JPH10202364A - 片面ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短尺から長尺の曲面状溶接構造物の片面溶接
の、溶接作業性，耐割れ性の向上，裏ビードの好適化，
健全かつ高靱性の溶接部の形成。板継ぎ作業能率を安易
に高くする。 【解決手段】 開先角度30〜65°のＹまたはＶ形状の曲
面状の被溶接材の開先内面を仮付けした開先裏面に裏当
材を当接し突合せ片面溶接するに当たって、開先内に鋼
粒または鉄粉を板厚の1/4〜2/3の高さまで散布し、溶接
ト−チに40〜150回／分の揺動回数を与え、溶接電流密
度をワイヤ単位断面積当り200Ａ／mm²以上で溶接する片
面ガスシールドアーク溶接方法。ワイヤ全重量に対し
て、重量％で、Ｃ：≦0.10％，Ｓi：0.50〜1.00％，Ｍ
n：1.50〜2.50％，Ｍo：0.10〜1.50％，Ｔi：0.10〜0.5
0％，Ｂ：0.0030〜0.0100％で残部が実質的にＦeおよび
不可避不純物よりなる鋼ワイヤを使用する。ワイヤ直下
の溶融金属を二重シールドする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲面状の被溶接材
により形成された開先の片面ガスシールドアーク溶接方
法に関し、特に、耐割れ性及びビード外観が良好で溶接
時のスパッタ発生量が少なく、かつ、高靱性の溶接部を
高能率に溶接することが可能な片面ガスシールドアーク
溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種溶接構造物の建造において、
溶接コスト低減及び高能率化が図れることから、ガスシ
ールドアーク溶接方法の適用が各分野において急速に増
大している。中でも突合せ溶接の比率が高い造船や橋梁
等の分野での適用が著しい。しかし、溶接のトータルコ
スト低減の観点から短尺から長尺の片面溶接の高速化が
大きな課題となっている。

【０００３】片面溶接方法としては、従来よりサブマー
ジアーク溶接方法が造船の板継溶接として盛んに研究さ
れている。例えば特公昭60-59072号公報に提案されてい
る。この方法は、特に電極揺動に伴う溶接ビード溶込み
深さの減少及びビード外観形状の劣化を防止し、初層ビ
ードにおける割れ防止をも、併せて実現しようとするも
のである。しかし、このサブマージアーク溶接法は、設
備が大がかりとなり、短尺溶接では煩雑で適用できない
等の問題がある。

【０００４】特公昭61-49027号公報には、フラックス入
りワイヤを用いた高電流密度条件のガスシールド下向溶
接法が提案されている。この溶接法は、細径複合ワイヤ
を使用し、ワイヤ突出し長さを大とした上、大電流の高
溶接速度で下向溶接を高能率に行い溶接コストを低減し
ている。しかし、ワイヤ突出し長が35〜70mmと長いの
で、シールド不良やワイヤ曲りぐせによる狙い位置のず
れ、更には片面溶接時の初層ビード割れ等の問題があ
る。

【０００５】また特公昭50-7543号公報には、裏当材を
当接した開先内に鋼粒または鉄粉を適量に充填し、ワイ
ヤにウィービングモーションを行わせながら細径ワイヤ
によって溶接することが開示されている。しかし、この
方法は開先間隙を設けなければ良好な溶接ができず、開
先角度も大きいことから開先横断面積（開先内空間）が
大きく能率面に問題がある。

【０００６】また、いずれの方法も、曲面状の被溶接材
により形成された開先の自動化および実用化に至ってい
ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、曲面
状の被溶接材により形成された開先の片面ガスシ−ルド
ア−ク溶接において、耐割れ性および裏ビード外観を良
好にし、溶接時のスパッタ発生量は少なくすることを第
１の目的とし、建全かつ高靱性の溶接部を得ることを第
２の目的とし、安易に高能率な曲面材溶接を実現するこ
とを第３の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１）曲面状の被溶接材の、開先角度30°〜65°のＹま
たはＶ形状の、内面を仮付けした開先に裏当材を当接し
突合せ片面溶接するに当たって、開先内に鋼粒または鉄
粉を板厚の1/4以上2/3以下の高さまで散布し、溶接トー
チから開先内に溶接ワイヤを給送しかつ該溶接ワイヤを
開先の長手方向ｙを横切る方向に40回／分以上150回／
分以下で往復揺動駆動し、ワイヤ単位断面積当り200Ａ
／mm²以上の溶接電流で溶接することを特徴とする片面
ガスシールドアーク溶接方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】

