JPH0484676A - 高速片面サブマージアーク溶接法 - 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、４電極以上の多電極を用いて行う片面サブマ
ージアーク溶接法に係わり、更に詳しくは、溶接速度８
０ｃｍ／ｍｉｎ以トの高速で行う高能率な片面サブマー
ジアーク溶接法に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、厚板の高能率溶接法として方面サブマージア
ーク溶接法が造船を中心に適用されてきた。ところが、
効率化追求のレベルは増々高くなり、従来の溶接速度に
比べより高速性を加味した溶接法が要望されている。

しかしながら従来の片面サブマージアーク溶接法は、特
公昭４８−２２５７２号公報や特公昭４９−３８４２０
号公報、特開昭４８−９２２４３号公報等に開示されて
いるが如く、いずれも溶接速度は８０ｃｍ／ｍｉｎ未満
である。

方、鋼板を表側および裏側より各々溶接する通常の継手
溶接においては、溶接速度がｌ００ｃｍ／ｍｉｎ以上の
多電極溶接が数多く開示さねている。

しかしながらこの技術をそのまま片面サブマージアーク
溶接法に適用′１−る事は困難である。即ち通常の多電
極溶接においては、溶は込みおよび溶着量を確保するた
め、かなりの高電流を用いても溶は落ちの心配がなく、
また裏ビード形成のための特別の配慮か必要てないため
に、高速化も比較的容易に達成できる。。

［発明が解決しようとする課題］ しかし片面サブマージアーク溶接においては、健全な表
ビードと、裏ビートを同時に形成する事が必要である。

溶接欠陥の無い良好な形状の裏ビートを形成することは
、裏ビート評価はもちろんのこと健全な表ビートを得る
ためにも必要となる。即ち先行電極により裏ビートを形
成した直後に後行電極により表ビードを形成する片面溶
接においては、健全−な表ヒートをｆｊ／るためには良
好な形状の裏ビードが必要となる。かかる状況の下、高
速化を達成するためにいたずらに電流を上げると、裏ビ
ートが出すぎてビートが不均一になり、極端な場合には
横割れが発生する事になる。さらに溶接速度が速いとビ
ート幅が狭くなり、裏ヒート端部にアンダーカットが発
生し易くなるばかりか、開先残りが発生し易くなる。

更に高速溶接ゆえに溶接金属の凝固が速く、第７（ａ）
図に示すが如く、結晶の成長方向（テントライト）か突
合せになり、溶接金属１０の中央に梨割れが生じ易くな
る。従って溶接速度８０ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速片面サ
ブマージアーク溶接技術は、未だ達成されていないのが
現状である。

尚、ここでいう片面サブマージアーク溶接法とは、第６
図（ａ）　、　（ｂ）に示すように、突き合わされた被
溶接材１．１′の裏面から、銅当金２上に層状に散布し
たバッキングフラックス４、または耐火性キャノハス７
内に収納されたバッキングフラックス４をエアーホース
５等の押−１−機構により被溶接材１．１′の裏面に押
圧しＣおき、表側よりワイヤ３、フラックス６を用いて
サブマージアーク溶接を行い、被溶接材１．１′の表側
と裏側に１ランでビートを形成する溶接方法である。

本発明は土泥高速片面サブマージアーク溶接法において
、健全な裏ビートを形成する溶接法を提供するとともに
、あわせて満足できる表ビートをも形成する溶接法を提
供する事を目的とする。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明者らはに記事情に鑑み種々検討を行い、組子の知
見をｖＰた。

即ち高電流・高速の片面サブマージアーク溶接において
健全な裏ビードを得るためには、（ａ）裏ビード形成は
第１、第２電極によってのみ形成し、高電流による電流
密度増加に伴うアークの集中性をソフトにするために、
所定以上の太さを有するワイヤを用いること （ｂ）第１、第２電極の電流和と溶接速度か、特別な関
係を満足すること の２点が重要である。

さらに満足できる表ヒートをも形成するには、（Ｃ）第
２、第３電極の極間距離と溶接速度か特別な関係を満足
すること （ｄ）アークの集中性を低くし、アークの広かをもだせ
るため第３電極は所定以下の電流値とし、第３電極以降
の少なくともＩｉにメタルコアードワイヤを用いること の２点が重要である。

