JPH0532155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は板厚が60mm以上の超厚板の多層溶接、
特にボツクス柱角継手部の高能率施工が可能な潜
弧溶接方法に関する。 （従来の技術及び解決しようとする課題） 一般に、板厚が60mm以上のボツクス柱角継手部
は、従来より、多層溶接が採用されており、第１
図に示すように、10〜20mm程度のギヤツプｇを取
り、下盛をCO₂ガスシールドアーク溶接により、
また上盛を潜弧溶接により施工されている。しか
し、このような施工法では、開先断面積が大き
く、且つ潜弧溶接に比べてCO₂ガスシールドアー
ク溶接は非能率的であるため、生産性の向上はで
きないという欠点があつた。 一方、開先断面積を小さくした上で、初層から
大入熱の潜弧溶接を用いて多層溶接すれば高能率
施工とはなるが、特に初層の溶接部に欠陥が発生
し易く、これを解決する方策が見い出されていな
い。 本発明は、超厚板多層溶接に関する上記従来技
術の問題点を解決するためになされたものであつ
て、特に初層部を溶接欠陥がなく高能率で潜弧溶
接できる溶接方法を提供することを目的とするも
のである。 （課題を解決するための手段） 前述の如く、超厚板の初層から大入熱潜弧溶接
を行う場合には、特に初層の溶接部に欠陥が発生
し易いという問題がある。すなわち、初層溶接部
は開先面でビード幅を制限されるため、溶込みが
深くビード幅が狭くなる形状となり、いわゆる梨
型ビード形状による高温割れが発生し易い。ま
た、初層部は開先幅も狭いため、アンダーカツト
が発生し易くなり、スラグ剥離性も急激に劣化す
る。 そこで、初層の潜弧溶接条件及び開先形状等に
ついて鋭意研究を重ねた結果、開先角度40〜55°
のＹ型開先継手を採用し、ワイヤ傾斜角度、ワイ
ヤ突出し長さ、電流電圧、溶接速度等の条件を規
制することにより、経済的（開先断面積が小さ
い）で高能率な施工が可能であることを見い出
し、ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明は、ルートフエースｌ：１〜
８mm、開先角度θ：40〜55°のＹ型開先継手を、
直径5.3〜8.0mmφのワイヤ状の先行電極Ｌ及び後
行電極Ｔを使用して潜弧溶接する超厚板の多層溶
接において、その初層部を 極間距離ｄ＝40〜80mm ワイヤ傾斜角度α（Ｌ）＝−15°〜＋5° 〃 α（Ｔ）＝0°〜＋20° ワイヤ突出し長さｈ（Ｌ）＝40〜120mm 〃 ｈ（Ｔ）＝50〜120mm （Ｌ）極の電流：1000〜2000A （Ｔ）極の 〃：800〜1800A （Ｌ）極−（Ｔ）極の電流差：100〜600A （Ｌ）極／（Ｔ）極の電圧比：0.75〜1.00 溶接速度：15〜45cm／min の条件で潜弧溶接することを特徴とするものであ
る。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） 本発明においては、ワイヤ状の先行電極と後行
電極の２電極を使用してＹ型の開先継手を潜弧溶
接する多層溶接を前提とするものである。 この場合、Ｙ型開先継手は、第２図に示すよう
に、ルートフエイスｌが１〜８mm、開先角度θが
40〜55°とする必要がある。 ルートフエイスｌが１mmよりも少ないと溶込み
が細く深過ぎて溶け落ち、高温割れが発生し易く
なり、一方、ｌが８mmよりも多いと割込み不足が
発生し易い。 また、開先角度θが40°よりも小さいとスラグ
剥離性や耐高温割れ性が劣化し、一方、θが55°
よりも大きいと開先面積が広過ぎて溶接能率が悪
く、非経済的である。 更に、使用する先行電極と後行電極は直径5.3
〜8.0mmφのワイヤ状のものとする必要がある。