（２）前記溶接ワイヤは、重量％で、Ｃ：0.10％以下，
Ｓｉ：0.50％以上 1.00％以下，Ｍｎ：1.50％以上 2.50
％以下，Ｍｏ：0.10％以上 1.50％以下，Ｔｉ：0.10％
以上 0.50％以下，Ｂ：0.0030％以上 0.0100％以下、そ
して残部が実質的にＦｅおよび不可避不純物よりなる鋼
ワイヤである。

【００１０】（３）溶接ト−チから、開先に送給する溶
接ワイヤの周りに第１シ−ルドガスを吹き出し、該溶接
ト−チから更に、第１シ−ルドガスの外側に第２シ−ル
ドガスを吹き出して溶接ワイヤ周りを二重シ−ルドす
る。

【００１１】図１，図２および図３を参照して、本発明
の実施に用いた片面ガスシールドアーク溶接装置の概要
を説明する。これらの図面に示した溶接装置は、特願平
８−２９８４３９号にて本出願人が特許出願した２電極
開先倣い溶接装置を、１電極のものにしたものである。
図１〜図３において、Ｚ矢印方向が上方向であり、Ｘ矢
印およびＹ矢印方向は水平方向である。以下の説明で
は、Ｙ矢印方向を前方向と、Ｘ矢印方向を右方向と表現
する。図１は、溶接装置１を斜め上方から見下した斜視
図相当の、機構概要を表す簡略図である。ワーク（被溶
接材）Ｗ１，Ｗ２は、図５および図６の（ａ）に示すよ
うに、互いに向いあう縁を突き当てた状態で、作業床面
Ｆ上に設置された図示しない複数の油圧ジャッキにより
下支持され、各ジャッキの支持高の調整により所望の曲
面形状となっている。すなわち３次元的に曲がってい
る。ワ−クＷ１，Ｗ２の突き当てられた縁と縁の間にで
きた開先ｂは、ワークＷ１，Ｗ２が所要の角度で３次元
的に曲げられているので、図示例においては、ワ−クは
左前方が高い登り傾斜になっている。このような曲面形
状を維持するために、開先内面は仮付溶接により仮付け
されている。

【００１２】図１において、床面Ｆ上には、水平Ｘ方向
に延びるＸ方向レールＸ１が敷設されており、該レール
Ｘ１よりも前方上方に（床面Ｆより離れて）、レールＸ
１と平行なＸ方向レールＸ２が、図示しない支持柱によ
り支持されている。２本のレールＸ１とＸ２をＸレール
対ＲＸとする。レールＸ１にＸ走行台Ｙ１が、レ−ルＸ
２にＸ走行台Ｙ２が載っており、これらのＸ走行台Ｙ１
とＹ２が支持柱ＹｚおよびＹ方向レ−ルＲＹを支持して
いる。支持柱ＹｚおよびＹ方向レ−ルＲＹは直交し一体
連続である。Ｘ走行台Ｙ１の駆動車輪は、Ｘ走行台Ｙ１
に搭載されたモータＭ１により図示しない減速機構を介
して回転駆動される。モータＭ１が通電され、Ｘ走行台
Ｙ１の駆動車輪が回転駆動されてＸ走行台Ｙ１がレール
Ｘ１上を走行すると、支持柱ＹｚおよびＹ方向レ−ルＲ
ＹがレールＸ１，Ｘ２に沿ってＹ軸に平行な状態でＸ方
向左または右に移動する。

【００１３】Ｙ方向レ−ルＲＹに溶接装置１の走行台車
（Ｙ走行台）４の車輪４ａ〜ｄが載せられている。走行
台車４の車輪４ａ〜ｄの回転軸には、図示しないスプロ
ケットホイールが一体固着されており、該スプロケット
ホイールに、レールＲＹに沿って配設された輪状の図示
しないチェーンベルトが噛み合う。チェーンベルトは、
走行台車４に載置されたモータＭ２により回転駆動さ
れ、それに伴い走行台車４がレールＲＹ上をＹ方向に移
動する。

