JPH02258191A - 厚鋼板の大入熱潜弧溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、板厚が３０ｍｍを超える厚鋼板の大入熱潜
弧溶接方法に関し、とくに良好な溶接作業性の下で欠陥
のない溶接組手を高能率下に得ようとするものである。

（従来の技術） 近年、高層ビルに代表される構造物の大型化に伴い、板
厚が３０〜４０ｍｍを超える極厚鋼板を用いた部材の需
要が増加しているが、かような極厚ｗＩ板の使用に際し
、溶接施工の高能率化が問題となっている。

従来、３０〜４　Ｑ　ｎｕｎを超える厚ｖＡ仮の片面施
工法としては、作業性、ヒート外観、内部欠陥などの面
から片面１パス潜弧溶接が適用できないことから、例え
ば「溶接技術’　８６．　Ｎｏ、　５　Ｊに紹介されて
いるように、ＣＯ□溶接による下盛り溶接を行った後、
潜弧溶接を施して仕上げるのが−・般的である。しかし
この方ン去では、下盛りのＣＯ□？容接に多くの工数を
必要とするため、能率が著しく低く、多数の厚物部材を
加工する場合の対応が難しい。

そこで例えば特開昭５３−１０８８３９号公報では、鉄
朽）を添加したフラックスを用いて溶着量を増し、多電
極大入熱溶接を行うことにより、３５ｍｍ以」−の極厚
鋼板を１層１パス溶接することも検ｉ＝Ｊされている。

しかしながらこの方法でも、板厚が４０ｍｍを超えるよ
うな厚板への適用は溶接作業性やビード外観に問題が残
るため、１パスで溶接可能な板厚にはおのずから限界が
あり、加えて溶接入熱が増大して継手熱影響部の特性を
十分に確保することができなくなるという問題がある。

また、１パス施工の適用が困難な板厚に対しては多層盛
溶接を行う必要があるが、大入熱潜弧溶接の多層盛では
、入熱の増大とともにスラグの厚みが増してスラグのは
く離性が悪化するという問題がある。この点に関しては
、例えば特開昭６３１９２５９３号公報にて、鉄粉の添
加とスラグ組成の調整によってスラグはく離性を改善し
たフラックスが提案されている。

しかしながら一般に、入熱の増加に従ってスラグの厚み
が増すのは避＆Ｊられす、また開先の幅によって適正な
入熱範囲が決まって９るため、鉄粉添加による入熱量の
抑制やスラグ組成の改良だけでは極厚鋼板の多層盛溶接
を効率よく行うごとは極めて難しい。

（発明が解決しようとする課題） 高能率の溶接施工法を考えた場合、まずできるだけ大き
い板厚まで１パス溶接を実施できることが要求されるわ
けであるが、開先角度が一定の場合には板厚の増加に伴
い開先断面積も著しく増加し、入熱量が大きくなって溶
接熱影響部の強度、靭性が劣化してしまう。とはいえ開
先角度を狭くすると、開先断面積は小さくなるけれども
、溶込深さ（溶接金属の高さ）に対して幅が狭くなるた
め凝固割れか発生し易くなる。従ってこれらの欠陥の発
生しにくい開先角度を用い、溶着量の増加はフラックス
への鉄粉添加で補うことになる。

しかしながら鉄粉添加によって溶着量の増力■を図った
フラックスでは、ビート外観が悪く、溶接後のグライン
ダ仕上などの手直しが必要な場合が多く、また板厚：３
０ｍｍ程度以下の継手に適用した場合にはビード幅の不
足や溶込み不良が発生し易いという問題があった。

従って上記の方法による１パス溶接施工は、せいぜい３
０〜４０ｍｍ程度の板厚までしか適用できなかった。

また大入熱多層盛り溶接の適用については、スラグのは
く離を容易にするためには開先角度を４０゜以上とする
必要があるが、片面溶接施工の場合には板厚の増加に伴
って開先断面積が著しく大きくなる不利がある。しかも
大入熱多層溶接の初層では、溶込み深さ（溶接金属の高
さ）に比べて幅が狭くなるため凝固割れを発生し易く、
その結果スラグはく離性と耐凝固割れ性の良好な溶接条
件の範囲が極端に狭くなってしまう。それ故、従来の大
入熱溶接による多層盛施工は、開先角度を大きくしてス
ラグはく離性や内部欠陥の発生を防ぎ、能率は犠牲にせ
ざるを得ながった。

