JPH04143075A - 多電極片面サブマージドアーク溶接条件推定方法 - 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〕 本発明は片面溶接、特に造船の大板継ぎなどに用いられ
る多電極片面サブマージドアーク溶接の溶接条件を推定
する方法にかかわるものである。

［従来の技術］ 造船の大板継ぎなとでは、高能率溶接法として２〜３電
極を用いた片面サブマージドアーり溶接が採用されてい
る。しかしながら、この溶接速度は最大でも６０〜７０
ｃｍ／ｍｉｎであり、ここ２０年、はとんど進歩してい
ない。

方、最近、海洋汚染の観点からタンカーは重構造船化の
方向にあり、これが実施された場合、大板継ぎは二倍の
工程がかかり、前後工程に空き時間が生じ、作業効率が
低下してしまうことが予想される。そこで、この大板継
ぎ工程を従来と同一速度で流すためには工場を増すか、
大板継ぎ工程で用いられている片面サブマージドアーク
溶接の能率を二倍以上に上げることが必要となる。しか
しながら、前者では工場敷地の確保のみならず、資金面
でも莫大なものになる。一方、溶接の高速化では、特公
昭６３−１０５７０号公報にみられるように、大径鋼管
の高能率化法として溶接電極紋をさらに多電極化するこ
とが知られているが、片面溶接で電極数を増した場合、
その溶接条件をどのように設計するかは全く未知なる領
域でおる。

〔発明が解決しようとする課題〕

現状の３電極溶接条件は、各種の溶接因子（溶接電流、
電圧、速度など）を組み合わせて、実験を行ない、逐一
、ビード形状を評価して得られたものである。しかしな
がら、３電極を超える新たな片面サブマージドアーク溶
接を実施するためには、現状の３電極溶接条件を設計し
たときよりさらに多くなった要因に対し、おびただしい
数の実験を試み、ビード形状を評価して適正溶接条件を
設計しなければならず、これには多大な労力と時間及び
費用が予想される。

溶接条件設計に際して、まず、欲しい情報は、（１）裏
ビードはでるか９（２）余盛は確保されるか？の二点で
ある。そして、これらに関係する溶接パラメータは、前
者が溶け込み深さ、後者は溶着金属量と考えられる。従
って溶接条件とこれらの関係を知ることができれば、膨
大な実験をしなくともビード形状の推定が可能となり、
適正条件選定のための実験数を大幅に低減できる。

溶け込み深さに及ぼす因子には電極数、開先形状、フラ
ンクス種類、溶接速度、各電極のワイヤ径、電極間隔、
溶接電流、溶接電圧などがあり、溶着量ではこれに加え
、ワイヤ溶着速度に関してはワイヤ突出し長や角度があ
り、また、金属粉を含むフラツクスから移行する溶着量
も関与してくる。しかしながら、生産性面から溶接速度
及び板厚毎での電極数が固定され、装置仕様や溶接作業
性面からワイヤ突出し長及び角度ならびに電極間隔が決
まると、溶け込み深さ及び余盛面積を制御する溶接条件
として可変できるものは、溶接電流。

電接電圧及び開先形状となる。だがここで、溶接電圧は
、アークの安定性およびビード幅確保などの溶接作業性
面から、経験的に得た各電極毎の固有の値があり、これ
を大幅に変更することは困難である。したがって、実質
的には溶接電流と開先形状で溶け込み深さ及び余盛面積
が支配されることとなる。

この溶け込み深さを演算で求めて溶接条件を制御する方
法が特開昭６３−２６０６７６号公報で提案されている
が、この手法は、両面−層盛すブマーントアーク溶接で
、片面溶接のように裏ビード形成もなく、また、溶着効
率を高めるための金属粉を含んだフラツクスも使用され
ておらず、片面溶接に適用することは困難である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は３電極を超える多電極片面溶接条件を、これま
で３電極片面溶接で蓄積したデータを基に推定するもの
であって、その要旨とするところは、設定した電極数、
開先形状範囲、板厚、フランクス種類、溶接速度、各電
極のワイヤ径、突き出し長及び角度、電極間隔、溶接電
流配分、溶接電圧の溶接条件と、目標とする溶け込み深
さ、及び余盛面積とその許容範囲を与えて、予めマイク
ロコンピュータに準備したデータベ・−ス、または実験
式を用いて予想されるビードの溶け込み深さ及び余盛面
積を求め、該溶け込み深さ、及び余盛面積値の双方が目
標許容範囲となる各電極溶接電流値及び、開先形状を得
ることを特徴とする多電極片面サブマージドアーク溶接
推定方法にある。