【００１４】図２に、溶接装置１を図１に示した一点鎖
線矢印２Ａ方向より見た図を示し、図３には、溶接装置
１を図１に示した一点鎖線矢印３Ａ方向より見た図を示
す。走行台車４の中央部には、上下に貫通する穴が開い
ており、該穴を中空で柱状の昇降管１２がＺ方向に昇降
自在に貫通している。昇降管１２の外面には、それぞれ
Ｚ方向に延びるレール１３ａ〜ｃが装着されており、そ
れらは、それと対向する走行台車４の穴の内面に設けら
れたスライダに、Ｚ方向に昇降自在にはまっている。昇
降管１２の下部の外壁には、ｚ方向に延びるネジ棒Ｍ４
ｓを回転駆動する昇降モータＭ４が固着支持されてい
る。走行台車４には、台車部をＺ方向に貫通するねじ穴
があり、該ねじ穴とネジ棒Ｍ４ｓがねじ結合している。
ここで、走行台車４は、Ｙレ−ルＲＹで下支持されてい
るので、昇降モータＭ４がネジ棒Ｍ４ｓを回転駆動する
と、走行台車４に対して昇降管１２が、Ｚ方向に昇降す
る。昇降管１２の軸心を、Ｚ方向に延びる中空の旋回軸
１０が水平回転自在に貫通する。走行台車４の上面から
突出する昇降管１２の上開口近くの外壁に、回転モータ
Ｍ３が固着支持されている。回転モータＭ３の回転軸に
は平歯車が固着されており、水平方向に回転する。旋回
軸１０の上開口の縁には平ギアが一体になっており、該
ギアに回転モータＭ３の平歯車が噛み合う。回転モータ
Ｍ３が通電されると、その回転軸に一体の平歯車が回転
し、ギアを介して旋回軸１０が昇降管１２に対して回転
中心線Ｏを中心として回転する。

【００１５】旋回軸１０の下端部には、センサベース２
が支持されている。旋回軸１０の回転に伴いセンサベー
ス２が水平方向に回転する。回転モータＭ３の回転軸に
は、ポテンショメータＰ１の回転軸が連結されており、
ポテンショメータＰ１は、旋回軸１０の旋回角θを示す
電気信号を発生する。

【００１６】センサベース２の下部の、回転中心線Ｏの
位置には、該中心線Ｏと直交する水平方向（図２では紙
面と垂直な方向，図３ではｘ方向）とＺ方向に移動自在
の第１の開先倣いロ−ラがあり、この第１の開先倣いロ
−ラに２軸型のポテンショメ−タＰ３が結合されてい
る。ポテンショメ−タＰ３は、第１の開先倣いロ−ラを
回転自在に支持する支持杆の水平方向位置を検出するポ
テンショメ−タと、該支持杆のＺ位置を検出するポテン
ショメ−タを有し、回転中心線Ｏの位置での、センサベ
−ス２に対する開先の水平方向位置およびＺ位置を表わ
す電気信号を発生する（図２）。

【００１７】センサベース２の下部の、回転中心線Ｏか
ら所定距離離れた位置には、水平方向（図２では紙面と
垂直な方向，図３ではｘ方向）とＺ方向に移動自在の第
２の開先倣いロ−ラがあり、この第２の開先倣いロ−ラ
に２軸型のポテンショメ−タＰ２が結合されている。ポ
テンショメ−タＰ２も、第２の開先倣いロ−ラを回転自
在に支持する支持杆の水平方向位置を検出するポテンシ
ョメ−タと、該支持杆のＺ位置を検出するポテンショメ
−タを有し、回転中心線Ｏから所定距離離れた位置で
の、センサベ−ス２に対する開先の水平方向位置および
Ｚ位置を表わす電気信号を発生する（図２）。

【００１８】ポテンショメ−タＰ３とＰ２が検出した水
平方向位置の差は、センサベース２（の水平な基準線）
に対する開先の水平方向の曲り（斜め角）に対応し、ポ
テンショメ−タＰ３とＰ２が検出したＺ位置の差は、水
平面に対する開先線の傾斜角（前後角）α（図２）に対
応する。

