JPH0852573A

JPH0852573A - 多電極片面サブマージアーク溶接スタート方法

Info

Publication number: JPH0852573A
Application number: JP19061694A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Tobishima; 伸昭飛嶋; Nobuyuki Ohama; 展之大濱; Ryuichi Motomatsu; 隆一元松
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、多電極片面サブマージアーク溶接
法において、完全自動アークスタート方法を確立すると
ともに、溶接作業効率を向上させた溶接法を提供する。【構成】４電極を用いる多電極片面サブマージアーク
溶接において、各電極のワイヤ径を、第１電極および第
３電極では４．０〜５．０mmφ、第２電極では４．０〜
７．０mmφ、第４電極では５．０〜７．０mmφとし、ア
ーク発生補助剤を用いながらアークは少なくとも第３電
極単独先行あるいは、第３電極と第４電極を同時先行で
発生させ、かつ、その直後に残りの電極のアークを発生
させるとともに、溶接台車が走行を開始することを特徴
とする多電極片面サブマージアーク溶接スタート方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は片面溶接、特に造船の大
板継ぎなどで用いられている多電極片面サブマージアー
ク溶接法のアークスタートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】造船の大板継ぎなどでは、高能率溶接法
として主として２〜３電極を用いた片面サブマージアー
ク溶接が採用されている。図４は片面サブマージアーク
溶接の溶接方向から見た正面図である。片面サブマージ
アーク溶接法は、図４に示すように、突き合わされた被
溶接材１，１ａ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をエアーホース５等の押上機
構により被溶接材１，１ａの裏面に押圧しておき表側よ
りワイヤ３、フラックス６を用いて溶接を行う。

【０００３】近年、造船業界では溶接作業の効率化を目
的に、ワンマンコントロールによる完全自動化の溶接法
を望んでいる。このワンマンコントロールによる、片面
サブマージアーク溶接工程の完全自動化を進めるには、
前準備（鋼板の仮付け、セッティング等）、本溶接、溶
接後の後処理を一人で管理する必要がある。作業者はコ
ントロールボックスの様な管理棟より全ての装置を制御
しながら作業を進めるもので、従来のように溶接機の側
で作業することはできない。片面サブマージアーク溶接
は自動溶接の一種であり、溶接条件の制御やクレータ部
の処理においては、自動化の検討も行われ実用されてい
るが、アークスタートの自動化については、全く進んで
いないのが現状である。

【０００４】従来のアークスタート方法は、まず第１，
第２電極をアークスタートさせ、その直後に溶接台車の
走行を開始させる。そして、第３電極のアークスタート
は第１，第２電極で形成された溶融プール上でアークを
発生させる、いわゆる、ランニングスタート方法を採用
している。この方法は、第２〜第３電極間が比較的短
く、かつ、溶接速度が遅い場合には有効な方法である。

【０００５】また、高速の多電極片面サブマージアーク
溶接では、特開平４−３０９４７１号公報に開示されて
いるような、従来法と同様なランニングスタートでは、
第２〜第３電極間が長く溶接速度が速いため第１，第２
電極で形成されたスラグがすぐに凝固するため、第３電
極以降のアークはスラグ上で発生させることになり、ス
ラグ厚さによってはスティック現象（ワイヤ先端が赤熱
してアークが発生しない現象）等の問題があり、完全自
動化の技術としては未だ不十分である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

（１）スラグ上でアークが発生するランニングスタート
は、第３，第４電極の電流や溶接速度、あるいは第１，
第２電極で形成される凝固スラグ量に影響されるため確
実なアークスタートを達成する事は困難である。従っ
て、４電極のアークがスタートしてから溶接台車が走行
を開始する、静止スタートとすることが必要である。（２）４電極溶接では、高速で裏ビードを形成するため
第１，第２電極は約１０００Ａ以上の高電流が必要とな
る。このため、アークスタートは特に問題ない。

