JPH0228425B2 - Aakuyosetsusutaatohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、消耗電極式アーク溶接における溶接
スタート部ビードの盛り上がりを解消し、該ビー
ドの盛り上がりに起因する融合不良等の溶接欠陥
の発生を防止し得る様なアーク溶接スタート方法
に関するものである。 消耗電極式アーク溶接法においては、被溶接材
同士を確実に接合せしめると共に、できる限りビ
ードを平滑に形成することが望まれる。この要望
を満すためには溶接条件特に溶接電流を一定にす
ることが必要と考えられるが、実際に一定の溶接
電流で溶接を開始してみると、溶接スタート時点
では溶接ビードが盛り上がると共に溶接終端部で
はクレータが発生する。ところで終端部について
はクレータが生ずる際に収縮割れを起こし易く重
大欠陥につながる恐れがあつたために種々対策が
検討され、クレータ処理（クレータを溶融金属で
埋める処理：ビードは平滑化される）等の割れ発
生防止手段が確立されているが、溶接スタート部
においては盛り上がり部自体に直ちに割れが発生
する訳ではないので終端部の場合の様な検討は未
だ十分には加えられていない。その為ビードを平
滑化する様な手法は確立されていないといえる。
しかるに最近実施されることの多い狭開先多層盛
溶接においては、前層のスタート部にビード盛り
上がり等のビード形状不良があると、これが原因
になつて次層溶接層と前層スタート部との間に融
合不良部分が発生することがある。即ち前層と次
層の融合は前層のビード上に次層の溶融金属が積
層される際に前層ビードの表面が溶融して次層と
一体化することによつて行なわれるが、前記スタ
ート部の様にビードが盛り上がつている場合には
盛り上がり部の熱容量が大きい為に、次層溶融金
属と接しても全表面を十分溶解するに至らず融合
不良が発生する。従つて上記融合不良を解消する
には前層のスタート部ビードの熱容量を定常部ビ
ードと同等にすること、即ちスタートからビード
を平滑にすることがどうしても必要となつてく
る。 そこで本発明者等は上記要望即ちビードの平滑
化を達成し得る様なアーク溶接スタート方法を提
供すべく研究を進めたが、まず手始めにビードの
発生状況を観察した。 即ちアーク点においては母材が溶融すると共に
溶接部が溶えて溶融池が生成し、アークのピンチ
力によつてアーク点のまわりに広がろうとする。
尚溶接中は溶接棒を溶接進行方向へ前傾させて行
なうことが多いのでピンチ力は若干ながら溶接線
後方側へ作用する傾向にある。ところで定常溶接
時のアーク点（第１図の平面図参照）において
は、アーク点１より溶接線前方側（図中左側）の
母材が未だ溶融しておらず、一方溶接線の直後方
側（図中右側）では未だ凝固しない溶融池２が形
成され、しかもアーク点１で生成した溶融金属
は、前述した様に後方側に作用しているピンチ力
に押される様にして後方の溶融池２に流入し、ア
ーク点１の溶接線後方側に大きく広がつた溶融池
を形成し表面が波静かになつてから凝固していく
ので平滑なビードが形成される。これに対し溶接
スタート部においては、アーク点のまわりに未だ
溶融池が形成されていないので、アーク点で生成
した溶融池は前述のピンチ力に押されて溶接線後
方側の母材上へ押しあげられてビード盛り上がり
部を形成すると考えられる。従つてスタート部に
おけるビード盛り上りを解消する為にはスタート
部に別途、溶融池の流入部分を形成するか又は溶
鉄の生成量を減少させることが必要であると考え
られる。このうち前者については溶接スタート部
に予めくぼみを設ける等の方法が提案されている
が、スタート時にその都度くぼみを形成する操作
は煩雑であり且つ生産性を低下させるという欠点
があり満足できるものとは言えなかつた。尚上記
説明は下向き溶接の場合を述べたものであるが、
立向き溶接、横向き溶接、上向き溶接の場合は更
にビードの垂れ下がりという問題が加わり、一層
複雑になつてくる。例えば横向き狭開先の多層盛
溶接においては、後記第８図に示す如く上側の溶
接ビードが垂れ下がつて下側の積層溶接の妨げに
なるという問題が発生してくる。 本発明は、こうした事情に着目し後者の考えに
