JPH0790367B2

JPH0790367B2 - 高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH0790367B2
Application number: JP1100134A
Authority: JP
Inventors: 友幸鈴木; 成美真木; 晴敏窪田; 忠雄斎藤; 信之奥井
Original assignee: IHI Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: IHI Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH02280968A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は溶接構造物における水平すみ肉ガスシールドア
ーク溶接法に関し、特に高速溶接が可能でかつ溶接作業
性に優れた２電極高速すみ肉ガスシールドアーク溶接法
に関するものである。

従来の技術近年各種溶接構造物の建造において、ガスシールドアー
ク溶接法が溶接能率の向上が図れることから各分野で急
速にその適用が増大している。中でも全溶接長に占める
水平すみ肉溶接の比率が極めて高い造船や橋梁等の分野
では、水平すみ肉溶接の高速化が、溶接のトータルコス
ト低減の観点から、現在の最大の課題となっている。

水平すみ肉溶接は現在その簡便性から１電極による施工
が最も一般的であるが、１電極法で水平すみ肉溶接の高
速化を図ろうとすると、溶接ビード外観・形状が著しく
劣化したり（アンダーカット、凸ビード）、ショッププ
ライマー塗装鋼板の場合はピットやブローホールが多発
するという問題があり現状では最大70〜80cm/minの溶接
速度が限界である。

従って1m/min以上の溶接速度を達成するためには必然的
に電極数を増やした多電極溶接法を採用することが必要
となる。多電極による高速溶接については従来より盛ん
に研究されており、サブマージアーク溶接においては例
えば特開昭60−240382号、特開昭63−16870号など
多くの提案がなされているが、これらサブマージアーク
溶接の場合はフラックスの散布、回収が必要で溶接装置
が大型化せざるを得ないこと、溶接入熱が大きいため歪
みが発生し易く特に水平すみ肉溶接においては溶接条件
が限定されるなどの問題がある。

一方ガスシールドアーク溶接においては例えば特開昭
56−66376号、特開昭63−154267号などが提案されて
いる。前者は複数のフラックス入りワイヤを用いて極間
を200〜500mmとした交流MIG溶接法であり、後者は複数
本のメタルコアードワイヤを用いてCO₂又はAr−CO₂雰囲
気で高速溶接するものであるが、それぞれ溶接能率およ
びビード外観・形状の点で問題が残っている。

発明が解決しようとする課題本発明はこのような事情に着目してなされたものであっ
て、溶接速度1m/min以上の高速水平すみ肉溶接におい
て、従来技術の欠点を解消し、ビード形状やアーク安定
性などの溶接作業性が良好でかつピット・ブローホール
等の溶接欠陥の少ない高速水平すみ肉ガスシールドアー
ク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本発明に係る高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方
法の構成は、下記のものである。

（１）先行電極及び後行電極にルチール系のフラックス
入りワイヤを用い、先行電極と後行電極のアーク発生点
の間隔を10〜40mmにして１プールを形成せしめ、先行電
極及び後行電極のワイヤ径が1.2〜4.0mmの範囲でかつ先
行電極のワイヤ径は後行電極のワイヤ径以下とすると共
に、溶接線方向の傾斜角度が先行電極を０゜を超えて25
゜の後退角、後行電極を０゜を超えて25゜の前進角と
し、かつ先行電極の電流値（A_L）と後行電極の電流値
（A_T）の比（A_L/A_T）を1.0〜1.9で溶接することを特徴
とする高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。

（２）前記ルチール系フラックス入りワイヤがワイヤ重
量比で下記成分とすることを特徴とする（１）記載の高
速すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。

TiO₂ ;3.7 〜7.2 wt％脱酸剤 ;1.7 〜6.0 wt％酸化物（TiO₂を含めて） ;9.6 wt％以下金属弗化物（Ｆ換算値で） ;0.01〜0.26wt％金属炭酸塩（CO₂換算値で） ;0.01〜0.37wt％作用本発明者等は２電極による高速水平すみ肉溶接のビード
形成について種々実験を重ねた結果、次のような知見を
得て本発明を完成したものである。

