層溶接ビード高さの最小値(起点の鋼材面から最も近い(低い)初層溶接ビード高さ)である。ここでは、V形の開先形状を例にして示したが、他の開先形状でもDおよびWは同様である。
FIG. 4 shows an example of a groove cross section after first layer welding in a V-shaped groove shape. In the figure, reference numeral 11 denotes a weld bead, symbol D denotes a joining depth in the first layer welding, and W denotes a weld bead width (gap between the grooves after the first layer welding) in the first layer welding.
In addition, the joining depth D in the first layer welding is the minimum value of the first layer weld bead height when starting from the steel surface that is the back surface during welding (the first layer weld bead height closest (low) from the starting steel surface). That is). Here, a V-shaped groove shape is shown as an example, but D and W are the same in other groove shapes.

次に、本発明の溶接方法において、開先角度、開先ギャップおよび鋼材の板厚を前記の範囲に限定した理由について説明する。  Next, the reason why the groove angle, the groove gap, and the steel plate thickness are limited to the above ranges in the welding method of the present invention will be described.

開先角度θ:25°以下
鋼材の開先部は小さいほどより早く高能率な溶接を可能とする反面、融合不良等の欠陥が生じやすい。また、開先角度が25°を超える場合の溶接は、従来の施工方法でも実施可能である。このため、本発明では、従来の施工方法では施工が困難であり、かつ一層の高能率化が見込まれる開先角度:25°以下の場合を対象とする。
なお、V形開先において、開先角度が0°の場合はいわゆるI形開先と呼ばれ、溶着量の面からはこの0°の場合が最も効率的であり、開先角度が0°(I形開先)であってもよいが、溶接熱ひずみにより溶接中に開先が閉じてくるため、これを見込んで、板厚t(ただし、Y形開先の場合には鋼材下段部の開先高さh)に応じた開先角度を設定することが好ましい。
具体的には、開先角度は(0.5×t/20)°以上、(2.0×t/20)°以下とすることが好ましく、さらに好ましくは(0.8×t/20)°以上、(1.2×t/20)°以下である。例えば、板厚tが100mmの場合、開先角度は2.5°以上、10°以下が好ましく、さらに好ましくは4°以上、6°以下である。
ただし、板厚tが100mmを超えると、好適範囲の上限は10°を超えるようになるが、この場合の好適範囲の上限は10°とする。
Groove angle θ: 25 ° or less The smaller the groove portion of the steel material, the faster and more efficient welding is possible, but defects such as poor fusion tend to occur. In addition, welding when the groove angle exceeds 25 ° can be performed by a conventional construction method. For this reason, in this invention, construction is difficult with the conventional construction method, and the case where the groove angle is 25 ° or less at which higher efficiency is expected is targeted.
In the V-shaped groove, when the groove angle is 0 °, it is called a so-called I-shaped groove, and this 0 ° is the most efficient in terms of the amount of welding, and the groove angle is 0 °. (I-shaped groove) may be used, but since the groove is closed during welding due to welding thermal strain, the thickness t (however, in the case of Y-shaped groove, the lower part of the steel material) It is preferable to set a groove angle according to the groove height h).
Specifically, the groove angle is preferably (0.5 × t / 20) ° or more and (2.0 × t / 20) ° or less, more preferably (0.8 × t / 20) ° or more, (1.2 × t / 20) ° or less. For example, when the plate thickness t is 100 mm, the groove angle is preferably 2.5 ° or more and 10 ° or less, more preferably 4 ° or more and 6 ° or less.
However, when the plate thickness t exceeds 100 mm, the upper limit of the preferred range exceeds 10 °. In this case, the upper limit of the preferred range is 10 °.

開先ギャップG:20mm以下
鋼材の開先部は小さいほど、より早く高能率な溶接を可能とする。また、開先ギャップが20mmを超える場合の溶接は、溶融金属が垂れ易く施工が困難である。その対策には、溶接電流を低く抑えることが必要となるが、スラグ巻込み等の溶接欠陥が発生し易くなる。そのため、開先ギャップは20mm以下の場合を対象とする。好ましくは4mm以上、12mm以下の範囲である。また、特に、初層溶接のみからなる一層溶接により接合する場合には、開先ギャップは、被溶接材となる厚鋼材の板厚の25%以下とすることがより好ましい。さらに好ましくは20%以下である。
Groove gap G: 20 mm or less The smaller the groove portion of the steel material, the faster and more efficient the welding becomes possible. In addition, in the case where the groove gap exceeds 20 mm, the molten metal tends to sag and is difficult to construct. As a countermeasure, it is necessary to keep the welding current low, but welding defects such as slag entrainment tend to occur. Therefore, the case where the groove gap is 20 mm or less is targeted. The range is preferably 4 mm or more and 12 mm or less. In particular, when joining by single-layer welding consisting of only first layer welding, the groove gap is more preferably 25% or less of the plate thickness of the thick steel material to be welded. More preferably, it is 20% or less.

板厚t:10mm以上
鋼材の板厚は10mm以上とする。というのは、鋼材の板厚が10mm未満であれば、従来の溶接方法、例えば、半フラックスコアードワイヤを用いた半自動CO2アーク溶接を用いても、溶接入熱量を抑制しつつ健全な継手が得られる場合もあるからである。好ましくは20mm以上、より好ましくは25mm以上である。
なお、一般の圧延鋼材を対象とする場合、板厚は一般に100mmが上限である。よって、本発明で対象とする鋼材の板厚の上限は100mm以下とすることが好ましい。
Plate thickness t: 10 mm or more The steel plate thickness should be 10 mm or more. This is because if the steel sheet thickness is less than 10 mm, a conventional joint, for example, a semi-automatic CO 2 arc welding using a semi-flux cored wire, a healthy joint while suppressing the heat input of welding. This is because there are cases in which Preferably it is 20 mm or more, More preferably, it is 25 mm or more.
When a general rolled steel material is targeted, the upper limit of the plate thickness is generally 100 mm. Therefore, it is preferable that the upper limit of the thickness of the steel material targeted in the present invention is 100 mm or less.

また、被溶接材とする鋼種としては、高張力鋼(例えば、造船用極厚YP460MPa級鋼(引張強さ570MPa級鋼)や建築用TMCP鋼SA440(引張強さ590MPa級鋼))が特に好適である。というのは、高張力鋼は、溶接入熱制限が厳しく、溶接金属に割れが生じ易い他、溶接熱影響により要求される継手強度や靭性が得られない。これに対し、本発明の一実施形態に係る溶接方法では、入熱量:170kJ/cm以下で効率良く溶接が可能であり、590MPa級高張力鋼板、高合金系となる590MPa級耐食鋼の溶接も可能である。当然、軟鋼にも問題なく対応できる。  In addition, high strength steel (for example, ultra-thick YP460MPa class steel for shipbuilding (tensile strength of 570MPa class steel) and TMCP steel for construction SA440 (tensile strength of 590MPa class steel)) is particularly suitable as the material to be welded. It is. This is because high-strength steel has severe restrictions on welding heat input, and cracks are likely to occur in the weld metal, and the required joint strength and toughness cannot be obtained due to the effect of welding heat. In contrast, in the welding method according to one embodiment of the present invention, heat input can be efficiently performed at 170 kJ / cm or less, and 590 MPa class high-tensile steel sheet and 590 MPa class corrosion-resistant steel that is a high alloy system can also be welded. Is possible. Of course, mild steel can be handled without problems.