この発明は、上記の現状に鑑みて開発されたもので、厚
鋼板の片面潜弧溶接において、■パス溶接施工の板厚限
界を効果的に上昇さセることができ、しかも大入熱多層
盛の際に問題となるスラグはく離性や耐凝固割れ性も併
せて改善した高能率の溶接施工法を提案することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） すなわち、この発明は、厚鋼板を大入熱潜弧溶接方法に
より１パスＨ面溶接にて仕上げる場合に、５ｉＯｚ　：
　１８〜２８ｗｔχ、ＭｇＯ：　１５〜３５ｉｖｔＺ　
、ＣａＯ：５　−１５１１ｔχ　、ＣａＦ２　　：　　
２〜１０ｗｔχ　、　Ａｌ２Ｏ：ｌ　　：　　５　〜１
５ｗｔ！　、Ｔｉ０ｚ　：　２〜１０ｗ成を主成分とし
て、Ｆｅ　：　３０呵％以下とＳｉおよびＭｎのうちか
ら選んだ１種または２種二１０４％以下とを含有する組
成になり、粒径で３６メツシュより細いものが２０ｉｖ
ｔ％以下でがっ１４メツシュ以下で３６メンシユより粗
いものが６０ｉｖｔえ以上の粒度分布からなるフラック
スを用い、少なくとも１極の溶接電流１８００Ａ以上の
条件の下に用いる溶接方法である。

すなわち従来の開先を用いても、この発明になるフラッ
クス組成範囲のうぢ、特にＳｉＯ□の含有量が１８％以
上のものを用いれば、板厚５０Ｍ程度までの１パス片面
溶接において、美麗で手直しの不要なビード外観を有す
る溶接を実施することが可能である。

そしてさらに１パス片面溶接が不可能な厚さの厚鋼板や
、あるいは開先角度が一定の場合には板厚の増加に伴い
開先断面積も著しく増加し、入熱量が大きくなって溶接
熱影響部の強度、靭性が劣化するおそれがある場合には
、１層１パス溶接を含む多層盛りにて、完全連込み片面
潜弧溶接を行うものとし、この場合に、開先形状を、開
先角度が少なくとも２段階で拡がる複数段開先にすると
共に、 ５ｉ０２　：　　５〜２８　ｗｔ％　（以下単に％で示
す）、ＭｇＯ：１５　〜３５　％、 ＣａＯ：　　　５　−　１５　　％、 ＣａＦ２　：　２〜２０　％、 八１□０３：５〜１５％および ＴｉＯ７：　２〜１０　％ を主成分とし、 Ｆｅ　：　３０％以下および ＳｉおよびＭｎのうちから選んだ１種また番Ｊ２種：１
０％以下 を含有する組成になり、しかも粒径で３６メンシユより
細いものが２０％以下でかっ１４メツシュ以下で３６メ
ツシュより粗いものが６０％以上の粒度分布になるフラ
ックスを用いて溶接することからなる厚鋼板の大入熱潜
弧溶接方法である。

以下この発明を具体的に説明する。

まず開先角度についてであるが、厚鋼板の片面１パス溶
接では通常４０°程度の角度を用いることが多いので、
板厚が増すと開先断面積および幅が増大し実質的に溶接
が困難となる。すなわち熔接人熱が著しく大きくなり、
溶接機の容量や耐久性の点で問題が生じるだけでなく、
溶接継手熱影響部の特性が劣化する。

そこで開先の角度を小さくすることが考えられるけれど
も、狭い開先を用いた場合には溶接ビード幅が溶込み深
さに対して狭くなる結果、凝固割れが生し易くなるとい
う問題を生じる。