即ち本発明の要旨とするところは、４電極以にを用いる
片面多電極サブマージアーク溶接法において、第１電極
、第２電極のワイヤ径を４．０ｍｍφ以上とし、かつ第
１電極の電流をＩ　、　（八）　、第２電極の電流を１
２　（Ａ）　、溶接速度をＳ　（ｃｍ／ｍｊｎ）とした
場合 ８０≦Ｓ≦２００で、かつ ４（Ｓ＋５００）≦１．＋Ｉ２≦４（Ｓ＋７００）を満
足することを特徴とし、かつ第２電極と第３電極との極
間距離を４２　（ｍｍ）とした場合、０．８Ｓ　＋３０
≦ρ≦　０．８Ｓ　＋　１４０で、かつ第３電極の電流
を１３（Ａ）とするとき、■３≦（１，６！Ｉ（１、＋
　１□） であり、かつメタルコアードワイヤを第３電極以降の少
なくとも１極に用いることを特徴とする高速片面サブマ
ージアーク溶接法である。

［作用］ 以上に作用とともに本発明について詳細に説明する。

ま１′本発明においては、４本以上の電極を用いる事が
必要である。これにより第１、第２電極て裏ビートを形
成し、第３電極以降て表ビードを形成し、必要な溶着量
を確保する事が可能となる。

ワイヤ径の限定理由について まず第１、第２電極のワイヤ径について述べる。高速溶
接では溶着量を確保することが必要であり、溶着量を増
やすためには電流密度をトげる事が効果がある。そのた
めワイヤ径を小さくする事が考えられる。しかしながら
本発明の如く溶接速度か８０（ｃｍ／ｍ１ｎ）以トの高
速の片面溶接の場合、裏ビードが非常に狭くなり易い。

また細径ワイヤの場合、アークが集中してビートが凸状
になり、アンターカットか発生し易くなる。従ってアー
クをソフトにし、ヒートを広げるためには、第１、およ
び第２電極のワイヤ径を太くする必要がある。この場合
４．０ｍｍ未満では効果がなく、４．０ｍｍｍｍトート
る必要がある。

溶接速度と第１、第２電極の電流和の関係について； 一般に電流か増加すると溶融池（プール）が大きくなる
。従って裏ビートが出やすくなるが、裏ビードか過大な
場合、ビート表面に横割れが発生し易くなる。−実速度
が速くなると溶融池が細長くなるが、溶着量か減少する
ので溶融金属の供給が不足し、その結果裏ビードが出に
くくなり、極端な場合はアンダーカットになる。従って
単純に電流を増加し、速度を上げるたけでは裏ビートか
出１−きるかあるいは全く出ない状況となり、バランス
のよいビート形成は困難であった。

そこでこの様な高電流、高速片面サブマージアーク溶接
の問題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、第１電極
の電流１１（八）と第２電極の電流ｉ２（八）との和（
１＋　＋１２）と溶接速度Ｓ（ｃｍ／ｍ１ｎ）が特別な
関係を満足した時のみ、非常に良好な裏ビードを形成で
きることが判明した。

第１図は、溶接速度が８０（ｃａｎ／ｍ１ｎ）以トの高
速ハ面溶接において第１、第２電極の電流和と溶接速度
が裏ビート形成に及ぼす影響を調査したものである。

溶接は、第１表〜第４表に示す銅板、ソリッドワイヤ、
フラックス、及び裏フラックスを用い、第５図に示す板
厚ｔ＝Ｉ６ｍｍ、ルートフェースｄ＝：Ｉｍｍ　、開先
角風θ＝５０°開先で実施した。またワイヤ径は第１電
極４．８ｍｍφ、第２電極６．４ＤＩＩＩｌφを用い、
第１、第２電極の極間距離は３０ｍｍとした。

