JPH0436785B2 - - Google Patents

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JPH0436785B2
JPH0436785B2 JP59064289A JP6428984A JPH0436785B2 JP H0436785 B2 JPH0436785 B2 JP H0436785B2 JP 59064289 A JP59064289 A JP 59064289A JP 6428984 A JP6428984 A JP 6428984A JP H0436785 B2 JPH0436785 B2 JP H0436785B2
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JP
Japan
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groove
welding
protrusion
water
cooled copper
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JP59064289A
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JPS60206582A (ja
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Tateo Myazaki
Mitsuhiro Yamaguchi
Makoto Iwakame
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Hitachi Zosen Corp
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Hitachi Zosen Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/02Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/0209Seam welding; Backing means; Inserts of non-horizontal seams in assembling non-horizontal plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/02Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/038Seam welding; Backing means; Inserts using moulding means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、氷海域船舶や北海向海洋構造物
等、溶接部に対する低温じん性の要求仕様が厳し
くかつ厚板構造の多い場合において好適な片面多
層盛エレクトロガスアーク溶接方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、エレクトロガスアーク溶接法は、造船に
おける船側外板や円筒陸上タンクの立向き継手に
対する高能率溶接法として使用されている。
しかし、この溶接法は、他の溶接法に比べて溶
接入熱量が極めて大きく、溶着金属並びに継手熱
影響部が脆化するため、その利用は、低温じん性
の仕様が低グレードの鋼板でかつ比較的薄板の継
手に限定されており、氷海域船舶や北海向海洋構
造物等、溶接部に対する低温じん性の要求仕様が
厳しくかつ厚板の構造が多い建造においては適用
されない。
これは、従来のエレクトロガスアーク溶接法
が、薄板においては片面一層盛の溶接法であつた
ために、板厚の増加に対して入熱量のコントロー
ルができないことによる。
また、従来では、陸上の円筒タンク等をエレク
トロガスアーク溶接する場合、裏面に内構材がな
いため開先の両面から片側一層盛で施工すること
により、入熱量を下げる工夫をしている。しか
し、この方法では、裏面に内構材がある構造物に
対しては適用できないという問題がある。
〔発明の目的〕
この発明は、前記の点に留意してなされたもの
であり、溶接部に対する低温じん性の要求仕様が
厳しくかつ厚板の構造においても、溶接入熱量を
一定値以下に保ちながら片面からの多層盛エレク
トロガスアーク溶接により高能率に溶接すること
を目的とする。
〔発明の構成〕
前記目的を達成するために、この発明において
は、鋼板の突合せ継手の開先の後側に裏当を配設
すると共に、開先の前側に、両側が両鋼板の前面
に当接する当金部とこの当金部の中央部より後方
に突設され開先内に挿入された上下方向に長い突
起部と当金部の上部に設けられシールドガス供給
パイプが接続されたシールドガス供給部と突起部
の上面に後側が低くなるよう傾斜して形成された
供給部からのシールドガスを開先内の溶融池及び
アーク部に案内する傾斜面とを備えた水冷銅当板
を配設し、 鋼板の板厚t、開先のルートギヤツプa、開先
角度2θ、エレクトロガスアーク溶接の溶接電流
