JPH0445271B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はナロウギヤツプサブマージアーク溶接
方法に関し、詳細には、先行電極及び後行電極の
ワイヤ径を制限された数値範囲の中から選定して
使用すると共に電極間距離を適正に調整し、且つ
焼結型フラツクスを使用することにより、溶接能
率を従来例に比べて20％以上高めることのできる
ナロウギヤツプサブマージアーク溶接方法に関す
るものである。 厚肉鋼板を高能率に溶接する方法として、いわ
ゆるナロウギヤツプサブマージアーク溶接法が種
種の分野で採用されているが、この溶接法でな溶
接熱を大きくすると高温割れが発生し易くなり、
且つフラグの剥離性が悪化する等の問題がある
為、溶接入熱は低めに抑制せざるを得なくなつて
いる。その為、開先断面積の縮少により溶着金属
量が減少されているにもかかわらず、単位時間当
たりの溶着金属移行量が少ない為溶接パス数自体
はあまり減少させることができず、溶接能率の向
上という所期の目的は実質的に見て達成されてい
ないということができる。 本発明者等はこうした状況のもとで、ナロウギ
ヤツプ溶接の特徴が最大限有効に発揮される形
状、即ち開先幅10〜25mmφ、開先角度15度以下の
狭開先を対象とし、これを１層１パスで多層溶接
する技術に絞り、高温割れやスラグ剥離性の低下
等の問題を生じることなく溶接能率を高めること
のできる技術を確立しようとして種々研究を進め
てきた。その結果、先行電極と後行電極のワイヤ
径を夫々厳密に選定すると共に電極間距離を適正
に調整し、且つ焼結型フラツクスを用いてサブマ
ーザアーク溶接を行なえば上記の目的が見事に達
成されることを知り、茲に本発明を完成した。 即ち本発明に係るナロウギヤツプサブマージア
ーク溶接方法の構成は、開先幅が10〜25mm、開先
角度が15度以下である狭開先を１層１パスでサブ
マージアーク溶接するに当たり、先行電極として
2.4〜3.2mmφの電極を又後行電極として4.0〜4.8
mmφの電極を夫々使用すると共に、電極間距離を
50〜150mmとし、焼結型フラツクスを用いてサブ
マージアーク溶接を行なうところに要旨が存在す
るものである。 本発明において開先幅及び開先角度を設定した
理由は、いわゆるナロウギヤツプ溶接本来の特徴
（殊に開先断面積の縮少）を有効に発揮させる為
の一般的な基準を明確にする為であり、開先幅が
25mmを超えるものはもはや狭開先とは言えず、１
層１パスで溶接すること自体が困難になる。一方
開先幅が狭ければ狭いほど開先断面積は縮少する
が、開先幅が10mm未満になるとアークが開先壁面
との間で発生する現象が頻発し、局部的に融合不
良やアンダーカツト等が生じて適正な溶接部が得
られなくなる。こうした理由から本発明が適用さ
れる狭開先の開先幅は10〜25mmの範囲に定めてい
る。又狭開先溶接は本来１層１パスで行なうのが
基本であり、Ｉ開先とするのが最善である。もつ
とも狭開先内への溶接電極の挿入し易さを考えれ
ば若干の開先角度をつけることも許容されるべき
である。開先角度が15度を超えると開先上方部の
開先幅が広くなりすぎて１層１パス溶接自体が困
難になるので、開先角度は15度以下としなければ
ならない。 ところでこの様な狭開先の溶接能率を高める為
には単位時間当りの溶着金属量を増大すればよ
く、その為の最も単純な手段は前述の如く溶接入
熱量を増大する方法であるが、単に溶接入熱量を
増大しただけでは第１図（狭開先溶接部の断図略
図）に示す如くビード形状比（第１図のＨ／Ｗ
比）が大きくなつて高温割れが発生し易くなる。
そこで高温割れを生ずることなく溶着金属量を増
大させるべく種々研究を進めた結果、前記本発明
の構成に想到したものである。即ち本発明では先
行電極として2.4〜3.2mmφという比較的細径の電
極を使用すると共に、後行電極として4.0〜4.8mm
φという比較的太径の電極を使用し、且つ電極間
距離を50〜150mmの範囲に設定して溶接を行なう
ところに第１の特徴があり、こうした条件を定め
た理由は次の通りである。即ち先行電極として比
較的小径の電極を選択する理由は、同一電流で比
較した場合細径電極の方が溶着金属層を高めるう
えで有利であるからであり、（第２図参照）3.2mm
φ超の電極を使用すると大電流を通さなければ十
分な溶着金属量を得ることができず、ひいては高
温割れの発生し易くなると共にビード形状も悪化
する。しかし2.4mmφ未満の細径電極になるとア
ークの広がりが小さくなつて融合不良が発生し易
くなり、健全な溶接部が得られなくなる。次に後
行電極として比較的太径の電極を選択する理由
は、先行電極により形成されたビード表面のスラ
グを再溶解して良好なビードを得る為であり、
4.0mmφ未満の電極ではアークの広がりが不十分
となつて、先行ビード表面のスラグを再溶解しき
れなくなつたり或はビード形状が悪くなる。しか
し4.8mmφを超える太径の電極を使用すると、ア
ークが広がりすぎてビードの開先会合部にアンダ
ーカツトが発生し易くなると共に、スラグの剥離
性が劣悪になる。又電極間距離を厳密に設定した
理由は、先行ビードと後行ビードが合体して前記
ビード形状不（Ｈ／Ｗ）が増大し高温割れが発生
するのを防止すると共に、先行ビード表面のスラ
グが降温しすぎて後行電極のアーク安定性が低下
