JPH05123887A - 溶接継手性能の優れた高能率溶接方法 - Google Patents

溶接継手性能の優れた高能率溶接方法

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JPH05123887A
JPH05123887A JP29165691A JP29165691A JPH05123887A JP H05123887 A JPH05123887 A JP H05123887A JP 29165691 A JP29165691 A JP 29165691A JP 29165691 A JP29165691 A JP 29165691A JP H05123887 A JPH05123887 A JP H05123887A
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久浩 尾上
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研 金谷
Toru Iesawa
徹 家沢
Toshihiro Okochi
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接入熱量が大きいエレクトロスラグ溶接、
エレクトロガス溶接に際して、冷却性能を高めて、溶接
継手部の靱性低下を防止し、板厚50mm超あるいは強度
57N/mm2 超の高張力鋼母材についても劣化を伴わない溶
接を可能にする。 【構成】 エレクトロスラグ溶接、あるいはエレクトロ
ガス溶接する鋼母材の溶接部背面に10〜2000 l/m2/mi
n の冷却水を噴射して強制冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は鉄骨、橋梁、造船等の鋼
構造物において、特に板厚50mm超・強度570N/mm2
超の高張力鋼材の溶接施工能率向上を目的として用いら
れるエレクトロスラグ溶接、エレクトロガス溶接に係わ
り、溶接による継手性能の劣化を防止した溶接継手性能
の優れた高能率溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より上記した用途に使用される極厚
鋼構造部材では溶接施工能率向上の観点でエレクトロス
ラグ溶接、エレクトロガス溶接等の大入熱溶接が適用さ
れることが多い。
【0003】しかし、これらの溶接は溶接入熱量が大き
いことから鋼母材の溶接熱影響部材質が劣化(主として
靭性)することがしばしばあり、構造物の安全性の観点
から問題視されている。この材質劣化は溶接熱影響部の
金属組織変化に起因することが広く知られている。
【0004】この材質劣化を防止する目的で、これまで
にも数々の提案がなされている。例えば、鋼材の溶接熱
影響の靱性の改善対策として、溶鋼中に適量のTiを添加
し鋼塊を所定の冷却速度以上とすることにより得られ
る。微細Ti炭窒化物の結晶粒粗大化防止効果に着目し、
熱影響部の組織粗大化及び低靱性組織(以上ベイナイト
組織)化を防止することを提案した特公昭51−440
88号公報、特公昭51−16890号公報。
【0005】更には、溶接部に添設した冷却箱に冷却水
を通水し溶接部を強制冷却することにより、熱影響部の
低靱性組織(上部ベイナイト組織)化を防止することを
提案した特願平3−21053号公報等である。
【0006】しかし、近年の構造物の大型化により使用
鋼材は板厚増大、高張力鋼化( 570N/mm2 超)する趨勢
にあり、これらの提案技術では問題点を解決できない現
状にある。
【0007】即ち、前者の提案は熱影響のオーステナイ
ト結晶粒を微細化することによりその組織をフェライト
+パーライト組織とし、継手性能の劣化を防止すること
を技術思想とする発明であり、合金元素添加量が多く焼
入性の高くなる570 N/mm2 超の高張力鋼には不適切な技
術であり効果も期待出来ない。
【0008】また、後者の提案技術は溶接部に添設した
冷却箱に通水された冷却水により溶接部を強制冷却し、
継手靱性を向上させるとする提案であるが、熱伝達係数
が小さいため冷却能に限界があり、板厚が薄く溶接部と
冷却面との距離が短い場合はよいが、50mm以上の板厚
で、エレクトロスラグ溶接あるいはエレクトロガス溶接
等の超大入熱溶接の場合には母材との界面に蒸気膜がで
きて冷却効率が著しく低下し、劣化を防止することはで
きなかった。
【0009】以上述べたごとく、使用鋼材の高張力鋼
