JPH03281067A - Ｉ開先片面溶接方法 - 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］ 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Ｉ開先での片面１層溶接において、開先変動があっ
ても、溶接欠陥のない良好なビード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。これらは健全など一ド形状を得
るために必須なものであり、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
と裏ビードが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
状が梨形となって突き合わせ凝固となり、割れ発生の危
険が増大する。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発生する。したがって
、この開先加工積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、今後増大する大板維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、■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
板厚カ月０１−以下の薄物であり、ＩＯ■ｌ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■開先
溶接では、板厚が厚くなるほ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。

この表ビード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
７３４６号公報では、１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ト幅を確
保する条件範囲は限られたものとなる。一方、後者では
余盛量の問題は開先間隙をとることで、ある程度解消で
きるが、適正な余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
わを防止するため、開先間隙を大きくとると、逆に余盛
量不足となりアンタカットなどの溶接欠陥が発生すると
いった問題がある。

また、特開昭５８−１３８５７１号公報では、第１電極
前方より送給するフィラーワイヤの送給速度、及び溶接
電流を同時に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
によって溶融するため、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
不安定になフたり、また、アークの偏向なども懸念され
る。

さらに、■開先片面溶接での開先間隙誤差は。

Ｙ開先などの開先角度やルート高さの誤差に比べ、開先
面積変動に大きな影響を与える。特に厚板側では全盛蓋
により大きな影響を与え、例えば、板厚２〇−腸で２■
−のばらつきかあると、余盛面積は４０■−２変動する
ことになり、もし広い方にずれると余盛がほとんどない
ビードになフてアンダカットなどの欠陥が発生し易くな
り、良好なビードを得るには厳密な開先間隙設定が必要
となる。

［発明が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、Ｉ開先
での片面１層溶接をする際に問題となるアーク偏向、余
ＩＥｆｆｔ過不足などによるビード不良や、梨形溶は込
み形状を形成せず、開先変動があ７ても良好なビート形
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。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者らは上記課題に対し、種々の検討を重
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じた■開先片
面溶接法において、註被溶接物開先面の間隔を３〜＋２
ａ＋ｍとし、該開先面り方に配置された開先形状検知装
置で開先断面積を計測したる後、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、かつ、１，６〜４
．８　ｎ＋＋ｓ径のフィラーワイヤを第１電極前方より
送給して溶接を開始し、同時に開先形状を４１測しつつ
、該開先断面積に対して必要余盛量を保証するように、
該フィラーワイヤ送給速度を制御しながら、第１電極ア
ークを註フィラーワイヤ、金属粉または粒、及び被溶接
物開先面との間に点彊させて片面溶接を行なうことを特
徴とする■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
ーク溶接の一実施態様の模式側面図を例にとフて詳細に
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、または粒、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、
１０は第１電極ワイヤ、１１は第２電極ワイヤ、１２は
第３電極ワイヤ、１３はフラックス、＋４はアーク、＋
５は溶融スラグ、１６は溶融金属、＋７は凝固金属、＋
８は溶接台車、１９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、２３は開先形状検知器、２４は開先面積演
算及びフィラーワイヤ送給速度制御指令出力装置、Ｓｌ
、Ｓ２はスイッチである。

まず、溶接に先だってスイッチＳ１を切り、Ｓ、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１の開先面同士を３〜１２＋＋ｏ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。そして、開先形
状検知器２３を溶接スタート部にセットし該開先形状を
測定し、その結果を開先面積演算、及びフィラーワイヤ
送給速度ＷＩＴＨ指令出力装置２４に送り、開先面積、
及びフィラーワイヤ送給速度制御指令値を後述するよう
な方法で求める。つぎに、溶接台車１８を溶接進行方向
に移動しながら、一定時間毎に上記開先信号を採取し、
演算データを蓄積して、金属粉供給ホッパー５の供給口
が溶接スタート部に到達した時点で溶接台車を一度止め
、金属粉４を開先内に２〜６■胃厚さになるように調整
して供給する。そしてさらに開先信号を採取しながら、
溶接台車を溶接進行方向に移動し、第１電極ワイヤ１０
を溶接スタート・部にセットする。そして、フィラーワ
イヤ送給モータ６を介して１．６〜４．８ｔｘｍ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。