ワイヤ径が5.3mmよりも細いと溶込みが過剰にな
り、ビード底部のビード幅が狭くなるため、高温
割れ、融合不良、スラグ巻込み等の欠陥が発生し
易くなる。またワイヤ送給速度が早くなり、送給
に無理が生じる。一方、ワイヤ径が8.0mmよりも
太いとワイヤが硬くなり、取り扱いが不便である
と共に、ワイヤの矯正も困難となつて所定位置に
ワイヤを位置させ難く、ズレが発生し易くなる。 次に、初層の潜弧溶接の条件について説明す
る。 極間距離ｄ 先行電極Ｌと後行電極Ｔとの極間距離ｄ（第３
図参照）は40〜80mmとする。これにより、先行電
極により形成された溶融金属のプールが半凝固状
態のときに後行電極により溶融金属のプールが形
成されるので、いわゆるセミワンプール状態で溶
融金属が形成され、高温割れが防止される。 しかし、極間距離ｄが40mm未満の場合には、ワ
ンプール溶接の状態となり、１電極により溶接す
る場合と同様の状態となつて高温割れが発生す
る。一方、極間距離ｄが80mmを超えると、いわゆ
るツープールで溶接が進行する状態、つまり先行
電極によるプールが完全に凝固した後に後行電極
が通過することになり、先行電極の溶接金属に発
生した高温割れが後行電極の通過後にも消失せず
に残存する。 ワイヤ傾斜角度α 電極を傾斜する場合、第３図に示すように、溶
接方向に対して直角な方向のときを0°とし、後方
に倒すときを（＋）とし、前側に倒すときを
（−）とすると、先行電極Ｌのワイヤ傾斜角度α
（Ｌ）は−15°〜＋5°とし、後行電極Ｔのワイヤ傾
斜角度α（Ｔ）は0°〜＋20°とする。 しかし、先行電極Ｌのワイヤ傾斜角度α（Ｌ）
を（−）側に強くするほど溶込みが深くなり、ビ
ード幅が狭くなるが、α（Ｌ）が−15°より小さい
と、つまり−15°より前方に強く傾斜すると溶込
みが過剰になると共にビード底部のビード幅が狭
くなり、ビード形状が凸になり、高温割れが発生
し易くなる。一方、ワイヤ傾斜角度α（Ｌ）が＋
5°より大きい場合は、溶融金属が前方に流れると
共にスラグが先行し易くなり、溶込みの不安定、
融合不良が発生する。 また、後行電極Ｔのワイヤ傾斜角度α（Ｔ）が
0°より小さいと、ビード幅が狭くなり、ビード形
状が凸になる。一方、ワイヤ傾斜角度α（Ｔ）が
＋20°を超えると、後行電極Ｔの溶込みが浅くな
り、先行電極Ｌの溶接金属に高温割れが発生し易
くなり、またビード幅が広くなり、アンダーカツ
トが発生するため、スラグ剥離性が劣化する。 ワイヤ突出し長さｈ ワイヤ突出し長さは、電極の通電部から開先底
部までの距離ｈ（第３図参照）であるが、一般的
に突出し長さが長い方がジユール熱が多く発生
し、ワイヤ溶融速度が速いため、溶接能率が向上
するが、溶接欠陥の防止などの観点を考慮して適
正に決める必要があり、本発明の場合、先行電極
Ｌのワイヤ突出し長さｈ（Ｌ）は40〜120mmとし、
後行電極Ｔのワイヤ突出し長さｈ（Ｔ）は50〜120
mmとする。 先行電極Ｌのワイヤ突出し長さｈ（Ｌ）が40mm
未満であると、ビード底部のビード幅が狭くなる
ので高温割れが発生し易くなる。また、ワイヤの
溶融速度が遅くなり、非能率的である。更には、
生成した溶融スラグを引きづり易くなり、ビード
外観が劣化する。一方、突出し長さｈ（Ｌ）が120
mmを超えると、溶け込み不足が発生し易い。 また、後行電極Ｔのワイヤ突出し長さｈ（Ｔ）
が50mm未満であると、ワイヤ溶融速度が遅くなる
ので非能率的であると共に生成した溶融スラグを
引きづり易くなり、ビード外観が劣化する。また
（Ｔ）極の溶込みが深くなり、後行電極によるビ
ードに高温割れが発生し易くなる。一方、突出し
長さｈ（Ｔ）が120mmを超えると、ビード幅が狭く
なつてオーバーラツプが生じ、ビード外観が劣化
