JP7267219B2

JP7267219B2 - 狭開先サブマージアーク溶接方法

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Publication number: JP7267219B2
Application number: JP2020024760A
Authority: JP
Inventors: 駿輝平井; 博志中澤; 康仁戸塚
Original assignee: 日鉄溶接工業株式会社
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2023-05-01
Anticipated expiration: 2040-02-17
Also published as: JP2021126696A

Description

本発明は板厚６０ｍｍ以上の極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接において、高温割れや溶接欠陥が無い健全な溶接部が得られ、かつ、ビード外観及びスラグ剥離性に優れるなど溶接作業性が良好な狭開先サブマージアーク溶接方法に関する。

従来、厚鋼板の溶接には高能率なサブマージアーク溶接が多く使用されているが、構造物の大型化に伴い、鋼板の板厚が極厚化する傾向があり、サブマージアーク溶接でさらなる高能率化の要望がある。

サブマージアーク溶接の高能率化については種々検討されており、特許文献１及び特許文献２には、従来の単電極法から多電極法へと変更するとともに、溶接入熱を上昇させて溶着量を増加させることで必要な溶接パス数を少なくさせて溶接能率を向上させる多層盛サブマージアーク溶接方法が開示されている。しかし、特許文献１及び特許文献２に記載されている大入熱での多層盛サブマージアーク溶接では、溶接能率は向上するものの、スラグ剥離やビード形状が不良になるなど溶接作業性が悪くなるとともに、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生しやすくなるという問題点があった。

一方、開先角度の小さい狭開先サブマージアーク溶接は、開先断面積が小さいため、低入熱条件での多層溶接においてもパス数を減らすことができるので高能率な溶接施工が可能である。しかし、開先が狭いためにスラグ除去などに非常に手間が掛かり、ビード形状も悪くなりやすく、高温割れやスラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生しやすいという問題点があった。

このような問題点を改善する手法については、様々な方法が検討されており、特許文献３には、高融点の溶融型フラックスを使用することでスラグ剥離性が改善されるなど溶接作業性が良好な狭開先サブマージアーク溶接方法が開示されている。しかし、特許文献３に記載の狭開先サブマージアーク溶接方法は、狭い開先内での溶接であるため、開先の裏側であるフィニッシングパス側（以下、ＦＰ側という。）の溶け込みが浅く、裏はつりを行う必要がある場合が多い。裏はつりの作業は機械による切削やアークエアーガウジングといった方法で行われるが、構造物が長尺である場合には加工時間が長くなって作業能率が非常に悪くなる。さらに、アークガウジングやその後のグラインダー作業では、騒音や粉塵が多く発生するため、環境に対する問題もあり、裏はつりを必要としない狭開先サブマージアーク溶接方法が要望されている。

特許文献４には、Ｘ開先又はＹ開先において、開先の表側であるバッキングパス側（以下、ＢＰ側という。）からサブマージアーク溶接でのＦＰ側に未溶融部を残存させ、裏はつりを行うことなく、ＦＰ側からのサブマージ溶接の溶け込みで未溶融部を溶融除去する狭開先サブマージアーク溶接方法が開示されている。しかし、開先形状がＸ開先又はＹ開先であるので、厚板鋼板の溶接においてはＢＰ側が広くなり、溶接能率が悪くなる。

また、特許文献５には、Ｘ開先においてＦＰ側の初層の溶接条件を規定することで、裏はつりを行うことなく、ＦＰ側からサブマージアーク溶接することができる狭開先サブマージアーク溶接方法が開示されている。特許文献５に狭開先サブマージアーク溶接方法によれば、板厚５０ｍｍ程度までは高能率に溶接することができるが、それ以上の厚板鋼板の溶接になると、ＢＰ側が広くなり、溶接能率が悪くなるという問題点があった。