沿つて研究を重ねた結果完成されたものであつ
て、より簡単な方法によつてスタート部の溶接ビ
ードを平滑化し、それにより融合不良等の溶接欠
陥の発生を防止しようとするものである。 しかして本発明方法は、消耗電極式アーク溶接
における溶接スタート電流値を定常電流値より低
下させ、所定時間の後、定常電流値に切替える溶
接スタート方法であつて、〔スタート電流値／定
常電流値〕をＹ、電流切換までの経過時間をＴ
（秒）とすると、Ｙ及びＴが下記(i)式及び(ii)式を
満足する点に要旨が存在する。 0.8≧Ｙ≧0.4／７Ｔ＋0.26 ……(i) Ｔ≧2.5 ……(ii) 溶融地の生成量を左右する要因の１つとして溶
接電流の大小が挙げられ、溶接電流値を低下させ
ることによつて入熱量が減少し溶融池量も減少す
る。しかるに溶接電流値を低下させるに当つては
アークの安定性、ビード形状、溶け込み深さ等を
十分満足する様に設定しなければならないので単
に溶接電流を下げるというだけでは安定した効果
を得ることができなかつたので種々検討を重ねる
必要があつた。 以下本発明を実験の経緯に沿つて説明する。 実験用母材としては軟鋼平板（幅150mm×長さ
400mm×厚さ32mm）を使用し、該平板の幅方向中
央に長さ方向に向かつて第２図に示す様な溝３を
削設した。次いで第３図に示す様に溝３の長さ方
向略中央から１層目の溶接を行なつて初層Ａを形
成し、更に溝３の未溶接部分から１層目と同方向
に２層目溶接を行ない、１層目スタート部ビード
に乗り上げると共に１層目の終端部付近まで溶接
を行ない第２層Ｂを形成した。尚定常部溶接条件
は第１表に示す通りとし１層目のスタート電流は
100A、140A、180A、200Aの４通りに変化させ
た。尚溶接電流を低下させたときはそれに対応し
て溶接ワイヤの供給速度も低下させた。

【表】

【表】 第４図はスタート時の溶接電流値を定常電流値
に切換えるまでの時間（切換時間：(1)式のＴ）を
種々変更した場合の溶接ビードの仕上り状態を調
ベグラフに表わしたものである。尚ビードの仕上
がり状況は１層目のスタート部ビードに次層ビー
ドが乗り上がつた部分（以下乗り上げ部という）
における融合不良欠陥の発生状況をＸ線検査によ
つて調べ、総欠陥長さで表わしている。 図示する通り、定常電流値（200A）で溶接ス
タートした場合には、乗り上げ部に長さ約15mm
の、又スタート電流値を180Aとした場合は切換
時間にかかわらず長さ10mm以上の欠陥が夫夫発生
している。これに対しスタート電流値を140Aと
し、スタート後２秒で定常条件に切換えた場合に
は欠陥総長さは12mmとなり僅かに短かくなる程度
であるが、スタート後３秒で切換えた場合には欠
陥総長さは２mmと急激に減少している。更にスタ
ート後４秒および５秒で切換えた場合は無欠陥と
なつている。しかしながらスタート後７秒および
９秒と切換え時間を長くすると、夫夫長さ２mm及
び４mmの欠陥が発生している。又スタート電流を
100Aとすると共に切換時間を３秒とした場合は
無欠陥となつており、又切換時間を４秒としたと
きには欠陥長さは２mmとなつている。 次に上記実験結果から融合不良欠陥を解消し得
る普遍的条件範囲を導き出すべく、（スタート電
流値／定常電流値）をＹ、切換時間をＴ（秒）と
したときの相関々係をグラフ化した（第５図）。
尚図においては無欠陥を◎、欠陥総長さ２mm以下
を〇、欠陥総長さが２mmを越える場合を×と評価
している。 その結果、図中に斜線を施した範囲に納まる様
に溶接条件を設定すれば問題となる様な欠陥総長
さが２mmを越える欠陥を発生することがないとい
う結論を得ることができた。即ち該斜線範囲は、
下記(i)及び(ii)式で表わされる範囲であり 0.8≧Ｙ≧0.4／７Ｔ＋0.26 ……(i) Ｔ≧2.5 ……(ii) 該斜線範囲を外れた場合には、前述の通り、い
ずれも欠陥総長さが２mmを越えてしまう。又該斜
線範囲のうち、下記(iii)式を併せて満足する範囲で
あれば欠陥は全く発生しないのでいつそう好まし
い結果が得られる。 １／15Ｔ＋７／15≧Ｙ≧１／10Ｔ＋0.15 ……(iii) 尚スタート時の溶接条件が上記斜線範囲を外れ
ると好ましくない理由を補足説明すると、Ｙ値が