かような凝固割れを防止するためには、溶接ビード幅を
広くして溶接金属の形状を整えることが効果的である。

ここに溶接条件の調整によりビート幅を拡げることもあ
る程度は可能ではあるが、この場合には溶接電圧を増加
させることが必要となるため、溶融スラグの吹上げが著
しくなって溶接作業を連続して行うことが困難となる。

従って従来は、１パス片面溶接は板厚３０〜４０ｍｍ程
度までしか適用できなかったが、この発明になるフラッ
クス組成範囲の中でも特にＳｉＯ□を１８％以上含むフ
ラックスを用いる場合には、溶接作業性やビード外観を
そこなうことなく板厚５０ｍｍ程度まで１パス片面溶接
を実施することが可能である。

すなわち、開先の角度を比較的狭く設定すると共に、従
来用いられてきた溶接電流よりも高い電流（１８００Ａ
）を用いて溶造のを確保し、かつ上記したこの発明に従
うフラックスを用いることにより、ビード外観および溶
接作業性を良好に保ち得るのである。

そしてさらに溶接能率の向上の下、より厚い熱厚鋼板に
対する、開先角度が少なくとも２段階で拡がる複数段開
先の使用は、厚板の片面潜弧溶接において、開先断面積
の減少による溶接入熱量上昇の抑制、および溶接ビード
幅の適正化すなわち溶接金属の形状の調整による耐凝固
割れ性の改善の２点で顕著な効果を持つ。

すなわち第１図に示すように、通常の開先に対して同等
の開先幅をもち、底部で狭く、上部で広い開先角度をな
す２段階以上の角度をもつ開先とすることにより、開先
断面積を減少させかつ溶接金属の形状を耐凝固割れ性に
とって良好な形状に保つことができるのである。

このように複数段開先とすることによって、片面１パス
潜弧溶接の板厚限界を向上させることが可能となるが、
板厚の増加に伴う入熱増大は避けられないため、板厚や
必要な継手部特性によっては多層盛りによる施工が必要
となる場合もある。

かような大入熱多層盛潜弧溶接の最も大きな障害は、ス
ラブのはく離性と凝固割れの２つである。

このように多層盛溶接では、スラブのはく離が容易に行
えることが必須の条件であるので、狭開先溶接のように
溶接入熱を制限して開先角度を小さくし開先断面積を減
少させる方法も考えられるけれども、溶接入熱を小さく
することは能率の低下を招く。したがって大入熱溶接を
行なう場合には、スラブはく離性を良好に保つことがと
くに重要な問題となる。ここで単一角度の開先を用いた
場合には、フラックスの組成にかかわらず開先内にアン
ダーカットを生じ易く、スラグがくい込んではく離しな
くなる危険性が高い。とはいえこのような開先内のアン
ダーカットが生しなよいうに、ビード幅を狭くするとビ
ード幅が溶込深さに対して少さくなり凝固割れの発生を
助長する結果となる。

かかる問題に対しては開先角度を大きくすることが効果
的であるが、開先角度の拡大は開先断面積の増加を招く
ため、溶接能率を低下させ、大入熱溶接によって多層盛
を行う利点がなくなってしまう。

このような大入熱多層盛潜弧溶接の問題点に対しても、
２段以上の角度をなす開先の適用は、開先断面積の増大
を著しく減少しかつ開先角度を大きくする上で極めて有
効である。

すなわち第２図に示すように、底部側を狭い角度とする
ことにより開先断面積の低減および入熱の低減をはかり
、１層１パスによる初層ビード表面が第１段目の開先よ
り上方に達するようにすることで溶接金属の形状を整え
て凝固割れを発生しにくくすると同時に、開先内部の幅
を大きくすることにより開先内のアンダーカントを抑制
してスラグはく離性を確保するのである。

ここにかような多層盛の際には、１層１パス溶接を複数
回繰り返すことが能率の向上および溶接欠陥の発生防止
の上で有利である。すなわち、この発明における多段開
先の使用は、１層１パスによる多層盛溶接との組合せに
おいて、最も効果を発揮する。

なお１層１パス熔接ビードの後続に１層多パスビードを
開先内に施工する場合には、スラグが片側の開先と溶接
金属の間にかみ込み易く、これを防止するためには入熱
を抑える必要がある。このような施工は、最終層の化粧
盛りや大入熱でもビードの拡がりに対して十分広い開先
幅となった場合に採用すべきであり、少なくとも２層は
１層１パス溶接を繰り返すことが所期した効果を得る上
では好ましい。