特開平４－２１０８７４号公報特開平１１－２３９８７９号公報特開昭５５－８４２８０号公報特開昭５７－５８９８２号公報特開昭６１－２３２０６６号公報

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、板厚６０ｍｍ以上の極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接において、高温割れやスラグ巻き込み及び融合不良などの溶接欠陥のない健全な溶接部が得られ、スラグ剥離性及びビード形状が良好など溶接作業性に優れ、裏はつりを行うことなくサブマージアーク溶接することができる高能率な狭開先サブマージアーク溶接方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、以下の構成からなる狭開先サブマージアーク溶接方法である。
（１）極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接法において、開先角度：１～５°、ルートギャップ：１０～１４ｍｍの狭開先の裏面に裏当材を当接し、開先内に鋼粒を開先裏面から１０～１５ｍｍ高さまで散布した後、フラックス全質量に対する質量％でＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計：５０～７０％、ＳｉＯ_２：１０～２０％を含有すると共にその他はＣａＯ、ＭｎＯ、ＢａＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及び不可避不純物よりなる溶融型フラックスを用いて１層１パスの多層盛溶接することを特徴とする狭開先サブマージアーク溶接方法。

（２）極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接方法において、開先角度：１～５°、ルートギャップ：１０～１４ｍｍの狭開先の裏面に溝付きの裏当材を当接し、開先内に鋼粒を開先裏面から５～１０ｍｍ高さまで散布した後、フラックス全質量に対する質量％でＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計：５０～７０％、ＳｉＯ_２：１０～２０％を含有すると共にその他はＣａＯ、ＭｎＯ、ＢａＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及び不可避不純物よりなる溶融型フラックスを用いて片面から１層１パスの多層盛溶接することを特徴とする狭開先サブマージアーク溶接方法。

（３）極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接方法において、開先角度：１～５°、ルートギャップ：１４～１８ｍｍの狭開先の裏面に裏当材を当接し、開先内に鋼粒を開先裏面から１０～１５ｍｍ高さまで散布した後、１層２パスの多層盛溶接することを特徴とする狭開先サブマージアーク溶接方法。

本発明を適用した狭開先サブマージアーク溶接方法によれば、極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接において、スラグ剥離性及びビード形状が良好など優れた溶接作業性が得られ、かつ、裏はつりを行うことなく狭開先サブマージアーク溶接することができ、高温割れやスラグ巻き込み及び融合不良などの溶接欠陥がない健全な溶接部が高能率に得られる。

図１は、１層１パス及び１層２パスの多層盛溶接する狭開先サブマージアーク溶接に用いる被溶接部材の開先形状を示す図である。図２は、１層１パスの多層盛溶接した狭開先サブマージアーク溶接後の断面形状を示す図である。図３は、片面から１層１パスの多層盛溶接する狭開先サブマージアーク溶接に用いる被溶接部材の開先形状を示す図である。図４は、片面から１層１パスの多層盛溶接した狭開先サブマージアーク溶接後の断面形状を示す図である。図５は、１層２パスの多層盛溶接した狭開先サブマージアーク溶接後の断面形状を示す図である。

本発明者らは、上述した課題を解決するために、極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接において、溶接能率の向上を目的に、裏はつりを行うことなくＦＰ側からサブマージアーク溶接することができ、スラグ剥離性及びビード形状が良好など優れた溶接作業性が得られ、かつ、高温割れやスラグ巻き込み及び融合不良などの溶接欠陥が発生しない健全な溶接部を高能率に得るべく種々検討した。

まず、１層１パスで多層盛溶接する狭開先サブマージアーク溶接について種々検討した。図１は、本発明を適用した狭開先サブマージアーク溶接方法において、１層１パスで多層盛溶接する狭開先サブマージアーク溶接方法に用いる被溶接部材の開先部を示し、図２は、１層１パスで多層盛溶接した狭開先サブマージアーク溶接後の断面形状を示す。被溶接部材１の裏面１ｂ（以下、開先裏面１ｂともいう。）に裏当材２を当接し、被溶接部材１に図示しない開先角度θの開先を取り、鋼粒３を開先裏面１ｂから高さＨまで充填する。なお、図中のＧはルートギャップを示す。また図示しない開先角度θは、被溶接部材１における開先を構成する互いに対向する面１ｃ、１ｄ間の角度を示す。