【００１９】センサベース２の下部の、第１および第２
の開先倣いロ−ラ（Ｐ３，Ｐ２）を結ぶ縦線と直交し、
回転中心線Ｏから所定距離離れた位置に、第１のワ−ク
倣いロ−ラがあり、このロ−ラを回転自在に支持する支
持杆のＺ位置を、ポテンショメ−タＰ５が検出し、該Ｚ
位置を表わす電気信号を発生する（図３）。また、セン
サベース２の下部の、前記縦線と直交し、回転中心線Ｏ
から所定距離離れかつ回転中心線Ｏに関して第１のワ−
ク倣いロ−ラと対向する位置に、第２のワ−ク倣いロ−
ラがあり、このロ−ラを回転自在に支持する支持杆のＺ
位置を、ポテンショメ−タＰ４が検出し、該Ｚ位置を表
わす電気信号を発生する（図３）。ポテンショメ−タＰ
５とＰ４が検出したＺ位置の差は、水平面に対するワ−
クの傾斜角（左右）β（図３）に対応する。

【００２０】第１のワ−ク倣いロ−ラ（Ｐ５）には、ロ
−タリエンコ−ダＰ６が結合されており、該ロ−ラ（Ｐ
５）の所定小角度の回転につき１パルスの電気信号を発
生する。このパルスをカウントすることにより、センサ
ベース２の、開先に沿った移動量が分かり、所定時間の
間のカウントアップ値は、センサベース２の、開先に沿
った移動の速度Ｖ（溶接速度）を表わす。

【００２１】図２を参照すると、第１および第２のワ−
ク倣いロ−ラ（Ｐ５，Ｐ４）の配列方向（図２の紙面に
垂直な方向）に延びる回転軸３１ａが、センサベース２
の略中央を回転自在に貫通している。センサベース２に
はモータＭ７があり、その出力軸は減速機構を介して、
回転軸３１ａに連結され、モータＭ７に通電があると、
モータＭ７の回転軸の回転は減速機構により減速されて
回転軸３１ａに伝えられる。回転軸３１ａには、ト−チ
支持フレ−ム３が固着されている。回転軸３１ａの回転
に伴いト−チ支持フレ−ム３が回転軸３１ａを中心とし
て回動し、フレ−ム３で支持された溶接トーチ３０の、
ワ−クに対する前後角γが変わる。回転軸３１ａの回転
角度を表わす電気信号をポテンショメ−タＰ７が発生す
る。

【００２２】溶接トーチ３０は、トーチの突き出し，引
き込み（接離）駆動を行うモータＭ８を含む接離機構、
ならびに、溶接トーチ３０を開先の幅方向にオシレ−ト
（揺動）駆動するオシレートモータＭ９を含むオシレ−
ト機構を介して、ト−チ支持フレ−ム３で、開先の深さ
方向に昇降（接離）可および開先の幅方向にオシレ−ト
可に支持されている。

【００２３】センサベース２にはさらに、ワイヤ供給装
置５がある。ワイヤ供給装置５は、ワイヤフィーダとそ
れを駆動するモータＭ６からなる。溶接ワイヤｗａは、
走行台車４の上部に載置されているワイヤパックｗｐよ
り、旋回軸１０内軸心部をＺ方向に貫通する管１４内を
通り、管１４の排出口１４ａよりワイヤ供給装置５に供
給され、その中のワイヤフィーダを通り、溶接トーチ３
０に供給される。

【００２４】溶接が開始されると、モータＭ６がワイヤ
フィーダを駆動し、ワイヤｗａをワイヤパックｗｐから
溶接トーチ３０に供給する。溶接トーチ３０のモータＭ
８は、溶接トーチ３０の突出長（開先ｂとの距離）を所
定値（図示しない制御回路からの通電指令に基づく）に
調整し、モータＭ９が溶接速度Ｖに応じた速さで、溶接
トーチ３０をオシレート駆動する。

