JPH05185234A

JPH05185234A - 多電極片面サブマージアーク溶接法の終端処理方法

Info

Publication number: JPH05185234A
Application number: JP509892A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ohama; 展之大浜; Shigeo Oyama; 繁男大山; Ryuichi Motomatsu; 隆一元松
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-01-14
Filing date: 1992-01-14
Publication date: 1993-07-27

Abstract

(57)【要約】【目的】４電極を用いる片面サブマージアーク溶接法
において、高速溶接終了時のアークの切れたワイヤが開
先部あるいは終端部に製作されるシーリングビードにつ
きあたる、いわゆるスティックを防止すること。【構成】片面多電極サブマージアーク溶接法におい
て、４電極を用い、各電極のトーチ角度が前進角をプラ
スとした時、第１電極−２０〜０°、第２電極０〜１５
°、第３電極−１０〜１０°、第４電極０〜３５°であ
り、かつ、第２〜第３電極の間隔が１００〜２５０mm、
母材−チップ間の距離（以下、ワイヤＥＸＴと称す）が
第１電極２０〜４０mm、第２電極３０〜５０mm、第３電
極および第４電極は４０〜８０mmとし、溶接部終端では
第１，第２電極はアークを止めた直後に、１秒以内にワ
イヤをチップ先端まで引き上げることによりスティック
を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４電極を用いる多電極
片面サブマージアーク溶接法に係わり、更に詳しくは、
従来より大幅に溶接速度を向上した高能率な片面サブマ
ージアーク溶接法の終端処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、厚板の高能率溶接法として片
面サブマージアーク溶接法が造船を中心にさかんに適用
されてきた。ところが、効率化追求のレベルは益々高く
なり、従来の溶接速度に比べて１．５〜２倍の高速性を
加味した溶接法が要望されている。

【０００３】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４
９−３８４２０号公報等に開示されているが如く、いず
れも溶接速度１００cm／min 未満である。

【０００４】一方、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１００cm／min 以
上の多電極溶接が数多く開示されているが、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することは
困難である。通常の多電極溶接においては、溶け込みお
よび溶着量を確保するため、かなり強引に電流を上げて
も溶け落ちの心配がなく、また、裏ビート形成のための
特別の配慮が必要でないため、高速化も比較的容易に達
成できる。しかし、片面サブマージアーク溶接において
は、表ビードはもちろんのこと、健全な裏ビードをも同
時に形成することが要求されるので、高速化を達成する
ために、単純に電極数を増やし電流を上げると、裏ビー
ドが出すぎてビードが不均一になり、極端な場合には横
割れが発生することになる。さらに、溶接速度が速いと
ビードが細くなり、裏ビード端部にアンダーカットが発
生し易くなる。加えて、高速ゆえに溶接金属の凝固が速
く、図５（ａ）に示すが如く、結晶の成長方向（デンド
ライト）が突合せになり、非常に割れ易い組織となる。

【０００５】そこで、本願発明者らは特願平２−３１８
８９号、特願平２−３５９１８号、特願平２−６５２５
１号、特願平２−１０８１８９号、特願平２−１９７６
１１号、特願平２−２２９８８６号、特願平２−２６７
９４８号、特願平３−９６１６８号において４電極以上
を用いる片面サブマージアーク溶接の高速化技術を開示
した。

【０００６】しかしながら、その後鋭意検討した結果、
これら技術において、溶接部終了時に重大な問題が存在
することが明らかとなった。即ち、溶接終端部には、ク
レータ割れ防止対策として、図１に示すように開先表面
まで段階的にシーリングビードが製作される。図１は、
２段階のシーリングビードＥ、即ち、板の中央部までシ
ーリングしたＢ−Ｃ間のビードＦおよび表面までシーリ
ングしたＣ−Ｄ間のビードＧを示している。この状況
で、通常の３電極の片面サブマージアーク溶接を実施す
ると、溶接速度が遅いため、先行電極のアークをＢ−Ｃ
間で止めても図１Ｃ点に第１電極が到達するより早く、
ワイヤが燃え上がるため、いわゆるスティック現象が起
こらない。しかし、高速溶接時にただアークを止めただ
けでは、ワイヤの燃え上がる速度が、溶接の台車速度に
追いつかないため、図１Ｃ点においてスティックが起こ
り、ビード不良を発生する。