化、大板厚化に伴い前記した各提案技術によっては溶接
継手性能劣化を完全に防止することが困難な状況に至っ
ているのが現状であり、新たな技術が求められている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した現状
を打開する一方策として高能率溶接時の継手性能劣化防
止方法を提案するものである。
【0011】高張力鋼を高能率溶接した時の溶接継手性
能劣化(主として靱性)は溶接熱影響部組織に起因する
場合が多い。本発明が対象とするエレクトロスラグ溶
接、エレクトロガス溶接等の大入熱溶接の場合、溶接熱
影響部が受ける熱履歴(加熱・冷却)は小入熱溶接に比
べると極めて緩やかなものとなる。従ってこれらの溶接
では熱影響部が高温(1000℃以上)にさらされる時間が
長く、オーステナイト結晶粒の成長が著しい。更に、溶
接後の冷却が緩冷却となるため金属組織は靱性値の低い
上部ベイナイト組織になり易い。即ち、大入熱溶接の熱
影響部は粗大な低靱性組織が生成しやすい条件下にある
と言える。この傾向は高強度鋼ほど、また、溶接入熱量
の大きいほど(板厚の増大により溶接入熱量は大きくな
る)顕著である。
【0012】本発明ではこれら脆化要因を軽減し、継手
性能劣化を完全に防止することを課題とするものであ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】厚手高強度鋼板の大入熱
溶接継手性能劣化の主因は、熱影響部が高温域に長時間
滞留し、緩冷却されることによるミクロ組織の脆弱化に
ある。
【0014】本発明ではこの溶接継手脆弱化要因を解消
することにより、継手性能を向上することを目的として
おり、その要旨とするところは、鋼母材をエレクトロス
ラグ溶接、エレクトロガス溶接するに際し溶接部の背面
に10 l/m2/min 〜2000l/m2/minの冷却水を噴射し強制
冷却することを特徴とする溶接継手性能の優れた高能率
溶接方法にある。
【0015】
【作用】この溶接方法は溶接部の背面に冷却水を噴射
し、鋼母材面に当った冷却水に激しい乱流を起させて熱
伝達係数を高め、かつ、大量の冷却水を接触せしめるた
めに、大入熱溶接となるエレクトロスラグ溶接、あるい
はエレクトロガス溶接においても、熱影響部が高温にさ
らされる時間を短縮して劣化を防止できる。
【0016】また、この溶接方法は、従来の微細Ti炭窒
化物による結晶粒粗大化防止が有効に作用しない570 N/
mm2 超の高張力鋼、あるいは従来の冷却箱に通水する強
制冷却方式では冷却能が不充分である50mm超の板厚の
鋼材に適用し、劣化を防止できる。
【0017】この溶接方法では、10〜2000 l/m2/min
の冷却水を溶接部の背面に噴射し、冷却する。従来の冷
却箱通水方式に比べ高い熱伝達係数とするためには、溶
接部背面に当った冷却水に激しい乱流を起立させなけれ
ばならない。また入熱量に対応する冷却能力が求められ
る。多くの実験結果によると水量が10 l/m2/min 未満で
は上記の要件を満足することができない。また2000 l/m
2/min 以上では効果が飽和し、かつ、装置が大形化し好
ましくない。
【0018】また、噴射水量と共に、噴射圧を高め、冷
却水の乱流を一層促進し、熱伝達係数の向上を図ること
もできる。噴射する冷却水の水圧は0.5〜10kg/cm
2 が好適に用いられる。
【0019】
【実施例】以下、この発明を、構造材であるボックス柱
を構成するスキンプレートとダイヤフラム溶接の実施例
をあげて説明する。
【0020】図1,2において、スキンプレートの鋼母
材1−a(板厚a)と、側辺両面に当金2を取付けて溶
接用の凹溝3を設けたダイヤフラム1−b(板厚b)を
直交して配置し、垂直方向の凹溝3内にエレクトロスラ
グ溶接(CES)を行なった。
【0021】溶接に際して鋼母材1−aの溶接部背面に
向い、冷却水を噴射する9本の水平の噴射管4を縦方向
1列に配設しておき、凹溝3内の溶接位置の上昇に追随
して下方の噴射管から順次上方の噴射管4に切替え、同
時に2本の噴射管4の先端のフラットスプレーノズル5
から鋼母材1−a背面に冷却水を噴射した。
【0022】タンク6内の冷却水7は送水管8を経由し
て噴射管4に送給し、噴射し、噴射した冷却水7は噴射
管4先端と鋼母材1−a間の空間(距離L=200mm、
高さH=500mm、 幅W=400mm)に取付けたカバー
9で飛散を防止、集水タンク10に集め、放冷した後タ
ンク6に戻し循環させた。