〔作用〕

第１図は、本発明の多電極片面サブマーントアク溶接条
件を推定する手法を示す流れ図である。

まず、設定電極数Ｎ、使用する鋼板の板厚ｔ、フランク
ス種類、溶接速度■及び各電極のワイヤ径Ｄ（Ｊ）、突
出し長さＬａ（Ｊ）、角度Ａｙ（Ｊ）、電極間隔Ｄｋ（
Ｊ）および溶接電圧Ｅ　（Ｊ）の固定溶接条件を入力す
る。

次に、目標とする溶け込み深さＰｍ、及び余盛面積Ｓｍ
とその許容範囲ΔＰ、ΔＳを入力する。

そして、さらに検討する開先角度及び深さの上。

下限値、θＭＡＸ、θＭＩＮ、ｄＭＡＸ、ｄＭＩＮ及び
その増分Δθ、Δｄと各電極の溶接電流配分ＩＨ（Ｊ）
を入力する。

そしてまず、初期値として開先角度θ及び傑さｄを下限
値θＭＩＸ、ｄＭＩＮに、電極Ｎｏ、カウンタＪを１に
、最大溶け込み深さＰＭＡＸ及び溶着金属移行速度ＹＳ
ＵＭをゼロにセントして、開先面積Ｓｋを求める。そし
て、既に蓄積された３電極片面溶接データまたは実験式
を、コンビュ夕の記憶装置から読み出し、該開先面積Ｓ
ｋで目標余盛面積となる概略の総溶接電流値ＩＴを、後
述するワイヤ溶着量及びフラックスからの移行金属量と
の関係から知り、これを各電極に配分して各電極毎の溶
け込み幅Ｗ（Ｊ）および溶け込み深さＰ　（Ｊ）を求め
、その最大値をＰＭＡＸとして溶け込み深さとする。

通常の３電極片面溶接の場合の裏ビード形状は、第１．
第２電極で行なわれており、第２と第３電極間隔は第１
と第２電極間隔に比べ大きくとられ、第３電極は表ビー
ド形成を行なっている。従って、４電極以上の片面溶接
を行なう場合で、第１．第２電極で裏ビード形成をさせ
ることとすれば、溶け込み深さに関しては現在の３電極
片面溶接デタを適用し得る。

次に余盛形成を支配する溶着金属量を求める。

片面溶接の場合の表フランクスには、溶着効率を高める
ため、フラックス中に数１０％の金属粉が含有されてお
り、ワイヤが溶融する分に加え、このフラックスから移
行した金属量の和が溶着金属量となる。ワイヤ溶着速度
Ｍ〜＜ｇ／５ｅｃ）は、第２図に示すように、電極＼０
に関係なく、溶接＠流Ｉに大きく支配されている３、そ
して、この他に真のワイヤ突き出し長Ｌ（ｃｍ）、およ
びワイヤ径Ｄ　（ｃｍ）も関与しており、Ｍｖは次の実
験式（１）で知ることかできる。第２図中に二の実験式
（１）で求めた値を実線で示す。

Ｍｖ（ｇ／ｓｅｃ）＝Ｍｏ＋（Ｉ／１０００）（４，６
６Ｘ　１０−”（１−Ｌ／Ｄ　”）　’　２２］・・・
（１） こ二で、 ■°溶接電流（Ａ） Ｍｏ＝Ｋｙ・■。

ＫＶ　　フラックスによる定数、 方、フラックスからの金属移行速度Ｍｌ（ｇ／５ｅｃ）
は、フラックスの溶融速度Ｆ　ｓ（ｇ／５ｅｃ）とスラ
ブ中の溶融金属が溶接金属に移行する率Ｒ（０後、移行
率と略称）によって支配される。いま、スラグ生成速度
をＳ　ｖ（ｇ／５ｅｃ）とすれば、Ｆ　ｓ　＝　Ｓ　ｖ
　＋　Ｍ　１ となる。そして、フラックス中の金属粉配合比をＣとす
れば、Ｍ「は Ｍｆ＝Ｆｓ−Ｒ−Ｃ となる。これらの式を金属移行速度〜１ｆで整理すると
次の（２）式が得られる。