【０００７】尚、ここでいう片面サブマージアーク溶接
法とは、図４（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、または耐火性キャン
バス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等の押上機構により被溶接材１，１′の裏面に
押圧して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、被溶接材の表側と裏側に
同時にビード形成する溶接方法である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記４電極
を用いる片面サブマージアーク溶接法において、高速溶
接終了時のアークの切れたワイヤが開先部あるいは終端
部に製作されるシーリングビードにつきあたる、いわゆ
るスティックを防止することを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記事情に
鑑み、種々検討した結果、以下の知見を得た。即ち、４
電極以上の高速片面サブマージアーク溶接において健全
なビードを得るためには、（１）裏ビードは、特定のトーチ角度とワイヤＥＸＴを
有する第１，２電極によってのみ形成すること（２）表ビードは、特定のトーチ角度とワイヤＥＸＴを
有する第３電極以降によって形成すること（３）結晶の突き合わせ凝固を防止するには、第２，第
３電極の間隔が特定の距離を有すること（４）高速溶接終了時のワイヤのスティック防止は、最
初に溶接の終了する第１，２電極のワイヤを強制的に引
き上げ、かつ特定の時間内に実施することの４点が重要
である。

【００１０】なお、ここでいうトーチ角度とは図２のθ
₁，θ₂，θ₃，θ₄で表される垂直線に対する傾き、
ワイヤＥＸＴとは、図２のｈ₁，ｈ₂，ｈ₃，ｈ₄で表
される母材表面よりチップまでの距離を示す。

【００１１】即ち、本発明の要旨とするところは、「片
面多電極サブマージアーク溶接法において、４電極を用
い、各電極のトーク角度が前進角をプラスとした時、第
１電極−２０〜０°、第２電極０〜１５°、題３電極−
１０〜１０°、第４電極０〜３５°であり、かつ、第２
〜第３電極の間隔が１００〜２５０mm、母材−チップ間
の距離が第１電極２０〜４０mm、第２電極３０〜５０m
m、第３電極および第４電極は４０〜８０mmとし、溶接
部終端では第１，第２電極はアークを止めた直後に、１
秒以内にワイヤをチップ先端まで引き上げることを特徴
とする多電極片面サブマージアーク溶接法の終端処理方
法。」である。

【００１２】

【作用】以下に、本発明について詳細に説明する。ま
ず、本発明においては図２の電極８〜１１（第１電極
８、第２電極９、第３電極１０、第４電極１１）に示す
ような４本の電極を用いることが必要である。これによ
り、第１，２電極で裏ビードを形成し、第３電極および
第４電極で表ビードを形成し、必要な溶着量を確保する
ことが可能となる。

【００１３】〔第１電極のトーチ角度とワイヤＥＸＴ限
定理由〕まず、第１電極のトーチ角度とワイヤＥＸＴに
ついて述べる。第１電極によって、開先ルート部を溶融
する必要がある。従って、トーチ角度が前進角では溶融
スラグがワイヤより先行し、十分な溶け込みを得ること
ができない。しかしながら、トーチ角度が−２０°より
大きく後退すると、溶込みが過大となる。従って、第１
電極のトーチ角度は−２０〜０°とした。

【００１４】つぎに、ワイヤＥＸＴであるが、開先ルー
ト部を溶融する目的からできるだけ小さくしたい。しか
し、２０mmより小さいとアーク熱によるチップの損耗が
激しい。また、４０mmを超えると、アーク長が大きくな
り、アークが開先ルート部ではなく、開先面から発生
し、裏ビードがでにくくなる。従って、第１電極のワイ
ヤＥＸＴは２０〜４０mmとした。