この場合余盛高さ１．５〜３．５ｍｍを良好な範囲とし
、１．５ｍｍ未満を余盛不足、３．！ｉｍｍ　Ｍは出す
ぎと判断した。

第１図において、○は良好な裏ビートの範囲を示し、ム
は裏ビードの余盛過多、園は裏ビードの余盛不足を、◆
は裏ビートの形状不良を示す。イ（属した数字は余盛り
高さを表した。なお溶接速度か２００ｃｍ／ｍｉｎを越
えると、電流の如何にかかわらずビートの凹凸が大きく
、良好な裏ビートは得られなかった。

以１−の結果本発明者らは、 ８０≦Ｓ≦２００かつ ４（Ｓ＋５００）≦１．＋１２≦４（Ｓ＋７０Ｑ）てあ
れば、アンダーカットも割れもない健全な裏ビードか得
られる事を新規に知見した。

本発明においては、以上の如く４電極以」−で溶接速度
８０ｒ、ｒｎ／ｍｉｎ以上の高速片面サブマージアーク
溶接で、特定の太さを有するワイヤを第１、第２電極に
配置し、かつこの場合の第１、第２電極の電流和と溶接
速度の関係を特定することが必須条件である。

溶接速度と第２、第３電極の極間距離の関係について： 次に表ビード形成を担う第３電極以降について検討した
。第３電極以降は、融合不良およびスラグ巻き込み等の
内部欠陥の発生を防止し、必要な溶着量を確保するため
に用いるのであるが、同時に第１、第２電極で形成され
た溶接金属を溶融し、第７図（ｂ）に示す如く溶接金属
１０のテントライトの方向をトむきに制御する役割もあ
る。しかし第１、第２電極で形成される溶融池（プール
）内に第３電極が配置されると、いわゆるワンプールと
なり、第３電極によるアークが裏ビード下端まで到達し
、ビートが出すぎ、テントライトも突合せとなり、ど−
ド中央に梨割れが発生し易くなる。また、裏ビードが出
すぎた分、溶着量が十分に確保されず、表ビード端部に
アンダーカットが発生し易く、開先残りが生じることも
ある。従フて第３電極は、第１、第２電極により形成さ
れるプールの外側に配置する必要がある。

本発明者等は、第１、第２電極で形成されるプールの長
さを第１図斜線で囲まれた領域で調べた結果、第２電極
と第３電極の極間距＠　Ｉｌ、　（ｍｍ）と溶接速度Ｓ
　（ｃｍ／ｍ１ｎ）が特別な関係を満足した時のみ、非
常に良好なビードを形成できることが判明した。

第２図は溶接速度が８０（ｃｍ／ｍ１ｎ）以上の高速片
面溶接において、第２、第３電極の極間距離と溶接速度
がビート形成に及は゛ず影響を調査したものである。

溶接は、第１表〜第４表に示す銅板、ワイヤ、フラック
ス、及び裏フランクスを用い、第５図に示す板厚ｔ　＝
　２０ｍｍ、ルートフェースｄ　＝　５＋ｎｍ　、開先
角度θ＝１ｊＯ°開先で実施した。また、ワイヤは第１
電極に４．８ｍｍφ、第２、第３、第４電極に６゜４ｍ
ｍφソリッドワイヤ、第５電極に６．４ｍｍφメタルコ
アードワイヤを用い、第１、第２電極の極間距離は３５
ｍｍ、第３、第４電極の極間距離は４０　ｍ　ｍ、第４
、第５電極の極間距離は４０ｍｍとした。

第２図において、○は良好なビード形状の範囲を示し、
ムは第１、第２電極の溶融スラグが完全に凝固して安定
したアークを発生する事が出来ないビート、−は第１、
第２および第３電極がワンブールの状態を示す。

以上の結果から本発明者らは、 ０．８Ｓ＋３０≦１≦０．８Ｓ　＋　１４０であれば良
好なビードが得られる事を知見した。

本発明では、以上の如く４電極以上で溶接速度８０ｃｍ
／ｍｊｎ以上の高速片面サブマージアーク溶接を行うに
あたり、第２、第３電極の極間距離と溶接速度の関係を
特定することが必須条件である。