被溶接部材１を用いて種々検討した結果、開先角度θ及びルートギャップＧを規定し、開先裏面１ｂに裏当材２を当接し、開先内に鋼粒３を開先裏面１ｂから高さＨまで散布した後、該鋼粒３上から１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接を行う。これにより、図２に示すように、ＦＰ側まで溶接部４が溶け込まなくなり、溶接部４と裏当材２との間で溶融していない鋼粒３が介在することになることから、裏当材２を容易に取り外すことが可能となる。また、裏当材２を取り外した後、溶融していない鋼粒３を除去し、アークエアーガウジングなどによる裏はつりを行うことなく、ＦＰ側のサブマージアーク溶接を１パスで行うことができるので、溶接能率を大幅に向上させることが可能となるとともに、高温割れやスラグ巻き込み及び融合不良などの溶接欠陥がなく健全な溶接部を得られることを見出した。さらに、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計量が適量で、かつ、ＳｉＯ_２の含有量が適量な溶融型フラックスを使用することで、良好なスラグ剥離性及びビード形状を得られるなど優れた溶接作業性が得られることを見出した。

次に、片面で１層１パスで多層盛溶接する狭開先サブマージアーク溶接について種々検討した。図３は、本発明の片面から１層１パスで多層盛溶接する狭開先サブマージアーク溶接方法に用いる被溶接部材の開先部を示し、図４は、本発明の片面から１層１パスで多層盛溶接した狭開先サブマージアーク溶接後の断面形状を示す。

上記被溶接部材１を用いて種々検討した結果、開先角度θ及びルートギャップＧを規定し、開先裏面１ｂに、裏ビード形成用の溝６を有する裏当材２を当接し、開先内に鋼粒３を開先裏面１ｂから高さＨまで散布した後、該鋼粒３上から片面から１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接を行うことで、図４に示すように、開先裏面１ｂに溶接部４からなる裏ビードを形成することができるので、開先裏面１ｂの処理を行わずに溶接継手を作製することが可能となり、溶接能率が大幅に向上するとともに、高温割れやスラグ巻き込み及び融合不良などの溶接欠陥が無く健全な溶接部を得られることを見出した。さらに、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計量が適量で、かつ、ＳｉＯ_２の含有量が適正な溶融型フラックスを使用することで、良好なスラグ剥離性及びビード形状を得られるなど優れた溶接作業性を得られることを見出した。なお、裏当材２の溝６の形状は、裏ビード形状の観点から、半円状にすることが好ましい。

さらに、１層２パスで多層盛溶接する狭開先サブマージアーク溶接について種々検討した。図１は、本発明の１層２パスで多層盛溶接する狭開先サブマージアーク溶接方法に用いる被溶接部材の開先部を示し、図５は、本発明の１層２パスで多層盛溶接した狭開先サブマージアーク溶接後の断面形状を示す。被溶接部材１の開先裏面１ｂに裏当材２を当接し、溶接部材１に開先角度θの開先を取り、鋼粒３を開先底部から高さＨまで充填する。なお、Ｇはルートギャップを示す。

上述した被溶接部材１を用いて種々検討した結果、開先角度θ及びルートギャップＧを規定し、開先裏面１ｂに裏当材２を当接し、開先内に鋼粒３を高さＨまで散布した後、該鋼粒３上から１層２パスの狭開先サブマージアーク溶接を行うことで、図５に示すように、ＦＰ側まで溶接部４が溶け込まなくなり、溶接部４と裏当材２との間で溶融していない鋼粒３が介在することになることから、裏当材２を容易に取り外すことが可能となる。また、裏当材２を取り外した後、溶融していない鋼粒３を除去し、アークエアーガウジングなどによる裏はつりを行うことなく、ＦＰ側のサブマージアーク溶接を１パスで行うことができるので、溶接能率を大幅に向上させることが可能となるともに、高温割れやスラグ巻き込み及び溶融不良などの溶接欠陥がなく健全な溶接部を得られることを見出した。

以下に本発明の狭開先サブマージアーク溶接方法の各限定理由について詳細に説明する。

第１実施形態
第１実施形態として１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接を行う形態について説明をする。

［開先角度：１～５°］
１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、溶接ワイヤの狙い位置を開先中央に配置し、被溶接部材の開先角度を１～５°とすることで、溶接能率を向上させるとともに、スラグ巻き込み及び融合不良などの溶接欠陥を防止することができる。１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接で開先角度が１°未満では、スラグ自体が開先内のビード表面端部にかみ込み、スラグ除去に時間を要するため、溶接能率が低下し、また、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、開先角度が５°を超えると、ＢＰ側の開先幅が広くなるので、必要な溶接パス数が増加し、溶接能率が低下し、また、融合不良などの溶接欠陥が発生しやすくなる。したがって、１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接での開先角度は１～５°とする。