（１）溶接速度1m/min以上の高速水平すみ肉溶接におい
て、脚長4mm以上の安定したすみ肉ビードを得るために
は、電極間隔を短くして１プールを形成させることが必
要である。

（２）さらに電極間の溶融プールを安定化させる溶接条
件（電流配分、電極角度、極間、ワイヤ径等）の選定が
ビード形状を支配する。

（３）またビード外観・形状の観点から先行電極及び後
行電極にはスラグ生成量の多いルチール系フラックス入
りワイヤの適用が最も好ましい。

本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、以下
に本発明について詳細に説明する。

第１図は溶接線方向の溶融プール断面図を示し、先行電
極１と後行電極２はそれぞれ電極角度３、４に傾け極間
距離５に保って配置する。先行電極のアーク６により生
じた溶融金属は先行電極の強力なプラズマ気流により後
方へ吹かれるが、後行電極のアーク７により前向きの力
を作用させて電極間に湯溜まり８を形成させ後行電極後
方の溶融プール９の後退を制御する。

この結果アンダーカット等の欠陥のないすみ肉ビード10
が得られる。この場合、先行電極及び後行電極にルチー
ル系フラックス入りワイヤを採用すれば生成スラグ11の
作用によりビード形状が更に良好になる。この電極間の
湯溜まりの安定形成と使用ワイヤの選定が良好なビード
を形成するためのポイントである。

先行電極と後行電極のアーク発生点の間隔を10〜40mmと
したのは上記電極間の湯溜まりを安定形成させるためで
ある。先行および後行電極のアーク発生点の間隔が10mm
未満であると湯溜まりが形成されず、見掛け上１電極溶
接と同様の溶融プール形態となり1m/min以上の高速溶接
ではアンダーカットが発生すると共に、アークの相互干
渉によりスパッターが多発するので採用出来ない。一方
40mmを超えると先行電極による溶融金属が凝固した上に
後行電極のアークを発生させることになっていわゆる２
プールとなり、湯溜まりが形成されずビード形状が劣化
する。

また、先行電極のワイヤ径（D_L）および後行電極のワイ
ヤ径（D_T）を1.2〜4.0mmとしかつD_L≦D_Tと限定したのは
次の理由による。すなわちワイヤ径が1.2mm未満では目
標の脚長（4mm以上）を得るためにはかなりの高速でワ
イヤ送給せざるをえずアークが不安定になり易いと共
に、ワイヤの狙い位置の範囲が極端に狭くなるため安定
した湯溜まりが形成されない。一方4.0mmを超えるとビ
ード形成の上では問題ないものの、ワイヤ剛性が高くな
って送給不良になり易くまた装置が大型化し汎用性に欠
ける。従って両電極のワイヤ径とも1.2〜4.0mmの範囲と
する。

また２電極すみ肉溶接における先行電極と後行電極の役
割は、先行電極で溶込みを確保し、後行電極で平滑なビ
ードを形成せしめることにあるが、先行電極のアークよ
り後行電極のアークに広がりを持たせることによって、
電極間の湯溜まりが安定し良好なビードが形成されるこ
とが判った。

そのため後述する各電極の電流配分と共にワイヤ径の組
み合わせが重要である。すなわち先行電極のワイヤ径D_L
を後行電極のワイヤ径D_Tより小さくするか同じにするこ
とが必要である。後行電極径が先行電極径より小さい
と、アークの広がりが小さく湯溜まりが安定しないため
ビード形成が不安定になる。従って、先行電極のワイヤ
径D_Lと後行電極のワイヤ径D_Tの関係はD_L≦D_Tとする。

次に電極の角度であるが、電極間の湯溜まりを安定形成
させるためには先行電極角度を溶接線方向に対し０゜を
超えて25゜の後退角、後行電極角度を０゜を超えて25゜
の前進角とする。先行電極角度が25゜超の後退角である
と電極後方への溶融金属流が強過ぎて後行電極アークに
よる湯溜まりが形成されず、また前進角になると安定し
た湯溜まりが形成しにくく又溶込みが不足する。