なおこの発明に従う複数段階光は、前掲第１図に示した
ような■型開先のみに適用されるものではなく、第３図
ａ、ｂに示すように、し型開先やＩ型開先に対しても有
利に適合するものである。

次に、この発明法の実施に用いて好適なフラックスにつ
いて述べる。

−ｉの溶接用フラックスにおいても、具備スべき条件と
して、ビード外観に優れること、溶接欠陥を生じにくい
こと、作業性が良好なことなどが要求されるが、この発
明で用いるフラックスとしては、特に厚鋼板の片面１パ
ス溶接のような大入熱溶接における溶接作業性およびビ
ード外観に優れることが重要である。

このような条件を満足するフラックスとしては、以下に
述べる成分組成のものが好適である。

まず５ｉ０２は、造滓剤として重要な成分であり、５％
未満では生成スラグの融点が上昇しすぎるだけでなく、
スラグの粘性が低くなって良好なビード外観を保つこと
ができなくなる。特にビート幅の確保とじ一ド表面の乱
れが問題となる１パス片面溶接においては、１８％に満
たないと十分なスラグの粘性を確保できず、良好なビー
ド外観が得られない。しかしながら何れの場合も、２８
％を超えて含まれると融点が低くなってビート外観が乱
れ易くなると共に、溶接合金中の酸素量が増加して靭性
が劣化するなどの不都合がある。

ＭｇＯは、融点の調整に有効なだけでなく、塩基度を上
げて溶接金属中の酸素量を低減し靭性を確保する上で有
用な成分であるが、１５％未満では十分な効果が期待で
きず、一方３５％を超えて含有されると、融点が上昇し
すぎてビード外観が劣化するきらいがある。

ＣａＯも融点を上昇させ、溶融金属の靭性を向上させる
効果をもつが、５％未満では十分な効果が期待できず、
一方１５％を超えるとスラグのはく離性を害する。

ＣａＦｚは、融点を上昇させずに塩基度を上げ得るので
、溶接金属の酸素量の調整に有効に寄与するが、２％未
満ではその添加効果に乏しく、一方２０％を超えて多量
に含有されると粘性が低下しすぎてビード外観が悪化す
る。特に従来の開先を用いた１パス片面溶接においては
１０％以下にする必要がある。

Ａｌ２Ｏ，、は、粘性を低下させずに融点を上昇させ得
るので、融点の調整に有効に寄与するが、５％未満では
粘性の調整効果に乏しく、一方１５％を超えるとスラグ
の融点が高くなりすぎてビード外観の劣化を招く。

ＴｉＯ□は、スラグの融点を変えることなしに粘性を効
果的に調整できるだけでなく、スラグのはく離性の改善
にとっても有用な元素である。しかながら２％未満では
その添加効果に乏しく、一方１０％を超えて添加しても
このような効果は増進せず、かえってビード外観を害す
る。

Ｆｅは、溶接人熱量当りの溶着量を増加させて溶接能率
を向上させるために添加するが、３０％を超えて添加す
るとかえってビード外観が損われる。

ＳｉおよびＭｎは、溶接金属の酸素量を低減して溶接金
属の靭性を確保するために必要な成分であるが、単独添
加および複合添加いずれにおいても１０％を超えて大量
に添加すると酸素量が低くなりすぎてかえって靭性を劣
化させるため、塩基度に応じ１０％以下の範囲で添加す
ることが必要である。

以上フラックスの特定成分に関して述べたが、これら以
外であっても通常フラックスに用いられるものは、添加
してもさしつかえない。

かような成分としてはＢａｄ、　ＭｎＯ，Ｂ２０３１　
アルカリ金属酸化物（ＫｚＯ，Ｎａ２３など）があり、
ＢａＯは５％以下の範囲で、またＭｎＯは１０％以下、
Ｂ２Ｏ３は０．５％以下の範囲で、さらにアルカリ金属
酸化物は合計５％以下の範囲でそれぞれ含有させること
ができる。