以上で溶接の準備が完了し、スイッチＳ、を入り、Ｓ２
を切りにしてフラックス供給ホッパー２１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一定時間毎に開先信号を
採取し、上述の油田処理を行なうとともに、開先面積演
算、及びフィラーワイヤ送給速度制御指令出力装置２４
に蓄積された指令データを一定時間毎に、順次フィラー
ワイヤ送給モータ６に出力する。

ここで用いる開先形状検知器は、被溶接物、及び裏フラ
ックス表面の高さと開先幅方向の距離が検知できるもの
であれば、超音波式、光学式などいずれのタイプのもの
でもよく、高さ方向の変曲点からそれぞれの開先の上下
端、及び板厚を知り、かつ、その幅方向距離から開先幅
を知れば、開先面積Ｘを演算で求めることができる。ま
た、フィラーワイヤ送給速度Ｆ　（ｃｍ／５ｅｃ）は、
溶接ワイヤ総溶着量をＭ　（ｇ／ｓｅｃ　）　、溶接連
速をＶ（ｃｍ／５ｅｃ）　、余盛面積を５（ｃａ＋’）
、フィラーワイヤ径をＤ（ＣＩ＋）、フィラーワイヤ密
度をρ（ｇ／ｃａ＋’）とすれば（１）式で与えられる
。ただし、■・（Ｓ＋Ｘ）＞Ｍ／ρの範囲である。

Ｆ＝４・　（ｖ・（Ｓ＋ｘ）−Ｍ／ρ）／π・Ｄ２・・
・・・・・・・・・・（１） すなわち、開先間隙が大となり、開先面積Ｘが増すとフ
ィラーワイヤ送給速度Ｆか速くなフて、増加した開先面
積分に応した送給速度でフィラーワイヤ８が第１電極ア
ークに向かって送給されるため、開先間隙が変動しても
余盛量は常に一定値が保証される。そして、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なわれるため、アーク偏
向か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、裏フラックスがアークに直接さらさ
れる割り合いが減少し、安定した裏ビード形成が可能と
なる。さらに、溶融したフィラーワイヤ、及び金属粉が
広か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
な表ビートが形成される。

また、裏ビードを形成させるための第１電極アーク点弧
位置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、２〜６ＩＩ１１の範囲である。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が削られてしま
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
底面にト分な熱が届かず、裏ビード形成は期待できない
。したがって、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Ｓ、を切り、Ｓ２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を介して閉回路か形成され、フィ
ラーワイヤ検知器２０で位置検知か可能となる。

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■繍と規定して
いるが、これは、第２図に示す各板厚に場ける開先間隙
とビー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、その開先間隙適正範囲は板厚をｔ　（＋ｓ＋ａ
）、開先間隙をＧ　（！ｌ１ｌ）とすると（２）式で表
すことができる。（ただし、１０≦ｔ≦２５） ｏ、ｚｔ＋ｉ≦Ｇ≦０．４ｔ＋２　　　−・・・・・（
２）なお、板厚ｔが２５＋ｗｎ＋を超えるときの開先間
隙Ｇは６〜１２ＩＩＩＩ＋である。

板厚ｔがＩ　Ｏｍｓ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ドを得る溶接
条件がある。また、開先間隙が上限値の１２ｍｍ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、
該開先面を溶融できなくなる危険があり、　２５ｍａ＋
以上の板厚でも開先間隙Ｇは１２＋＋ｖ＋以内に止めな
ければならない。一方、適正範囲より小さい場合には、
フィラーワイヤ溶融用が減り、該ワイヤに作用するアー
ク分が少なくなって梨形溶は込み形状になったり、余盛
が過剰になる。

また、開先面は必ずしも垂直面でなくともよく、２０５
ｍを超える板厚などの場合において５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問題ない。

