JPH0788651A - 片面サブマージアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に３電極溶接による片面サブマージアーク
溶接の従来の問題点を解消し、高速片面サブマージアー
ク溶接方法において、安定して健全な表ビード及び裏ビ
ードを得ることができる片面サブマージアーク溶接方法
を提供する。 【構成】 ３電極又はそれ以上の電極を使用する片面サ
ブマージアーク溶接において、先行する第１電極のワイ
ヤ径を４．０〜４．８ｍｍ、その後行の第２電極のワイ
ヤ径を４．８〜６．４ｍｍ、その後行の第３電極及び更
にその後行の電極（存在する場合は）のワイヤ径を６．
４〜８．０ｍｍにする。そして、鉄を全重量の６０％以
上含有する粉状又は粒状の充填剤を開先内にその開先内
体積に対して５０〜１００％充填し、１００〜２００ｃ
ｍ／分の高速で溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３本又はそれ以上の電
極を使用し、裏当てにフラックスを使用して行う片面サ
ブマージアーク溶接方法に関し、特に溶接速度が１００
乃至２００ｃｍ／分の高速で行う高能率な片面サブマー
ジアーク溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】両面溶接において、溶接速度が１００ｃ
ｍ／分以上の多電極溶接方法が多数提案されており、施
工実績の報告も多い。通常の両面１層の多電極溶接で
は、溶込み深さも板厚の約半分程度を確保すればよく、
主に溶着量及び表ビードの安定形成のための溶接材料並
びに溶接条件の選定を行うことにより、比較的容易に高
速溶接が可能である。

【０００３】しかし、片面溶接における溶接速度の高速
化は極めて困難である。片面溶接においては、表ビード
の安定形成は勿論のこと、健全な裏ビードを確保する必
要があることと、また、表側から溶接して裏ビードまで
同時に形成する必要があることから、溶込み形状が縦長
（梨形）になり易い。特に、高速溶接になると、冷却速
度が速まり、凝固速度が速くなることから、図２に示す
ように、結晶の成長方向が突合わせ状態になり、縦割れ
が著しく発生し易くなる。

【０００４】また、３本又はそれ以下の電極を用いて溶
接速度の高速化を図ると、溶着量不足がおき表ビードの
安定形成が困難になる。

【０００５】これらの問題点を解決する手段として、電
極数を４本以上にするか、又は各電極の溶接電流を上げ
ることが考えられる（例えば、特開平３−２３８１７
４、３−２６８８７６）。しかし、電極数を増やすに
は、設備の新設が必要であり、更に装置が大型化しやす
い。また、溶接電流を過剰に上げると、安定した表ビー
ド及び裏ビードが得られないという難点がある。特に表
ビードについては、ビード幅のふらつき及びアンダーカ
ットの発生が問題となる。

【０００６】しかしながら、上述の如く、従来の片面溶
接においては、両面溶接の場合と異なり、高速溶接が極
めて困難である。このため、図１に示すような健全な溶
接継手が得られる高速片面サブマージアーク溶接技術の
確立が望まれていた。

【０００７】そこで、開先内に粉状又は粒状の鉄粉を散
布し、更に先行電極の前方にフィラーワイヤを投じ、Ｉ
開先の片面サブマージアーク溶接法が提案されている
（特開平３−２８１０６６）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶接速
度が１００乃至２００ｃｍ／分という高速溶接の片面サ
ブマージアーク溶接においては、フィラーワイヤの溶け
残しが生じやすく、またフィラーワイヤの溶融に実溶接
入熱が奪われ、表ビードの安定形成、更には裏ビードの
安定形成に大きく影響を与える。このため、高速溶接に
おいて健全な溶接金属を得ることはできない。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、特に３電極溶接による片面サブマージアー
ク溶接の従来の問題点を解消し、高速片面サブマージア
ーク溶接方法において、安定して健全な表ビード及び裏
ビードを得ることができる片面サブマージアーク溶接方
法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る片面サブマ
ージアーク溶接方法は、３電極又はそれ以上の電極を使
用する片面サブマージアーク溶接方法において、先行す
る第１電極のワイヤ径を４．０〜４．８ｍｍ、その後行
の第２電極のワイヤ径を４．８〜６．４ｍｍ、その後行
の第３電極及び更にその後行の全ての電極（存在する場
合は）のワイヤ径を６．４〜８．０ｍｍにする。そし
て、鉄を全重量の６０％以上含有する粉状又は粒状の充
填剤を開先内にその体積に対して５０〜１００％充填
し、１００〜２００ｃｍ／分の速度で溶接する。