【００２５】溶接ト−チ３０の先端には、本発明の実施
のために二重シールド（２０）が装着されている。図４
に、二重シールド２０の縦断面を拡大して示す。溶接ト
−チ３０はその先端の溶接チップ６から溶接ワイヤｗａ
を開先内に給送しかつシ−ルドガスを吹出すものであ
る。この溶接ト−チ３０に二重シ−ルド２０が装着され
ている。二重シ−ルド２０は、溶接ト−チ３０に固着さ
れたアタッチメント２１，このアタッチメント２１に固
着されている内ノズル２２および外ノズル２３を含む。
内ノズル２２は溶接チップ６を包囲し溶接ト−チ３０か
ら吹き出されるシ−ルドガス（第１シ−ルドガス）をチ
ップ６に沿って下方に案内する。この第１シ−ルドガス
は、内ノズル２２の下端開口から、チップ６の外方に露
出する溶接ワイヤｗａの周辺に吹き出す。外ノズル２３
は下半分が円錐筒状に拡がったものであり、この外ノズ
ル２３に溶接ト−チ３０の外部から第２シ−ルドガスＧ
が供給され、これが内ノズル２３の外周面に沿って下端
開口から、第１シ−ルドガスの外側に吹き出される。溶
接ワイヤｗａ直下の溶融部は、第１シ−ルドガスと第２
シ−ルドガスで二重にシールドされる。以下において、
第１シ−ルドガスに加えて第２シ−ルドガスをも吹き出
す態様を「二重シ−ルド」と称し、第１シ−ルドガスの
みを吹き出す態様を「二重シ−ルドなし」、又は「単一
シ−ルド」と称す。 次に、連続的に溶接線方向（Ｙ方
向）およびそれと直交する直角方向（Ｘ方向）に傾斜
（以下スロープという）を有し、及び溶接線直角方向
（Ｘ方向）の傾斜（以下ローテーションという）を有し
た曲面状のワ−クＷ１とＷ２の、上述の溶接装置１を用
いた片面溶接を説明する。なお、溶接線方向（Ｙ方向）
のワ−クの傾斜をスロープと称し、直角方向（Ｘ方向）
のワ−クの傾斜をローテーションという。

【００２６】ワ−クＷ１，Ｗ２（被溶接材）が形成する
開先は、図６に示すように開先角度３０〜６５°のＶ
（図６の（ａ））またはＹ（図６の（ｂ））形状とし、
溶接中に開先ずれを起こさないように、開先内面を仮付
け溶接により仮付けする。開先の裏面には裏当材ＢＰを
当て、開先内に鋼粒または鉄粉を板厚の1/4以上2/3以下
の高さに散布し、溶接電極ワイヤｗａ（ト−チ３０）に
40回／分以上150回／分以下の揺動を与える。この揺動
の一単位すなわち一回は、一往復動である。溶接電極ワ
イヤｗａの溶接電流密度をワイヤ断面積当り200Ａ／ｍ
ｍ²以上として片面ガスシールドアーク溶接を行うこと
により、アークが安定し耐割れ性および良好な表，裏ビ
ードが得られるとともに高能率な溶接ができる。

【００２７】図７に、数種の板厚の片面ガスシールドア
ーク溶接における鋼粒散布高さと裏ビードの形状の関係
を示す。その時の溶接諸条件を表１に示す。なお、表１
上の「ル−トギャップ」は、開先横断面での、相対向ワ
−クＷＲ，ＷＬ間の最短距離を意味する。図６の（ｂ）
にル−トギャップを明示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】実験にあたっては、各板厚に応じて電流，
電圧，ト−チ揺動幅（ウィ−ビング幅），ト−チの繰返
し往復駆動の速度（回／分）を変化させた。図７上の丸
記号，三角記号および×記号は測定点を示し、丸記号は
裏ビート形状良好を意味し、三角記号は裏ビード形状不
良を意味し、×記号は裏ビード形状が悪いあるいは溶け
落ちが発生したことを意味する。

【００３０】図７より、各板厚の開先内に鋼粒を1/4以
上2/3以下の高さ散布して溶接することにより裏ビード
形状が良好になることが分かる。散布高さが板厚の2/3
を超えると裏ビードが形状が悪いか、裏ビードが形成さ
れない。また1/4未満では溶け落ちが発生した。

【００３１】なお、鋼粒または鉄粉の粒度分布は、粒径
1.5mm以下であることがアークの安定性および裏ビード
の形状を良好にすることから好ましい。また、鋼粒また
は鉄の成分は、主にＦｅからなるが、耐割れ性からＣは
0.10％以下、ＳおよびＰは0.020％以下が好ましく、他
の成分は溶接金属の強度靱性を考慮してＳｉ，Ｍｎ，Ｍ
ｏその他の脱酸剤や合金剤を含有させることができる。
以上の粒度と成分を満足すれば、各種サイズの鋼ワイヤ
をカットした粒状体でも良い。