以上、本発明の溶接方法において、開先角度、開先ギャップおよび鋼材の板厚を限定した理由について説明したが、本発明の溶接方法では、上記した開先形状に適した入熱量で、溶接条件を適正に制御しながら効率良く溶接し、所定の接合深さを得ることが重要である。
以下、この溶接条件および接合深さについて説明する。
As described above, in the welding method of the present invention, the reason for limiting the groove angle, the groove gap, and the steel plate thickness has been described. However, in the welding method of the present invention, welding is performed with a heat input suitable for the above-described groove shape. It is important to perform welding efficiently while properly controlling conditions to obtain a predetermined joint depth.
Hereinafter, the welding conditions and the joining depth will be described.

基準位置における溶接トーチの先端部の水平方向に対する角度θ1:10°以上45°以下
図3のように、曲げ部とこの曲げ部によって画定される先端部とをそなえる溶接トーチを用いて、溶接トーチの先端部を厚鋼材の開先面に向けて揺動させながらウイービングを行うことにより、給電チップと厚鋼材の開先面の接触を回避しつつワイヤ先端を開先面に近づけることが可能になる。また、ワイヤ先端部も開先面に向くこととなるので、アークによる開先面の直接溶融が可能となる。このため、1パスあたりの溶接入熱量を抑制する場合であっても、開先面を十分に溶融させて溶接欠陥の発生を抑制できる。さらに、溶接トーチのウイービングによるアーク入熱範囲の広がりにより、溶融金属の垂れ落ちを抑制して、ビード形状の安定化を図ることもできる。
しかし、θ1が10°未満になると、上記の効果が十分に得られず、溶接欠陥や溶接金属の垂れ落ちが発生する。一方、θ1が45°を超えると、溶接トーチの曲げ部におけるワイヤの送給抵抗が増大して、溶接を安定的に継続することが困難となり、やはり溶接欠陥や溶接金属の垂れ落ちが発生する。このため、基準位置における溶接トーチの先端部の水平方向に対する角度θ1は10°以上45°以下とする。好ましくは、15°以上、30°以下である。
The angle θ1: 10 ° to 45 ° with respect to the horizontal direction of the tip of the welding torch at the reference position As shown in FIG. 3, a welding torch using a welding torch having a bent portion and a tip defined by the bent portion is used. By weaving while swinging the tip of the wire toward the groove surface of the thick steel material, it is possible to bring the tip of the wire closer to the groove surface while avoiding contact between the power feed tip and the groove surface of the thick steel material Become. Further, since the wire tip also faces the groove surface, the groove surface can be directly melted by an arc. For this reason, even if it is a case where the amount of welding heat inputs per pass is suppressed, generation | occurrence | production of a welding defect can be suppressed by fully fuse | melting a groove surface. Furthermore, the spread of the arc heat input range due to the weaving of the welding torch can suppress the dripping of the molten metal and can stabilize the bead shape.
However, if θ1 is less than 10 °, the above effect cannot be obtained sufficiently, and welding defects and weld metal dripping occur. On the other hand, if θ1 exceeds 45 °, the wire feed resistance at the bent portion of the welding torch increases, making it difficult to continue welding stably, and also welding defects and dripping of the weld metal occur. . For this reason, angle (theta) 1 with respect to the horizontal direction of the front-end | tip part of the welding torch in a reference position shall be 10 degrees or more and 45 degrees or less. Preferably, it is 15 ° or more and 30 ° or less.

基準位置からの該溶接トーチの先端部の揺動角度θ2:10°以上60°以下
上述したように、曲げ部とこの曲げ部によって画定される先端部とをそなえる溶接トーチを用いて、溶接トーチの先端部を厚鋼材の開先面に向けて揺動させながらウイービングを行うことにより、給電チップと厚鋼材の開先面の接触を回避しつつワイヤ先端を開先面に近づけることが可能になる。また、ワイヤ先端部も開先面に向くこととなるので、アークによる開先面の直接溶融が可能となる。このため、1パスあたりの溶接入熱量を抑制する場合であっても、開先面を十分に溶融させて溶接欠陥の発生を抑制できる。さらに、溶接トーチのウイービングによるアーク入熱範囲の広がりにより、溶融金属の垂れ落ちを抑制して、ビード形状の安定化を図ることもできる。
しかし、θ2が10°未満になると、上記の効果が十分に得られず、溶接欠陥や溶接金属の垂れ落ちが発生する。一方、θ2が60°を超えると、開先面が過剰に溶融し、開先面のアンダカットによる溶接欠陥が生じる。このため、基準位置からの溶接トーチの先端部の揺動角度θ2は10°以上60°以下とする。好ましくは、25°以上、45°以下である。
Swing angle θ2 of the tip of the welding torch from the reference position: 10 ° or more and 60 ° or less As described above, a welding torch having a bent portion and a tip portion defined by the bent portion is used. By weaving while swinging the tip of the wire toward the groove surface of the thick steel material, it is possible to bring the tip of the wire closer to the groove surface while avoiding contact between the power feed tip and the groove surface of the thick steel material Become. Further, since the wire tip also faces the groove surface, the groove surface can be directly melted by an arc. For this reason, even if it is a case where the amount of welding heat inputs per pass is suppressed, generation | occurrence | production of a welding defect can be suppressed by fully fuse | melting a groove surface. Furthermore, the spread of the arc heat input range due to the weaving of the welding torch can suppress the dripping of the molten metal and can stabilize the bead shape.
However, if θ2 is less than 10 °, the above effects cannot be obtained sufficiently, and welding defects and weld metal dripping occur. On the other hand, when [theta] 2 exceeds 60 [deg.], The groove surface is excessively melted, resulting in a welding defect due to an undercut of the groove surface. For this reason, the rocking angle θ2 of the tip of the welding torch from the reference position is set to 10 ° to 60 °. Preferably, it is 25 ° or more and 45 ° or less.

なお、溶接トーチの曲げ部における曲げ角度θ3および溶接トーチの先端部の長さlは、特に限定されるものではないが、θ1およびθ2を上記の範囲に制御する観点からは、θ3を10〜45°の範囲に、lを10〜40mmの範囲とすることが好ましい。  The bending angle θ3 at the bending portion of the welding torch and the length l of the tip portion of the welding torch are not particularly limited, but from the viewpoint of controlling θ1 and θ2 within the above range, θ3 is set to 10 to It is preferable that l is in the range of 10 to 40 mm in the range of 45 °.

