JPH02280968A

JPH02280968A - 高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH02280968A
Application number: JP10013489A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Suzuki; 友幸鈴木; Shigemi Maki; 真木　成美; Harutoshi Kubota; 窪田　晴敏; Tadao Saito; 忠雄斎藤; Nobuyuki Okui; 信之奥井
Original assignee: IHI Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: IHI Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1990-11-16
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH0790367B2

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】産業上の利用分野本発明は溶接構造物における水平すみ肉ガスシールドア
ーク溶接法に関し、特に高速溶接が可能でかつ溶接作業
性に優れた２電極高速すみ肉ガスシールドアーク溶接法
に関するものである。

従来の技術近年各種溶接構造物の建造において、ガスシールドアー
ク溶接法が溶接能率の向上が図れることから各分野で急
速にその適用が増大している。中でも全溶接長に占める
水平すみ肉溶接の比率が極めて高い造船や橋梁等の分野
では、水平すみ肉溶接の高速化が、溶接のトータルコス
ト低減の観点から、現在の最大の課題となっている。

水平すみ肉溶接は現在その簡便性から１電極による施工
が最も一般的であるが、１電極法で水平すみ肉溶接の高
速化を図ろうとすると、溶接ビー１外観拳形状が著しく
劣化したり（アンダーカット、凸ビード）、シカツブプ
ライマー塗装鋼板の場合はビットやブローホールが多発
するという問題があり現状では最大７０〜８０ｃｙｓ／
ａｒｍの溶接速度が限界である。

従って１　ｍ／ｓ＋ｉｎ以上の溶接速度を達成するため
には必然的に電極数を増やした多電極溶接法を採用する
ことが必要となる。多電極による高速溶接については従
来より盛んに研究されており、サブマージアーク溶接に
おいては例えば■特開昭６０−２４０３８２号、■特開
昭８３−１８８７０号など多くの提案がなされているが
、これらサブマージアーク溶接の場合はフラックスの散
布、回収が必要で溶接装置が大型化せざるを得ないこと
、溶接入熱が大きいため歪みが発生し易く特に水平すみ
肉溶接においては溶接条件が限定されるなどの問題があ
る。

一方ガスシールドアーク溶接においては例えば■特開昭
５８−８８３７８号、■特開昭８３−１５４２８７号な
どが提案されている。前者は複数のフラックス入りワイ
ヤを用いて極間を２００〜５０軸麿とした交流ＭＴＧ溶
接法であり、後者は複数本のメタルコアードワイヤを用
いてＣＯ２又はＡｒ　−ＧＯ２雰囲気で高速溶接するも
のであるが、それぞれ溶接能率およびビード外観・形状
の点で問題が残っ、ている。

発明が解決しようとする課題本発明はこのような事情に着目してなされたものであっ
て、溶接速度１　ｍ／層ｉ１以上の高速水平すみ肉溶接
において、従来技術の欠点を解消し、ビード形状やアー
ク安定性などの溶接作業性が良好でかつビット・ブロー
ホール等の溶接欠陥の少ない高速水平すみ肉ガスシール
ドアーク溶接方法を提供することを目的とするものであ
る。

課題を解決するための手段本発明に係る高速水平すみ肉ガスシールド７−り溶接方
法の構成は、下記のものである。

（り少なくとも後行電極にルチール系の７ラツクス入り
ワイヤを用い、先行電極と後行電極のアーク発生点の間
隔をｌＯ〜４０ｖ＋＋にしてｌプールを形成せしめ、先
行電極および後行電極のワイヤ径が１．２〜４．０層■
の範囲でかつ先行電極のワイヤは後行電極のワイヤ径以
下とすると共に、溶接線方向の傾斜角度が先行電極を０
〜２５°の後退角、後行電極を０〜２５°の前進角とし
、かつ先行電極の電流値（ＡＬ　）と後行電極の電流値
（ＡＴ　）の比（Ａｔ、／ＡＴ）を１．０〜１．９で溶
接することを特徴とする高速水平すみ肉ガスシールドア
ーク溶接方法。

（２）前記ルチール系フラックス入りワイヤがワイヤ重
量比で下記成分とすることを特徴とする（１）記載の高
速すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。

ＴｉＯ２；　３．７〜７．２　ｗｔ％脱酸剤　　　　　　　　　：！、７〜６．０ｗｔ％酸化
物（Ｔｉ０２を含めて）　　；９．ｆ１％ｉｔ％以下金
属弗化物（Ｆ換算値で）　　：　０．０１〜０−２８ｗ
ｔ％金属炭酸塩（１４換算値で）　；　０．０１〜０．
３７ｗｔ％作用本発明者等は２電極による高速水平すみ肉溶接のど−ド
形成について種々実験を重ねた結果、次のような知見を
得て本発明を完成したものである。