［ルートギャップ：１０～１４ｍｍ］
１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、ルートギャップを１０～１４ｍｍとすることで、溶接チップ先端がＦＰ側まで移動可能となり、高能率で安定したサブマージアーク溶接が可能となる。１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接でルートギャップが１０ｍｍ未満では、溶接チップが開先内まで侵入できず、サブマージアーク溶接を実施できない。一方、ルートギャップが１４ｍｍを超えると、開先断面積が大きくなり、溶接能率が低下する。したがって、１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接でのルートギャップは１０～１４ｍｍとする。

なお、１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアークを行うと、徐々にＢＰ側の開先幅が広くなるが、開先幅が２０ｍｍを超えると、溶接入熱量が高くなって溶接部の機械性能が低下するので、開先幅が２０ｍｍを超える場合は、ワイヤの狙いを開先中央から２～３ｍｍずらして１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接を行うことが好ましい。

［鋼粒を開先裏面から１０～１５ｍｍ高さに散布］
１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、鋼粒を開先裏面から１０～１５ｍｍ高さまで散布することで、ＦＰ側まで溶け込ませることなくサブマージアーク溶接を行うことが可能となり、裏当材を容易に取り外すことができるとともに、裏はつりを行うことなくＦＰ側から１パスでサブマージ溶接を行うことができるので、溶接能率を向上させることができる。また、融合不良などの溶接欠陥や高温割れを防止することができる。これに対して、１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接で鋼粒の散布高さが開先裏面から１０ｍｍ未満では、高温割れが発生しやすくなり、また、溶接時の溶け込みが裏当材まで達してしまい、裏当材の除去に時間を要し、溶接能率が低下する。一方、鋼粒の散布高さが開先裏面から１５ｍｍを超えると、ＦＰ側からのサブマージアーク溶接が１パスでできなくなり、融合不良などの溶接欠陥が発生しやすくなる。したがって、１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接での鋼粒の散布高さは開先裏面から１０～１５ｍｍとする。

なお、鋼粒の粒径は、粒径１．５ｍｍ以下であればアークが安定してビード形状が良好になる。また、鋼粒の成分は、主にＦｅからなるが、耐割れ性の観点から、鋼粒全質量に対する質量％でＣは０．１０％以下、Ｓ及びＰは０．０２０％以下が好ましく、他の成分は溶接金属の強度及び靱性の観点から、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏその他脱酸剤や合金剤を含有させることもできる。以上の粒度と成分を満足すれば、各種サイズの鋼ワイヤをカットした粒状体でもよい。

次に溶融型フラックスを使用する場合におけるその成分組成の限定理由を述べる。なお、各成分組成の含有率は、フラックス全質量に対する質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載して表すこととする。

［溶融型フラックス中のＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計：５０～７０％］
１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、溶融型フラックス中のＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２は、スラグの収縮率に大きく影響し、スラグ剥離性やビード形状を良好にする効果がある。１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接で溶融型フラックス中のＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計が５０％未満では、スラグ収縮率が低くなるので、スラグ剥離性が不良となる。一方、溶融型フラックス中のＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計が７０％を超えると、ビード形状が不良となる。したがって、１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接での溶融型フラックス中のＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計は５０～７０％とする。

［溶融型フラックス中のＳｉＯ_２：１０～２０％］
１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、溶融型フラックス中のＳｉＯ_２は、スラグの粘性に大きく影響し、スラグ剥離性やビード形状を良好にする効果がある。１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接で溶融型フラックス中のＳｉＯ_２が１０％未満では、スラグの粘性が高くなってビード形状が不良となる。一方、溶融型フラックス中のＳｉＯ_２が２０％を超えると、スラグの収縮率が低くなるのでスラグ剥離性が不良となる。したがって、１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接での溶融型フラックス中のＳｉＯ_２は１０～２０％とする。