【０００７】一方、第３，第４電極は表ビードの溶着量
を調整するため、薄板になると非常に低い電流を用い
る。作業者が側にいる場合はアークスタートを失敗した
ら、スティックしたワイヤを切断して再度アークスター
トすればよいが、完全自動化ではこのような処置はでき
ない。従って、第３，第４電極のアークスタートを確実
に行う手法および機構が必要である。

【０００８】本発明は、上記多電極片面サブマージアー
ク溶接法において、完全自動アークスタート方法を確立
するとともに、溶接作業効率を向上させた溶接法を提供
する事を目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
とするところは、４電極の多電極片面サブマージアーク
溶接において、各電極のワイヤ径を、第１電極および第
３電極では４．０〜５．０mmφ、第２電極では４．０〜
７．０mmφ、第４電極では５．０〜７．０mmφとし、ア
ーク発生補助剤を用いながらアークは少なくとも第３電
極単独先行あるいは、第３電極と第４電極を同時先行で
発生させ、第１電極と第２電極は、第３電極と第４電極
のアーク発生後にアークを発生させ、かつ、その直後に
残りの電極のアークを発生させるとともに、溶接台車が
走行を開始することを特徴とする多電極片面サブマージ
アーク溶接スタート方法である。また、第３電極と第４
電極のアーク発生時において、該溶接電流をアーク発生
時とアーク発生直後の２段階制御としてアークスタート
することも本発明の構成要件である。

【００１０】

【作用】以下、本発明について詳細に説明する。図３は
アーク発生補助剤を用いる本発明溶接法の一例を示すも
のである。図中７は試供鋼板８のルートフェイス（Ｒ
ｆ）、９は第１電極、１０は第２電極、１１は第３電
極、１２は第４電極、１３はアーク発生補助剤、１４は
この補助剤を送給するノズル、１５は溶接用表フラック
ス、１６は該フラックスの送給ノズルである。

【００１１】まず、本発明における各電極に用いられる
ワイヤ径を限定する理由は以下の通りである。４電極を
用いる片面サブマージアーク溶接の各電極における役割
としては、第１電極と第２電極は先行電極として、溶接
裏ビード形成を担う。また、第３と第４電極は後行電極
として、溶接表ビードの形成および先行電極で形成され
た溶接金属の凝固形態に変化を与えるとともに、スラグ
巻き込み等の内部欠陥を防止する。

【００１２】第１電極は図３に示すＲｆ（ルートフェイ
ス）７を溶融するためにアーク掘り下げ力を強くする必
要がある。このため、電流密度を高くする上でできるだ
け細径にすることは有効な手段であり、使用電流を考慮
すると５．０mmφ以下にする必要がある。しかし、４．
０mmφ未満では裏ビードが出すぎる。従って、第１電極
は４．０〜５．０mmφにした。

【００１３】また、第２電極は第１電極で形成された裏
ビードの形を整える役割を果たしており、ビード趾端部
の立ち上がり角度をなめらかにする必要がある。このた
め、少なくとも、第１電極と同じかそれ以上の太いワイ
ヤが必要となる。しかし、７．０mmφを超えるとビード
が過大になる。従って、第２電極は４．０〜７．０mmφ
にした。

【００１４】一方、第３電極はアーク発生を最優先に行
う上で電流密度を高めることが必須である。しかし、
４．０mmφ未満では厚板で高電流を使用できない。ま
た、５．０mmφを超えるとこの効果は期待できない等か
ら、第３電極のワイヤ径は４．０〜５．０mmφにした。
なお、第４電極に５．０〜７．０mmφの太径ワイヤを用
いることにより、適正溶着量の確保が可能になるととも
に、アークが広がりビードのなじみが良い、表ビードが
形成できる。

【００１５】次に、アーク発生補助剤を用いる理由を説
明する。サブマージアーク溶接終了後のワイヤ先端部は
酸化膜で被われており、そのままの状態では通電性が劣
化しアーク発生が困難であった。そこで、アークを容易
に発生させるため、通電性のよいアーク発生補助剤を用
いる方法が採用されている。