（１）溶接速度１　ｍ／ｓｉｎ以上の高速水平すみ肉溶
接において、脚長４ｍｍ以上の安定したすみ円し゛−ド
を得るためには、電極間隔を短くして１プールを形成さ
せることが必要である。

（２）さらにＴｆｔ極間の溶融プールを安定化させる溶
接条件（電流配分、電極角度、極間、ワイヤ径等）の選
定がビード形状を支配する。

（３）またビード外観・形状の観点から少なくとも後行
電極にはスラグ生成量の多いルチール系フラックス入す
ワイヤの適用が最も好ましい。

本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、以下
に本発明について詳細に説明する。

第１図は溶接線方向の溶融プール断面図を示し、先行電
極１と後行電極２はそれぞれ電極角度３．４に傾は極間
距離５に保って配置する。先行電極のアーク６により生
じた溶融金属は先行電極の強力なプラズマ気流により後
方へ吹かれるが、後行電極のアーク７により前向きの力
を作用させて電極間に湯溜まり８を形成させ後行電極後
方の溶融プール９の後退を制御する。

この結果アンダーカット等の欠陥のないすみ肉ビード１
０が得られる。この場合少なくとも後行電極にルチール
系フラックス入りワイヤを採用すれば生成スラグ１１の
作用によりビード形状が更に良好になる。この電極間の
湯溜まりの安定形成と使用ワイヤの選定が良好なビード
を形成するためのポイントである。

先行電極と後行電極のアーク発生点の間隔を１０〜４０
ｍｍとしたのは上記電極間の湯溜まりを安定形成させる
ためである。先行および後行電極のアーク発生点の間隔
が１軸層未満であると湯溜まりが形成されず、見掛は上
ｌ電極溶接と同様の溶融プール形態となりｌ　ｍ／ｓｉ
ｎ以上の高速溶接ではアンダーカットが発生すると共に
、アークの相互干渉によりスパッターが多発するので採
用出来ない。

一方４０ｍｍを超えると先行電極による溶融金属が凝固
した上に後打電極のアークを発生させることになってい
わゆる２プールとなり、湯溜まりが形成されずど一ド形
状が劣化する。

また、先行電極のワイヤ径（ＤＬ）および後行電極のワ
イヤ径（ＤＴ　）を１．２〜４．Ｏｒｓ腸としかつＤＬ
≦Ｄ丁と限定したのは次の理由による。すなわちワイヤ
径が１．２層厘未満では目標の脚長（４ａｍ以上）を得
るためにはかなりの高速でワイヤ送給せざるをえずアー
クが不安定になり易いと共に、ワイヤの狙い位置の範囲
が極端に狭くなるため安定した湯溜まりが形成されない
、一方４．０　ａｍを超えるとビード形成の上では問題
ないものの、ワイヤ剛性が高くなって送給不良になり易
くまた装置が大型化し汎用性に欠ける。従って画電極の
ワイヤ径とも　！、２〜４．Ｏｔａ腸の範囲とする。

また２電極すみ肉溶接における先行電極と後行電極の役
割は、先行電極で滲込みを確保し、後行電極で平滑なビ
ードを形成せしめることにあるが、先行電極のアークよ
り後行電極のアークに広がりを持たせることによって、
電極間の湯溜まりが安定し良好なビードが形成されるこ
とが判った。

そのため後述する各電極の電流配分と共にワイヤ径の組
み合わせが重要である。すなわち先行電極のワイヤ径Ｄ
Ｌを後行電極のワイヤ径り丁より大きくするか同じにす
ることが必要である。後行電極径が先行電極径より小さ
いと、アークの広がりが小さく湯溜まりが安定しないた
めビード形成が不安定になる。従って、先行電極のワイ
ヤ径ＤＬと後行電極のワイヤ径り丁の関係はＤＬ≦Ｄ丁
とする。

次に電極の角度であるが、電極間の湯溜まりを安定形成
させるためには先行電極角度を溶接線方向に対し０〜２
５′″の後退角、後行電極角度を０〜２５°の前進角と
する。先行電極角度が２５′″超の後退角であると電極
後方への溶融金属流が強過ぎて後行電極アークによる湯
溜まりが形成されず、また前進角になると安定した湯溜
まりが形成しに〈〈又滲込みが不足する。

