JPH091343A - ３電極サブマージアーク溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流電源間の電圧位相差を可変にすることに
より、薄肉から厚肉までの広範囲の母材肉厚に対し高速
溶接性能および溶接作業性の向上を可能とする３電極サ
ブマージアーク溶接法の提供。 【構成】 先行の第１電極に直流電源を、後行の第２、
第３電極に交流電源を用いる３電極方式のサブマージア
ーク溶接法において、第２電極または第３電極の各電源
の一次側に切替スイッチを設けて、第２電極と第３電極
間の電圧位相差を可変とする。溶接する際は、前記切替
スイッチにより第２電極と第３電極間の電圧位相差を母
材の肉厚に応じて選択し、溶接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、３電極サブマージア
ーク溶接法に係り、より詳しくは交流電源間の位相差を
可変にすることにより高速溶接性能および溶接作業性の
向上を可能とする３電極サブマージアーク溶接法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】大径鋼管のシーム溶接等に広く用いられ
ている多電極サブマージアーク溶接法は、周知の通り３
電極法が主流をなしているが、より飛躍的な速度向上を
実現するために、さらに電極数を増やす多極化が進み、
４極化法等の多電極サブマージアーク溶接法が開発され
ている。しかしながら、このような多極化は、電極電流
およびアース電流の磁気的影響を決定する電流位相の選
択、すなわち溶接機と交流電源の結線方式の適正化が不
可欠となり、その選択を誤れば溶接品質の劣化を招くこ
とから、多電極法の持つ高速溶接性能を十分に引出すこ
とができなくなること、また、極数の増加により、結線
方式選択の自由度が飛躍的に増大し適正化が困難となる
等の問題があり、好結果を得ることは容易でなかった。

【０００３】そこで、このような問題点に鑑み、例えば
特公昭６３−１５０７０号公報には、従来の３電極方式
での限界を超えて４電極方式とする場合に、電極電流お
よびアース電流の磁気的影響を考慮した結線方式によ
り、溶接速度の向上をはかった多電極サブマージアーク
溶接法が提案されている。

【０００４】この多電極サブマージアーク溶接法は、溶
接方向に一列に配置した４本の電極全てに交流電源を負
荷し、最前または最後の１本を除いた３本の電極相互間
で電流の位相差が１２０°となり、残る１本の電極はそ
れより最も離れた電極に対する電流位相差が０°±３０
°となるように設定して溶接を行う方法である。

【０００５】しかし、この４電極サブマージアーク溶接
法の場合、交流溶接電源間の位相差は常に一定（固定）
であるため、母材の肉厚が異なる場合には、同一の溶接
機であってもある一定の交流溶接電源間の位相差が常に
最適であるとは限らず、ビード形状の安定性に代表され
る高速溶接性能、および溶接アークの安定性に代表され
る溶接作業性の面で、確実に良好な溶接ができるとは言
い得ない。

【０００６】一方、先行の第１電極に直流電源を、後行
の第２、第電３極に交流電源を用いた従来の３電極サブ
マージアーク溶接法では、第２電極の第３電極に対する
電圧位相差を＋６０°として溶接していたが、この方法
では肉厚が３０ｍｍを超えるような厚肉の母材を溶接す
る際に、スラグの吹上げによる溶接チップの溶損や、ア
ンダーカット等のビード形状不良が多発するという欠点
があり、有用性に欠けていた。

【０００７】この発明は、特に、先行の第１電極に直流
電源を、後行の第２、第３電極に交流電源を用いる３電
極方式のサブマージアーク溶接法の上記欠点を解消すべ
くなされたもので、溶接性能を決定する要素の一つであ
る交流溶接電源間の電圧位相差を可変にすることによ
り、広範囲の入熱に対しビード形状の安定性に代表され
る高速溶接性能、および溶接アークの安定性に代表され
る溶接作業性の優れた溶接を供与できる３電極方式のサ
ブマージアーク溶接法を提案しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
達成する手段として、先行の第１電極に直流電源を、後
行の第２、第３電極に交流電源を用いる３電極方式のサ
ブマージアーク溶接法において、交流電極である第２電
極または第３電極の各電源の一次側に切替スイッチを設
けて第２電極と第３電極との相対的な電圧位相差を可変
となし、該電圧位相差を母材の肉厚に応じて選択し、溶
接を行うことを特徴とし、また、この方法によりＸ形開
先を有する母材を溶接する場合、肉厚が５〜２５ｍｍの
範囲の母材に対しては、第２電極と第３電極との相対的
な電圧位相差を＋６０°とし、肉厚が２６〜５０ｍｍの
範囲の母材に対しては、第２電極と第３電極との相対的
な電圧位相差をー１２０°として溶接を行うことを特徴
とするものである。

【０００９】

【作用】この発明において、交流電極である第２電極ま
たは第３電極の各電源の一次側に通電切替スイッチを設
けて交流溶接電源間の電圧位相差を可変にしたのは、以
下に示す理由による。