Ｍｌ（ｇ／５ｅｃ）＝Ｓｖ／（１／Ｒ−Ｃ−１）　　・
・・（２）それゆえ配合比Ｃが決まり、移行率Ｒ及びス
ラグ生成速度Ｓｖが分かれば、Ｍｌを知ることができる
。

これらの因子と溶接条件との関連について調査した結果
、Ｓｖは第３図に示すように、溶接入力Ｐｖ（ｋＷ）と
関係することを見出した。また、Ｒも第４図に示すよう
に、溶接人力Ｐｗ（ｋＷ）と相関があることが明らかと
なった。したがって、第３図及び第４図からＳｖ、Ｒを
求めれば金属移行速度Ｍｆは（２）式で与えられる。そ
して、ワイヤ溶着速度Ｍｖと金属移行速度Ｍｌの和であ
る溶着金属移行速度ＹＳＴＪＭから溶着面積を求め、そ
こから開先面積Ｓｋを差し引いたものが余盛量Ｓとなる
。

そして得られたビード形状要素、すなわち、溶け込み深
さＰＭＡＸ、余盛面積Ｓの双方が目標範囲内にあるかと
うか判断する。

第１図では余盛面積Ｓから判断しているか、溶け込み深
さＰ　Ｍ　Ａ　Ｘから判断してもなんら差し支えない、
。

もし、Ｓが許容範囲を超えているときは、開先形状（θ
、ｄ）を大きくして開先上限を確認し、新たに開先面積
を求め、総溶接電流値を各電極に配分し、上記作業を繰
り返す。なお、開先が上限値を超えているときは余盛過
剰を表示し、設定開先範囲の変更へ戻り、θＭＡＸ、ｄ
〜ｉＡＸを大きくして目標範囲を確認する。

また、Ｓが許容範囲未満のときは、総溶接電流値を大き
くして、それを各電極に配分し、上記作業を繰り返す。

一方、Ｓが許容範囲内であれば、次に溶け込みＰ　Ｍ　
Ａ　Ｘが許容範囲を超えているか判断する。

ＰＭＡＸが許容範囲内であれば、その溶接条件は目標溝
は込み、余盛面積双方を満足していることになり、その
開先形状、及び各電極溶接電流値などの溶接条件を表示
した後、開先形状（θ、ｄ）を大きくして上限開先形状
まで、各開先形状毎での溶接条件値の存在を確認して終
了する。

また、ＰＭＡＸか許容範囲を超えているときは溶け込み
過剰を表示し設定開先範囲の変更・＼戻りθ、ｄの範囲
を小さくして目標範囲を確認する。

さらに、ＰＭＡＸか許容範囲未満のときは、総連接電流
値を大きくして、それを各電極に配分し、上記作業を繰
り返して目標許容範囲を満たす各電極溶接電流値、及び
開先形状を求める 〔実施例〕 本発明を用い、（１）式のＫＶに０．００３を、（２）
式のＳｖ、Ｒを第３図及び第４図から読み取り、フラン
クス中の金属配合比Ｃを０．３８として、マイクロコン
ピュータのデイスプレィとの対話形式で、第１表に示す
ように、板厚１６価の４電極片面ザプマシトアーり溶接
設定条件値、及び余盛面積値とその許容範囲を与えて、
その許容範囲となる各電極溶接電流値、及び開先形状を
求め、第２表に示すような結果を得た。なお、ここで表
溶け込み幅はこれまでの３電極片面溶接データからの情
報で与えられないため、適当な値を入力している。