する。また、後先電極の溶込みが不足するため、
先行電極によるビードに高温割れが発生し易くな
る。 電極電流 各電極の電流は高電流とし、先行電極Ｌの電流
は1000〜2000A、後行電極Ｔの電流は800〜
1800Aとする。しかし、先行電極Ｌの電流が
1000A未満では溶込みが不足し、また2000Aを超
えると溶け落ちが生じたり、ビード形状が劣化す
ると共に、高温割れが発生する。一方、後行電極
Ｔの電流が800A未満であるとビードの広がりが
不足し、オーバラツプ及びスラグ巻込みが発生
し、また1800Aを超えると、溶け落ちが生じた
り、ビード形状が劣化すると共に、高温割れが発
生する。 先行電極と後行電極の電流差 高温割れを防止すると共にビード形状を適切な
ものにするために、先行電極Ｌと後行電極Ｔとの
電流差、すなわち、（先行電極電流）−（後行電極
電流）の値（Ｌ−Ｔ）を100〜600Aの範囲とす
る。この差（Ｌ−Ｔ）が100Aよりも小さいと後
行電極によるビードに高温割れが発生し、一方、
600Aよりも大きいと先行電極によるビードに高
温割れが発生する。 先行電極と後行電極の電圧差 一般的に電圧が低い方がビードが深く形成され
易く、電圧が高い方が溶接ビードの広がりが良く
なるが、溶接欠陥の発生防止を考慮して、先行電
極と後行電極の電圧差、すなわち、（先行電極電
圧）／（後行電極電圧）の比を0.75〜1.00の範囲
とする。この比の値が0.75未満ではアンダーカツ
トが発生し易く、スラグ剥離性が劣化し、また
1.00を超えるとオヘバーラツプ及びスラグ巻込み
が発生する。 溶接速度 溶接速度が15cm／min未満では速度が遅過ぎて
スラグが先行し、溶込みが不安定となり、またル
ート面が残り、融合不良が発生する。一方、45
cm／minを超えると高温割れが発生し易くなる。 その他 その他の条件は特に制限されないが、以下の点
を考慮することができる。 まず、先行電極には直流電圧を印加することが
好ましい。これは溶込みを安定化させるためであ
る。 また、先行電極及び後行電極の双方に３相交流
電源を接続する場合には、先行電極と後行電極の
結線方法を逆Ｖ結線にすることが好ましい。これ
はビード外観及びビード幅を良好にすると共に、
溶込みを安定化させるためである。 更に、アース位置はクレーター側アースとする
のが好ましい。これもビード外観及び溶込み等の
安定化のためである。 フラツクスとしては、特に制限されるものでは
ないが、以下に示す成分を含有する組成（wt％）
のフラツクスを使用するのが好ましい。 （フラツクス組成） SiO₂：10〜25％、Al₂O₃：４〜20％、MgO：
10〜25％、CaCO₃：４〜12％、MgO／SiO₂比：
0.9〜1.5。 なお、これらの成分の限定理由を示すならば以
下のとおりである。 SiO₂： SiO₂は酸性成分であり、スラグの粘性を調整
するのに必須の成分であるが、10％未満ではスラ
グの粘性が不十分となり、ビード幅が不安定又は
不均一となる。一方、25％を超えるとスラグの粘
性が過剰になり、ビードの広がりが不十分になり
易い。また、塩基度が低くなり、大入熱溶接での
靱性が劣化し易い。 Al₂O₃ Al₂O₃は中性成分であり、溶接金属の靱性を損
なうことなくスラグの粘性及び凝固温度を調整す
るのに有効な成分であるが、４％未満ではスラグ
の粘性及び凝固温度が低くなり、ビード幅が不均
一になる。一方、20％を超えるとスラグの凝固温
度が高温になり過ぎるため、ビードの広がりが不
十分になり易い。 MgO MgOは塩基性成分であり、溶接金属の靱性を
確保しつつスラグの粘性を調整するのに有効な成
分であるが、10％未満ではスラグの粘性が不十分
であり、ビード幅が不均一になり易い。また、塩