なお、本発明の溶融型スラックスのその他の成分としては、適正な溶接金属の機械性能確保や溶接作業性の観点から、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＢａＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏなどを添加できる。Ｐ及びＳなどの不可避不純物は、低融点の化合物を生成して溶接金属の靭性を低下させるので、できるだけ低いことが好ましい。

また、開先裏面に当接する裏当材については特に限定はしないが、耐熱性に優れるセラミックス製の裏当材を適用することが好ましい。また、裏当材の開先裏面への当接方法は、粘着性が高く取り外しが容易なアルミテープによる当接（接着）が好ましい。

また、サブマージアーク用ソリッドワイヤの成分は、フラックス全質量に対する質量％で、Ｃを０．０５～０．１４質量％、Ｓｉを０．０５％質量以下、Ｍｎを１．８～２．５質量％、Ｐを０．０２％質量以下、Ｓを０．０１％質量以下とすることが好ましい。

第２実施形態
第２実施形態として、片面から１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接を行う形態について説明をする。この第２実施形態において、開先角度、ルートギャップ、溶融型フラックスの範囲及び限定理由は、第１実施形態と同一であるから、当該事項については第１実施形態の説明を引用することにより、以下での説明を省略する。

［溝を有する裏当材を開先の裏面に当接］
片面から１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、片面にスラグポケットとなる溝を有する裏当材を用い、該裏当材の溝を有する面を開先裏面に当接し、初層溶接で開先裏面に裏波ビードを成形させることにより、ＦＰ側からのサブマージアーク溶接が不要となるので、高能率に溶接することが可能となる。当接した裏当材に溝が無い場合、良好な裏波ビードを形成することができないので、ビード形状が不良となる。したがって、片面から１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では溝を有する裏当材を使用する。

また、裏当材は、耐熱性に優れるセラミックス製の溝付きの裏当材を適用することが好ましい。また、裏当材の当接方法は、粘着性が高く取り外しが容易なアルミテープによる当接（接着）が好ましい。

［鋼粒を開先裏面から５～１０ｍｍ高さに散布］
片面１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、鋼粒を開先裏面から５～１０ｍｍ高さまで散布することで、開先裏面に溝付きの裏当材の表面に良好な裏ビードを形成することができるので、ＦＰ側からのサブマージアーク溶接が不要となり、高能率に溶接することができる。また鋼粒を開先裏面から５～１０ｍｍ高さまで散布することで、高温割れを防止することができる。鋼粒の散布高さが開先裏面から５ｍｍ未満では、高温割れが発生しやすくなり、また、溶接時の溶け込みが溝付きの裏当材を完全に溶融して溶け落ちてしまい、裏ビードを形成できず、裏当材の除去に時間を要し、溶接能率が低下する。一方、鋼粒の散布高さが開先裏面から１０ｍｍを超えると、溶接時の溶け込みが裏当材の溝まで達せず、開先裏面に良好な裏ビードを形成することができない。したがって、片面から１層１パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では鋼粒の散布高さは開先裏面から５～１０ｍｍとする。

なお、鋼粒のＣは、高温割れ防止の観点から、鋼粒全質量に対する質量％で０．０８％以下とすることが好ましい。

また、サブマージアーク用ソリッドワイヤの成分は、第１実施形態と同一が好ましい。

第３実施形態
第３実施形態として、１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接について説明をする。

［開先角度を１～５°］
１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、溶接ワイヤの狙いを開先中央から２～３ｍｍずらして配置し、被溶接部材の開先角度を１～５°にすることで、溶接能率を向上させるとともに、スラグ巻き込みや融合不良などの溶接欠陥を防止することができる。１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接で開先角度が１°未満では、スラグ自体が開先内のビード表面端部にかみ込んでしまい、スラグ除去が時間を要するため、溶接能率が低下し、またスラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、開先角度が５°を超えると、ＢＰ側の開先幅が広くなるので、溶接パス数が増加し、溶接能率が低下し、また融合不良などの溶接欠陥が発生しやすくなる。したがって、１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接での開先角度は１～５°とする。