さらに後行電極が後退角であると後行電極アークの溶融
金属流堰止め効果が小さくなるため湯溜まりが安定せず
、２５＠超の前進角では電極間の溶融プール高さが変動
し安定した湯溜まりの形成は期待できない、従って先行
電極角度を溶接線方向に対しＯ〜２５′の後退角、後行
電極角度を０〜２５゜の前進角とする。

また各電極の電流配分が良好なビードを形成させるため
に重要な要件である。すなわち前述したように１プール
を形成する２電極すみ肉溶接においては、先行電極で溶
は込みを確保し、°後行電極で平滑なビードを形成させ
るのがポイントであるから、先行電極の電流値（ＡＬ　
）は高電流で、後行電極の電流値（Ａ↑）は比較的低電
流に設定する必要がある。

これら電流配分については種々実験を重ねた結果、ＡＬ
／Ａ丁が１．０未満であると相対的に後行電極のアーク
力が強くなり、電極間の溶融プールが不安定で湯溜まり
が形成されずビード形状が劣化することが判った。また
ＡＬ／ＡＴが１．３を超えると先行電極のアークによる
電極後方への溶融金属流が強くなりすぎ、電極間の湯溜
まりが不安定になって劣悪なビードとなった。従って、
先行電極の電流値と後行電極の電流値の比（ＡＬ／ＡＴ
）は１．０〜１．０の範囲とした。

なお電圧については先行電極は極力低電圧に設定した方
が十分な溶は込みを確保できると共に。

後行電極のアークが相対的に広がって湯溜まりが安定す
るため先行電極は極力低電圧に設定するのが好ましい。

さらに電源極性は上記構成要件を満足していれば、ＤＣ
−ＤＣ，ＤＣ−ＡＣ，ＡＣ−ＤＣ，ＡＣ−ＡＣいずれの
組み合わせも採用できるが、アーク安定性の点でＤＣ−
ＤＣの組み合わせが最も好ましい。

ざらにビード外観、ビード形状およびスラブ剥離性など
溶接作業性を良好にするためには、少なくとも平滑なビ
ードを形成する役割を有する後行電極はルチール系のフ
ラックス入りワイヤを使用する必要がある。後行電極が
ルチール系以外のフラックス入りワイヤ（例えばメタル
系）やソリッドワイヤではスラグ被包性が悪くなリスラ
グによるピートモ消化効果が期待できないためなじみの
良好なビードが得られない、従って後行電極はルチール
系のフラックス入りワイヤを使用する。

この場合後行電極がルチール系フラックス入りワイヤで
あれば、先行電極はメタル系フラックス入りワイヤ、ソ
リッドワイヤまたは後行電極と同じルチール系フラック
ス入りワイヤいずれのワイヤも使用できる。すなわち先
行電極がスラグ生成績の少ないメタル系フラックス入り
ワイヤやソリッドワイヤであっても後行電極のルチール
系フラックス入りワイヤのスラグの効果でビード形状が
改善され、また先行がルチール系フラックス入りワイヤ
の場合はスラグ生成量が更に多くなって平滑なビード形
成に有効であり最も好ましいワイヤの組み合わせである
。

シールドガスは通常Ｃ０２を使用するがアーク安定性を
高めるＡｒ−ＣＯ２も使用できる。特に先行電極がソリ
ッドワイヤの場合はアーク安定性の点マＡｒ　−ＣＯ２
ガスが好ましい。

２電極水平すみ自溶接方法を上記構成とすることにより
１ｍ／鵬ｉｎ以上の溶接速度においても良好なすみ肉ビ
ードが形成され、水平すみ肉溶接の高能率化が達成され
る。しかし特にシ璽ツブプライマー塗装鋼板の溶接にお
いて問題となるピット。

ブローホール等の溶接欠陥を防止するためには。

ルチール系フラックス入りワイヤの構成成分を規定する
必要がある。

上記ビット、ブローホールの低減を図る上で特に望まし
いルチール系フラックス入りワイヤの構成成分は、Ｔｉ
Ｏ２；　３．７〜７．２賛ｔ％、脱酸剤：１．７〜６．
０ｗｔ％、酸化物（Ｔｉ０２を含めて）；９．８ｗｔ％
以下、金属弗化物（Ｆ換算値で）　；　０．０１〜０．
２８ｗｔ％、金属炭酸塩（Ｃ０２換算値で）；０．０１
〜０．３７％１１％である。