初層溶接における接合深さD:10mm以上
被溶接材とする厚鋼材を、所定の開先形状として溶接するには、初層溶接における接合深さを10mm以上とする必要がある。また、初層溶接における接合深さが10mm未満では、溶接熱が集中するため、溶融金属の垂れが発生する。従って、初層溶接における接合深さは10mm以上とする。好ましくは25mm以上である。なお、初層溶接における接合深さの上限は、鋼材の板厚の上限と同じ、つまり100mm程度である。
ただし、多層溶接を行う場合、特に被溶接材となる鋼材の板厚が70mm以上の場合、初層溶接における接合深さが60mmを超えると、溶接入熱が過多となりやすい他、高温割れや、溶接中の熱が分散することによる開先面の融合不良、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生するおそれがある。よって、多層溶接を行う場合、初層溶接における接合深さは60mm以下とすることが好ましい。より好ましくは、50mm以下である。
Joining depth D in first layer welding: 10 mm or more In order to weld a thick steel material to be welded as a predetermined groove shape, the joining depth in first layer welding needs to be 10 mm or more. In addition, when the joining depth in the first layer welding is less than 10 mm, the welding heat concentrates, and dripping of the molten metal occurs. Therefore, the joining depth in the first layer welding is 10 mm or more. Preferably it is 25 mm or more. Note that the upper limit of the joining depth in the first layer welding is the same as the upper limit of the thickness of the steel material, that is, about 100 mm.
However, when performing multi-layer welding, especially when the thickness of the steel material to be welded is 70 mm or more, if the joining depth in the first layer welding exceeds 60 mm, welding heat input tends to be excessive, hot cracking, There is a risk of welding defects such as poor fusion of the groove surfaces and entrainment of slag due to heat dispersion during welding. Therefore, when performing multilayer welding, it is preferable that the joining depth in initial layer welding shall be 60 mm or less. More preferably, it is 50 mm or less.

以上、基本条件について説明したが、本発明の溶接方法では、以下の条件をさらに満足させることが好適である。  Although the basic conditions have been described above, it is preferable that the welding method of the present invention further satisfies the following conditions.

溶接トーチのウイービングにおける板厚方向へのウイービング深さL:5mm以上
本発明の溶接方法は溶接トーチのウイービングを行うものであるが、この溶接トーチのウイービングにおける板厚方向へのウイービング深さLならびに後述する板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅Mを適正に制御することも重要である。
ここで、各種ウイービングパターンにおける板厚方向へのウイービング深さLならびに板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅Mは、図5(a)〜(d)に示すとおりになる。
なお、ここでいうウイービング深さLならびに後述する板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅Mは、溶接トーチの先端部の揺動を考慮せず、溶接トーチの先端部が上記した基準位置にあると仮定して求めた溶接ワイヤ先端のウイービング深さおよびウイービング最大幅である。また、ここでいうウイービングパターンは、溶接トーチの先端部の揺動を考慮せず、この溶接トーチの先端部が常に上記した基準位置にあると仮定したときの溶接ワイヤ先端の軌跡である。
Weaving depth L in the plate thickness direction in the weaving of the welding torch: 5 mm or more The welding method of the present invention performs the weaving of the welding torch. It is also important to properly control the maximum weaving width M in the plate thickness direction and the direction perpendicular to the weld line, which will be described later.
Here, in the various weaving patterns, the weaving depth L in the plate thickness direction and the maximum weaving width M in the plate thickness direction and the direction perpendicular to the weld line are as shown in FIGS.
The weaving depth L and the maximum weaving width M in a direction perpendicular to the plate thickness direction and the welding line, which will be described later, do not take into account the oscillation of the tip of the welding torch, and the tip of the welding torch The weaving depth and the maximum weaving width at the tip of the welding wire determined on the assumption that the welding wire is at the reference position. Further, the weaving pattern here is a locus of the welding wire tip when it is assumed that the tip of the welding torch is always at the reference position without considering the swing of the tip of the welding torch.

ここで、本発明の溶接方法で基本とする立向き上進溶接においては、接合深さと板厚方向のウイービング幅は同程度になるため、多層溶接の場合、板厚方向へのウイービング深さが5mm未満では、初層溶接における接合深さを10mm以上とすることが困難である。したがって、板厚方向へのウイービング深さは、5mm以上とすることが好ましい。より好ましくは、25mm以上である。また、板厚方向へのウイービング深さは板厚を超えることはないので、通常、その上限は100mm程度である。
ただし、多層溶接を行う場合、特に被溶接材となる鋼材の板厚が70mm以上の場合、板厚方向へのウイービング深さが60mmを超えると、初層溶接における接合深さを60mm以下とすることが困難となるだけでなく、溶接入熱量が過多となって、溶接金属や鋼材の熱影響部において所望の機械的特性を得ることが困難となる他、高温割れや、溶接中の熱が分散することによる開先面の融合不良、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生し易くなる。
従って、多層溶接を行う場合における板厚方向へのウイービング深さは、60mm以下とすることが好ましい。より好ましくは、50mm以下である。
Here, in the vertical upward welding, which is the basic in the welding method of the present invention, the welding depth and the weaving width in the plate thickness direction are approximately the same. In the case of multilayer welding, the weaving depth in the plate thickness direction is If it is less than 5 mm, it is difficult to make the joint depth in the first layer welding 10 mm or more. Therefore, the weaving depth in the plate thickness direction is preferably 5 mm or more. More preferably, it is 25 mm or more. Further, since the weaving depth in the thickness direction does not exceed the thickness, the upper limit is usually about 100 mm.
However, when performing multi-layer welding, especially when the thickness of the steel material to be welded is 70 mm or more, if the weaving depth in the plate thickness direction exceeds 60 mm, the joining depth in the first layer welding will be 60 mm or less. In addition to excessive heat input, it is difficult to obtain the desired mechanical properties in the heat-affected zone of the weld metal or steel, as well as hot cracking and heat during welding. Dispersion tends to cause welding defects such as poor fusion of the groove surface and slag entrainment.
Therefore, it is preferable that the weaving depth in the plate thickness direction when performing multilayer welding is 60 mm or less. More preferably, it is 50 mm or less.

溶接トーチのウイービングにおける板厚方向および溶接線方向に直角な方向へのウイービング最大幅M:(W−6)mm以上Wmm以下(W:初層溶接における溶接ビード幅)
開先面の未溶融を防ぐためには、板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅を(W−6)mm以上とする必要がある。一方、板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅がWmmを超えると、溶融金属の垂れが生じ、溶接が成り立たなくなるおそれがある。
従って、板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅は、(W−6)mm以上Wmm以下とすることが好ましい。より好ましくは、(W−4)mm以上、(W−1)mm以下である。
The maximum weaving width M: (W-6) mm to Wmm (W: Weld bead width in the first layer welding) in the thickness direction and the direction perpendicular to the welding line direction in the weaving of the welding torch
In order to prevent unmelting of the groove surface, the maximum weaving width in the plate thickness direction and the direction perpendicular to the weld line needs to be (W−6) mm or more. On the other hand, if the maximum weaving width in the plate thickness direction and the direction perpendicular to the weld line exceeds Wmm, the molten metal may sag and welding may not be realized.
Therefore, the maximum weaving width in the plate thickness direction and the direction perpendicular to the weld line is preferably (W−6) mm or more and W mm or less. More preferably, it is (W−4) mm or more and (W−1) mm or less.