［ルートギャップを１４～１８ｍｍ］
１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、ルートギャップを１４～１８ｍｍにすることで、溶接チップ先端がＦＰ側まで移動可能となり、安定したサブマージアーク溶接が可能となる。また、ルートギャップを１４～１８ｍｍにすることで、融合不良などの溶接欠陥を防止し、溶接能率を向上させるとともに、良好なビード形状を得ることができる。１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接でルートギャップが１４ｍｍ未満では、溶接チップが開先に触れて短絡し、溶接が不可能となる。一方、ルートギャップが１８ｍｍを超えると、開先断面積が広くなり、溶接能率が低下し、また、融合不良などの溶接欠陥が発生しやすくなる。したがって、１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接でのルートギャップは１４～１８ｍｍとする。

［鋼粒を開先裏面から１０～１５ｍｍ高さに散布］
１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接では、鋼粒を開先裏面から１０～１５ｍｍ高さまで散布することで、ＦＰ側まで溶け込ませることなくサブマージアーク溶接を行うことが可能となり、裏当材を容易に取り外すことができるとともに、裏はつりを行うことなくＦＰ側から１パスでサブマージ溶接を行うことができるので、溶接能率を向上させることができる。また、鋼粒を開先裏面から１０～１５ｍｍ高さまで散布することで、融合不良などの溶接欠陥や高温割れを防止できる。鋼粒の散布高さが開先裏面から１０ｍｍ未満では、高温割れが発生しやすくなり、また、溶接時の溶け込みが裏当材まで達してしまい、裏当材の除去に時間を要し、溶接能率が低下する。一方、鋼粒の散布高さが開先裏面から１５ｍｍを超えると、溶接時の溶け込みが浅くなり、ＦＰ側からのサブマージアーク溶接が１パスでできなくなり、融合不良などの溶接欠陥が発生しやすくなる。したがって、１層２パスの多層盛溶接での狭開先サブマージアーク溶接での鋼粒の散布高さは開先裏面からは１０～１５ｍｍとする。

なお、鋼粒のＣは、高温割れ防止の観点から、鋼粒全質量に対する質量％で０．１０％以下とすることが好ましい。

また、使用するフラックスは、市販のフラックスでよく、溶融型又は焼成型フラックスのどちらを使用してもよい。

さらに、サブマージアーク用ソリッドワイヤの成分は、第１実施形態であることが好ましい。

また、開先裏面に当接する裏当材については特に限定はしないが、耐熱性に優れるセラミックス製の裏当材を適用することが好ましい。また、裏当材の当接方法は、粘着性が高く、取り外しが容易なアルミテープによる当接（接着）するのが好ましい。

以下、実施例により本発明の第１実施形態における効果を具体的に説明する。
表１に示す成分の鋼板を用い、Ｉ開先に加工し、ＦＰ側にセラミック製の裏当材をアルミテープで当接した後、表２に示す成分の鋼粒を散布し、表３に示すサブマージアーク溶接用ワイヤ、表４に示す溶融型フラックスを用い、表５に示す鋼板の板厚及び各種溶接条件で狭開先サブマージアーク溶接し、セラミックス製の裏当材を取り外した後、ＦＰ側から表６に示す溶接条件でサブマージアーク溶接を実施した。なお、試験体の長さは５００ｍｍとした。

調査項目は、溶接状態、スラグ剥離性、表ビード及び裏ビードのビード形状を目視で調査した。また、溶接後のビード表面から割れの有無を目視にて、超音波探傷試験を実施して溶接欠陥の有無を調査した。それら結果を表７にまとめて示す。

表７中試験Ｎｏ．Ａ１～Ｎｏ．Ａ８は本発明例、試験Ｎｏ．Ａ９～Ｎｏ．Ａ１４は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．Ａ１～Ｎｏ．Ａ８は、開先裏面に裏当材が当接され、開先角度、ルートギャップ、鋼粒の散布高さが適正で、溶融型フラックスのＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計及びＳｉＯ_２の合計が適量なので、ＦＰ側からＢＰ側まで安定した溶接を行うことができ、裏当材の取り外しが容易であるなど溶接能率が高く、ＦＰ側から１パスで溶接が可能であった。また試験Ｎｏ．Ａ１～Ｎｏ．Ａ８は、溶接部に溶接欠陥は無く、スラグ剥離性が良好で、表ビード及び裏ビードの形状も良好であるなど極めて満足な結果であった。