I、電圧E、溶着速度P及び鋼板の許容入熱量J
に対し、前記突起部の突起高さHを に設定し、 開先内の裏当と突起部との間を水冷銅当金を上
動しながら立向き姿勢でエレクトロガスアーク溶
接により初層溶接し、つぎに、他の水冷銅当金を
用い、開先内の初層ビードと他の水冷構当金との
間をこの水冷銅当金を上動しながら2層溶接し、
開先を片面より多層盛で溶接するものである。
〔発明の効果〕
したがつて、この発明の片面多層盛エレクトロ
ガスアーク溶接方法によると、鋼板の開先内に前
面より挿入される突起部を備えた水冷銅当金およ
び他の水冷銅当金を用い、かつ、突起部の突起高
さを、鋼板の板厚、開先のルートギヤツプ、開先
角度、溶接電流、電圧、溶着速度及び鋼板の許容
入熱量により最適値に設定するようにしたので、
厚板突合せ継手を、溶接入熱量を一定値以下に制
御しながら、片面より多層盛にてエレクトロガス
アーク溶接することができるものであり、板厚が
厚くなつても溶接入熱量を一定値以下に保ちなが
ら片面からのエレクトロガスアーク溶接法を可能
にでき、このため、低温じん性の仕様が厳しい氷
海域や北海等で稼動する船舶および海洋構造物の
厚板立向き継手に適用し、高能率に溶接すること
ができ、溶接時間の大幅な短縮が図れるものであ
る。
しかも、初層溶接の際に用いる水冷銅当金にお
いては、開先内に挿入される突起部の上面に形成
された傾斜面により、突起部の後方つまり開先内
奥部の溶融池及びアーク部にシールドガスを円滑
にかつ的確に案内でき、シールドガスの供給機能
を水冷銅当金自身に持たせることができ、溶接作
業の簡易化、溶接品質の向上に寄与できるもので
ある。
また、この発明の溶接方法を、特に熱影響部の
じん性の優れた制御圧延鋼との組み合せで使用す
れば、能率の向上は著しく、これまでの手溶接法
や半自動溶接法での施工に比べて生産工程の短縮
に寄与できる効果は極めて大となる。
〔実施例〕
つぎにこの発明を、その1実施例を示した図面
とともに詳細に説明する。
図面は片面2層盛エレクトロガスアーク溶接の
場合を示し、1,1は立向き姿勢で突合せ溶接さ
れる厚板の鋼板、2は鋼板1,1の突合せ継手の
上下方向の開先であり、前方に拡開されており、
この開先2のルートギヤツプaは裏波ビードを得
るために標準4mmに保たれ、また、開先角度θ0
板厚に応じて20°〜40°の範囲の最適値に設定され
ている。3は鋼板1,1の後面に当接され開先2
の後面を閉塞する上下方向の裏当である。
4は初層溶接用の水冷銅当金であり、第3図な
いし第5図に示すように、鋼板1,1の前面に当
接する当金部5と開先2内に前面より挿入される
上下方向の突起部6とからなり、突起部6を開先
2内に挿入した状態で溶接の進行とともに上動さ
れる。この突起部6は、溶接部の収縮による走行
トラブルを避るため開先角度θ0に対してω=θ0
10°の角度で突出され、また、突起部6の先端は、
ビード形状を凹形にするためにスラグだめとして
9mmRの面取りがなされている。
7は突起部6の上端面に溶接線に対して60°の
角度を設けて形成されたシールドガス案内用傾斜
面、8は当金部4の中央部に傾斜面7と同様60°
の角度を設けて一体に取り付けられた吹出口9が
傾斜面7上に開口されたシールドガス供給部であ
り、シールドガス供給パイプ10からのシールド
ガスが供給部8の吹出口9より傾斜面7上を通つ
て吹き出される。
11は当金部5から導入されて突起部6内を貫
通し下方より導出された冷却水パイプであり、該
パイプ11内に冷却水を矢印に示すように流し、
溶接による当該水冷銅当金4の過熱を防止する。
12はエレクトロガスアーク溶接用溶接トーチ
であり、第1図および第2図の太線矢印に示すよ
うに前後方向にオシレートしながら溶接を進行す
る。なお、図中13は初層溶接ビードを示し、1
3aは凝固金属、13bは溶融金属、13cはス
ラグである。
ところで、前述の水冷銅当金4においては、開
先2内に挿入される突起部6の突起高さHは、鋼
板1の許容入熱量および板厚等から理論計算結果
により設定されるが、つぎにこの突起高さHの計
算方法を、第6図の計算モデルを用いて説明す
る。
まず、板厚tの鋼板1を2層盛エレクトロガス
アーク溶接するに際し、ルートギヤツプをacm、
開先角度を2θ(=θ0)、初層のど厚をxcmとする
と、初層溶接ビード13の断面積Sはつぎの式
で計算される。
S=(a+xtan θ)・x(cm2) …… また、1cm長さだけ溶接するのに要する溶着金
属重量Wは式を用いてつぎの式で計算され
る。
W=7.8S=7.8x(a+xtanθ)(g/cm) …… つぎに、この溶接法において、使用電流I(A)、
電圧E(V)での溶着速度をP(g/min)、溶接
速度をv(cm/min)とすると、1cmだけ溶接す
るのに要する溶着金属重量Wはつぎの式で計算
される。
W=P/v(g/cm) …… 一方、入熱量Jは通常つぎの式で計算され
る。
J=60EI/v(joule/cm) …… そして、式および式によりつぎの式が得
られ、 W=PJ/60EI …… さらに、式を式に代入してつぎの式が求
まる。
x2+a/tanθ・x−0.002PJ/EItanθ=0……