【００１５】〔第２電極のトーチ角度とワイヤＥＸＴ限
定理由〕第２電極は、第１電極によって発生した溶融メ
タルを押し下げて、裏ビードを形成する必要がある。従
って、トーチ角度が後退角では溶融メタルが後方に押し
やられ、良好な裏ビードが形成されない。一方、トーチ
角度が１５°より大きくなると、裏ビードが過大とな
る。従って、第２電極のトーチ角度は０〜１５°とし
た。

【００１６】つぎに、ワイヤＥＸＴであるが、第１電極
により発生した溶融メタルおよびスラグの影響を考慮し
て、第１電極より大きくなる必要がある。即ち、３０mm
より小さいとチップの損耗が激しく、また、５０mmを超
えると、アーク長が大きくなり、裏ビードがでにくくな
る。従って、ワイヤＥＸＴは３０〜５０mmとした。

【００１７】〔第３，４電極のトーチ角度とワイヤＥＸ
Ｔ限定理由〕第３電極は、第４電極とともに表ビードを
形成する。第１電極，第２電極によって発生したスラグ
を再溶融し、アンダーカット、オーバーラップ、スラグ
巻き込みなどのない良好な表ビードを形成する必要があ
る。

【００１８】第３電極は、おもに凝固したスラグを再溶
融し、かつ第１，第２電極で形成した溶融プールに悪影
響をおよぼさないように配置する必要がある。この場
合、−１０°より小さいと後行電極の溶け込みが大きく
なり、裏ビードが安定しない。また、１０°より大きい
と第１，第２電極の方向へ溶融プールを押しやり、その
結果第１，第２電極のアーク状態が不安定となり、裏ビ
ードの均一性が損なわれる。従って、第３電極のトーチ
角度は−１０〜１０°とした。

【００１９】第４電極は、表ビードを広げ、外観の良好
なビードを形成する必要がある。ゆえに、必然的に前進
角となる。この場合、３５°を超えると溶融プールを前
方に押しやるため、第３電極のアーク状態が不安定とな
り、表ビードが乱れる。従って、第４電極のトーチ角度
は０〜３５°としたつぎに、ワイヤＥＸＴであるが、第
１，第２電極により形成されたスラグにワイヤ先端が接
触しないように大きくする必要がある。即ち、最低４０
mmは必要である。しかし、８０mmを超えるとアークが不
安定となる。従って、第３，第４電極のワイヤＥＸＴは
４０〜８０mmとした。

【００２０】〔第２〜第３電極の間隔の限定理由〕第
３，第４電極は、必要な溶着量を確保するために用いる
のと同時に第１，第２電極で形成された溶接金属を溶融
し、図５（ｂ）に示す如くデンドライトの方向を上むき
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、ビードが出すぎ、デンドライトも
突合せとなり非常に割れ易い組織となる。従って、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。

【００２１】本発明者等は、第１，第２電極で形成され
るプールの長さを検討した結果、プールの長さは最大約
９５mmであった。従って、第２電極と第３電極の距離は
１００mm以上必要である。しかし、この長さが２５０mm
を超えると溶融スラグが完全に凝固して、安定したアー
クを発生することができない。従って、第２電極と第３
電極の距離は１００〜２５０mmに限定した。

【００２２】〔溶接終了時の第１，第２電極のワイヤ引
き上げ理由〕図１に示す溶接終端部のシーリングビード
において、実施工程ではＢ−Ｃ間は最低５０mmは確保さ
れる。４電極溶接の場合、このＢ−Ｃ間で第１，第２電
極のアークを切り、次にＣ−Ｄ間でまず第３電極のアー
クを切り、その後Ｄ近傍で溶接台車を止めて第４電極に
よるクレータ処理を行う。このＣ−Ｄ間では２電極溶接
になるため、４電極溶接と同じビード外観（特にビード
幅）を呈するために溶接速度を低下させる。ここで、Ｂ
−Ｃ間で第１，第２電極のアークを切った時、ワイヤの
先端は多少燃え上がるものの、溶接台車はそのまま通過
するため、Ｃ点でシーリングビードに衝突する。いわゆ
るスティックを引き起こす。この場合、溶接速度３００
cm／min でＢ−Ｃ間を通過するのに最低１秒を要する。
しかしながら、現状では４電極を使用しても２５０cm／
min が最大である。従って、１秒以内にワイヤをチップ
先端まで引き上げればスティックを防止できる。なお、
ワイヤの引き上げはアークを切ると同時にワイヤ送給モ
ーターを逆転するように設計すればよい。