比較例中試験Ｎｏ．Ａ９は、開先角度が狭いので、開先内でスラグがかみ込み、スラグ除去に時間を要し、溶接能率が低く、また、溶接部にスラグ巻き込みが発生した。さらに、溶融型フラックスのＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計が少ないので、スラグ剥離性が不良であった。

試験Ｎｏ．Ａ１０は、鋼粒の散布高さが低いので、裏当材が溶け落ち、裏はつりに時間を要し、溶接能率が低く、また、初層ビードに高温割れが発生した。さらに、溶融型フラックスのＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計が多いので、表ビード及び裏ビードのビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．Ａ１１は、ルートギャップが小さいので、溶接チップが開先に接触して短絡し、溶接が不可能であった。

試験Ｎｏ．Ａ１２は、鋼粒の散布高さが高いので、溶接部に融合不良が発生した。また、溶融型フラックスのＳｉＯ_２が多いので、スラグ剥離性が不良であった。

試験Ｎｏ．Ａ１３は、ルートギャップが大きいので、溶接パス数が増加し、溶接能率が低かった。また、溶融型フラックスのＳｉＯ_２が少ないので、表ビード及び裏ビードのビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．Ａ１４は、開先角度が広いので、溶接パス数が多くなり、溶接効率が低く、また、溶接部に融合不良が発生した。

以下、実施例により本発明の第２実施形態における効果を具体的に説明する。

表１に示す成分の鋼板を用い、Ｉ開先に加工し、開先裏面に半円状の溝が付いたセラミック製の裏当材をアルミテープで当接した後、表２に示す成分の鋼粒を散布し、表３に示すサブマージアーク溶接用ワイヤ、表４に示す溶融型フラックスを用い、表８に示す各種溶接条件で片面から狭開先サブマージアーク溶接を実施した。なお、試験体の長さは５００ｍｍとした。

調査項目は、溶接状態、スラグ剥離性、表ビード及び裏ビードのビード形状を目視で調査した。また、溶接後のビード表面から割れの有無を目視にて、超音波探傷試験を実施して溶接欠陥の有無を調査した。それら結果を表９にまとめて示す。

表９中試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｎｏ．Ｂ６は本発明例、試験Ｎｏ．Ｂ７～Ｎｏ．Ｂ１２は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｎｏ．Ｂ６は、開先裏面に裏当材が当接され、開先角度、ルートギャップ、鋼粒の散布高さが適正であり、溶融型フラックスのＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計及びＳｉＯ_２の合計が適量なので、ＦＰ側からＢＰ側まで安定した溶接を行うことが可能であった。また試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｎｏ．Ｂ６は、溶接部に溶接欠陥は無く、溶接時のスラグ剥離性が良好であった。また試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｎｏ．Ｂ６は、溝付きの裏当材の取り外しも容易で、裏ビード及び表ビードのビード形状も良好であるなど極めて満足な結果であった。

比較例中試験Ｎｏ．Ｂ７は、開先角度が狭いので、開先内でスラグがかみ込み、スラグ除去に時間を要し、溶接能率が低く、また、溶接部にスラグ巻き込みが発生した。さらに、溶融型フラックスのＳｉＯ_２が多いので、スラグ剥離性が不良であった。

試験Ｎｏ．Ｂ８は、鋼粒の散布高さが低いので、裏当材が溶け落ち、裏はつりに時間を要し、溶接能率が低く、また、初層ビードに高温割れが発生した。また、溶融型フラックスのＳｉＯ_２が少ないので、表ビード及び裏ビードのビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．Ｂ９は、ルートギャップが小さいので、溶接チップが開先に接触して短絡し、溶接が不可能となった。

比較例中試験Ｎｏ．Ｂ１０は、鋼粒の散布高さが高いので、表ビード及び裏ビードのビード形状が不良であった。また、溶融型フラックスのＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計が少ないので、スラグ剥離性が不良であった。

試験Ｎｏ．Ｂ１１は、ルートギャップが大きいので、溶接パス数が増加し、溶接能率が低かった。また、溶融型フラックスのＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計が多いので、表ビード及び裏ビードのビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．Ｂ１２は、開先角度が広いので、溶接パス数が多くなり、溶接効率が低く、また、溶接部に融合不良が発生した。