また、溶接トーチのウイービングパターンについては特に限定されず、図5(a)〜(d)に示すように、溶接線方向(溶接進行方向と一致し、通常は鉛直方向)から見てコ字形、V字形、台形および三角形等とすることができる。例えば、ウイービングパターンがコ字形または台形の場合、図5(a)および(b)のようなA点→B点およびC点→D点のウイービングが、厚鋼材の開先面に対するウイービングに該当するものとなる。この場合、A点→B点のウイービングでは、溶接トーチの先端部を紙面に向かって左側の厚鋼材の開先面に向けて揺動させる一方、C点→D点ののウイービングでは、溶接トーチの先端部を紙面に向かって右側の厚鋼材の開先面に向けて揺動させる。なお、B点→C点(台形の場合には、D点→A点も含む)のウイービングでは、溶接トーチの先端部を揺動させなくてもよい。なお、図5(a)〜(d)中、溶接トーチの向きが変わる各点(図5(a)でいうとB点およびC点)での溶接トーチの軌跡は、角張るようにしても、丸みを帯びるようにしてもよい。  Further, the weaving pattern of the welding torch is not particularly limited, and as shown in FIGS. 5A to 5D, a U-shape when viewed from the welding line direction (which coincides with the welding progress direction and is usually the vertical direction), It can be V-shaped, trapezoidal, triangular, etc. For example, when the weaving pattern is U-shaped or trapezoidal, the weaving at points A → B and C → D as shown in FIGS. 5A and 5B corresponds to the weaving with respect to the groove surface of the thick steel material. It will be a thing. In this case, in the weaving from point A to point B, the tip of the welding torch is swung toward the groove surface of the left thick steel material toward the paper surface, while in the weaving from point C to point D, the welding torch Is swung toward the groove surface of the thick steel material on the right side toward the paper surface. In addition, in the weaving from the point B to the point C (including the point D to the point A in the case of a trapezoid), it is not necessary to swing the tip of the welding torch. 5A to 5D, the trajectory of the welding torch at each point where the direction of the welding torch changes (point B and point C in FIG. 5A) is squared. You may make it round.

ただし、立向き上進溶接においては、溶接表面側に近い箇所でのウイービングは溶融金属の垂れ落ちを生じさせ易く、さらに、溶接トーチ動作が開先面から外れると、開先面の均一な溶融が得られず、融合不良等の溶接欠陥が生じ易い。特に、反転動作を必要としない一般的な台形および三角形のウイービングパターンは、装置負荷が小さい反面、溶接表面側に近い箇所での溶接トーチ動作(図5(b)における台形ウイービングパターンのD点→A点、図5(d)における三角形ウイービングパターンのC点→A点)により、溶融金属の垂れ落ちが生じ易い。このため、溶融金属の垂れ落ちを抑制するという観点からは、溶接表面側でのトーチ動作のないコ字形またはV字形のウイービングパターンとすることが好ましい。
さらに、V字形や三角形のウイービングパターンでは、開先ギャップが大きい(例えば、6mm以上)場合、溶接トーチ動作が開先面から外れてしまい(例えば、図5(c)におけるA点→B点の動作において、溶接トーチ先端の軌跡が開先面(溶接トーチに近い側)と平行でなくなるなど)、開先面の均一な溶融が得られず、融合不良等の溶接欠陥が生じ易くなる。従って、このような場合には、開先面と平行に溶接トーチを動作させることが容易なコ字形のウイービングパターンとすることが最適である。
However, in vertical and upward welding, weaving near the weld surface tends to cause dripping of the molten metal, and if the welding torch operation deviates from the groove surface, the groove surface is uniformly melted. Cannot be obtained, and welding defects such as poor fusion are likely to occur. In particular, a general trapezoidal and triangular weaving pattern that does not require reversal operation has a small apparatus load, but a welding torch operation at a location close to the welding surface side (point D of the trapezoidal weaving pattern in FIG. 5B) Due to the point A, the point C → the point A of the triangular weaving pattern in FIG. For this reason, from the viewpoint of suppressing dripping of the molten metal, it is preferable to use a U-shaped or V-shaped weaving pattern without a torch operation on the welding surface side.
Further, in a V-shaped or triangular weaving pattern, when the groove gap is large (for example, 6 mm or more), the welding torch operation is deviated from the groove surface (for example, from point A to point B in FIG. 5C). In operation, the locus of the tip of the welding torch is no longer parallel to the groove surface (side close to the welding torch) and the groove surface cannot be uniformly melted, and welding defects such as poor fusion are likely to occur. Therefore, in such a case, it is optimal to use a U-shaped weaving pattern in which it is easy to operate the welding torch parallel to the groove surface.

なお、板厚方向における、ウイービング時の溶接ワイヤ先端の最深点(例えば、図5(a)、(b)におけるB点およびC点、図5(c)、(d)におけるB点)の鋼材裏面からの距離aは、通常2〜5mm程度である。
また、上記した開先形状に対し、上記したウイービングパターンを適用する場合、図5(a)、(b)中のM1、M2、M3は、それぞれ2〜18mm、0〜10mm、0〜10mm程度となる。
さらに、ウイービング時の周波数や停止時間(図5に示すA点などの各点における停止時間)は特に限定されるものではなく、例えば周波数は0.25〜0.5Hz(好ましくは0.4〜0.5Hz)、停止時間は0〜0.5秒(好ましくは0.2〜0.3秒)程度とすればよい。
Note that the steel material at the deepest point of the welding wire tip during weaving in the plate thickness direction (for example, points B and C in FIGS. 5 (a) and 5 (b), point B in FIGS. 5 (c) and 5 (d)). The distance a from the back surface is usually about 2 to 5 mm.
Further, when the above weaving pattern is applied to the above groove shape, M 1 , M 2 and M 3 in FIGS. 5A and 5B are 2 to 18 mm, 0 to 10 mm and 0, respectively. ~ 10mm or so.
Furthermore, the frequency and stop time during weaving (stop time at each point such as point A shown in FIG. 5) are not particularly limited. For example, the frequency is 0.25 to 0.5 Hz (preferably 0.4 to 0.5 Hz), and the stop is performed. The time may be about 0 to 0.5 seconds (preferably 0.2 to 0.3 seconds).