なおこの場合電極の極間距離とは、第４図に示す様に開
先底面１１に於るワイヤ中心間の距離をいう。同図にお
いて、１２ａは第１電極、Ｊ２ｂは第２電極、１２ｃは
第３電極、＋２ｄは第４電極である。

第３電極の電流値の限定理由について：溶着量を確保す
るため、第３電極の電流が高くなりすぎると溶は込みが
深くなり、第１、第２電極によって形成された裏と一ド
に悪影響を及ぼす。この場合第３電極の電流が第１、第
２電極の電流和の６５％を超えると、裏ビードが出すぎ
たり、割れが発生し、裏ビードに悪影響を及ぼすたけで
なく、裏ビートが出すぎた分溶着量が確保されなくなる
等表ビードにも悪影響を及ぼす。従って、第３電極の電
流をｌ３（Ａ）とした時、■３≦０．６５　（１＋　＋
　Ｉ　２　）と限定した。

メタルコアードワイヤ適用の理由について二般に溶接速
度が速いとビード幅が狭くなり、ビード端部にアンダー
カットが発生し易くなるばかりか、開先残りが発生し易
くなる。片面溶接の表ビートも例外ではなく、ある程度
の広がりが要求される。メタルコアードヮイヤの場合、
溶接に際しアークは外皮と母材間に発生ずるため、アー
クに広がりが出てビードの凹凸が少なくなり、かつアン
ダーカット等の発生がなくなる。またアークは外皮と母
材間で発生し、充填フラックス及び鉄粉はアークの輻射
熱により溶融し、溶融池中へ社行する。このためソリッ
ドワイヤに比べ板厚方向へのアークの集中性が低くなり
、アークがソフトとなり裏ビードに悪影響を及ぼすこと
もなくなる。

第３図は第３電極以降に用いたメタルコアードワイヤが
表ビート形状に及ぼず影響を調査したものである。

溶接は、第１表〜第４表に示す鋼板、ワイヤ、フラック
ス、及び裏フランクスを用い、第５図に示し板厚ｔ　＝
　１６ｍｍ、ルートフェースｄ＝５ｍｍ、開先角度θ＝
５０°開先を用いた。また、ワイヤは第１電極に４．８
ｍｍφおよび第２電極に６．４ｍｍφソリッドワイヤを
用い、第３、第４電極は６．４ｍｍφメタルコアードワ
イヤまたはソリッドワイヤを川い、第５表に示す溶接条
件で実施した。

第３図より第３電極以降の１電極以」二にメタルコアー
ドワイヤを用いた溶接では、４電極ともソリッドワイヤ
を用いた場合に比ベビート幅がＩム〈なり、アンダーカ
ット発生率は極端に低下している。

以」二の如くメタルコアードワイヤを表ビードを形成す
る第３電極以降の少なくとも１電極に用いることにより
、ビード幅の広い健全な表ビードを得ることができる。

なおここで言うメタルコアードワイヤとは、充填フラッ
クスがメタル系のフラックス入すワイヤであり、このメ
タルコアードワイヤを裏ビートを形成する第１、第２電
極の一方、または両方に用いても差し支えない。

ところで本発明溶接法は、片面サブマージアーク溶接法
であり、溶接材料として表側フラックス、バ・ソキング
フラツクスおよび電極ワイヤを必要とするものであるか
、これら溶接祠料に関しては、１」的に応じた適ＩＥな
溶接金属を得ることの出来る・ものであわば、それらの
組成については特に駆足されるものではない。

即ち表側フラックスとしては、ＳｉＯ□、　／４．、Ｏ
，。

ＴｉＯ２，ＭｎＯ，ＭｇＯ等の金属酸化物、ＣａＦ２．
　ＪＰ等の金属弗化物、Ｃａｎｎａ等の金属炭酸塩、５
ｊ、　Ｍｎ等の脱酸剤、Ｎｉ、　Ｍ（１等の合金剤ある
いは鉄粉を適宜配合して作製されたフラックスを用いれ
ばよい。