【００１０】３電極方式のサブマージアーク溶接法にお
いて、交流溶接電極間のアーク干渉力は、両極の電圧位
相差により作用する力の大きさや向きが異なってくる。
アーク干渉力の向きや大きさは、溶接品質を左右する重
要な要素となるが、電流、電圧、溶接速度等の条件が変
わると溶接に最適な干渉力の向きや大きさは異なってく
る。

【００１１】例えば、交流電極間の電圧位相差が９０°
以下であるとき、後行電極のアーク干渉力は、平均する
と前方に働き、９０°以上では後方に働く。また、後行
電極のアーク干渉力が前方に向いているとき、母材の肉
厚が５〜２５ｍｍの薄肉〜厚肉の場合は、溶融池の湯量
が常に一定量保たれ、良好なビードが得られるが、母材
の肉厚が２６ｍｍ以上の厚肉の場合は溶融池が湯量過大
となり、溶湯の状態が不安定となって良好なビードが得
られない。このような場合は、アーク干渉力が後方に向
くような電圧位相差を選択することにより、一部溶湯を
後方に逃がし溶湯の状態を安定させることが可能とな
る。

【００１２】しかるに、従来は交流電極間の電圧位相差
を変化させる方法がとられておらず、交流電極間の位相
差は固定した状態で溶接が行われているため、アーク干
渉力が後方に向くような電圧位相差を選択することがで
きなかった。そのため、例えば肉厚が３０ｍｍを超える
ような厚肉母材の場合は、溶融池が湯量過大となりスラ
グの吹上げによる溶接チップの溶損や、アンダーカット
等のビード形状不良が多発していたのである。

【００１３】このため、この発明では、通電切替スイッ
チによって交流溶接電源間の電圧位相差を可変とする方
法をとったのである。すなわち、交流溶接電源間の電圧
位相差を可変とすることによって、アーク干渉力が後方
に向くような電圧位相差を選択することが可能となるた
め、電極間の位相差を固定して溶接を行う従来の溶接法
で問題を生じた厚肉母材の溶接についても、十分な品質
を確保することができる。

【００１４】また、この発明において、Ｘ形開先を有す
る母材を溶接する場合に、肉厚が５〜２５ｍｍの範囲の
母材と、肉厚が２６〜５０ｍｍの範囲の母材の電圧位相
差をそれぞれ＋６０°、ー１２０°と限定したのは、以
下に示す理由による。

【００１５】図４はこの発明者が、先行の第１電極に直
流電源を、後行の第２、第３電極に交流電源を用いた３
電極方式のサブマージアーク溶接法により実験的に求め
たデータである。このデータは、交流電極間の電圧位相
差が＋６０°（〇印）、＋１２０°（□印）、ー１２０
°（△印）の場合の母材の肉厚と高速溶接性能および溶
接作業性の関係を求めたもので、高速溶接性能における
縦軸の「良好」、「普通」、「悪い」の意味は、溶接ビ
ード幅がそれぞれ２ｍｍ程度、３ｍｍ程度、４ｍｍ以上
のことであり、また、溶接作業性においては、アーク安
定、スラグ吹上げなしを「良好」、アーク若干不安定、
スラグの吹上げによりチップへのスラグ付着ありを「普
通」、アーク不安定、スラグ吹上げによりチップ溶損を
「悪い」と表示した。

【００１６】上記図４のデータより明らかなごとく、Ｘ
形開先を有する肉厚が５〜２５ｍｍの範囲の母材、およ
び肉厚が２６〜５０ｍｍ以上の母材の溶接においては、
交流電極間の電圧位相差をそれぞれ＋６０°ー１２０°
に設定することにより、ビード形状の安定性で代表され
る高速溶接性能、およびアークの安定性に代表される溶
接作業性共に良好であることがわかる。

【００１７】以上の結果より、この発明では、Ｘ形開先
を有する母材を溶接する場合、肉厚が５〜２５ｍｍの範
囲の母材と、肉厚が２６〜５０ｍｍの範囲の母材の電圧
位相差をそれぞれ＋６０°、ー１２０°と限定したので
ある。なお、肉厚５０ｍｍを超える極厚の母材について
も同様の結果が得られるものと考えられるが、この発明
では汎用性を考慮して母材の肉厚の上限を５０ｍｍとし
た。

【００１８】

【実施例】

実施例１ 図１はこの発明に係る３電極サブマージアーク溶接法の
一実施例を示す溶接機一次側ー３相電源接続図、図２は
同じくこの発明の他の実施例を示す溶接機一次側ー３相
電源接続図であり、１は３相交流電源、２−１は第１極
直流溶接電源、２−２は第２極交流溶接電源、２−３は
第３極交流溶接電源、３−１は第１電極、３−２は第２
電極、３−３は第３電極、４−１、４−２は切替スイッ
チ、５は母材である。

【００１９】すなわち、この発明は図１に示すごとく、
先行の第１電極３−１に第１極直流溶接電源２−１を、
後行の第２電極３−２、第３電極３−３にそれぞれ第２
極交流溶接電源２−２、第３極交流溶接電源２−３を用
いる３電極方式のサブマージアーク溶接法において、例
えば第２極交流溶接電源２−２に対し、３相交流電源１
との間に切替スイッチ４−１、４−２を接続し、このス
イッチの接続を変更することにより、第２極交流溶接電
源２−２の第３極交流溶接電源２−３に対する電圧位相
差を６０°きざみに変えることができるように結線した
ものである。