初層溶接における溶接金属のS量およびO量の合計量:450質量ppm以下
安定した立向き上進溶接を実現するには、溶融金属の垂れを防ぎ、かつ安定した溶接ビード形状(凹凸のない平滑なビード)を得る必要があり、特に、溶融金属の垂れを防ぐには、溶融金属の表面張力と粘性の低下させるS量およびO量を低く管理することが重要である。
ここに、溶接金属のS量およびO量の合計量が450質量ppm(以下、単にppmともいう)を超えると、表面張力と粘性の低下に加えて溶接金属の対流が表面で外向きとなり、高温の溶接金属が中央から周辺に向かって対流して、溶融金属が広がりを持ち、溶融金属の垂れが生じ易くなる。このため、溶融金属の表面張力と粘性、湯流れを支配する、溶接金属のS量およびO量は、これらの合計量で450ppm以下とすることが好ましい。より好ましくは400ppm以下である。なお、下限については特に限定されるものではないが、15ppmとすることが好ましい。
Total amount of weld metal S and O in the first layer welding: 450 mass ppm or less To achieve stable upward welding, the molten metal is prevented from dripping and has a stable weld bead shape (no irregularities) In order to prevent the molten metal from sagging, it is important to manage the S amount and O amount that reduce the surface tension and viscosity of the molten metal at a low level.
Here, when the total amount of S and O of the weld metal exceeds 450 mass ppm (hereinafter also simply referred to as ppm), the convection of the weld metal becomes outward on the surface in addition to the decrease in surface tension and viscosity, The high-temperature weld metal convects from the center toward the periphery, the molten metal spreads, and the dripping of the molten metal is likely to occur. For this reason, it is preferable that the total amount of S and O of the weld metal, which controls the surface tension and viscosity of the molten metal and the molten metal flow, is 450 ppm or less. More preferably, it is 400 ppm or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 15 ppm.

また、溶接ワイヤには、表面張力を下げ、溶接ビードを平坦化する目的で、通常、Sが0.010〜0.025質量%含まれている。溶接金属のS量の低減には、このような溶接ワイヤ自体のS量の低減に加えて、鋼材中のS量を下げることが有効である。
さらに、溶接金属のO量は、シールドガス中のCO2の酸化により増加する。例えば、シールドガスとして100%CO2ガスを用いる場合、溶接金属中のO量は、0.040〜0.050質量%程度増加する。このような溶接金属のO量の低減には、溶接ワイヤ自体に通常0.003〜0.006質量%程度含まれるOの低減に加えて、溶接ワイヤへのSiおよびAl添加が有効である。また、溶接電流およびアーク電圧を高くし、溶融金属中のスラグメタル反応(脱酸反応)とスラグの凝集、溶接ビード表面への浮上を十分に行わせることも有効である。
The welding wire usually contains 0.010 to 0.025 mass% of S for the purpose of lowering the surface tension and flattening the weld bead. In order to reduce the S amount of the weld metal, it is effective to lower the S amount in the steel material in addition to the reduction of the S amount of the welding wire itself.
Furthermore, the amount of O in the weld metal increases due to the oxidation of CO 2 in the shielding gas. For example, when 100% CO 2 gas is used as the shielding gas, the amount of O in the weld metal increases by about 0.040 to 0.050 mass%. In order to reduce the amount of O in such a weld metal, addition of Si and Al to the welding wire is effective in addition to the reduction of O that is usually contained in the welding wire itself by about 0.003 to 0.006 mass%. It is also effective to increase the welding current and arc voltage so that the slag metal reaction (deoxidation reaction) in the molten metal, the slag aggregation, and the surface of the weld bead are sufficiently lifted.

初層溶接における溶接金属のN量:120ppm以下
溶接金属中の窒素(N)は、凝固の際に溶接金属より排出され気泡となる。この気泡の発生が湯面の振動を招き、溶融金属の垂れの原因となる。特に、溶接金属中のN量が120ppmを超えると、溶融金属の垂れが生じ易くなることから、初層溶接における溶接金属のN量は120ppm以下とすることが好ましい。より好ましくは60ppm以下である。なお、下限については特に限定されるものではないが、25ppmとすることが好ましい。
N amount of weld metal in first layer welding: 120 ppm or less Nitrogen (N) in the weld metal is discharged from the weld metal and becomes bubbles during solidification. Generation | occurrence | production of this bubble causes the vibration of a molten metal surface, and causes dripping of a molten metal. In particular, when the amount of N in the weld metal exceeds 120 ppm, the molten metal tends to sag. Therefore, the amount of N in the weld metal in the first layer welding is preferably 120 ppm or less. More preferably, it is 60 ppm or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 25 ppm.

また、通常、溶接ワイヤには不純物として窒素(N)が50〜80ppm含まれており、ここから、シールドガスの不純物と大気の混入により、溶接金属中のN量が20〜120ppm程度増加する。一方、通常、アーク溶接のノズル内径は16〜20mm程度であるため、このようなノズルを用いて、このノズル内径を超える接合深さとなる溶接金属部分を完全にシールドすることは困難であり、結果的に、溶接金属中のN量が200ppmを超えてしまう場合もある。
このようなN量の増加を防ぎ、初層溶接における溶接金属のN量を120ppm以下、さらには60ppm以下とするには、通常のアーク溶接のノズルとは別のガスシールド系統を設け、これにより、溶接金属への大気の混入を抑制することが有効である。
Further, normally, the welding wire contains nitrogen (N) as an impurity in an amount of 50 to 80 ppm. From here, the amount of N in the weld metal increases by about 20 to 120 ppm due to mixing of impurities in the shielding gas and the atmosphere. On the other hand, since the nozzle inner diameter of arc welding is usually about 16 to 20 mm, it is difficult to completely shield the weld metal portion having a joining depth exceeding the nozzle inner diameter using such a nozzle. In particular, the amount of N in the weld metal may exceed 200 ppm.
In order to prevent such an increase in the amount of N and reduce the amount of N in the weld metal in the first layer welding to 120 ppm or less, and further 60 ppm or less, a gas shield system different from the normal arc welding nozzle is provided. It is effective to suppress the mixing of air into the weld metal.

なお、溶接時の鋼材希釈により、鋼材から溶接金属にS、OおよびNが溶出するため、S:0.005質量%以下、O:0.003質量%以下およびN:0.004質量%以下の鋼材を用いることが、上記した初層溶接における溶接金属のS量、O量およびN量を抑制する上では好適である。  In addition, since S, O, and N are eluted from the steel material to the weld metal due to the dilution of the steel material at the time of welding, it is necessary to use a steel material of S: 0.005 mass% or less, O: 0.003 mass% or less, and N: 0.004 mass% or less. It is suitable for suppressing the S amount, O amount and N amount of the weld metal in the first layer welding described above.

初層溶接で用いる溶接ワイヤのSi量およびMn量の合計:1.5質量%以上3.5質量%以下
上記した溶融金属の垂れを防ぎかつ安定した溶接ビード形状の外観を得るには、適正量のスラグを形成することが重要である。スラグは主にSiO2とMnOで構成されており、このスラグ量は、溶接ワイヤのSi量およびMn量の合計に大きく左右される。
ここに、溶接ワイヤのSi量およびMn量の合計が1.5質量%未満では、溶融金属の垂れを防ぐのに十分なスラグ量が得られない場合がある。一方、溶接ワイヤのSi量およびMn量の合計が3.5質量%を超えると、スラグが塊となり次層以降の溶接に支障を与える場合がある。従って、初層溶接で用いる溶接ワイヤのSi量およびMn量の合計は、1.5質量%以上3.5質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは1.8質量%以上、2.8質量%以下である。
Total amount of Si and Mn in the welding wire used in the first layer welding: 1.5% to 3.5% by mass To prevent the molten metal from dripping and to obtain a stable weld bead appearance, an appropriate amount of slag is used. It is important to form. The slag is mainly composed of SiO 2 and MnO, and the amount of this slag greatly depends on the total amount of Si and Mn of the welding wire.
Here, if the sum of the Si content and the Mn content of the welding wire is less than 1.5% by mass, a slag amount sufficient to prevent dripping of the molten metal may not be obtained. On the other hand, if the total amount of Si and Mn in the welding wire exceeds 3.5% by mass, the slag becomes a lump and may interfere with welding in the subsequent layers. Accordingly, the total amount of Si and Mn in the welding wire used in the first layer welding is preferably 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less. More preferably, it is 1.8 mass% or more and 2.8 mass% or less.

