JPH03281066A

JPH03281066A - Ｉ開先片面溶接方法

Info

Publication number: JPH03281066A
Application number: JP7701290A
Authority: JP
Inventors: Yukiyoshi Kitamura; 北村　征義; Shigeo Fujimori; 藤森　成夫; Ryuichi Motomatsu; 元松　隆一; Shigeo Oyama; 繁男大山; Nobuyuki Ohama; 大浜　展之
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-12-11

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］本発明は片面サブマージドアーク溶接方法にかかわり、
特に夏開先での片面１層溶接において。

溶接欠陥のない良好なビートを得る片面溶接法に関する
ものである。

［従来の技術］片面溶接施工においては、溶接すべき鋼板端面に、所定
のルート高さや開先角度を施したＹ開先のもとで行われ
ているのが通例である。これらは健全なビート形状を得
るため釘必須なものであり、もし、ルート高さが所定値
より高すぎると裏ビードが出なくなり、また、低過ぎる
と裏ビードか出過ぎて銅当て金と溶着するといった問題
が発生する。一方、開先角度も小さ過ぎると溶は込み形
状か梨形となって突き合わせ凝固となり、割れ発生の危
険か増大する。また、逆に大き過ぎると開先残りや、余
盛不足が発生するといった問題が生じる。したかって、
この開先加工粒度管理には細心の注意が払われて作業が
進められている。しかしながら、今後増大する大板継ぎ
工程の処理能力アップに対応するためには、これまでの
方法では能力的に不十分であり、開先加工工程を大幅に
省略できる溶接方法の開発が望まれている。

これに対し、従来から開先加工の簡便さから、Ｉ開先で
の片面溶接施工が行われているものもあるが、主として
板厚がｌ　Ｏｍａ＋以下の薄物であり、１０■■を超え
るものに対してはほとんど採用されていない。これはＩ
開先溶接では、板厚が厚くなるばど裏ビードを確保する
ため高溶接電流を必要とするが、一方、溶接電流が高く
なるほどワイヤ溶着速度も増大する。このため、表ビー
ド余盛が過大となり、表、裏ビード双方を満足する溶接
条件範囲が存在しないためである。

この表ビート余盛り過大の問題を解決するため、特開昭
５０〜６４１３３号公報では、後行電極位置を溶接線か
らずらし、余盛を横に広げる方法や、特開昭５３−１２
７：１４６号公報では、■開先間に適当な間隙を設けて
片面溶接を行うことが提案されている。しかしながら、
前者では裏ビードを確保するため、先行電極での高溶接
電流使用が必須であり、溶着量が必然的に多くなる。そ
して、後行電極位置を溶接線上からずらしても、アーク
の広がりには限界があり、余盛量に対応したビード幅を
確保する条件範囲は限られたものとなる。一方、後者で
は全盛量の問題は開先間隙をとることで、ある程度解消
できるか、適正な全盛量が得られる開先間隙範囲では、
溶は込み形状が梨形になり易く割れ発生の危険がある。

これを防止するため、開先間隙を大きくとると、逆に余
盛蓋不足となりアンダカットなどの溶接欠陥か発生する
といった問題かある。

また、特開昭５８−１３８５７１号公報ては、第１電極
前方より送給するフィラーワイヤの送給速度を制御して
一定のビード高さを得る方法が提案されているが、この
場合、フィラーワイヤはアーク熱によフて溶融するため
、送給速度が速くなると、ワイヤ溶融速度が間に合わず
、第１電極に突き当たって溶接が不安定になったり、ま
た、アークの偏向なども懸念される。

［発明か解決しようとする課題］本発明は片面サブマージドアーク溶接法に関し、■開先
での片面１層溶接をする際に問題となるアーク変更、余
盛量過不足などによるビード不良や、梨形溶は込み形状
を形成しない良好なビード形状を得ることができる片面
サブマージドアーク溶接法を提供することにある。