ところでこの発明では、使用フラックスにつき、単に上
記した成分組成範囲を満足させるだけでは不充分で、粒
度分布を３６メンシユより細いものが２０％以下でかつ
１４メツシュ以下で３６メツシュより粗いものを６０％
以上とすることが肝要である。

というのは粒度分布は、大入熱溶接の際のガス抜けを良
好に保つために重要な要素であり、特に大入熱多層盛溶
接の初層の如くガスの流出方向が開先によって狭くなる
場合、粒径の揃った粒子が主体を占める構成とすること
が肝要である。

すなわち１４メッシュ以下で３６メノシユより粗い粒子
が６０％に満たない場合、ガス抜けが不十分で吹き上げ
が著しくなって溶接施工を続けて行えなくなったり、ビ
ード表面の波目が荒くなって外観を損ねたり、スラグは
く離性を害したりする。また３６メツシュ以下のものが
２０％を超えるとガス抜けが悪くなりスラグの焼付きを
生じ易くなる。

ここに示したフラックスは、大入熱溶接時の作業性にと
くに優れたものであるが、通常の開先に対して用いても
満足できるビー１外観、作業性をもつことはいうまでも
ない。

特に、Ｓｉｎ□を１８〜２８％、ＣａＦ２を２〜１０％
含む組成のフラックスは、１パス片面溶接時のビート外
観の美麗さならびに溶接作業性に優れ、かかるフラック
スの使用により板厚５０ｍｍ程度までの１パス片面溶接
の実施が、従来開先を用いても可能となるのである。さ
らに１パス溶接施工に際しては、１８００Ａを超える溶
接電流を少なくとも１極に用いるべきである。というの
は板厚３０〜４０ｍｍ以上の１パス溶接においては、板
厚の増大にともない開先断面積が大きくなるために溶接
速度が遅くなりがちであるが、２０ｃｎ＋／胴程度以下
になると溶融メタルの先行が生しやずくなって溶造不良
が発生し易くなるからである。

このため、大電流の適用によりアーク力を強化すると共
に、溶着速度を増加さゼ溶接速度を確保し゛ＣＣ送込不
良防止し能率を向−にさセるのである。

（実施例） 実施例１ 供試料として表１に示す組成の鋼板、表２に示す組成お
よび粒度分布になるフラックスならびに２％Ｍｎ系ワイ
ヤを用いて、第４図（２１）、（＋））に示す断面形状
の試験体を、表３に示す溶接条件の下に、片面１パス溶
接および多層盛溶接した。

溶接結果を表４に示す。

実施Ｎｏ、１．２．６．７．９はこの発明に従う適合例
であり、良好な形状の溶接し−１−を欠陥なく得ること
ができた。

これに対し実施Ｎｏ、３．４．８はフラックスの組成が
、また実施Ｎｏ、　５は溶接条ｆ４が適正範囲を外れて
いるために、溶接作業性あるいはビード外観が不良であ
った。さらに実施Ｎｏ、　１０は溶接条件および開先形
状が適当でないためスラグはく離性が不良であった。

／ 表１ 表２ （％） ２　］ 実施例２ 供試材として表５に示す組成の鋼板、表６に示す組成及
び粒度分布になるフラックス、ならびに２％Ｍｎ系ワイ
ヤを用いて、第５図（ａ）、　（ｔ））に示す断面形状
の試験体を、表７に示す溶接条件の下に、片面１パス溶
接を行った。

溶接結果を表８に示す。

実施Ｎｏ、　１１はこの発明にしたがう適合例であり良
好な形状ビードを欠陥なく得ることができた。また実施
Ｎｏ、　１３は従来の開先形状を用いた適合例であり、
ガス吹きの点てやや溶接作業性に劣るものの良好な溶接
ビートが得られた。

これに対し実施Ｎ０１２はフラックスの組成が適正範囲
を外れているために溶接作業性あるいはビード外観が不
良であった。

実施例３ 供試材として表９に示す組成になる鋼板、表１０に示す
組成および粒度分布になるフラックスならびに２％Ｍｎ
系ワイヤを用い、表１１に示す溶接条件下に多層盛溶接
を行った。なお開先形状は第６図ａ、ｂに示したとおり
である。