さらに後行電極が後退角であると後行電極アークの溶融
金属流堰止め効果が小さくなるため湯溜まりが安定せ
ず、25゜超の前進角では電極間の溶融プール高さが変動
し安定した湯溜まりの形成は期待できない。従って先行
電極角度を溶接線方向に対し０゜を超えて25゜の後退
角、後行電極角度を０゜を超えて25゜の前進角とする。

また各電極の電流配分が良好なビードを形成させるため
に重要な要件である。すなわち前述したように１プール
を形成する２電極すみ肉溶接においては、先行電極で溶
け込みを確保し、後行電極で平滑なビードを形成させる
のがポイントであるから、先行電極の電流値（A_L）は高
電流で、後行電極の電流値（A_T）は比較的低電流に設定
する必要がある。

これら電流配分については種々実験を重ねた結果、A_L/A
_Tが1.0未満であると相対的に後行電極のアーク力が強く
なり、電極間の溶融プールが不安定で湯溜まりが形成さ
れずビード形状が劣化することが判った。またA_L/A_Tが
1.9を超えると先行電極のアークによる電極後方への溶
融金属流が強くなりすぎ、電極間の湯溜まりが不安定に
なって劣悪なビードとなった。従って、先行電極の電流
値と後行電極の電流値の比（A_L/A_T）は1.0〜1.0の範囲
とした。

なお電圧については先行電極は極力低電圧に設定した方
が十分な溶け込みを確保できると共に、後行電極のアー
クが相対的に広がって湯溜まりが安定するため先行電極
は極力低電圧に設定するのが好ましい。

さらに電源極性は上記構成要件を満足していれば、DC−
DC、DC−AC、AC−DC、AC−ACいずれの組合わせも採用で
きるが、アーク安定性の点でDC−DCの組み合わせが最も
好ましい。

さらにビード外観、ビード形状およびスラグ剥離性など
溶接作業性を良好にするためには、平滑なビードを形成
する役割を有する後行電極はルチール系のフラックス入
りワイヤを使用する必要がある。後行電極がルチール系
以外のフラックス入りワイヤ（例えばメタル系）やソリ
ッドワイヤではスラグ被包性が悪くなりスラグによるビ
ード平滑化効果が期待できないためなじみの良好なビー
ドが得られない。従って後行電極はルチール系のフラッ
クス入りワイヤを使用する。

また、先行電極も後行電極と同じルチール系フラックス
入りワイヤを使用する。先行電極もルチール系フラック
ス入りワイヤの場合は、先行電極にメタル系フラックス
入りワイヤ又はソリッドワイヤを用いた場合に比べ、ス
ラグ生成量が更に多くなって平滑なビード形成に有効で
あり、最も好ましいワイヤの組合せである。

シールドガスは通常CO₂を使用するがアーク安定性を高
めるAr−CO₂も使用できる。特に先行電極がソリッドワ
イヤの場合はアーク安定性の点でAr−CO₂ガスが好まし
い。

２電極水平すみ肉溶接方法を上記構成とすることにより
1m/min以上の溶接速度においても良好なすみ肉ビードが
形成され、水平すみ肉溶接の高能率化が達成される。し
かし特にショッププライマー塗装鋼板の溶接において問
題となるピット、ブローホール等の溶接欠陥を防止する
ためには、ルチール系フラックス入りワイヤの構成成分
を規定する必要がある。

上記ピッド、ブローホールの低減を図る上で特に望まし
いルチール系フラックス入りワイヤの構成成分は、Ti
O₂;3.7〜7.2wt％、脱酸剤;1.7〜6.0wt％、酸化物（TiO₂
を含めて）;9.6wt％以下、金属弗化物（Ｆ換算値で）;
0.01〜0.26wt％、金属炭酸塩（CO₂換算値で）;0.01〜0.
37wt％である。

以下にルチール系フラックス入りワイヤの成分限定理由
を述べる。

TiO₂をワイヤ重量比で3.7〜7.2wt％添加するのはアーク
の安定化とスラグ被包性を良好にするためである。3.7w
t％未満ではアーク安定化効果が期待できずスパッタが
多発したり、スラグ被包性が劣化してビード形状が凸形
状となる。一方7.2wt％を超えると特に２電極とも本ワ
イヤを使用する場合にスラグ過多になってスラグ巻き込
みが発生し易くなるので、TiO₂はワイヤ重量比で3.7〜
7.2wt％に限定する。