【００１６】実溶接作業における発生補助剤として、た
とえば、スチールウールが用いられている。スチールウ
ールは必要量に引き裂いた後、ある程度押圧して形を整
えてからワイヤと被溶接材との間に挟み込む、といった
作業を溶接者が行っていた。しかし、該セット方法は、
溶接作業者が溶接機の側で作業を行っていれば有効な手
段であるが、完全自動アークスタート方法を実現するに
は困難な方法である。

【００１７】そこで本発明者らは、自動的にセットでき
るアーク発生補助剤を種々検討したところ、溶接用心線
の直径と同程度の長さに切断したカットワイヤの様なも
のや鉄粉を単独で用いる事でアークスタート性は向上し
た。また、アークスタート性をより高めるために、被覆
溶接棒先端に塗布されている炭化物を主成分とする塗布
剤を適量混合させることとした。

【００１８】これらはその形状から流動性も良く、フラ
ックス散布機構のようなものを用いることにより、その
供給時には図３に示すように、作業者がスイッチを入れ
ることにより自動散布され、表フラックスの下方に散布
できる。また、給電時にはアーク発生補助剤が伝導体と
なり電極ワイヤー被溶接材料間のアーク発生を助けるも
のである。上記、アーク発生補助剤は溶接金属性能を著
しく阻害しないものであれば、特に、限定されるもので
はない。本発明者らは、複雑な作業の簡略化ができ、か
つ、アーク発生が助長されるアーク発生補助剤を用いる
事とした。

【００１９】さらに、第３電極あるいは第３電極と第４
電極優先でアークを発生する理由を説明する。近年の、
４電極を用いる高速片面サブマージアーク溶接のアーク
発生順番は、先行電極→台車走行開始→後行電極であ
り、詳しくは、静止状態で第１，第２電極の先行電極ア
ーク発生させた後、溶接台車の走行を開始し、第３電極
は台車走行開始後にアークスタートさせる、いわゆる、
ランニングスタート方法を採用してきた。しかし、高速
片面サブマージアーク溶接では、溶接速度が著しく向上
したため先行電極の溶融スラグの凝固が早く、第３電極
が第１，第２電極で形成された溶融スラグ上に到達した
時点では、溶融スラグは完全に凝固していることもあ
る。従って、この場合第３電極はこの凝固スラグを破砕
して、溶接金属との間にアークを発生する必要があっ
た。しかしながら、スラグ厚が厚く溶接金属に達しない
場合には、ワイヤ先端が加熱して部分溶融が起こるだけ
で、アークは発生しない、いわゆるスティック現象の発
生が懸念された。

【００２０】そこで、本発明においては、第３，第４電
極の確実なアークスタートを実現する手法として、後行
電極→先行電極→台車走行開始の順番でアークを発生さ
せる。即ち、第３電極あるいは第３電極と第４電極を優
先してアークを発生する事とした。

【００２１】また、本発明において、第３電極あるいは
第３電極と第４電極のアークスタート時およびアークス
タート直後の溶接条件を２段階制御とする理由は次の通
りである。アーク溶接は電極と被溶接材料間にアークを
発生させ、アークによる発生熱を利用して溶融、接合さ
せるものであり、アーク溶接を実行させるためには、ア
ーク放電を安定させるとともに、その発生を確実に行う
必要がある。一般的に同一径のワイヤを使用した場合、
電流値が高いほど電流密度は高くなり通電性が良くな
る。逆に、同一電流では、ワイヤ径が細いほど電流密度
は高くなる。多電極片面サブマージアーク溶接において
も同様であり、電流密度を高くするにはワイヤ径を細く
する必要がある。しかしながら、第３，第４電極は後行
電極として、表ビードを形成する役目を果たしており、
適正溶着量を得るためには、上述ワイヤ径が必要であ
る。従って、アークスタート時は高電流を用いるのが有
効な手段である。

【００２２】一方、適正な溶込みおよび溶着量を得るた
め、後行電極に必要な電流はかなり低い値である。即
ち、上記アークスタートを行う高電流のまま溶接を行う
と溶込みが深くなり、裏ビードが凸形状となりビード横
割れのおそれがある。また、表ビードの溶着量過多とな
り、後行電極の第３電極あるいは第３と第４電極はアー
ク発生を行った直後に電流を速やかに低減する必要があ
る。即ち、第３電極あるいは第３と第４電極はアークス
タート時およびアークスタート直後の２段階制御が必要
となる。