以ドにルチール系フラックス入りワイヤの成分限定理由
を述べる。

ＴｉＯ２をワイヤ重量比で３．７〜７．２　ｗｔ％添加
するのはアークの安定化とスラグ被包性を良好にするた
めである。３．７　ｗｔ％未満ではアーク安定化効果が
期待できずスパッタが多発したり、スラグ被包性が劣化
してビード形状が凸形状となる。一方７．２　ｗｔ％を
超えると特に２電極とも本ワイヤを使用する場合にスラ
グ過多になってスラグ巻き込みが発生し易くなるので、
ＴｉＯ２はワイヤ重量比で３．７〜７．２賢ｔ％に限定
する。

脱酸剤としてはＳｉ、　Ｍｎ、　ＡＱ、　Ｔｉ、　Ｍｇ
等を添加できるが、その添加量は！、７〜６．０ｗｔ％
が適当である。　１．？　ｗｔ％未満では脱酸不足とな
るため溶接金属は多孔質となりＸ線性能が劣化する。一
方６．Ｏｗｔ％を超えて添加すると脱酸性元素が溶接金
属に多量に歩留まるため溶接金属が硬くなり、衝撃靭性
と耐割れ性の低下をきたす、このため脱酸剤は１．７〜
６．０ｗｔ％に限定する。これら脱酸剤は単体で添加し
てもよく合金形態で添加してもよい。

酸化物としては主成分であるＴｉＯ２以外に５ｉ０２、
Ａｌ２Ｏ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ２，ＦｅＯ、Ｎａｎｏ、　
　Ｋ２Ｏなどスラグ剤、アーク安定剤として添加できる
が、ＴｉＯ２を含めた酸化物が９．８　ｗｔ％を超える
とスラグ過多になってスラグ巻き込みを生じたり、スラ
グ剥離が劣化すると共にビード表面にガス圧痕が生じ易
くなる、従ってＴｉＯ２を含めた酸化物はＬ８　ｗｔ％
以下とする。

金属弗化物はスラグの粘性を調整してすみ肉ビードをよ
り平滑化し、母材とのなじみを良好にする作用がある。

また後述の金属炭酸塩と共に溶融金属の攪拌作用を有し
、ピット、ブローホールの原因となるプライマー熱分解
ガスの放出を促進してピット、ブローホールの低減に効
果がある。金属弗化物がＦ換算値で０．０１ｗｔ％未満
では上記効果が認められず、　０．２８ｗｔ％を超える
とスラグの流動性が過剰となってビード形状が劣化する
と共にアークが不安定になるので金属弗化物の添加量は
Ｆ換算値で０．０１〜０．２８ｗｔ％とする。なお金属
弗化物としてはＬｉ、　Ｈａ、　Ｋ、　Ｍｇ、　Ｃａ、
　Ａｌ１等の弗化物が用いられる。

金属炭酸塩は上記金属弗化物と同様、溶接中に分解１発
生したＣＯ２が溶融金属を攪拌し、ピット、ブローホー
ルの原因となるガスの放出を促進してこれら溶接欠陥を
低減する作用を有する。この効果は金属弗化物と複合添
加するとさらに向上する。金属炭酸塩の添加量がＣＯ２
換算値で０．０１ｗｔ％未満ではピット、ブローホール
の低減に大きな効果がなく、逆に０．３７ｗｔ％を超え
るとアークが不安定になったり、スパッターが多発する
ので金属炭酸塩の添加量はＣＯ２換算値で０．０１〜０
．３７ｗｔとする。なお金属炭酸塩としてはに、　Ｃａ
、　Ｓｒ、　Ｈａ。

Ｂａ、　Ｍｇ、　Ｌｉ等の炭酸塩が使用できる。

以上がルチール系フラックス入りワイヤの主要構成であ
るが、その低溶接金属の機械的性質を向上させるためＮ
ｉ、　Ｃｒ、　Ｎｏ、　Ｂなどの合金元素が添加でき、
溶着速度を高める目的で鉄粉をも添加できる。

またワイヤの断面形状は特に制限はなく第２図に示した
いずれの形状も採用できるが（１２は外皮金属、　１３
はフラックスを示す、）、ワイヤの送給性、直進性の良
好なシームレスタイプ（第２図。