基度が低くなるため、大入熱溶接での靱性が劣化
し易い。一方、25％を超えるとスラグの粘性が高
くなり過ぎ、ポツクマーク等のガス欠陥が発生し
易い。また、スラグの剥離性が劣化し、ビード表
面にスラグが焼付き易くなる。 CaCO₃ CaCO₃は溶接中にCaOとCO₂とに分解され、
CO₂ガスによつて溶接部を外気からシールドする
と共に、不純物ガス（H₂又はN₂等）の分圧を低
下させ、溶接金属中への侵入を防止するのに有効
な成分である。しかし、４％未満ではCO₂ガスに
よるシールド効果が不十分であり、溶接金属中の
水素及び窒素量が増大し、低温割れ及び靱性の低
下が生じ易い。一方、12％を超えるとCO₂ガスの
発生量が過剰になり、ガスが均一に抜けずに溶接
中の吹上げ現象が極めて多くなり、ビード外観が
劣化し易い。 MgO／SiO₂比 MgO／SiO₂比は、塩基度を適切にすると共に、
溶接作業性を確保するために0.9〜1.5にするのが
好ましい。この比の値が0.9未満では塩基度が低
過ぎるため、大入熱溶接における靱性が低下す
る。また、ビード表面にアンダーカツトが発生し
易い。一方、1.5を超えるとポツクマーク及びス
ラグの焼付きが増加する。 その他の成分に関しては、約20〜40％の鉄粉を
フラツクス中に添加することができる。これによ
り、溶着速度を増加させ、溶接入熱を低下させる
ことができる。鉄粉添加量が20％未満ではこの効
果が少なく、また40％を超えるとスラグの巻き込
みが発生し易くなる。 また、溶接金属中の［Ti］含有量が0.005〜
0.030％になるように、フラツクス中にFe−Ti合
金及び／又はTiO₂等のTi源を添加するか、或い
は電極ワイヤ中に適量のTiを添加することがで
きる。この場合、フラツクス及び電極ワイヤの双
方にTi源を添加してもよい。 更に、溶接金属中の［Ｂ］含有量が0.0015〜
0.0050％になるように、フラツクス中にFe−Ｂ合
金及び／又はB₂O₃を添加することができる。こ
のＢ源は電極ワイヤから添加してもよいし、フラ
ツクス及びワイヤの双方から添加してもよい。 このように、溶接金属中に適量のTi及びＢを
添加すると、大入熱溶接における靱性を確保する
ことができる。しかし、Ti及びＢの含有量がそ
れぞれ0.005％未満及び0.0015％未満の場合には
靱性向上の効果が少ない。また、Ti含有量が
0.030％を超えると、逆に靱性が低下してしまう。
また、Ｂ含有量が0.0050％を超えると高温割れが
発生し易い。 次に、本発明の実施例を示す。 （実施例） 供試鋼板として、80mmt×1000mmt寸法の
SM50Bを用いて、第５図に示す形状で第３図及
び第４表に示す寸法のＹ型開先継手を準備した。 供試ワイヤとしてJIS Ｚ 3351 YS−S6相当
で第１表に示すワイヤ径及び化学成分のワイヤを
使用し、フラツクスとしてJIS Ｚ 3352 FS−
BT1相当（公称サイズ：10×48メツシユ）で第
２表に示す化学成分のフラツクスを使用して、第
３表及び第４表に示す溶接条件で初層を潜弧溶接
した。 引続き、２層以降を第４図に示す積層法にて潜
弧溶接により多層盛した。 初層部に関し、全線超音波探傷により検査し、
また５断面のマクロ試験片により内部欠陥を調査
すると共に、ビード外観を目視観察した。それら
の結果を第３表及び第４表に併記する。 第３表及び第４表より明らかなように、本発明
例No.１〜No.５はいずれも、内部欠陥がなく、溶接
作業性及びビード外観が良好である。 一方、比較例No.６〜No.16は、少なくとも内部欠
陥があるか或いは溶接作業性又はビード外観が良
くない。 すなわち、比較例No.６は、開先角度θが小さい
例であるが、高温割れが発生し、またアンダーカ