【００２３】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、
バッキングフラックスおよび電極ワイヤを必要とするも
のであるが、これら溶接材料に関しては、目的に応じた
適正な溶接金属を得ることのできるものであればそれら
の組成については特に限定されるものではない。

【００２４】即ち、表側フラックスとしては、Ｓｉ
Ｏ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＭｎＯ，ＭｇＯの金属酸
化物、ＣａＦ₂，ＭｇＦ₂等の金属弗化物、ＣａＣＯ₃
等の金属炭酸塩、Ｓｉ，Ｍｎ等の脱酸剤、Ｎｉ，Ｍｏ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、メル
ト形、ボンド形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。

【００２５】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：０．３〜３．２％、Ｍ
ｏ：０．１５〜０．７５％の一種または二種以上を含有
するワイヤが強度および靭性を確保する上で好ましい。
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、以下実施例について述べる。

【００２６】

【実施例】表１に示す鋼板に対し、表２のワイヤ、表３
のフラックス、表４のバッキングフラックスを用いて、
１２種類の片面サブマージアーク溶接を行なった。表３
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℃×１２０min の条件でロータリーキルンで
焼成したボンドフラックスで仕上がりフラックスの粒度
は１２×１００メッシュで整粒した。また、表４のバッ
キングフラックスは図５（ａ）に示した銅当金併用型の
バッキングフラックスでボンド形フラックスである。
尚、フェノール樹脂は水およびアルコールをそれぞれ溶
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。

【００２７】本発明実施例における溶接結果を表５に示
す。本発明例であるNo．１〜５は本発明効果によりいず
れも良好な溶接結果を得ることができたが、一方、比較
例のNo．６〜１２の場合、溶接結果の欄に記入してある
ように、満足できるビードの形成ができなかったり、あ
るいはスティック、チップの損耗等の不具合が発生し
た。尚、表５において、開先形状は図３に示す形状を用
いた。試験板の板厚は１６mm、ルートフェースは３mm、
開先角度は５０°である。

【００２８】

【表１】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】

【表５】

【００３２】

【表６】

【００３３】

【表７】

【００３４】

【発明の効果】以上説明した本発明の方法により、ステ
ィック現象が防止できることから、４電極以上の高速片
面サブマージアーク溶接に際し、健全な溶接ビードを得
ることができ、その産業上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、溶接部終端のシーリングビ
ード説明するための図である。

【図２】本発明溶接法の実施態様を示す側面図である。

【図３】本発明実施例に用いた開先形状を示す正面図で
ある。

【図４】（ａ），（ｂ）は片面サブマージアーク溶接法
を説明するための正面図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は溶接金属のデンドライトの方
向を説明するための正面図である。

【符号の説明】

１，１′ 被溶接材２銅当金３電極ワイヤ４バッキングフラックス５エアーホース６フラックス７耐火性キャンパス８〜１１電極１２板表面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片面多電極サブマージアーク溶接法にお
いて、４電極を用い、各電極のトーチ角度が前進角をプ
ラスとした時、第１電極−２０〜０°、第２電極０〜１
５°、第３電極−１０〜１０°、第４電極０〜３５°で
あり、かつ、第２〜第３電極の間隔が１００〜２５０m
m、母材−チップ間の距離（以下、ワイヤＥＸＴと称
す）が第１電極２０〜４０mm、第２電極３０〜５０mm、
第３電極および第４電極は４０〜８０mmとし、溶接部終
端では第１，第２電極はアークを止めた直後に、１秒以
内にワイヤをチップ先端まで引き上げることを特徴とす
る多電極片面サブマージアーク溶接法の終端処理方法。