［！［を解決するための手段１そこで、本発明者らは上記課題に対し、極々の検討を重
ねた結果、以下に述べる方法で解決できることを見出し
た。

すなわち、被溶接箇所の開先をほぼ垂直面としたＩ開先
片面溶接法において、該被溶接物開先面の間隔を３〜１
２ｍｍとし、この間隙に金属粉または粒、あるいは金属
細粒片を散布したる後、第１電極Ｆｉη方より］、６〜
４．８ｍｒａ径のフィラーワイヤを送給して溶接を開始
し、第１電極アークを該フィラーワイヤ、金属粉または
粒、及び被溶接物開先面との間に虚偽させて片面溶接を
行うことを特徴とする１開先片面溶接方法である。

［作用］以下、第１図に示す本発明の３電極片面サブマージドア
ーク溶接の−・実施態様の模式側面図を例にとって詳細
に説明する。なお、ここでは理解を容易にするため、溶
接部は断面図で示している。

同図中の１は被溶接物、２は裏フラックス、３は裏当て
銅板、４は金属粉、または肘、あるいは金属細粒片（以
下、金属粉と略称）、５は金属粉供給ホッパー、６はフ
ィラーワイヤ送給モータ、７はカーブドノズル、８はフ
ィラーワイヤ、９はフィラーワイヤ位置高さ調整装置、
】０は第１電極ワイヤ、１１は第２′ＷＬ極ワイヤ、１
２は第３電極ワイヤ、１３はフラックス、１４はアーク
、１５は溶融スラグ、１６は溶融金属、１７は凝固金属
、１８は溶接台車、＋９はレール、２０はフィラーワイ
ヤ位置検知器、２１はフラックス供給ホッパー、２２は
アースケーブル、Ｓ９、Ｓ２はスイッチである。

まず、溶接に先た７てスイッチＳ１を切り、Ｓ２を入り
にセットし、裏当て銅板３上に裏フラックス２を所定厚
さに散布したあと、はぼ、垂直に近い面を有する被溶接
物ｌの開先面同士を３〜１２ｍｍ開けてセットし、その
裏面に該裏フラックスを押し当てる。つぎに、金属粉供
給ホッパー５の供給し】を溶接スタート部にセットして
、金属粉４を開先内に２〜６　ｍｍＪ’Ｊさになるよう
に調整して供給し、溶接台車１８を溶接進行方向に第１
電極ワイヤ１０が溶接スタート部にくるまで移動１−る
。そして、フィラーワイヤ送給モータ６を介して１．６
〜４．８＋ｗｓ＋径のフィラーワイヤ８をカーブドノズ
ル７に送り込み、該ワイヤに曲がりぐせをつけて、第１
電極ワイヤに接触するまで送給する。その後、フィラー
ワイヤ位置高さ調整装置９を作動させ、フィラーワイヤ
先端が開先内の金属粉に接触してフィラーワイヤ位置検
知器２０が感知信号を発するまで下げる。

以」二で溶接の準備が完了し、スイッチＳ、を入り、Ｓ
２を切りにしてフラックス供給ホッパー２Ｉからフラッ
クス１３を開先部に散布して溶接を開始する。そして、
第１電極アークスタートと同時に規定された送給速度で
フィラーワイヤ８を第１電極アークに向かって送給する
。このとき、カーブドノズル７と被溶接物との間はアー
スケーブルで接続されており、第１電極アークは被溶接
物開先内面、及び金属粉との間に点弧するだけでなく、
送給されつつあるフィラーワイヤとの間にも点弧して溶
接が行われるため、アーク偏向が発生せず安定したアー
クを維持できる。また、開先間隙が大きくとも、裏フラ
ックスかアークに直接さらされる割り合いが減少し、安
定した裏ビート形成が可能となる。さらに、溶融したフ
ィラーワイヤ、及び金属粉が広がった開先の一部を充填
するため。

溶接ワイヤの溶着量は相対的に少なくてすむメリットも
あり、より低溶接電流での溶接が可能となって溶融プー
ルが安定し、良好な表ビードが形成される。

本発明においては第１電極ワイヤとフィラーワイヤとの
間にアークを点弧し、アークプラズマが直接裏フラック
スに作用する力を減じ、かつ、開先底面を溶融して健全
な裏ビードを造ることがポイントであるため、このアー
ク点弧を板厚方向のどの高さで行わせるかが重要な問題
となる。