【0023】この実施例では冷却水の水圧=3kgf /cm
2 、噴射量100 l/min/本(2本同時噴射200 l/min ) と
なした。なお、図において11はポンプ、12はバル
ブ、13は圧力計、14は流量計、15は架台である。
【0024】試験に供した鋼母材の成分および強度を表
1、試験条件を表2、試験結果を表3に示す。
【0025】溶接継手靱性はJIS Z−3128に準じ試
験をした。図3のように、スキンプレート鋼母材1−a
とダイヤフラム鋼母材1−bの継手部からボンド部16
を間にして鋼母材1−bおよび溶着金属17にまたがり
試験片18を切出した。試験片18は長さl=55mm、
断面10mm角をなし、図4のごとくボンド部16および
ボンド部16から鋼母材1−b側に1mmおよび3mm離し
切欠きノッチ19を設け試験に供した。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】*板厚:a*スキンプレート b:ダイア
フラム *2切欠き位置;Bond: 溶接金属と鋼母材の境
界HAZ1mm:Bond から母材側へ1mm HAZ3mm:Bd から母材側
へ3mm
【0030】
【発明の効果】この発明は以上の通りであり、次の効果
を奏する。
【0031】 大入熱を伴なうエレクトロスラグ溶
接、エレクトロガス溶接に等の大入熱溶接によって、溶
接継手靱性を損なうことがなく、高能率で溶接が可能と
なる。
【0032】 板厚50mm超、強度570 N/mm2 超の高
張鋼母材に対しても溶接継手靱性の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボックス柱を構成するスキンプレートとダイヤ
フラム溶接の実施例を説明する側面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】溶接継手靱性試験用の試験片を切出す溶接継手
部の断面図である。
【図4】切込みノッチを入れた試験片の斜視図である。
【符号の説明】 1−a…スキンプレート鋼母材、1−b…ダイヤフラム
鋼母材、2…当金、3…溶接用凹溝、4…噴射管、5…
フラットスプレーノズル、6…タンク、7…冷却水、8
…送水管、9…飛散防止カバー、10…集水タンク、1
1…ボンプ、12…バルブ、13…圧力計、14…流量
計、、15…架台、16…ボンド部、17…溶着金属、
18…試験片、19…ノッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 家沢 徹 東京都江東区豊洲3丁目4番5号 株式会 社巴組技研内 (72)発明者 大河内 敏博 愛知県東海市東海町5−3 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼母材をエレクトロスラグ溶接、エレク
    トロガス溶接するに際し溶接部の背面に10 l/m2/min
    〜2000 l/m2/min の冷却水を噴射し強制冷却することを
    特徴とする溶接継手性能の優れた高能率溶接方法。
JP3291656A 1991-11-07 1991-11-07 溶接継手性能の優れた高能率溶接方法 Expired - Lifetime JP2634521B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100810131B1 (ko) * 2007-11-13 2008-03-06 주식회사 세화기계 보일러 튜브 조립체의 용접방법
KR101277966B1 (ko) * 2010-10-27 2013-06-27 현대제철 주식회사 일렉트로 가스 용접의 용접부 이면 냉각 장치
JP2022001379A (ja) * 2020-06-22 2022-01-06 日本ファブテック株式会社 鋼材冷却装置及び鋼材溶接方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5129991A (ja) * 1974-09-06 1976-03-13 Hitachi Ltd Genshikyukobunsekyoshiryogenshikasochi
JPS5759036A (en) * 1980-09-29 1982-04-09 Hitachi Ltd Auxiliary starter in diesel engine

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