このときの溶接結果を表１２に示す。

実施Ｎｏ、１４．１５．１８は、この発明に従う適合例
であり、いずれも２パスで溶接を完了しており、作業性
も良好であった。実施Ｎｏ、　１６は通常の開先を用い
て大入熱多層盛を適用したものであるが、スラグはく離
性に劣り欠陥が発生した。実施Ｎｏ、　１７　、１９は
フランクス組成が適正範囲からはずれているため、作業
性が不良であった。実施Ｎｏ、２０は、フラックスの粒
度分布が適正範囲をはずれているため初層のビード形成
が不整でスラグはく離性が悪く、欠陥が発生した。実施
Ｎｏ、２１は通常の開先を用いて作業性の劣化しない溶
接条（！Ｙを適用した従来例であるが能率面で著しく劣
った。

である。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明の溶接性によれば、１パス
熔接の適用範囲が広がり、多層溶接のパス数の削減が可
能となって、厚鋼板の片面溶接、特にボックス柱の角糾
手溶接のような溶接線の長い部材の潜弧溶接を飛躍的に
高能率化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１１Ｅは、この発明に従う複数段陽光を示す模式図、 第２図は、２段階先を使用した２パス溶接における積層
状態を示した図、 第３［Ｆａ、ｂは、この発明に従う他の複数段開先を示
した模式図、 第４図ａ、ｂは、実施例１におけるこの発明の従来開先
および複数段開先の形状寸法を示した図、第５図ａ、ｂ
は、実施例２におけるこの発明の複数段開先および従来
開先の形状寸法を示した図、第６図ａ、ｂは、実施例３
におけるこの発明の複数段開先および従来開先の形状寸
法を示した同第１ 図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、厚鋼板に、大入熱の下に１パス片面潜弧溶接を施す
   に当たり、 溶接用フラックスとして、 ＳｉＯ＿２：１８〜２８ｗｔ％、 ＭｇＯ：１５〜３５ｗｔ％、 ＣａＯ：５〜１５ｗｔ％、 ＣａＦ＿２：２〜１０ｗｔ％、 Ａｌ＿２Ｏ＿３：５〜１５ｗｔ％および ＴｉＯ＿２：２〜１０ｗｔ％ を主成分とし、 Ｆｅ：３０ｗｔ％以下および ＳｉおよびＭｎのうちから選んだ１種または２種：１０
   ｗｔ％以下 を含有する組成になり、しかも粒径で３６メッシュより
   細いものが２０ｗｔ％以下でかつ、１４メッシュ以下で
   ３６メッシュより粗いものが６０ｗｔ％以上の粒度分布
   になるフラックスを用い、 かつ少なくとも１電極の溶接電流が１８００Ａを超える
   条件下に溶接することからなる厚鋼板の大入熱潜弧溶接
   方法。 ２、厚鋼板に、大入熱の下に１層１パス溶接を含む多層
   盛りにて完全溶込み片面潜弧溶接を施すに当たり、 開先形状を、開先角度が少なくとも２段階 で拡がる複数段開先とし、 かつ溶接用フラックスとして、 ＳｉＯ＿２：５〜２８ｗｔ％、 ＭｇＯ：１５〜３５ｗｔ％、 ＣａＯ：５〜１５ｗｔ％、 ＣａＦ＿２：２〜２０ｗｔ％、 Ａｌ＿２Ｏ＿３：５〜１５ｗｔ％および ＴｉＯ＿２：２〜１０ｗｔ％ を主成分とし、 Ｆｅ：３０ｗｔ％以下および ＳｉおよびＭｎのうちから選んだ１種または２種：１０
   ｗｔ％以下 を含有する組成になり、しかも粒径で３６メッシュより
   細いものが２０ｗｔ％以下でかつ、１４メッシュ以下で
   ３６メッシュより粗いものが６０ｗｔ％以上の粒度分布
   になるフラックスを用いて溶接することからなる厚鋼板
   の大入熱潜弧溶接方法。