初層溶接で用いる溶接ワイヤのTi量、Al量およびZr量の合計:0.08質量%以上0.50質量%以下
上記した溶融金属の垂れを防ぎかつ安定した溶接ビード形状の外観を得るのに重要な役割を果たすスラグの物性(粘性)に大きく影響するのが、TiO2、Al2O3およびZr2O3である。
ここに、溶接ワイヤのTi量、Al量およびZr量の合計が0.08質量%未満では、溶融金属の垂れを防ぐのに有効なスラグの粘性が得られない場合がある。一方、溶接ワイヤのTi量、Al量およびZr量の合計が0.50質量%超えると、スラグの除去、再溶融がともに困難となり、次層以降の溶接に支障をきたすおそれがある。
従って、初層溶接で用いる溶接ワイヤのTi量、Al量およびZr量の合計は、0.08質量%以上0.50質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.15質量%以上、0.25質量%以下である。
Total amount of Ti, Al and Zr of welding wire used in first layer welding: 0.08 mass% or more and 0.50 mass% or less Important role to prevent dripping of molten metal and to obtain stable weld bead shape appearance It is TiO 2 , Al 2 O 3, and Zr 2 O 3 that greatly affects the physical properties (viscosity) of the slag that fulfills the above.
Here, when the total of the Ti amount, Al amount and Zr amount of the welding wire is less than 0.08 mass%, the slag viscosity effective to prevent the dripping of the molten metal may not be obtained. On the other hand, if the total amount of Ti, Al and Zr in the welding wire exceeds 0.50% by mass, it is difficult to remove slag and remelt, which may hinder welding in the subsequent layers.
Therefore, the total amount of Ti, Al and Zr of the welding wire used in the first layer welding is preferably 0.08% by mass or more and 0.50% by mass or less. More preferably, it is 0.15 mass% or more and 0.25 mass% or less.

なお、上記した以外の溶接ワイヤの成分については、溶接する厚鋼材の成分に応じ適宜選択すればよいが、上記した溶接金属中のS量、O量およびN量を抑制する観点からは、S:0.03質量%以下、O:0.01質量%以下、N:0.01質量%以下とし、さらにSi:0.05〜0.80質量%、Al:0.005〜0.050質量%の範囲とした溶接ワイヤ(例えば、JIS Z 3312 YGW18やJIS Z 3319 YFEG-22C等)を用いることが、好適である。  The components of the welding wire other than those described above may be appropriately selected according to the components of the thick steel material to be welded. From the viewpoint of suppressing the amount of S, O, and N in the above-described weld metal, S : Welding wire (0.03 mass% or less, O: 0.01 mass% or less, N: 0.01 mass% or less, Si: 0.05-0.80 mass%, Al: 0.005-0.050 mass%) (for example, JIS Z 3312 YGW18 Or JIS Z 3319 YFEG-22C) is suitable.

シールドガス組成:CO2ガスを20体積%以上
溶接部の溶け込みは、アークそのものによるガウジング効果と高温状態にある溶接金属の対流によって支配されている。溶接金属の対流が内向きとなる場合、高温の溶接金属が上から下方向に対流するのでアーク直下の溶け込みが増す。一方、溶接金属の対流が外向きとなる場合、高温の溶接金属が中央から左右方向に対流し、溶接ビードが広がりを持つとともに開先面の溶け込みが増す。従って、本発明の目標とする厚鋼材の立向き多層ガスシールドアーク溶接において、溶融(溶接)金属の垂れを抑制し均一な溶接ビード形状を得るには、溶接金属の対流を内向きとすることが好ましい。
ここで、溶接金属の湯流れを支配する酸素(O)を低減する観点で言えば、CO2ガスを低く抑える方が有利であるが、一方、CO2ガスには解離吸熱反応によりアークそのものを緊縮させ、溶接金属の対流をより内向きとする効果がある。
このため、シールドガス組成としては、CO2ガスを20体積%以上とすることが好ましい。より好ましくは60体積%以上である。なお、CO2ガス以外の残部は、Ar等の不活性ガス用いればよい。また、CO2ガス:100体積%であってもよい。
Shielding gas composition: 20% by volume or more of CO 2 gas The penetration of the weld is governed by the gouging effect of the arc itself and the convection of the weld metal at high temperature. When the convection of the weld metal is inward, the hot weld metal convects from the top to the bottom, so the penetration directly under the arc increases. On the other hand, when the convection of the weld metal is directed outward, the high-temperature weld metal is convected from the center in the left-right direction, the weld bead expands and the penetration of the groove surface increases. Therefore, in the vertical multi-layer gas shielded arc welding of the thick steel material targeted by the present invention, in order to suppress the dripping of the molten (welded) metal and obtain a uniform weld bead shape, the convection of the weld metal should be inward. Is preferred.
Here, from the viewpoint of reducing the oxygen (O) that governs the flow of molten metal in the weld metal, it is advantageous to keep the CO 2 gas low. On the other hand, the CO 2 gas has an arc by a dissociative endothermic reaction. It has the effect of constricting and making the convection of the weld metal more inward.
Therefore, the shielding gas composition is preferably 20% by volume or more of CO 2 gas. More preferably, it is 60 volume% or more. Note that the remainder other than the CO 2 gas may be an inert gas such as Ar. Further, CO 2 gas: it may be 100 vol%.

溶接入熱量:30kJ/cm以上170kJ/cm以下
多層溶接では、1パス当たりの入熱量(=溶着量)を大きくすることでパス数を減らし、溶接積層欠陥を低減することができる。しかし、溶接入熱量が大きくなり過ぎると、溶接金属の強度、靭性の確保が難しくなる他、鋼材熱影響部の軟化抑制、結晶粒粗大化により靭性の確保が難しくなる。特に、溶接入熱量が170kJ/cmを超えると、溶接金属の特性確保のため、鋼材希釈を考慮した専用ワイヤが不可欠となり、さらに、鋼材でも、溶接入熱に耐えられる設計の鋼材が不可欠となる。一方、溶融金属を確保し、溶接欠陥のない溶接部を得るためには、溶接入熱量は高い方が有利であり、狭開先において溶接入熱30kJ/cm未満では開先面の溶融が不足し、積層欠陥が生じ易い。
従って、溶接入熱量は、30kJ/cm以上170kJ/cm以下とするのが好ましい。より好ましくは、90kJ/cm以上、160kJ/cm以下である。
Weld heat input: 30 kJ / cm or more and 170 kJ / cm or less In multilayer welding, the number of passes can be reduced by increasing the heat input per pass (= the amount of welding), and weld stacking faults can be reduced. However, if the welding heat input becomes too large, it becomes difficult to ensure the strength and toughness of the weld metal, and it becomes difficult to ensure toughness by suppressing the softening of the heat affected zone of the steel material and coarsening of the crystal grains. In particular, when the welding heat input exceeds 170 kJ / cm, a dedicated wire that takes into account the dilution of the steel material is indispensable in order to secure the properties of the weld metal, and even a steel material with a design that can withstand the heat input is indispensable. . On the other hand, in order to secure molten metal and obtain a weld zone with no weld defects, it is advantageous that the heat input is high, and if the heat input is less than 30 kJ / cm in a narrow groove, melting of the groove surface is insufficient. However, stacking faults are likely to occur.
Therefore, the welding heat input is preferably 30 kJ / cm or more and 170 kJ / cm or less. More preferably, it is 90 kJ / cm or more and 160 kJ / cm or less.