【００２０】また、図２は、図１と同じく３電極方式の
サブマージアーク溶接法において、第３極交流溶接電源
２−３に対し、３相交流電源１との間に切替スイッチ４
−１、４−２を接続し、このスイッチの接続を変更する
ことにより、第３極交流溶接電源２−３の第２極交流溶
接電源２−２に対する電圧位相差を６０°きざみに変え
ることができるように結線したものである。

【００２１】この発明は上記のように、交流電極である
第２電極または第３電極の各電源の一次側に切替スイッ
チ４−１、４−２を設けて第２電極と第３電極との相対
的な電圧位相差を可変となしているので、母材の溶接を
行う場合は、前記電圧位相差を母材の肉厚に応じて選択
し、溶接を行う。この場合、図３に示すＸ形開先６を有
する母材５の場合は、肉厚が５〜２５ｍｍの母材に対し
ては、第２極交流溶接電源２−２と第３極交流溶接電源
２−３との相対的な電圧位相差を＋６０°とし、肉厚が
２６〜５０ｍｍの母材に対しては、第２極交流溶接電源
２−２と第３極交流溶接電源２−３との相対的な電圧位
相差をー１２０°として溶接を行う。

【００２２】したがって、この発明方法によれば、薄肉
から厚肉までビード形状およびアーク共に安定した良好
な溶接を行うことが可能となり、十分な品質を確保する
ことができる。

【００２３】実施例２ 図１に示す結線方式を採用し、表１に示す条件で図３に
示すＸ形開先加工を施した種々の板厚を有する鋼板を溶
接した場合の高速溶接性（ビード形状の安定性）および
溶接作業性（アークの安定性）を評価した結果を表２に
示す。なお、Ｘ形開先角度θはすべて７０度とした。

【００２４】表２に示す結果より明らかなごとく、板厚
が５〜２５ｍｍの範囲の薄肉の母材の場合、交流電極で
ある第２電極と第３電極との電圧位相差をー１２０°と
した場合には、ビード幅変動が４ｍｍ以上と大きく、ま
たアークも不安定で、スラグ吹上げによるチップ溶損も
発生したのに対し、電圧位相差を＋６０°とした本発明
ではビード形状およびアーク共に安定した良好な溶接を
行うことができた。

【００２５】また、板厚が２６ｍｍ以上の厚肉の母材の
場合も、交流電極である第２電極と第３電極との電圧位
相差を＋６０°とした場合には、ビード幅変動が４ｍｍ
以上と大きく、またアークも不安定で、スラグ吹上げに
よるチップ溶損も多発したのに対し、電圧位相差をー１
２０°とした本発明ではビード形状およびアーク共に安
定した良好な溶接を行うことができた。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【発明の効果】以上説明したごとく、この発明方法によ
れば、交流電極間の電圧位相差を切替スイッチの操作の
みで容易に変化させることができるので、薄肉から厚肉
までの広範囲の母材肉厚に対し高速溶接性能および溶接
作業性の優れた高品質の溶接を行うことができ、３電極
サブマージアーク溶接の高能率化に多大な効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る３電極サブマージアーク溶接法
の一実施例を示す溶接機一次側ー３相電源接続図であ
る。

【図２】同じくこの発明の他の実施例を示す溶接機一次
側ー３相電源接続図である。

【図３】この発明の実施例２に供した試片のＸ形開先を
示す断面図である。

【図４】この発明者が、先行の第１電極に直流電源を、
後行の第２、第３電極に交流電源を用いた３電極方式の
サブマージアーク溶接法により実験的に求めたデータで
ある。

【符号の説明】

１ ３相交流電源 ２−１ 第１極直流溶接電源 ２−２ 第２極交流溶接電源 ２−３ 第３極交流溶接電源 ３−１ 第１電極 ３−２ 第２電極 ３−３ 第３電極 ４−１、４−２ 切替スイッチ ５ 母材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先行の第１電極に直流電源を、後行の第
   ２、第３電極に交流電源を用いる３電極方式のサブマー
   ジアーク溶接法において、交流電極である第２電極また
   は第３電極の各電源の一次側に切替スイッチを設けて第
   ２電極と第３電極との相対的な電圧位相差を可変とな
   し、該電圧位相差を母材の肉厚に応じて選択し、溶接を
   行うことを特徴とする３電極サブマージアーク溶接法。
2. 【請求項２】 Ｘ形開先を有する母材であって、肉厚が
   ５〜２５ｍｍの範囲の母材に対しては、第２電極と第３
   電極との相対的な電圧位相差を＋６０°とし、肉厚が２
   ６〜５０ｍｍの範囲の母材に対しては、第２電極と第３
   電極との相対的な電圧位相差をー１２０°として溶接を
   行うことを特徴とする請求項１記載の３電極サブマージ
   アーク溶接法。