JPH06190585A - サブマージアーク溶接用シームレスパイプワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極厚のＳＭ４００、ＳＭ４９０、ＳＭ５２０
鋼の１層サブマージアーク溶接方法において、溶接作業
性が良好で、溶接割れがない溶接部を得ることのできる
サブマージアーク溶接用中空シームレスパイプワイヤを
提供する。 【構成】 中空シームレスワイヤであって、ワイヤ外径
Ｄが６〜１０ｍｍφで、内径ｄが（１／３〜２〜３）×
Ｄｍｍであることを特徴とするサブマージアーク溶接用
中空シームレスパイプワイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＪＩＳ Ｇ３１０６に規
定のＳＭ４００、ＳＭ４９０およびＳＭ５２０鋼の鉄骨
ボックス柱の角継手あるいは板継ぎなどに用いるサブマ
ージアーク溶接用ワイヤに関し、さらに詳しくは厚板の
大入熱溶接において安定したビード形状を得ることがで
きるサブマージアーク溶接用シームレスパイプワイヤに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、建築物の高層化あるいは鋼構造物
の大型化などにより被溶接鋼材の板厚が厚くなる傾向が
著しく、板厚５０〜１００ｍｍの厚板の溶接が各所で行
われている。このような厚板の溶接では高能率溶接が必
要となり、その溶接方法として、溶接電流を高くするこ
とが可能で高溶着量が得られ、かつアークがフラックス
中で発生して不可視アークであり、大電流高能率溶接に
適していることからサブマージアーク溶接が広く用いら
れている。

【０００３】特に、ＳＭ４９０およびＳＭ５２０の鉄骨
ボックス柱の角継手のサブマージアーク溶接では、板厚
７０ｍｍ程度まで１層で仕上げている。この場合のサブ
マージアーク溶接では、鉄粉を３０％程度含有したボン
ドフラッスと４．８ｍｍφおよび／または６．４ｍｍφ
の中実ワイヤを用い、２電極もしくは３電極で８０ｋＪ
／ｍｍ程度までの大入熱で溶接を行っている。

【０００４】２電極１層溶接では、第１極のワイヤは開
先ルート部を完全に溶融し、かつ裏当て板まで溶込ま
せ、第２極のワイヤは溶接金属の凝固方向を上向きとし
てビード中央の高温割れを防止し、かつ表面のビード形
状を整えることにより良好な溶接金属を得るものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】１層溶接においては、
板厚が厚くなるにしたがって、被溶接鋼材からの溶接金
属の冷却度合いが大きくなるため溶接金属が突き合わせ
凝固となり易く、ビード中央の最終凝固部に高温割れが
発生し易くなる。本発明者等はこの高温割れを防止する
ため、溶接条件の点よりを種々検討した結果、被溶接鋼
材表面での溶接ビード幅（以後ビード幅という）と被溶
接鋼材表面から裏当て板までの溶込み深さ（以後溶込み
深さという）の比（以後ビード形状係数という）を０．
８０以上とする必要があることを見出した。

【０００６】鉄骨ボックス柱の溶接では、溶込み深さは
被溶接鋼材の開先ルート部を溶かし、かつ裏当て板への
溶込みは５±２ｍｍ程度と限定されるため、ビード形状
係数を大きくするためにはビード幅を大きくすることが
必要となる。一般的にサブマージアーク溶接では、ビー
ド幅を大きくするためには溶接電圧を増加し、溶接速度
を小さくする方法を適宜採用する。

【０００７】鉄骨ボックス柱の２電極１層のサブマージ
アーク溶接では、たとえば板厚が６０ｍｍの場合、通常
使用されている角度３５°、ルートフェイス２ｍｍの開
先形状で６．４ｍｍφの中実ワイヤと鉄粉を３０％程度
含有したボンドフラッスを用い、ルート部の安定した溶
込みを得る下限の溶接速度である２００ｍｍ／ｍｉｎ程
度を採用した場合、必要溶着量から溶接電流は、第１極
は電流２３００Ａ程度、第２極は電流１８００Ａ程度と
なる。