以下、実施例により本発明の第３実施形態における効果を具体的に説明する。

表１に示す成分の鋼板を用い、Ｉ開先に加工し、開先裏面にセラミック製の裏当材を当接した後、表２に示す成分の鋼粒を散布し、表３に示すサブマージアーク溶接用ワイヤ、表４に示す溶融型フラックスを用い、表１０に示す各種溶接条件で狭開先サブマージアーク溶接し、セラミックス製の裏当材を取り外した後、ＦＰ側からサブマージアーク溶接を実施した。なお、試験体の長さは５００ｍｍとした。

調査項目は、溶接状態、スラグ剥離性、表ビード及び裏ビードのビード形状を目視で調査した。また、溶接後のビード表面から割れの有無を目視にて、超音波探傷試験を実施して溶接欠陥の有無を調査した。それら結果を表１１にまとめて示す。

表１１中試験Ｎｏ．Ｃ１～Ｎｏ．Ｃ６は本発明例、試験Ｎｏ．Ｃ７～Ｎｏ．Ｃ１２は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．Ｃ１～Ｎｏ．Ｃ６は、開先裏面に裏当材が当接され、開先角度、ルートギャップ、鋼粒の散布高さが適正であるので、ＦＰ側からＢＰ側まで安定した溶接を行うことができ、裏当材の取り外しが容易であるなど溶接能率が高く、ＦＰ側から１パスで溶接が可能であった。また試験Ｎｏ．Ｃ１～Ｎｏ．Ｃ６は、溶接部に溶接欠陥は無く、溶接時のスラグ剥離性が良好で、表ビード及び裏ビードのビード形状が良好であるなど極めて満足な結果であった。

比較例中試験Ｎｏ．Ｃ７は、開先角度が狭いので、開先内でスラグが噛み込み、スラグ除去に時間を要し、溶接能率が低く、また、溶接部にスラグ巻き込みが発生した。

試験Ｎｏ．Ｃ８は、鋼粒の散布高さが低いので、裏当材が溶け落ち、裏はつりに時間を要し、溶接能率が低く、また、初層ビードに高温割れが発生した。

試験Ｎｏ．Ｃ９は、ルートギャップが小さいので、溶接チップが開先に接触して短絡し、溶接が不可能であった。

試験Ｎｏ．Ｃ１０は、鋼粒の散布高さが高いので、溶接部に融合不良が発生した。

試験Ｎｏ．Ｃ１１は、ルートギャップが大きいので、溶接パス数が増加し、溶接能率が低く、また、溶接部に融合不良が発生した。

試験Ｎｏ．Ｃ１２は開先角度が広いので、溶接パス数が多くなり、溶接能率が低く、また、溶接部に融合不良が発生した。

Claims

極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接方法において、開先角度：１～５°、ルートギャップ：１０～１４ｍｍの狭開先の裏面に裏当材を当接し、開先内に鋼粒を開先裏面から１０～１５ｍｍ高さまで散布した後、フラックス全質量に対する質量％でＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計：５０～７０％、ＳｉＯ_２：１０～２０％を含有すると共にその他はＣａＯ、ＭｎＯ、ＢａＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及び不可避不純物よりなる溶融型フラックスを用いて１層１パスの多層盛溶接することを特徴とする狭開先サブマージアーク溶接方法。
極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接方法において、開先角度：１～５°、ルートギャップ：１０～１４ｍｍの狭開先の裏面に溝付きの裏当材を当接し、開先内に鋼粒を開先裏面から５～１０ｍｍ高さまで散布した後、フラックス全質量に対する質量％でＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２及びＣａＦ_２の合計：５０～７０％、ＳｉＯ_２：１０～２０％を含有すると共にその他はＣａＯ、ＭｎＯ、ＢａＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎ_ａ２Ｏ及び不可避不純物よりなる溶融型フラックスを用いて片面から１層１パスの多層盛溶接することを特徴とする狭開先サブマージアーク溶接方法。
極厚鋼板の狭開先サブマージアーク溶接方法において、開先角度：１～５°、ルートギャップ：１４～１８ｍｍの狭開先の裏面に裏当材を当接し、開先内に鋼粒を開先裏面から１０～１５ｍｍ高さまで散布した後、１層２パスの多層盛溶接することを特徴とする狭開先サブマージアーク溶接方法。