フラックスタイプとしては、溶融型、ボンド型フラック
スのいずれでもよい。バッキングフラックスについても
同様である。

電極ワイヤはフラックス組成との関連で選択されるもの
であるが、Ｍｎ：０．３〜３．５％でかっ、Ｍ。

＝０．１〜１．０％、Ｎｉ　：　０．５〜５％の一種ま
たは種以上を含有するワイヤが強度および靭性を確保す
る十で好ましい。

以上本発明について詳述したが、本発明効果をさらに明
確にするため、以）実施例について述べる。

［実施例］ 第１表に示す鋼板に対し、第２表のワイヤ、第３表のフ
ラックス、第４表のパツキングツラックスを用い、月面
サブマージアーク溶接を行った。

第３表のフラックスは、原料粉を水ガラスを用いて造粒
した後、４００℃ｘ　１２０ｍ１ｎの条件で焼成したポ
ンド形フラックスで、粒度は＋２ＸＩ００メツシユであ
る。また第４表のパツキンタフラックスは、第６図（ａ
）に示した銅）１１合併用型のバッキングフラックスで
、ボンド型フラックスである。尚フェノール樹脂はアル
コールを溶媒として溶解し、粘液とした後フラックス粒
子に被覆した。

本発明実施例における溶接結果を第６表に示す。本発明
例であるＮｏ、１〜７は本発明効果によりいずれも良好
な溶接部を得ることが出来たが、方比較例のＮｏ、８〜
１４の場合、溶接結果の欄に記入しであるように満足で
きるビートの形成が出来なかった。

なお第６表において、開先形状は第５図に示す形状を用
いた。ｔは試験板の板厚、ｄはルートフェース、θは開
先角度であり、ワイヤ種類はＭＣはメタルコアードワイ
ヤ、Ｓはソリッドワイヤである。

［発明の効果］ 以上実７ｉ’ｔｘ例にて実証したごとく、本発明を用い
れば、溶接速度８０ｃｍ／ｍｉｎ以上の片面サブマージ
アーク溶接が達成でき、造船分野における溶接の高能率
化を図ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１、第２電極の電流和と溶接速度が裏ビード
形成に及ぼす影響を説明する図、第２図は第２、第３電
極の極間距離と溶接速度がビードに及ぼ１−影響を説明
するだめの図、第３図は第３電極以降に用いたメタルコ
アードワイヤが表ビード形状に及ぼず影響を説明するた
めの図、第４図は本発明溶接法の実施態様を示す側面図
、第５図は本発明実施例に用いた開先形状を示す正面図
、第６図（ａ）　、　（ｂ）は片面サブマージアーク溶
接法を説明するだめの正面図、第７図（ａ）　、　（ｂ
）は溶接金属のゲントライトの方向を説明するための正
面図である。 １．１′・・・被溶接材、２・・・銅当金、３・・・電
極ワイヤ、４・・・バラギングツラックス、５・・・エ
アーホース、６・・・フラックス、７・・・耐火性キャ
ンパス、１０・・・溶接金属、１１・・・開先底面、１
２ａ・・・第１電極、１２ｂ・・・第２電極、１２ｃ・
・・第３電極、１２ｄ・・・第４′市極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、４電極以上を用いる片面多電極サブマージアーク溶
   接法において、第１電極、第２電極のワイヤ径を４．０
   ｍｍφ以上とし、かつ第１電極の電流をＩ＿１（Ａ）、
   第２電極の電流をＩ＿２（Ａ）、溶接速度をＳ（ｃｍ／
   ｍｉｎ）とした場合 ８０≦Ｓ≦２００ かつ ４（Ｓ＋５００）≦Ｉ＿１＋Ｉ＿２≦４（Ｓ＋７００）
   を満足し、かつ第２電極と第３電極との極間距離をｌ（
   ｍｍ）としたとき、 ０．８Ｓ＋３０≦ｌ≦０．８Ｓ＋１４０で、かつ第３電
   極の電流をＩ＿３（Ａ）とするとき、 Ｉ＿３≦０．６５（Ｉ＿１＋Ｉ＿２） であり、かつメタルコアードワイヤを第３電極以降の少
   なくとも１極に用いることを特徴とする高速片面サブマ
   ージアーク溶接法。