【０００８】この場合、溶接電圧は溶込み確保の点から
第１極は３６〜４０Ｖ程度と限定されるため、ビード幅
を大きくするためには第２極の電圧を大きくすることが
必要となる。通常、板厚５０ｍｍまでの溶接では５０Ｖ
程度を用いるが、板厚６０ｍｍでは、第２極では使用電
流が大きいためこの電圧を用いてもビードの広がりが小
さく、部分的に開先を溶け残す場合が生じる。また、現
状の溶接機では制御できる上限電圧は５５Ｖ程度である
が、５０Ｖを超える電圧を使用するとかえってビードの
揃いが不安定になり、さらに鉄粉の未溶融物がビード表
面に生じるようになり、満足な溶接金属が得られない。

【０００９】このような経緯から本発明者らは、従来の
溶接条件に加え、ワイヤの形状を検討し、ここに板厚６
０ｍｍ程度以上でもビードが安定して広がり、それによ
り高温割れの発生もなく、かつ良好な溶接作業性が得ら
れるワイヤを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の要旨
は、中空シームレスワイヤであって、ワイヤ外径Ｄが６
〜１０ｍｍφで、内径ｄが（１／３〜２／３）×Ｄｍｍ
であることを特徴とするサブマージアーク溶接用シーム
レスパイプワイヤにある。

【００１１】

【作用】以下に本発明を作用とともに詳細に説明する。
まず、本発明のワイヤは、中空ワイヤに限定するもので
ある。２電極溶接で第２極に中空ワイヤと中実ワイヤを
用いた場合のマクロ断面の溶込みの模式図を図１（ａ）
および図１（ｂ）に示すが、通常使用されている中実ワ
イヤを用いた場合の図１（ｂ）に比し、中空ワイヤを用
いた場合の図１（ａ）はビード幅が広くなる。

【００１２】その理由は定かではないが、中実ワイヤに
比べ中空ワイヤでは溶接時のアークの発生点が部分的で
あり、かつ高速で変動していると考えられる。このため
アークが１箇所に集中することなくビードが広がると考
えられる。また、本発明の中空ワイヤは内径ｄが（１／
３〜２／３）×Ｄｍｍであることが必要である。

【００１３】すなわち、内径ｄが（１／３）×Ｄｍｍ未
満であると、中空ワイヤとはいえ、中実ワイヤとの差が
なくなり、ビード幅を広げる効果が十分得られない。一
方、内径ｄが（２／３）×Ｄｍｍを超えると肉厚が小さ
くなるため高電流で使用した場合、電流密度が過大とな
り電圧制御が不安定になり良好なビードが得られなくな
る。

【００１４】また、本発明のワイヤは外径Ｄが６〜１０
ｍｍφであることが必要である。すなわち、高電流で使
用するためアークを広げ、ビード幅を広くするためには
ワイヤ径が６ｍｍφ以上であることが必要であり、それ
未満ではその効果が十分得られない。一方、ワイヤの外
径Ｄが１０ｍｍφを超えると現状の溶接機ではワイヤ矯
正が十分行えず、かえってセンターずれの原因となり使
用性が劣るので、１０ｍｍφまでとした。

【００１５】また、本発明の中空ワイヤはシームレスパ
イプワイヤであることが必要である。ここでいうシーム
レスパイプワイヤは図２（ａ）に示す如くであり、図２
（ｂ）に一例を示す折込ワイヤとは区別される。すなわ
ち、帯鋼から成形した折込ワイヤではワイヤ断面が非対
象となり、溶接時にワイヤ自体がねじれ易く、高電流で
溶接する場合には高速でワイヤを送給するため開先中心
とのセンターずれが生じ易いという問題が生じ、使用性
が劣る。

【００１６】これに対し本発明の中空ワイヤは断面がほ
ぼ同心円に近く、すべての方向に対象なシームレスパイ
プワイヤであり、柔軟性があり、扱い易く、ねじれの発
生し難いワイヤを得ることができる。