0.8を越える場合については溶接電流値並びにそ
れに追随するワイヤ供給速度が常常溶接時と比べ
て大差なく即ち溶融池生成量が未だ多すぎる為に
平滑なビードが得られない。一方Ｙ値が0.4／７Ｔ＋ 0.26より小さい場合は外観的には問題ないが溶け
込み深さが極めて浅くなり十分な接合強度が得ら
れない。又切換時間Ｔが2.5秒未満の場合には第
１図におけるａ部のビード幅がｂ部より大となり
やはり融合不良が発生する。尚Ｔの上限について
は特に定めてはいないが、10秒を越えると同じく
第１図においてａ部とｃ部は同程度の幅になるが
ｂ部がくびれた様に狭くなり、再び融合不良を発
生する恐れがある。 本発明は概略以上の通り構成されているので、
狭開先多層盛アーク溶接において、溶接スタート
部が定常溶接部より盛り上がることもなく、定常
部と同等の平滑なビードを形成することができ
る。従つて前層スタート部ビードと次層ビードの
融合が十分となつた。尚これらの効果はビードの
垂れ下がり易い横向狭開先溶接において特に顕著
であつたので、以下実施例を挙げて説明する。 実施例 １ （円筒材の横向突合せ溶接試験） 円径1000mm、板厚32mmの円筒材を縦方向に突合
せ周方向に横向溶接した。溶接法はMAG法を採
用し従来法と本発明法を比較した。尚溶接するに
当り各パスのスタート部位置を100mm程度ずらせ
た。開先形状は第６図、溶接条件は第２表、溶接
部のＸ線検査結果を第３表に夫々示す。 第３表からわかる様に、従来法においてはスタ
ート部即ちビードの乗り上げ部全てに欠陥が発生
しないまでも、約60％に微小欠陥が発生してい
る。これに対して本発明方法では欠陥は皆無とな
つている。

【表】

【表】 実施例 ２ （横向狭開先溶接試験） 円筒材を第７図（一部切断斜視説明図）に示す
様に突き合わせると共にＩ型開先を形成した。該
開先を、第８図（第７図におけるＡ方向から見た
要部側面図）に示す様に２本の細径溶接用ワイヤ
を用いて先行極と後行極の距離を40mmとし、先行
極が開先下側コーナ部に、後行極が上側コーナ部
に沿う様に溶接した。尚溶接に当つては両極をエ
ンドレスに周回させ、１周する毎に電極を後退さ
せながら多層盛した。この様な溶接を従来法及び
本発明方法で夫々実施し比較した。尚定常電流値
はいずれも200Aとすると共に本発明法における
スタート電流値を140A、切換時間を５秒とした。 従来法の場合には、第９図（第７図におけるＢ
−Ｂ線断面図）に示す如く後行ビード４のスター
ト部が垂れ下がつて先行ビード５の溶接線に被い
かぶさる状態になり、周回してきた先行極により
形成されるビードがその上に乗り上げ、この部分
に融合不良欠陥が発生した。これに対し本発明方
法を適用した場合には垂れ下がり部がなく融合不
良欠陥の発生は皆無であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接ビードの平面図、第２図は実験溶
接における開先形状を示す要部拡大斜視図、第３
図は実験溶接におけるビード積層状態を示す縦断
面説明図、第４図は溶接スタート電流値及び切換
時間と欠陥総長さの関係を示すグラフ、第５図は
（スタート電流値／定常電流値）及び切換時間と
融合不良欠陥発生状況の関係を示すグラフ、第６
図は実施例１における試料の開先形状を示す断面
図、第７〜９図は実施例２におけるビード垂れ下
がり状態説明図である。 １……アーク点、２……溶融池、４……後行ビ
ード、５……先行ビード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 消耗電極式アーク溶接における溶接スタート
   電流値を定常電流値より低下させ、所定時間の
   後、定常電流値に切替える溶接スタート方法であ
   つて、（スタート電流値／定常電流値）をＹ、電
   流切換までの経過時間をＴ（秒）としたとき、Ｙ
   及びＴが下記(i)式及び(ii)式を満足することを特徴
   とするアーク溶接スタート方法。 0.8≧Ｙ≧0.4／７Ｔ＋0.26 ……(i) Ｔ≧2.5 ……(ii) ２ 特許請求の範囲第１項において、Ｙが下記(iii)
   式を満足するアーク溶接スタート方法。 １／15Ｔ＋７／15≧Ｙ≧１／10Ｔ＋0.15……(iii
   )