この点弧位置の適正域をフィラーワイヤ先端底面と開先
裏面よりの距離で表示すると、２〜６■の高さである。

これより低過ぎると、送給中のフィラーワイヤ曲がりぐ
せばらつきによって、散布した裏フラックスか削られて
しまうため、裏ビード不安定になる。また、高過ぎる位
置で両者のワイヤが遭遇し、アークが発生した場合には
開先底面に４−分な熱が届かず、裏ビート形成は期待で
きない。したが７て、フィラーワイヤの位置決めを確実
にするため、本発明ではアーク偏向防止用として開先内
へ散布した被溶接物の成分を基調とする金属粉、または
粒、あるいはカットワイヤのような金属細粒片を利用し
てその上面にフィラーワイヤを接触させて位置検知を行
っている。すなわち、溶接前はスイッチＳ１を切り、Ｓ
２を入りにすると、フィラーワイヤ８は金属粉４に接触
すると、アースケーブル２２を介して閉回路が形成され
、フィラーワイヤ検知器２０で位置検知が可能となる。

これに用いる金属粒子サイズは金属粉供給ホッパー送給
口から容易に流出できるものであればよい、また、成分
も特に規定されず、溶接金属特性改善のため、金属の一
部に合金を使用してもなんら差し支えない。

つぎに、本発明では開先間隙を３〜１２＋ａｍ＋と規定
しているか、これは、第２図に示す各板厚における開先
間隙とじ一ド形成状況との関係から明らかなように、良
好なビード形状を維持できる範囲に限界があるためであ
る。そして５その開先間隙適正範囲は板厚をｔ　（＋ｏ
ｍ）、開先間隙をＧ　（ｓｕｎ）とすると（１）式で表
すことができる。（たたし、１ｏ≦ｔ≦２５）ｏ、ｚｔ＋ｉ　≦Ｇ≦０．４ｔ＋　２　　　　・・・・
・・（１）なお、板厚ｔが２５＋ｕｉを超えるときの開
先間隙Ｇは６〜１２ＩＩＩＩｌである。

板厚ｔがＩ　Ｏｍｎ＋未満では特に本発明を使用する必
然性はなく、開先間隙Ｇなしでも良好なビートを得る溶
接条件がある。また、開先間隙がＬ限値の１２＋ｎ＋ｎ
を超えると、アークから開先底面までの距離が遠くなる
ため、該開先面を溶融てきなくなる危険があり、２５ｎ
ａ＋以上の板厚でも開先間隙Ｇは１２＋＋＋ａ以内に止
めなければならない。適正範囲より小さい場合には梨形
溶は込み形状になったり、全盛が過剰になる。

また、開先面は必ずしも争直面でなくともよく、２０Ｉ
ＩＩＩ＋を超える板厚などの場合において、より安定し
た溶は込み形状を得るため、若干の角度をつけた傾斜面
、いわゆるＶ開先としてもなんら間通ない。

さらに、供給するフィラーワイヤの径を１．６〜４．８
ｍＩＩとしたのは、１．６一−未満の細径ではアークプ
ラズマの反応面積が小さ過ぎて効果がなく、また、ワイ
ヤ曲がりぐせも一定しないためである。

一方、４．８ｍｓを超えると大任ワイヤでは剛性が強す
ぎて曲がりぐせをつけにくく実用的ではない。

したがって、その適正径は開先間隙Ｇに挿入したとき、
註フィラーワイヤが開先側面に触れないサイズで最大径
のものを選択することが最も望ましい。

［実施例］第１表に示す鋼板、第２表に示すフィラーワイヤ、第３
表に示す溶接ワイヤ、第４表に示す鉄粉成分と、第５表
に示す表フラックス、第６表に示す裏フラックスを用い
て、本発明法と比較例について、Ｉ開先３電極ノ４面サ
ブマージドアーク溶接を行なった。