【００１１】

【作用】本発明者等は、上記の従来技術の問題点を解決
すべく種々実験研究を繰り返した結果、以下の知見を得
た。即ち、３電極又はそれ以上の電極を使用する片面サ
ブマージアーク溶接において、その溶接速度が１００乃
至２００ｃｍ／分と高速の場合、安定且つ健全な表ビー
ド及び裏ビードを得るためには、溶接条件を適切に選定
すると共に、より一層安定したものを得るために溶着量
を確保する必要がある。この溶着量の確保のために、ワ
イヤ及びフラックス以外に、鉄を全重量に対して６０％
以上含有する粉状又は粒状の充填剤を開先に充填するこ
とが必要となる。

【００１２】充填剤は、鉄を全重量の６０％以上含有す
る粉状又は粒状とし、開先内に開先内体積に対して５０
乃至１００％充填する。これにより、高速溶接において
も安定した表ビード及び裏ビード並びに健全な溶け込み
形状が得られる。

【００１３】また、鉄以外の成分として、Ｍｎ、Ｓｉ、
Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ及びその合金からなる群から選択された
少なくとも１種を含有し、且つ、１０メッシュ以下が８
０％以上の粒径の粉状又は粒状物を使用することによ
り、融合不良及び溶接金属中の成分の偏析が発生せず、
健全な継手が得られる。

【００１４】次に、これらの数値限定理由について説明
する。

【００１５】（１）溶着量と充填剤 高速溶接において溶着量を確保するためには、溶接条件
の中の特に電流を高くすることによりある程度達成でき
る。しかし、電流を高くし過ぎると、特に表ビード幅の
安定化が困難となり、健全な溶け込み形状が得られなく
なる。これらのことを考慮して、溶接電流は上げずに溶
着量を確保するために、本発明は開先内に粉状又は粒状
の充填剤を散布する。

【００１６】溶着量を確保する充填剤としては、鉄量が
全重量の６０％未満であると溶着量確保の効果が少な
い。このため、充填剤には６０％以上の鉄が含まれるこ
とが必要である。また、開先内体積の５０％未満の量を
開先内に散布しても、充填剤としての高溶着量確保の効
果が得られない。このため、充填剤は開先内体積の５０
乃至１００％散布することが必要である。

【００１７】（２）充填剤の成分と粒径 不適切な成分の充填剤を開先内に充填することは溶接金
属の化学成分が従来の設計値と異なることになり、溶接
金属の継手性能が著しく低下する虞れがあり、溶接金属
の成分の偏析及び溶け残しの不具合が生じる。

【００１８】そこで、充填剤の鉄以外の成分として、溶
接金属の性能に大きく影響する成分であるＭｎを０．１
乃至３％、Ｓｉを０．１乃至４％、Ａｌを０．００５乃
至１％、Ｔｉを０．００５乃至１％、Ｂを０．００１乃
至０．５％の範囲で添加する。これらの成分は金属又は
合金のいずれで添加してもよい。このように、溶接金属
の成分設計にあった１種又はそれ以上の成分を含有する
ことにより従来の溶接金属と同様の化学成分の溶接金属
が得られ、健全な継手性能を確保できる。

【００１９】更に、粒径が１０メッシュ以上のものを全
重量に対して２０％以上含むと溶接金属に成分偏析及び
融合不良が起こるので、１０メッシュ以下が８０％以上
となるように粒径を調節することにより、成分偏析及び
融合不良を防止する。

【００２０】（３）ワイヤ径 片面サブマージアーク溶接において、健全な溶け込み形
状を得、表及び裏ビードを安定形成するために、第１電
極は、キーホールを形成して第２電極で安定した裏ビー
ドを形成させるために大きな影響を有する。第１電極の
電極径が、４．０ｍｍ未満であると、掘り下げ力が強く
なりすぎ、裏ビード高さが安定せず、更にアークの広が
りが小さいため、裏ビード幅が十分に得られない。

【００２１】また、第１電極の電極径が４．８ｍｍを超
えると、逆に掘り下げ力が弱くなり、安定した裏ビード
の形成が困難になる。このため、第１電極の電極径は
４．０乃至４．８ｍｍである必要がある。

【００２２】第２電極は、裏ビードを形成すると共に、
表ビードの形成にも影響を与えるものであり、電極径が
４．８ｍｍ未満であると、裏ビードの高さが大きくなり
過ぎて安定性が得られず、６．４ｍｍを超えると、逆に
裏ビードの高さが出にくくなることと、表側のビード幅
が広くなりすぎるため、スラグ巻き込みが生じ易くな
る。このため、第２電極の電極径は４．８乃至６．４ｍ
ｍである必要がある。