脱酸剤としてはSi、Mn、Al、Ti、Mg等を添加できるが、
その添加量は1.7〜6.0wt％が適当である。1.7wt％未満
では脱酸不足となるため溶接金属は多孔質となりＸ線性
能が劣化する。一方6.0wt％を超えて添加すると脱酸性
元素が溶接金属に多量に歩留まるため溶接金属が硬くな
り、衝撃靭性と耐割れ性の低下をきたす。このため脱酸
剤は1.7〜6.0wt％に限定する。これら脱酸剤は単体で添
加してもよく合金形態で添加してもよい。

酸化物としては主成分であるTiO₂以外にSiO₂、Al₂O₃、M
gO、ZrO₂、FeO、Na₂O、K₂Oなどスラグ剤、アーク安定剤
として添加できるが、TiO₂を含めた酸化物が9.6wt％を
超えるとスラグ過多になってスラグ巻き込みを生じた
り、スラグ剥離が劣化すると共にビード表面にガス圧痕
が生じ易くなる。従ってTiO₂を含めた酸化物は9.6wt％
以下とする。

金属弗化物はスラグの粘性を調整してすみ肉ビードをよ
り平滑化し、母材とのなじみを良好にする作用がある。
また後述の金属炭酸塩と共に溶融金属の撹拌作用を有
し、ピット、ブローホールの原因となるプライマー熱分
解ガスの放出を促進してピット、ブローホールの低減に
効果がある。金属弗化物がＦ換算値で0.01wt％未満では
上記効果が認められず、0.26wt％を超えるとスラグの流
動性が過剰となってビード形状が劣化すると共にアーク
が不安定になるので金属弗化物の添加量はＦ換算値で0.
01〜0.26wt％とする。なお金属弗化物としてはLi、Na、
Ｋ、Mg、Ca、Al等の弗化物が用いられる。

金属炭酸塩は上記金属弗化物と同様、溶接中に分解、発
生したCO₂が溶融金属を撹拌し、ピット、ブローホール
の原因となるガスの放出を促進してこれら溶接欠陥を低
減する作用を有する。この効果は金属弗化物と複合添加
するとさらに向上する。金属炭酸塩の添加量がCO₂換算
値で0.01wt％未満ではピット、ブローホールの低減に大
きな効果がなく、逆に0.37wt％を超えるとアークが不安
定になったり、スパッターが多発するので金属炭酸塩の
添加量はCO₂換算値で0.01〜0.37wtとする。なお金属炭
酸塩としてはＫ、Ca、Sr、Na、Ba、Mg、Li等の炭酸塩が
使用できる。

以上がルチール系フラックス入りワイヤの主要構成であ
るが、その他溶接金属の機械的性質を向上させるためN
i、Cr、Mo、Ｂなどの合金元素が添加でき、溶着速度を
高める目的で鉄粉をも添加できる。

またワイヤの断面形状は特に制限はなく第２図に示した
いずれの形状も採用できるが（12は外皮金属、13はフラ
ックスを示す。）、ワイヤの送給性、直進性の良好なシ
ームレスタイプ（第２図、ｄ）が高速すみ肉溶接には最
適である。

以下に本発明を実施例により更に具体的に説明する。

実施例実施例１（無塗装鋼板の水平すみ肉溶接）外皮材として極軟鋼（C;0.05％、Si;0.01％、Mn;0.29
％、P;0.014％％、S;0.010％）を用い、第２図（ｄ）の
断面を有する第１表のフラックス入りワイヤおよび第２
表のソリッドワイヤを使用して、第３図に示す無塗装鋼
板（SM−41A、ｔ＝12.7mm、Ｗ＝100mm、Ｈ＝75mm、長さ
＝1000mm）を、第４図（θ_１、θ_２、φ_１、φ_２＝45
゜、n₁、n₂＝3mm）および第４表に示す溶接条件にて、
両側同時水平すみ肉溶接（シフト無しの両側同一溶接条
件）を実施した。