さらに、供給するフィラーワイヤの径を１．６〜４．８
ｓ＋ｓとしたのは、１．６＋ｗ−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。

−・方、４．８＋ｗｍを超えると大径ワイヤでは剛性が
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、
該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電棒片面サブ
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
、焼成したポンドフラックスであり、第６表の裏フラッ
クスは銅当て全併用型の樹脂コーティングタイプのもの
である。また、開先形状検知器はレーザビーム距離計と
それを幅方向！多動させたときの距離を検知するポテン
ショメータとを組み合わせたものを用いている。

第７表に溶接条件及び結果を示す。同表中の開先間隙欄
、及び送給速度槽の→印は開先間隙がスタートからエン
ドに向かって→の方向に連続的に変化していることを示
す。また、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、欠陥がなく良好なものを０、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０１割れが発生したり、梨形を呈
したものは×で表示している。

本発明を用いてＩ開先片面溶接した板厚１４ｍ＋ｓ材で
は、４から６ＩｌｌＩに変化した開先に対し、１．６ｍ
ｍ径のフィラーワイヤを５から１９ｃ■／ｓｅｃの送給
速度で対応して溶接した本発明の試験Ｎ０１１をはじめ
、開先間隙６■■一定の試験Ｎ００２、ならびに、開先
間隙が５から８■１、及び８から５１と逆に変化した試
験Ｎ００３．４とも、表、裏ビード、溶は込み形状すべ
て良好なものが得られた。また、板厚２０−■材に適用
した本発明試験Ｎ０８５．６では同一溶接条件のもとて
良好なビート形状が得られ、開先の広い試験Ｎ０１７．
８でも問題のないビードであった。

一方、比較例の試験ＮＯ１９では、開先間隙が２−厘と
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ドとなった。

また、比較例試験Ｎｏ、ＩＯは本発明に近い条件で行な
ったものであるが、鉄粉散布量が少なく、かつ、フィラ
ーワイヤセット位置が低す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、裏ビードが不安定になった。逆に、比較例試験Ｎ
ｏ。

１１ではフィラーワイヤセット位置が高過ぎて裏ビード
がでない不安定なものとなった。さらに比較例試験Ｎｏ
、１２では開先間隙を６から１４ｍｍまで変化させたも
のであるが、開先間隙が大きくなって許容範囲を超えた
溶接エンド部付近では表ビート全盛は確保できているも
のの、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た。そして、比較例試験Ｎ
ｏ、　１３では６．４１径のフィラーワイヤを送給速度
４．３〜５．０ｃｍ／ｓｅｃで送給しようとしたが、カ
ーブドノズルでの抵抗が強すぎて不安定な送給となり、
良好なビードは得られなかった。

第１表 第２表 第３表 第４表 ［発明の効果］ 本発明においては開先面積変化に見合ってフィラーワイ
ヤ送給速度を増減し、常に余盛量が一定になるようにフ
ィラーワイヤを供給する方式としているため、許容範囲
内の開先変動であれば、溶接電流や溶接速度を制御させ
なくとも健全なビートが得られ、これらの自動制御系が
ない既設の溶接装置でも金属粉供給ホッパ、フィラーワ
イヤ送給関係装置、開先形状検知器、開先面積演算、及
びフィラーワイヤ送給速度制御指令出力措置と若干のケ
ーブル類、及びスイッチを付加することにより容易に実
現できる。そのため、設備投資費用を最少に抑えて、開
先変動を有するＩ開先１層片面溶接サブマージドアーク
溶接が可能となり、開先加工工程や開先セット作業を大
幅に簡略することができ、高能率化、省資源、省力化を
達成でき、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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、該開先面上方に配置された開先形状検知装置で開
   先断面積を計測したる後、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、かつ、１．６〜４．８ｍ
   ｍ径のフィラーワイヤを第１電極前方より送給して溶接
   を開始し、同時に開先形状を計測しつつ、該開先断面積
   に対して必要余盛量を保証するように、該フィラーワイ
   ヤ送給速度を制御しながら、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なうことを特徴とするＩ開先
   片面溶接方法。