するのを防止する為である。即ち電極間距離が50
mm未満では先行ビードが凝固しないうちに後行電
極からの溶接熱が加わつて先行ビードと後行ビー
ドが合体し、第１図に示した様にビード形状比
（Ｈ／Ｗ）が大きくなつて高温割れが発生し易く
なる。しかし電極間距離を50mm以上に設定してお
けば、上記の様な先・後行ビードの合体が起こら
ずビード形状比は低く抑えられ（第３図参照）、
高温割れの問題は解消される。但し電極間距離が
150mmを超えると、先行ビード表面の凝固スラグ
の温度が下がりすぎて後行電極によるアーク発生
が困難となり、アークが不安定になると共にスラ
グの巻込みが発生する他ビード形状も劣悪にな
る。こうした理由から本発明では電極間距離を50
〜150mmの範囲に設定するもので、それにより先
行ビードと後行ビードを合体させることなく個別
にビードを形成させることによつて溶接入熱量を
分散し、高温割れを防止すると共に、優れた溶接
作業性のもとで健全な美麗な溶接継手を得ること
ができる。尚上記の様な特徴を有効に発揮させる
為には散布フラツクスとして焼結型フラツクスを
使用しなければならず、その理由は次の通りであ
る。即ち焼結型フラツクスは溶融型フラツクスに
比べてスラグ生成量が少なく、本発明の様に一定
の電極間距離をあけて溶接を行なう場合において
は、先行ビード表面の生成スラグ量が比較的少な
い為、該スラグの後行電極によるアークの発生が
容易となり、優れたアーク安定性のもとで良好な
ビード形状を得ることができる。 上記の様な効果は焼結型フラツクスを使用する
限りすべからく有効に発揮されるが、より良好な
アーク安定性、スラグ剥離性及びビード形状を確
保する為には、フラツクス全重量に対して
TiO₂：20〜40％、Al₂O₃：20〜40％、SiO₂：10
〜30％及び炭酸塩由来のCO₂：４〜15％を含む焼
結型フラツクスを使用することが推奨される。し
かしてTiO₂量が20％未満のものでは生成スラグ
の再溶解性が低下気味となり、一方40％を超える
とアーク安定性が悪くなる傾向がみられる。また
SiO₂量が10％未満ではビード形状が悪くなり、
一方30％を超えると生成スラグが硬質化して破砕
性が低下する。更にAl₂O₃量が20％未満ではスラ
グ剥離性が低下し、一方40％を超えるとビード形
状がやや不良になる傾向がみられる。又フラツク
ス中に適量のCO₂を含有させる理由は、主として
溶接金属中の水素量を低減して耐水素割れ性を改
善するためである。即ち焼結型フラツクスの製造
に当たつては、粘結剤として水ガラスを使用し造
粒を行なう為、フラツクス中の水素量は溶融型フ
ラツクスに比べて多く、溶接金属中の水素量が増
大して耐水素割れを生ずる傾向がみられる。しか
し焼結型フラツクス中に４％以上のCO₂を含有さ
せておくと、溶接中に発生するCO₂の作用で水素
分圧が低下し、溶接金属中の水素量が少なくなつ
て耐水素割れ性が改善される。しかしCO₂量が多
すぎると溶接中のガス発生量が多くなりすぎる為
ビード表面にポツクマークが発生し易くなる等、
バード外観が劣化する。尚CO₂源としては
CaCO₃、BaCO₃及びMgCO₃が最も一般的であ
る。 本発明は以上の様に構成されるが、要は特定寸
法の狭開先をサブマージアーク溶接するに当た
り、２電極溶接法を採用し、先行電極及び後行電
極の径を特定すると共に電極間距離を適正に調整
し、且つ焼結型フラツクスを使用することによつ
て、溶接入熱量を過度に高めることなく溶着金属
量を増大し、溶接能率を従来例の20％以上向上し
得ることになつた。しかも溶接作業性及びビード
外観も良好で且つ欠陥のない健全な溶接継手を確
実に得ることができるので、ナロウギヤツプ溶接
法本来の特長を最大限有効に発揮せしめ得ること
になつた。 次に実験例を挙げて本発明の構成及び作用効果
を一層明確にする。 実験例 １ 第１表に示す成分組成の焼結型フラツクスを用
い、第２表に示す溶接条件で溶接実験を行なうこ
とにより、従来法と本発明法の比較を行なつた。
但し第２表からも明らかな様に、溶接パス第１層
目は比較例、本発明例共に先行電極のみによる単
電極溶接を行なつているが、この理由は次の通り
である。即ち狭開先継手における第１層目の溶接
では母材金属による希釈が最も大きく、殊にサブ
マージアーク溶接の場合の溶込みは深く希釈率は
極めて高くなり、その結果母材成分（特に炭素）
の影響を受けて高温割れが発生し易い。この高温
割れを防止する為には、母材の希釈を極力少なく
し溶接金属を薄く形成してゆつくり凝固させるの
がよく、２電極溶接を行なうと溶着金属量が増加
して溶接金属が厚くなる為目的にそぐわなくな
る。しかも２電極溶接法を適用した場合の溶接速
度は高くなるのが通例であり、その結果冷却速度
も早くなつて高温割れが発生し易くなる。こうし
た問題を回避する為には、第１層目の溶接は単電
極により低電流・低速度で溶接する必要があるの
で、初層溶接については本発明の高能率化対象か
ら除外し、第２層目以降に２電極溶接を採用して
いる。また最終パスについても、余盛高さやビー
ド幅等を調整する為の条件設定の容易な単電極溶
接を採用している。 上記実験により得た溶接作業性の比較結果を第
２表に、又溶接能率の比較結果を第３表に夫々示
す。又得られた溶接部の断面マクロ写真を参考写
真１（比較例）及び参考写真２（本発明例）に示
す。