第５表の表フラックスは原料粉を水ガラスで造粒した後
、焼成したボンドフラックスてあり、第６表の裏フラッ
クスは銅当て合併用型の樹脂コーティングタイプのもの
である。

第７表に溶接条件及び結果を示す。同表中の鉄粉散布厚
さ、及びフィラーワイヤセット位置は開先底面からの距
離を示し、ビード形状評価は表裏ビードについては、欠
陥かなく良好なものをＯ５欠陥や余盛過不足を生じたも
のは×、また、溶は込みについては形状が良好なものを
０、割わが発生したり、梨形な呈したものは×で表示し
ている。

本発明を用いて板厚１４ａｎｓ材を片面溶接した試験Ｎ
ｏ、ＡＮＤではいずれも良好な溶接部が得られている。

また、板厚２０ｍｍ材に本発明を適用した試験Ｎｏ、Ｅ
ＮＨでも開先間隙の増大に見合フてフィラーワイヤ供給
速度を増すことによフて溶接人力を著しく増大させるこ
となしに溶接が行なわれ、ビード形状は全く問題ない良
好なものが得られている。

一方、比較例Ｉでは、開先間隙が２１１ＩＩＩｌと狭い
ためフィラーワイヤを送給しなくとも余盛量が過大とな
り、かつ、裏ビードもでない梨形ビートとなフた。また
、比較例Ｊは本発明に近い条件で行なフだものであるが
、鉄粉散布量が少なく、かつ、フィラーワイヤセットｉ
ｉ装置が低ずぎてフィラーワイヤが第１電極と作用する
前に散布したフラックスを削ってしまったため、表ビー
ド及び溶は込み形状は良好であったが、裏ビートが不安
定になった。さらに５比較例にでは表ビード全盛は確保
できているものの、開先間隙が大き過ぎて裏ビードに開
先残りが一部発生したり、溶は込み形状も突き合わせ凝
固になっていた。そして、比較例りでは　６．４ｍｍ径
のフィラーワイヤを送給速度５．Ｉｃｍ／１ｎに設定し
て溶接を行なったが、ワイヤの曲がりぐせをつけたとき
、カーブドノズルでの抵抗が強すぎて送給が不安定釘な
り、良好なビート形状を得るには至らなかった。

第１表第２表第３表第４表［発明の効果］以上に明記したように、本発明を用いれば従来片面サブ
マージドアーク溶接法において困難であった■開先１層
片面溶接が容易になり、開先加工工程を大幅に省略する
ことができ、高能率化、省資源、省力化が可能となり゛
、その工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の３電極片面サブマージドアーク溶接の
一実施態様の模式側面図、第２図は各板厚における開先
間隙とビード形成状況との関係を示す図である。１・・・被溶接物、２・・・裏フラックス、３・・・裏
当て銅板、４・・・金属粉、５・・・金属粉供給ホッパ
ー、６・・・フィラーワイヤ供給モータ、７・・・カー
ブドノズル、８・・・フィラーワイヤ、９・・・フィラ
ーワイヤ位置高さ調整装置、ＩＯ・・・第１電極ワイヤ
、１１・・・第２電極ワイヤ、１２・・・第３電極ワイ
ヤ、１３・・・フラックス、１４・・・アーク、１５・
・・溶融スラグ、１６・・・溶融金属、１７・・・凝固
金属、１８・・・溶接台車、１９・・・レール、２０・
・・フィラーワイヤ位置検知器、２１・・・フラックス
供給ホッパー、２２・・・アースケーブル、　Ｓ、　、
Ｓ２・・・スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

１、被溶接箇所の開先をほぼ垂直面としたＩ開先片面溶
接法において、該被溶接物開先面の間隔を３〜１２ｍｍ
とし、この間隙に金属粉または粒、あるいは金属細粒片
を散布したる後、第１電極前方より１．６〜４．８ｍｍ
径のフィラーワイヤを送給して溶接を開始し、第１電極
アークを該フィラーワイヤ、金属粉または粒、及び被溶
接物開先面との間に点弧させて片面溶接を行うことを特
徴とするＩ開先片面溶接方法。