この式に示す2次方程式の解つぎの式とな
る。
かつ、x>0 したがつて、突起部6の突起高さHはつぎの
式より計算され、最適値が決定される。
たとえば、板厚t=4cm、ルートギヤツプa=
0.4cm、開先角度2θ=20°、溶接電流I=380A、電
圧E=38V、この電流での溶着速度P=170g/
min、(1.6mmφワイヤでの実測値)および鋼板1
の許容入熱量J=100000joule/cmとすると、
式より、突起部6の突起高さH=1.3cmが設定さ
れる。
ところで、第7図は、鋼板1の許容入熱量Jと
初層溶接ののど厚xとの関係の理論曲線である。
これによると、低温じん性の観点からの鋼板1
の許容入熱量Jが設定されると、開先2の開先角
度2θによりのど厚xが決まり、水冷銅当金4の突
起部6の突起高さHが決定され、最も合理的な片
面多層盛エレクトロガスアーク溶接が可能とな
る。
つぎに、前記実施例の溶接方法について説明す
る。
第1図および第2図に示すように、鋼板1,1
の後面に裏当3を設けるとともに、鋼板1,1の
前面に水冷銅当金4をその突起部6を開先2内に
挿入して設ける。
そして、開先2内の裏当3と突起部6との間を
上方から溶接トーチ12により、該トーチ12を
前後にオシレートしながら立向き姿勢でエレクト
ロガスアーク溶接による初層溶接を行う。このと
き、供給パイプ10からのシールドガスが吹出口
9より60°の角度で溶融池ならびにアーク部に吹
き出され、また、水冷銅当金4は冷却水パイプ1
1の水により水冷されながら溶接の進行とともに
上動される。
つぎに、前述の初層溶接終了後、突起部を有し
ない他の水冷銅当金を用いてこれを鋼板1,1の
前面に配置し、開先2内の初層溶接ビード13と
当該水冷銅当金との間を、前述と同様に、当該水
冷銅当金を溶接の進行とともに上動して、エレク
トロガスアーク溶接により2層溶接する。
したがつて、前記実施例によると、突起部6を
備えた水冷銅当金4を用いて初層溶接するととも
に、他の水冷銅当金を用いて2層溶接することに
より、厚板の鋼板1,1の開先2を、鋼板1の許
容最大入熱量以下の溶接条件で片面から2層盛エ
レクトロガスアーク溶接することができ、このた
め、低温じん性の仕様が厳しくかつ厚板の構造物
における溶接においても、高能率にかつ短時間に
行なうことができるものであり、これまでエレク
トロガスアーク溶接法の適用ができなかつた氷海
域船舶や北海向海洋構造物の建造においても十分
適用できるものできるものである。
たとえば、−60℃以下の極低温域でも、35J以上
の高い衝撃性能が得られることも実験的に確認さ
れている。
なお、前記実施例では、片面2層盛エレクトロ
ガスアーク溶接の場合について説明したが、この
発明は鋼板の板圧に応じ3層以上の多層盛の場合
にも同様に実施することができ、たとえば3層盛
の場合、2層溶接用の水冷銅当金にも開先内に挿
入される突起部を備えたものを使用する。この場
合の突起部の突起高さは、前述と同様の計算手順
により最適値を設定する。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の片面多層盛エレクトロガスア
ーク溶接方法の1実施例を示し、第1図および第
2図は初層溶接時の側面図および平面図、第3
図、第4図および第5図は初層溶接用水冷銅当金
の正面図、平面図および側面図、第6図は水冷銅
当金の突起部の突起高さの計算モデルを示す平面
図、第7図は鋼板の許容入熱量と初層のど厚との
関係図である。 1,1……鋼板、2……開先、3……裏当、4
……水冷銅当金、6……突起部、12……溶接ト
ーチ、13……初層溶接ビード。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 鋼板の突合せ継手の開先の後側に裏当を配設
    すると共に、前記開先の前側に、両側が前記両鋼
    板の前面に当接する当金部と該当金部の中央部よ
    り後方に突設され前記開先内に挿入された上下方
    向に長い突起部と前記当金部の上部に設けられシ
    ールドガス供給パイプが接続されたシールドガス
    供給部と前記突起部の上面に後側が低くなるよう
    傾斜して形成され前記供給部からのシールドガス
    を前記開先内の溶融池及びアーク部に案内する傾
    斜面とを備えた水冷銅当板を配設し、 前記鋼板の板厚t、前記開先のルートギヤツプ
    a、開先角度2θ、エレクトロガスアーク溶接の溶
    接電流I、電圧E、溶着速度P及び前記鋼板の許
    容入熱量Jに対し、前記突起部の突起高さHを に設定し、 前記開先内の前記裏当と前記突起部との間を前
    記水冷銅当金を上動しながら立向き姿勢でエレク
    トロガスアーク溶接により初層溶接し、つぎに、
    他の水冷銅当金を用い、前記開先内の前記他の水
    冷銅当金と初層ビードとの間を該水冷銅当金を上
    動しながら2層溶接し、前記開先を片面より多層
    盛で溶接することを特徴とする片面多量盛エレク
    トロガスアーク溶接方法。
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