ｄ）が高速すみ肉溶接には最適である。

以下に本発明を実施例により更に具体的に説明する。

実施例実施例１（無塗装鋼板の水平すみ肉溶接）外皮材として
極軟鋼（Ｃ；　０．０５％、Ｓｉ　；　０．０１％、Ｍ
ｎ　；　０．２９％、Ｐ　；　０．０１４Ｘ％、Ｓ　；
　０．０１０りを用い、第２図（ｄ）の断面を有する第
１表のフラックス入りワイヤおよび第２表のソリッドワ
イヤを使用して、第３図に示す無塗装鋼板（ＳＮ−４１
Ａ、ｔ　　＝　　１２．７＋ｓｍ、　　Ｗ＝　１００　
　脂層、　Ｈ＝　７５ｍ厘、　長さ＝　　１０００＋ｕ
＋）を、第４図ＣＯｓ、０２．φ３．φ２＝４５゜ｎ、
　、　　ｎ２　＝３ｍｍ）および第４表に示す溶接条件
にて、両側同時水平すみ肉溶接（シフト無しの両側同一
溶接条件）を実施した。

その結果を第４表の中に示した。第４表の溶接性能にお
ける０、０、Δはそれぞれ非常に良好。

良好、不良を示す、第４表の結果から明らかなように、
本発明は！、５ｍ／ｗｉｎ　〜２．Ｏｍ／ｗｉｎの高速
溶接においてもアーク安定性およびビード形状Φ外観が
良好であった。一方比較例は何れもビード形状・外観が
劣悪であった。

実施例２（プライマー塗装鋼板の水平すみ肉溶接）第１
表、第２表および第３表に示すワイヤを用いて、第５図
に示す無機ジンクプライマー塗装鋼板（膜厚２０μｍに
塗装、鋼種及びサイズは実施例１と同じ）を、第４図お
よび第５表に示す溶接条件にて両側同時水平すみ肉溶接
（シフト無しの両側同一溶接条件）を実施した。

その結果を第５表の中に示した。なお、第３表のルチー
ル系フラックス入りワイヤの外皮および断面はいずれも
第１表のフラックス入りワイヤと同じである。また第５
表の溶接性能における＠、０、Δはそれぞれ非常に良好
、良好、不良を示し、ピット数についてはビード両側に
発生したピットを溶接長１ｍ当たりに換算して示してい
る。

第５表の結果から１本発明はアーク安定性およびビード
外観・形状が良好であると共にルチール系フラックス入
りワイヤの構成成分を規定することにより、プライマー
塗装鋼板の高速水平すみ肉溶接において、ピット発生を
大幅に低減できることが明らかになった。

（以下余白）発明の詳細な説明したように１本発明により、アーク安定性、ビー
ド形状・外観が良好であると共に、プライマー塗装鋼板
の水平すみ肉溶接においてもピット等の溶接欠陥を低減
できる。高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法が
得られた。溶接の高能率化、省力化に大きく寄与するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における溶接線方向の溶融プール断面図
、第２図はフラックス入りワイヤの断面１′４、第３図
は無塗装鋼板の試験片断面図、第４図は実施例における
トーチ角度および狙い位置を示す側面図、第５図はプラ
イマー塗装鋼板の試験片断面図である。ｌ・命・先行電極ワイヤ、２拳−・後行電極ワイヤ、３
・・・先行電極角度、４・・・後行電極角度、５・・・
電極間隔、６・・・先行電極のアーク、７・・―後行電
極のアーク、８・・・湯溜まり、９・・・溶融プール、
１０・・・すみ肉ビード、１１・・・生成スラグ、　１
２・・・外皮金属、　１３・・・フラックス、１４・・
・プライマ１５・・・先行電極、！６ψ・・後行電極。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも後行電極にルチール系のフラックス入
りワイヤを用い、先行電極と後行電極のアーク発生点の
間隔を１０〜４０ｍｍにして１プールを形成せしめ、先
行電極および後行電極のワイヤ径が１．２〜４．０ｍｍ
の範囲でかつ先行電極のワイヤ径は後行電極のワイヤ径
以下とすると共に、溶接線方向の傾斜角度が先行電極を
０〜２５゜の後退角、後行電極を０〜２５゜の前進角と
し、かつ先行電極の電流値（Ａ＿Ｌ）と後行電極の電流
値（Ａ＿Ｔ）の比（Ａ＿Ｌ／Ａ＿Ｔ）を１．０〜１．９
で溶接することを特徴とする高速水平すみ肉ガスシール
ドアーク溶接方法。
（２）前記ルチール系のフラックス入りワイヤの成分が
ワイヤ重量比で下記成分とすることを特徴とする請求項
（１）記載の高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方
法。ＴｉＯ＿２；３．７〜７．２ｗｔ％脱酸剤；１．７〜６．０ｗｔ％酸化物（ＴｉＯ＿２を含めて）；９．６ｗｔ％以下金属
弗化物（Ｆ換算値で）；０．０１〜０．２６ｗｔ％金属
炭酸塩（ＣＯ＿２換算値で）；０．０１〜０．３７ｗｔ
％