【００１７】

【実施例】以下実施例により、本発明の効果をさらに具
体的に示す。表１に示すＷ１〜Ｗ１２の１２種類のワイ
ヤを作製した。化学成分は表２に示す通りである。表１
のうちＷ１〜Ｗ５は本発明例のワイヤ、Ｗ６〜Ｗ１２は
本発明の効果を明確にするための比較例のワイヤであ
る。

【００１８】このワイヤを市販の鉄粉を３０％含有する
１５％ＳｉＯ₂ −１７％ＭｇＯ−１２％Ａｌ₂ Ｏ₃ −１
０％ＴｉＯ₂ 系のボンドフラックスと組み合わせて板厚
６０ｍｍの１層溶接試験を行った。鋼板はＪＩＳ Ｇ３
１０６のＳＭ４９０Ｂ該当品で、図３に示す開先条件で
長さは１５００ｍｍの試験体に組み上げて溶接に供し
た。

【００１９】溶接条件は表３に示す通りで、１極目は市
販の６．４ｍｍφの中実ワイヤで本発明のワイヤおよび
比較のためのワイヤは２極目に用いた。この場合第１極
目の溶接条件は一定とし、第２極目の電流はワイヤ径に
応じて調整した。尚、図３において、θ＝３２°、Ｒ＝
３ｍｍ、ｔ１＝６０ｍｍ、ｔ２＝２５ｍｍである。

【００２０】溶接終了後、溶接作業性を評価し、超音波
探傷試験により溶接部の割れの有無について調査し、さ
らに各溶接体より溶接長ほぼ中央からマクロ試験片を１
個採取し、ビード幅、母材表面から裏当て鋼板までの溶
け込み深さを測定した。各種試験結果を表４に示した。
表４のＮｏ．１〜Ｎｏ．５は本発明の実施例、Ｎｏ．６
〜Ｎｏ．１２は比較例である。

【００２１】これらの結果、本発明のＮｏ１〜Ｎｏ５は
いずれもビード外観が良好で割れもなく、良好であっ
た。比較例のうちＮｏ．６は中空ワイヤの内径ｄが過小
で溶接ビード幅の変動が大きく、不安定で不良となっ
た。比較例のＮｏ．７は中空ワイヤの外径Ｄが過小で溶
接ビード幅が狭く、割れが発生し不良となった。

【００２２】比較例のＮｏ．８は中空ワイヤの内径ｄが
過大で溶接ビード幅の変動が大きく、不安定で不良とな
った。比較例のＮｏ．９は中空ワイヤの外径Ｄが過大で
ビード幅の変動が大きく、不安定で不良となった。比較
例のＮｏ．１０は中空ワイヤであるが折込ワイヤのため
溶接中ワイヤの矯正が不良となり、ワイヤの狙い位置が
ずれ、ビードが蛇行し、ビード外観が不良となった。マ
クロ試験は中止した。

【００２３】比較例のＮｏ．１１およびＮｏ．１２は中
実ワイヤであるため溶接ビード幅が狭く、割れが発生し
て不良となった。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】

【発明の効果】以上説明したごとく本発明のワイヤを用
いれば、実施例にも示した通り極厚のＳＭ４００、ＳＭ
４９０、ＳＭ５２０鋼の１層サブマージアーク溶接方法
において、溶接作業性が良好で、溶接割れがない溶接部
が得られ、工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）：２電極溶接で第２極に中空ワイヤを用
いた場合のマクロ断面の模式図である。 （ｂ）：２電極溶接で第２極に中実ワイヤを用いた場合
のマクロ断面の模式図である。

【図２】（ａ）：シームレスパイプワイヤの断面模式図
である。 （ｂ）：折込パイプワイヤの断面模式図である。

【図３】本発明の実施例で用いた溶接試験板の開先形状
を示す断面図である。

【符号の説明】

１、１′：被溶接鋼材 ２：裏当て鋼材 ３：溶接金属 ４：ワイヤ鋼部 ５：ワイヤ中空部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空シームレスワイヤであって、ワイヤ
   外径Ｄが６〜１０ｍｍφで、内径ｄが（１／３〜２／
   ３）×Ｄｍｍであることを特徴とするサブマージアーク
   溶接用シームレスパイプワイヤ。