【表】 ◎極めて良好 ○良好 ○△やや不良

【表】

【表】 上記実験結果からも明らかな様に、本発明法を
採用すれば高温割れを発生させることなく各パス
毎の溶着金属量をかなり増大することができ、溶
接パス数及びアークタイムからみて溶接能率を従
来例より25％程度高めることができる。また散布
フラツクスとして焼結型フラツクスを使用する限
り、本発明最大の目的である溶接能率の向上は十
分に達成することができるが、第２表に示した結
果より、焼結型フラツクスの成分組成からみると
次の様に考察することができる。 焼結型フラツクスＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは本
発明の好適条件を満たすフラツクスであり、アー
ク安定性、スラグ剥離性及びビード形状の何れも
優れた結果が得られている。これに対し焼結型フ
ラツクスＢはTiO₂量がやや多すぎる為アーク安
定性及びスラグ剥離性に若干の問題があり、焼結
型フラツクスＩはAl₂O₃量が多く且つTiO₂量及び
TiO₂量が不足している為ビード形状がやや悪い。
また焼結型フラツクスＪはSiO₂量が多すぎる為
スラグ剥離性にやや問題がある。 実験例 ２ 第４表に示す如く溶接条件を種々変更してナロ
ウギヤツプサブマージアーク溶接実験を行ない
（但し、散布フラツクスとしては前記第１表に示
した焼結型フラツクスＤを使用し、先行電極と後
行電極の配置は第５図と同様）、第４表に併記す
る結果を得た。

【表】 第４表からも明らかな様に、本発明の要件を充
足する場合は、スラグ剥離性、ビード形状、融合
不良、割れの何れにおいても良好な結果が得られ
ているが、本発明の要件を１つでも外れる比較例
では、スラグ剥離性、ビード形状、融合不良、割
れのうち１つ以上が劣悪であり、本発明の目的を
達成することができない。

【図面の簡単な説明】

第１，３図はナロウギヤツプ溶接継手のビード
形状を示す説明図、第２図は電極径を変えた場合
の溶接電流とワイヤ溶融量の関係を示すグラフ、
第４〜６図は実験例で採用した開先形状及び電極
配置を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開先幅が10〜25mm、開先角度が15度以下であ
   る狭開先をサブマージアーク溶接により１層１パ
   スで溶接するに当たり、先行電極として2.4〜3.2
   mmφ電極を、また後行電極として4.0〜4.8mmφの
   電極を夫々使用すると共に、電極間距離を50〜
   150mmとし、焼結型フラツクスを用いて溶接する
   ことを特徴とするナロウギヤツプサブマージアー
   ク溶接方法。 ２ フラツクス全量に対してTiO₂：20〜40％、
   Al₂O₃：20〜40％、SiO₂：10〜30％、CO₂：４〜
   15％を含む焼結型フラツクスを使用する特許請求
   の範囲第１項に記載の溶接方法。