【００２３】表ビードの形成を担う第３電極は、表ビー
ドの安定した高さ及び幅を確保するためのものである。
第３電極の電極径が６．４ｍｍ未満であると、第２電極
で生成したスラグを充分に溶融できず、スラグ巻き込み
が生じやすくなると共に、表ビード幅の確保が充分に得
られない。

【００２４】また、第３電極の電極径が８．０ｍｍを超
えると、健全な溶込みが得られない。このため、第３電
極の電極径は、６．４乃至８．０ｍｍである必要があ
る。

【００２５】（４）その他 本発明は、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、裏当てフラックス及び電極ワ
イヤが必要である。しかし、これらの溶接材料について
は目的に応じた適正な作業性及び溶接金属が得られるも
のであれば、特に限定されるものではない。

【００２６】

【実施例】次に、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。

【００２７】下記表１に示す鋼板を、下記表２に示すワ
イヤ並びに下記表３及び表４に示す表及び裏フラックス
を使用して、下記表５に示す溶接条件で、片面サブマー
ジアーク溶接した。なお、表５において、電極欄の Lは
第１電極、T₁は第２電極、T₂は第３電極である。

【００２８】また、表３の表フラックスは、原料を水ガ
ラスで造粒した後、焼成したボンドフラックスであり、
表４の裏フラックスは裏当て銅板と鋼板の間に敷く樹脂
コーティングタイプのものである。更に、表３におい
て、その他の成分は、ＣＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｆｅ−Ｓｉ及び
Ｆｅ−Ｍｎ等である。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】

【表６】

【００３５】そして、溶接試験の結果を上記表６に示
す。但し、表６において、○は良好、△はやや良好、×
は不良である。

【００３６】表６に示すように、実施例Ａ〜Ｅは、いず
れも良好なビード及び溶込み形状が得られている。しか
し、比較例Ｆは、第３電極の電極径が細いため、アーク
の広がりが狭くなり、このため、表ビード幅が狭く、更
にはアンダーカットが発生した。また、アークの集中性
がよいため、裏ビードを溶融させ、裏ビードの形状も不
安定となった。比較例Ｇは、第１電極の電極径が細いた
め、裏ビード幅が安定せず、また、第１及び２電極の溶
着量が少なく、第３電極によって裏ビードを再溶融して
しまい、高さも不安定になった。比較例Ｈは、開先内に
散布する充填剤の量が開先内体積の３０％であるため、
裏ビードは比較的安定していたものの、表ビードについ
ては、溶着量不足からくるアンダーカットが発生し、ま
た表ビード高さが得られず、良好な表ビードは得られな
かった。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る片面
サブマージアーク溶接方法によれば、１００乃至２００
ｃｍ／分という高速で溶接する場合に、十分な溶着量が
得られ、表ビード及び裏ビードを安定して形成すること
ができ、健全な溶融金属を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】健全な溶接継手を示す模式図である。

【図２】縦割れが発生しやすい溶接継手を示す模式図で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先行する第１電極、その後行の第２電極
   及びその後行の第３電極を使用する片面サブマージアー
   ク溶接方法において、前記第１電極のワイヤ径は４．０
   乃至４．８ｍｍ、前記第２電極のワイヤ径は４．８乃至
   ６．４ｍｍ、前記第３電極のワイヤ径は６．４乃至８．
   ０ｍｍであり、鉄を全重量の６０％以上含有する粉状又
   は粒状の充填剤を開先内にその体積に対して５０乃至１
   ００％充填し、１００乃至２００ｃｍ／分の速度で溶接
   することを特徴とする片面サブマージアーク溶接方法。
2. 【請求項２】 先行する第１電極、その後行の第２電極
   及びその後行の第３電極と、更にその後行の１又は２以
   上の電極を使用する片面サブマージアーク溶接方法にお
   いて、前記第１電極のワイヤ径は４．０乃至４．８ｍ
   ｍ、前記第２電極のワイヤ径は４．８乃至６．４ｍｍ、
   前記第３電極及びその後行の全ての電極のワイヤ径は
   ６．４乃至８．０ｍｍであり、鉄を全重量の６０％以上
   含有する粉状又は粒状の充填剤を開先内にその体積に対
   して５０乃至１００％充填し、１００乃至２００ｃｍ／
   分の速度で溶接することを特徴とする片面サブマージア
   ーク溶接方法。
3. 【請求項３】 前記充填剤は、鉄以外の成分として、Ｍ
   ｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＢ並びにそれらの合金からな
   る群から選択された少なくとも１種を含有し、１０メッ
   シュ以下の粒径のものを８０％以上含有することを特徴
   とする請求項１又は２に記載の片面サブマージアーク溶
   接方法。