その結果を第４表の中に示した。第４表の溶接性能にお
ける◎、○、△はそれぞれ非常に良好、良好、不良を示
す。第４表の結果から明らかなように、本発明は1.5m/m
in〜2.0m/minの高速溶接においてもアーク安定性および
ビード形状・外観が良好であった。一方比較例は何れも
ビード形状・外観が劣悪であった。

実施例２（プライマー塗装鋼板の水平すみ肉溶接）第１表、第２表および第３表に示すワイヤを用いて、第
５図に示す無機ジンクプライマー塗装鋼板（膜厚20μｍ
に塗装、鋼種及びサイズは実施例１と同じ）を、第４図
およひ第５表に示す溶接条件にて両側同時水平すみ肉溶
接（シフト無しの両側同一溶接条件）を実施した。

その結果を第５表の中に示した。なお、第３表のルチー
ル系フラックス入りワイヤの外皮および断面はいずれも
第１表のフラックス入りワイヤと同じである。また第５
表の溶接性能における◎、○、△はそれぞれ非常に良
好、良好、不良を示し、ピット数についてはビード両側
に発生したピットを溶接長1m当たりに換算して示してい
る。

第５表の結果から、本発明はアーク安定性およびビード
外観・形状が良好であると共にルチール系フラックス入
りワイヤの構成成分を規定することにより、プライマー
塗装鋼板の高速水平すみ肉溶接において、ピット発生を
大幅に低減できることが明らかになった。

発明の効果以上説明したように、本発明により、アーク安定性、ビ
ード形状・外観が良好であると共に、プライマー塗装鋼
板の水平すみ肉溶接においてもピット等の溶接欠陥を低
減できる、高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法
が得られた。溶接の高能率化、省力化に大きく寄与する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における溶接線方向の溶融プール断面
図、第２図はフラックス入りワイヤの断面図、第３図は
無塗装鋼板の試験片断面図、第４図は実施例におけるト
ーチ角度および狙い位置を示す側面図、第５図はプライ
マー塗装鋼板の試験片断面図である。１……先行電極ワイヤ、２……後行電極ワイヤ、３……
先行電極角度、４……後行電極角度、５……電極間隔、
６……先行電極のアーク、７……後行電極のアーク、８
……湯溜まり、９……溶融プール、10……すみ肉ビー
ド、11……生成スラグ、12……外皮金属、13……フラッ
クス、14……プライマー、15……先行電極、16……後行
電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者窪田晴敏神奈川県相模原市淵野辺５―10―１新日本製鐵株式會社第２技術研究所内 (72)発明者斎藤忠雄東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島幡磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者奥井信之神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島幡磨重工業株式会社横浜第二工場内 (56)参考文献特開昭63−235077（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先行電極及び後行電極にルチール系のフラ
ックス入りワイヤを用い、先行電極と後行電極のアーク
発生点の間隔を10〜40mmにして１プールを形成せしめ、
先行電極および後行電極のワイヤ径が1.2〜4.0mmの範囲
でかつ先行電極のワイヤ径は後行電極のワイヤ径以下と
すると共に、溶接線方向の傾斜角度が先行電極を０゜を
超えて25゜の後退角、後行電極を０゜を超えて25゜の前
進角とし、かつ先行電極の電流値（A_L）と後行電極の電
流値（A_T）の比（A_L/A_T）を1.0〜1.9で溶接することを
特徴とする高速水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方
法。
【請求項２】前記ルチール系のフラックス入りワイヤの
成分がワイヤ重量比で下記成分とすることを特徴とする
請求項（１）記載の高速水平すみ肉ガスシールドアーク
溶接方法。 TiO₂ ;3.7 〜7.2 wt％脱酸剤 ;1.7 〜6.0 wt％酸化物（TiO₂を含めて） ;9.6 wt％以下金属弗化物（Ｆ換算値で） ;0.01〜0.26wt％金属炭酸塩（CO₂換算値で） ;0.01〜0.37wt％