また、溶接部の溶け込みは、アークの指向性およびガウジング効果にも影響される。従って、溶接の極性は、アークの指向性およびガウジング効果のより大きいワイヤマイナス(正極性)とすることが好ましい。  The penetration of the weld is also affected by the directivity of the arc and the gouging effect. Therefore, it is preferable that the polarity of the welding is a wire minus (positive polarity) having a higher arc directivity and a gouging effect.

上記以外の条件については、特に規定する必要はないが、平均溶接電流270A未満では、溶融池が小さく、表面側ではトーチウイービング毎に溶融と凝固を繰り返す多層溶接のような状態となり融合不良、スラグ巻き込みが生じ易い。一方、平均溶接電流が420Aを超えると、溶融(溶接)金属の垂れが生じ易くなる他、溶接ヒュームとスパッタによりアーク点の確認が困難となるため施工中の調整が難しくなる。このため、平均溶接電流は、270〜420Aとすることが好ましい。また、平均溶接電流を270〜420Aとすることで、溶接ヒューム、スパッタの発生を抑えつつ安定した溶込みが得られることから、本発明の溶接を行う上で一層有利となる。
これ以外の条件については定法に従えばよく、例えば、溶接電圧:28〜50V(電流とともに上昇)、溶接速度(上進):0.5〜50cm/分(好適には1.5〜10cm/分)、ワイヤ突き出し長さ:15〜45mm、ワイヤ径:1.2〜1.6mm程度とすればよい。
Conditions other than the above need not be specified, but if the average welding current is less than 270A, the weld pool is small, and on the surface side, it becomes a state of multi-layer welding that repeats melting and solidification for each torch weaving, resulting in poor fusion, slag Entrainment is likely to occur. On the other hand, if the average welding current exceeds 420 A, the molten (welded) metal tends to sag, and it becomes difficult to check the arc point due to welding fume and sputtering, making adjustment during construction difficult. For this reason, it is preferable that an average welding current shall be 270-420A. Further, by setting the average welding current to 270 to 420 A, stable penetration can be obtained while suppressing generation of welding fume and spatter, which is further advantageous in performing welding according to the present invention.
For other conditions, it is sufficient to follow a regular method, for example, welding voltage: 28 to 50 V (increase with current), welding speed (upward): 0.5 to 50 cm / min (preferably 1.5 to 10 cm / min), wire Protrusion length: 15 to 45 mm, wire diameter: about 1.2 to 1.6 mm.

また、多層溶接とする場合、溶接完了までの積層数は、積層欠陥を防止する観点から2乃至4層程度とすることが好ましい。初層以外の各層における溶接条件については、特に限定されず、定法に従えばよく、例えば、上記した初層の溶接条件と同様とすればよい。
なお、本発明の溶接方法では、1層あたり1パスの溶接を基本とする。
In the case of multi-layer welding, the number of stacks until the completion of welding is preferably about 2 to 4 layers from the viewpoint of preventing stacking faults. The welding conditions in each layer other than the first layer are not particularly limited, and may follow a regular method. For example, the welding conditions may be the same as those described above for the first layer.
Note that the welding method of the present invention is based on welding of one pass per layer.

表1に示す開先形状とした2枚の鋼材に、表2に示す溶接条件で、図3に示すような給電チップに曲げ部を有する溶接トーチ(θ3:30°、l:15mm)を用いて、狭開先の立向き上進ガスシールドアーク溶接を施した。
ここで、鋼材はいずれも、S:0.005質量%以下、O:0.003質量%以下、N:0.004質量%以下のYP460MPa級の鋼材を用いた。なお、鋼材の開先加工には、ガス切断を用い、開先面には研削等の手入れは行わなかった。
また、溶接ワイヤは、鋼材強度用またはそれより1ランク上用のグレードの1.2mmφのソリッドワイヤを用いた。なお、使用した溶接ワイヤはいずれも、S:0.005質量%以下、O:0.003質量%以下、N:0.005質量%以下、Si:0.6〜0.8質量%、Al:0.005〜0.030質量%であった。
さらに、溶接電流は250〜430A、溶接電圧は28〜44V(電流とともに上昇)、平均溶接速度は1.0〜34.9cm/分(溶接中に調整)、平均のワイヤ突き出し長さは15〜28mmとし、溶接長さは400mmとした。また、通常のアーク溶接のノズルとは別のガスシールド系統を設けて、溶接を行った。
なお、No.2、No.20、No.21、No.22については、初層溶接のみからなる一層溶接により2枚の鋼材を接合し、それ以外については、多層溶接により2枚の鋼材を接合した。
A welding torch (θ3: 30 °, l: 15mm) having a bent portion in a power feed tip as shown in FIG. 3 is used on the two steel materials having the groove shape shown in Table 1 under the welding conditions shown in Table 2. Then, the gas grooved arc welding was conducted with the narrow groove standing upward.
Here, as for steel materials, YP460 MPa class steel materials of S: 0.005 mass% or less, O: 0.003 mass% or less, and N: 0.004 mass% or less were used. Note that gas cutting was used for the groove processing of the steel material, and the groove surface was not subjected to maintenance such as grinding.
As the welding wire, a 1.2 mmφ solid wire of a grade for steel strength or one rank higher than that was used. In addition, all the used welding wires were S: 0.005 mass% or less, O: 0.003 mass% or less, N: 0.005 mass% or less, Si: 0.6-0.8 mass%, Al: 0.005-0.030 mass%.
Furthermore, the welding current is 250 to 430A, the welding voltage is 28 to 44V (increase with current), the average welding speed is 1.0 to 34.9cm / min (adjusted during welding), the average wire protrusion length is 15 to 28mm, The welding length was 400 mm. In addition, welding was performed by providing a gas shield system different from the normal arc welding nozzle.
For No.2, No.20, No.21 and No.22, two steel materials are joined by single-layer welding consisting only of the first layer welding, and for the other cases, two steel materials are joined by multi-layer welding. Joined.