方、５０キロ級鋼５Ｍ４９０Ｃ５板厚１６ｍｍ材を第２
表で得た溶接条件で４電極片面サブマージドアク溶接を
行ない、溶接後のビード断面を測定し、推定値との比較
を行なった。第３表はその結果を示したものである。こ
こで、各ビード形状要素は第５図に示すように、Ｐは溶
け込み深さを、Ｗｆ。

Ｗｂはそれぞれ表裏溝は込み幅を、Ｓは表裏ヒト余盛量
の和を示す。適当にセットした推定値の表溶け込み幅を
除けば、本発明による溶け込み深さおよび余盛面積推定
値は、実測結果とはほぼ致し、本発明から得た溶接条件
は、十分に実施工での溶接条件として適用し得る。

第３表 Ｃ発明の効果〕 上述したように、本発明を用いて多電極片面→Ｆブマー
シトアーク溶接条件を予測することにより、実際の溶接
を行なわなくとも、適正条件選定かでき、溶接条件探索
のための実験数を大幅に省略することが可能となり、条
件選定に要する時間、労力、及び費用を削減でき、産業
上に及ぼす省力化効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の多電極片面サブマージドアク溶接条
件を推定する手法を示す流れ図で、Ｎは電極数、ｔは使
用する鋼板の板厚、■は溶接速度、Ｄ（Ｊ）はＪ電極の
ワイヤ径、Ｌａ（Ｊ）は突出し長、Ａｙ（Ｊ）は角度、
Ｄ　ｋ　（Ｊ）は電極間隔、Ｅ　（Ｊ）は溶接電圧、０
は開先角度、ｄは開先深さ、θＭＩＮ及びθＭＡＸは検
討する開先の下限角度及び上限角度、ｄＭＩＮ、ｄＭＡ
Ｘは開先深さの下、上限値、Δθ、Δｄはそれぞれの増
分、ＩＨ（Ｊ）は各電極の溶接電流配分、ＩＴは総溶接
電流、ＰｍおよびＳ＋ｎは目標とする溶け込み深さ及び
余盛面積、ΔＰ、ΔＳはそれらの許容範囲、Ｊはカウン
タＰ　！ｌ、Ｉ　Ａ　Ｘは最大溶け込み深さ、ＹＳＬＩ
Ｉは溶着金属移行速度、Ｗ　（Ｊ）　、　Ｐ　（Ｊ）お
よびＭｖ（Ｊ）はそれぞれＪ電極の溶け込み幅、溶け込
み深さおよびワイヤ溶着速度、ρは鋼密度、Ｓｋは開先
面積である。 第２図は、ワイヤ溶着速度ｈ−５Ｙ（ｇ／５ｅｃ）と溶
接電流１　（Ａ）との関係を示すグラフである。 第３図は、スラグ生成速度Ｓｖ（ｇ／５ｅｃ）と溶接入
力（ｋＷ）との関係を示すグラフである。 第４図は、フランクス中の金属粉から溶接金属に移行す
る金属移行率Ｒと溶接入力（ｋＷ）との関係を示すグラ
フである。 第５図は、片面溶接のビート形状要素を示す横断面図で
あり、Ｐは溶け込み深さ、Ｗｌ、’Ｗｂはそれぞれ表、
裏溶け込み幅、Ｓは表裏ビード余盛面積の和、である。 第２図 溶＋ｉ＊Ａ （Ａ） 第３図 溶接人力Ｐｗ （Ｋｗｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 設定した電極数、開先形状範囲、板厚、フラックス種類
   、溶接速度、各電極のワイヤ径、突き出し長及び角度、
   電極間隔、溶接電流配分、溶接電圧、の溶接条件と、目
   標とする溶け込み深さ、及び余盛面積値とその許容範囲
   を与えて、予めマイクロコンピュータに準備したデータ
   ベースまたは実験式、を用いて予想されるビードの溶け
   込み深さ及び余盛量を求め、該溶け込み深さ、及び余盛
   面積値の双方の目標許容範囲となる各電極溶接電流値、
   及び開先形状を得ることを特徴とする多電極片面サブマ
   ージドアーク溶接条件推定方法。