ツトが発生し、スラグ剥離性が劣つている。 比較例No.７は、極間距離ｄが短く、先行電極と
後行電極の電流差がない例であるが、高温割れが
発生した。 比較例No.８は、開先角度θが大きく、先行電極
と後行電極の電圧差が大きい例であるが、一部に
スラグ巻込みが発生し、またオーバーラツプが発
生し、スラグ剥離性が劣つている。 比較例No.９は、ルートフエイスｌが大きく、先
行電極のワイヤ径が大きく、後行電極の傾斜角度
α（Ｔ）を大きくした例であるが、全線に溶込み
不足が発生し、またアンダーカツトが発生したた
め、スラグ剥離性が劣つている。 比較例No.10は、先行電極と後行電極の電流差が
大きく且つ電圧比が小さい例であるが、全線に高
温割れが発生し、またアンダーカツトが発生した
ため、スラグ剥離性が劣つている。 比較例No.11は、ルートフエイスｌがなく、極間
距離が大きく且つ先行電極のワイヤ径が小さい場
合の例であるが、全線に高温割れが発生した。 比較例No.12は、先行電極と後行電極のワイヤ突
出し長さが共に長い例であるが、一部にスラグ巻
込み、溶込み不足、オーバーラツプが発生した。 比較例No.13は、後行電極のワイヤ傾斜角度α
（Ｔ）が小さい例であるが、一部にスラグ巻込み、
オーバーラツプが発生した。 比較例No.14は、先行電極のワイヤ傾斜角度α
（Ｌ）が小さく、先行電極及び後行電極の各電流
が高く溶接速度も大きい例であるが、全線に高温
割れが発生し、またビード形状が凹凸状であり、
ビード外観、スラグ剥離性が劣つている。 比較例No.15は、先行電極のワイヤ傾斜角度α
（Ｌ）が大きく、溶接速度が小さい例であるが、
溶込み不足が発生した。 比較例No.16は、先行電極と後行電極のワイヤ突
出し長さが共に短かく、先行電極の電流が小さい
例であるが、溶込み不足と共に融合不良が一部発
生し、またビードが蛇行し、外観が劣つている。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、板厚が
60mm以上の超厚板を潜弧溶接で多層溶接するに際
し、Ｙ型開先形状寸法を規定すると共に、初層部
の潜弧溶接を特定の溶接条件で行うことにより、
初層部に溶接欠陥の発生がなく、良好な作業性で
施工できるため、特に超厚板のボツクス柱角継手
部の高能率施工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多層溶接の要領を示す説明図、
第２図はＹ型開先継手の形状を示す断面図、第３
図は先行電極と後行電極の極間距離ｄ、ワイヤ傾
斜角度α、ワイヤ突出し長さｈを説明する図、第
４図は２層以降の積層法を示す説明図、第５図は
本発明の実施例に用いたＹ型開先継手の形状寸法
を示す断面図である。 １……超厚板（母材）、２……裏当て、Ｌ……
先行電極、Ｔ……後行電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ルートフエースｌ：１〜８mm、開先角度θ：
   40〜55°のＹ型開先継手を、直径5.3〜8.0mmφのワ
   イヤ状の先行電極Ｌ及び後行電極Ｔを使用して潜
   弧溶接する超厚板の多層溶接において、その初層
   部を 極間距離ｄ＝40〜80mm ワイヤ傾斜角度α（Ｌ）＝−15°〜＋5° 〃 α（Ｔ）＝0°〜＋20° ワイヤ突出し長さｈ（Ｌ）＝40〜120mm 〃 ｈ（Ｔ）＝50〜120mm （Ｌ）極の電流：1000〜2000A （Ｔ）極の 〃：800〜1800A （Ｌ）極−（Ｔ）極の電流差：100〜600A （Ｌ）極／（Ｔ）極の電圧比：0.75〜1.00 溶接速度：15〜45cm／min の条件で潜弧溶接することを特徴とする超厚板多
   層溶接における初層の潜弧溶接方法。