初層溶接後、任意に選んだ5点の断面マクロ組織観察により、ビード幅および接合深さを測定した。なお、ビード幅については、測定した値の最大値をビード幅Wとし、接合深さについては、測定した値の最小値を接合深さDとした。  After the first layer welding, the bead width and the joining depth were measured by observing the cross-sectional macrostructure at five points arbitrarily selected. For the bead width, the maximum measured value was the bead width W, and for the joint depth, the minimum measured value was the joint depth D.

また、初層溶接時における溶融金属の垂れを、目視により次のように評価した。
◎:溶接金属の垂れなし
○:溶接金属の垂れ2箇所以下
△:溶接金属の垂れ3箇所以上4箇所以下
×:溶接金属の垂れ5箇所以上、または、溶接中断
Moreover, the dripping of the molten metal during the first layer welding was visually evaluated as follows.
◎: No weld metal sag ○: Weld metal sag 2 or less △: Weld metal sag 3 or more and 4 or less ×: Weld metal sag 5 or more or welding interruption

さらに、最終的に得られた溶接継手について、超音波探傷検査を実施し、次のように評価した。
◎:検出欠陥なし
○:欠陥長さが3mm以下の合格欠陥のみを検出
×:欠陥長さが3mmを超える欠陥を検出
これらの結果も併せて表2に示す。
Furthermore, the ultrasonic inspection was implemented about the finally obtained welded joint, and it evaluated as follows.
A: No detected defect O: Only a defective defect having a defect length of 3 mm or less is detected. X: A defect having a defect length exceeding 3 mm is detected. The results are also shown in Table 2.

表2に示したとおり、発明例であるNo.1〜14、20〜22では、初層溶接金属の垂れはなかったか、あっても2箇所以下であった。また、超音波探傷検査でも、検出欠陥がないか、あっても欠陥長さが3mm以下であった。
一方、比較例であるNo.15〜19は、5箇所以上の溶接金属の垂れがあるか、および/または超音波探傷検査において欠陥長さが3mm超の欠陥が検出された。
As shown in Table 2, in Nos. 1 to 14 and 20 to 22 which are invention examples, the first layer weld metal did not sag, or even at most two places. Also in ultrasonic flaw detection, there was no detection defect or even a defect length of 3 mm or less.
On the other hand, Nos. 15 to 19, which are comparative examples, had 5 or more weld metal sags and / or a defect with a defect length of more than 3 mm was detected in ultrasonic inspection.

1:厚鋼材
2:厚鋼材の開先面
3:鋼材下段部の開先
4:溶接トーチ
5:溶接ワイヤ
6:裏当て材
7:本体部
8:給電チップ
9:曲げ部
10:先端部
11:溶接ビード
1: Thick steel material 2: Groove surface of thick steel material 3: Groove of steel lower step part 4: Welding torch 5: Welding wire 6: Backing material 7: Main body part 8: Feeding tip 9: Bending part 10: Tip part 11 :Weld bead

Claims (9)

開先角度を25°以下、開先ギャップを20mm以下として、板厚:10mm以上の2枚の厚鋼材を、ウイービングを用いる一層溶接または多層溶接により接合する立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法において、
曲げ部と該曲げ部によって画定される先端部とをそなえる溶接トーチを用いて、初層溶接のウイービングを行うものとし、その際、該厚鋼材の開先面に対するウイービング時に、該溶接トーチの先端部を該厚鋼材の開先面に向けて揺動させ、該厚鋼材の板厚方向から見て該溶接トーチの先端部が溶接線方向と揃う位置を基準位置として、該基準位置における該溶接トーチの先端部の水平方向に対する角度θ1を10°以上45°以下、該基準位置からの該溶接トーチの先端部の揺動角度θ2を10°以上60°以下とし、
該初層溶接における接合深さを10mm以上とする、
立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。
Vertical narrow gap gas shielded arc welding method in which two steel plates with a groove angle of 25 ° or less and a groove gap of 20 mm or less and a thickness of 10 mm or more are joined by single layer welding or multilayer welding using weaving. In
Welding of the first layer welding is performed using a welding torch having a bent portion and a tip portion defined by the bent portion, and at that time, when the weaving is performed on the groove surface of the thick steel material, the tip of the welding torch Swinging toward the groove surface of the thick steel material, and using the welding position at the reference position as a reference position where the tip of the welding torch is aligned with the weld line direction when viewed from the plate thickness direction of the thick steel material The angle θ1 with respect to the horizontal direction of the tip of the torch is 10 ° to 45 °, the swing angle θ2 of the tip of the welding torch from the reference position is 10 ° to 60 °,
The joining depth in the first layer welding is 10 mm or more,
Vertical narrow gap gas shielded arc welding method.
前記接合を一層溶接とし、かつ前記開先ギャップを前記厚鋼材の板厚の25%以下とする請求項1に記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。  The vertical narrow groove gas shielded arc welding method according to claim 1, wherein the joining is a single layer welding, and the groove gap is 25% or less of a plate thickness of the thick steel material. 前記接合を多層溶接とし、かつ前記初層溶接における接合深さを25mm以上60mm以下とする請求項1に記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。  The vertical narrow groove gas shielded arc welding method according to claim 1, wherein the joining is multilayer welding, and the joining depth in the first layer welding is 25 mm or more and 60 mm or less. 前記初層溶接のウイービングにおいて、溶接線方向から見た溶接トーチのウイービングパターンがコ字形である請求項1〜3のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。  4. The vertical narrow groove gas shielded arc welding method according to claim 1, wherein a weaving pattern of the welding torch as viewed from a welding line direction is a U-shape in the first layer welding weaving. 5. 前記初層溶接における溶接金属のS量およびO量の合計が450質量ppm以下でかつ、N量が120質量ppm以下である請求項1〜4のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。  The vertical narrow gap gas shield according to any one of claims 1 to 4, wherein the total amount of S and O of the weld metal in the first layer welding is 450 mass ppm or less and the N content is 120 mass ppm or less. Arc welding method. 前記初層溶接で用いる溶接ワイヤのSi量およびMn量の合計が1.5質量%以上3.5質量%以下である請求項1〜5のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。  The vertical narrow groove gas shielded arc welding method according to any one of claims 1 to 5, wherein the total amount of Si and Mn of the welding wire used in the first layer welding is 1.5 mass% or more and 3.5 mass% or less. 前記初層溶接で用いる溶接ワイヤのTi量、Al量およびZr量の合計が0.08質量%以上0.50質量%以下である請求項1〜6のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。  The vertical narrow gap gas shielded arc welding according to any one of claims 1 to 6, wherein the total amount of Ti, Al and Zr of the welding wire used in the first layer welding is 0.08 mass% or more and 0.50 mass% or less. Method. シールドガスとして20体積%以上のCO2ガスを含有するガスを用いる請求項1〜7のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。The vertical narrow groove gas shielded arc welding method according to any one of claims 1 to 7, wherein a gas containing 20% by volume or more of CO 2 gas is used as the shielding gas. 前記初層溶接において、平均溶接電流が270A以上420A以下の範囲である請求項1〜8のいずれかに記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。  9. The vertical narrow groove gas shielded arc welding method according to claim 1, wherein in the first layer welding, an average welding current is in a range of 270 A or more and 420 A or less.
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