【００２３】また、被溶接鋼板の厚さにより使用ワイヤ
径および適正電流は、ある程度限定されるものである
が、第３電極に４．０〜５．０mmφのワイヤを用いた場
合の溶接電流が、約１０００Ａを越える場合には、上
述、２段階の電流制御を用いなくとも、アークスタート
は可能である。

【００２４】図１は第３電極の２段階制御を説明するた
めの図である。図１によれば、第３電極はアークスター
ト時には、本溶接に必要な電流値Ｉ₀（Ａ）より高い電
流値Ｉ₁（Ａ）を通電し、アークスタート直後に本来の
Ｉ₀（Ａ）に戻すものである。また、図２は、第３と第
４電極の２段階制御を説明した図である。図２によれ
ば、第３と第４電極のアークスタート時は本溶接に必要
な電流値Ｉ₂（Ａ）より高い電流で通電しアークスター
ト直後にＩ₃に戻すものである。これら、電流の２段階
制御における通電時間（ｔ₀→ｔ₁），（ｔ₂→ｔ₃）
は、できるだけ短いほうが良い。この場合の２段階制御
の方法としては、例えばシステム電源、パルス発生装置
あるいはスタート時のみ負荷する別電源の採用等が考え
られるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００２５】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出来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。即ち、
表側フラックスとしては、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｔｉ
Ｏ₂，ＭｎＯ，ＭｇＯ等の金属酸化物、ＣａＦ₂，Ｍｇ
Ｆ₂等の金属弗化物、ＣａＣｏ₃等の金属炭酸塩、Ｓ
ｉ，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。

【００２６】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。

【００２７】

【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、
種類の片面サブマージアーク溶接を行った。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、４０
０℃×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４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。

【００２８】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．１〜３は、本発明効果によ
り、いずれも確実なアークスタートが行え良好な溶接部
を得ることができた。一方、比較例のＮｏ．４の場合、
アーク発生補助剤を適用しなかったためにアーク発生が
困難となり、溶接を中断した。Ｎｏ．５〜６は２段階制
御によるアークスタートを実施して、アークは発生した
が、適用ワイヤ径が合わず、健全な溶接部を得ることが
できなかった。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いれば
適用例にも示した通り、多電極の高速片面サブマージア
ーク溶接におけるアークスタートが確実なものとなり、
かつ、完全自動アークスタート方法の確立による溶接作
業の自動化および効率化が計れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明溶接法の第３電極の２段階制御を説明す
るための図である。

【図２】本発明溶接法の第３，第４電極の２段階制御を
説明するための図である。

【図３】本発明溶接法のアーク発生補助剤の散布状態を
説明するための図である。

【図４】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。

【符号の説明】１，１ａ…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…ルートフェイス８…供試鋼板９…第１電極１０…第２電極１１…第３電極１２…第４電極１３…アーク発生補助剤１４…アーク発生補助剤送給ノズル１５…溶接用表フラックス１６…溶接用表フラックス送給ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４電極を用いる多電極片面サブマージア
ーク溶接において、各電極のワイヤ径を、第１電極およ
び第３電極では４．０〜５．０mmφとし、第２電極では
４．０〜７．０mmφ、第４電極では５．０〜７．０mmφ
とし、アーク発生補助剤を用いながらアークは少なくと
も第３電極単独先行あるいは、第３電極と第４電極を同
時先行で発生させ、かつ、その直後に残りの電極のアー
クを発生させるとともに、溶接台車が走行を開始するこ
とを特徴とする多電極片面サブマージアーク溶接スター
ト方法。
【請求項２】第３電極あるいは第３，第４電極のアー
ク発生時において、第３電極の溶接電流をアーク発生時
とアーク発生直後の２段階制御として、アークスタート
することを特徴とする、請求項１記載の多電極片面サブ
マージアーク溶接スタート方法。