【００３２】開先角度が30°未満では、裏ビードの均一
性が悪くなり、開先角度が65°を超えると開先断面積が
大きくなるので溶接能率が低下する。

【００３３】開先内面に予め仮付け溶接を施すことによ
り、溶接中のギャップ変動が少なくなり、ギャップ変動
による溶接条件の乱れが少く、溶接品質がより安定す
る。開先内面への仮付けは溶接長全線または部分的でも
良い。また、仮付けビードの高さは裏ビードを安定に出
すために７ｍｍ以下で、かつ、仮付けを完全にするため
に２ｍｍ以上とすることが好ましい。

【００３４】裏当材ＢＰとしてセラミック固形裏当材を
使用した場合は、被溶接材裏面に裏当材ＢＰを接合させ
るだけの弱い支持力で、被溶接材に対して裏当材ＢＰを
支持すれば良く、マグネットや拘束用治具を用いる必要
がなくなる。したがって、労力の低減が図れる。裏当材
ＢＰとして、セラミック固形裏当材の他に、ガラステー
プ併用の銅板裏当材またはフラックス銅裏当材のいずれ
を用いても同様の効果が得られる。

【００３５】ルートギャップは5mm以下、Ｙ開先でのル
ートフェイスは3mm以下であることが仮付け溶接の安易
さおよび裏ビードが安定して出るので好ましい。図６の
（ｂ）にはルートギャップおよびルートフェイスを明示
した。ルートギャップが5mmを超えると開先断面積が広
くなるので溶接能率が低下する。

【００３６】ワイヤ単位断面積当りの溶接電流密度が20
0Ａ／mm²未満では、安定した裏ビードが得られない。特
に仮付け部での未溶融部が発生する。なお、溶接ワイヤ
ｗａの直径は、ワイヤ単位断面積当りの溶接電流密度が
高いことから、溶接作業性および裏ビード形状を良好と
するために1.4mm以上〜2.0mm以下であることが好まし
い。

【００３７】溶接ワイヤｗａ（溶接ト−チ３０）の繰返
し往復動すなわち揺動（オシレ−ション）は、裏ビード
形状を良好にするためであり、一往復動を１回とする
と、40回／分未満の繰返し速度ではビード波形が粗くな
り良好な裏ビード形状が得られない。150回／分超の繰
返し速度ではアークが不安定となり均一で良好な裏ビー
ド形状が得られない。

【００３８】溶接ワイヤｗａ（溶接ト−チ３０）のオシ
レ−ト幅（揺動幅）については、ビード表面を綺麗にす
る目的で、板幅に応じて段階的に変化させる。板厚10mm
程度では4mm、板厚25mm程度では10mmとするのが好まし
い。なお、電極ワイヤｗａの揺動は、溶接線と直角方向
かつ被溶接材板面と平行または溶接線と直角方向かつ水
平面と平行のいずれとしても同様の効果が得られる。

【００３９】溶接速度は溶接作業性および裏ビ−ド外観
を良好にする観点から15〜45cm/minであることが好まし
い。２層目以降の溶接方法は特に限定しないが、２層目
以降は、ソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤを
用いたガスシールドアーク溶接法で行えば良い。

【００４０】次に本発明における溶接ワイヤｗａの成分
限定根拠を記述する。 Ｃ：0.10％以下 Ｃは割れ感受性を高める成分であり、片面溶接では特に
影響が高いため0.10％以下とした。 Ｓｉ：0.50％以上1.00％以下 Ｓｉは主に脱酸剤として添加するが、そのほかビード形
状を改善する作用がある。しかし、0.50％未満ではそれ
らの効果が得られず、また1.00％超ではスラグ発生量が
増加し、次の（第２層以下の）溶接前にスラグを除去す
る必要が生じて板継ぎ作業能率が低下するため、その範
囲を0.50％以上1.00％以下とした。 Ｍｎ：1.50％以上2.50％以下 ＭｎはＳｉと同様に脱酸剤として作用するほか、ビード
形状および耐割れ性改善を目的に添加する。しかし、1.
50％未満ではビード形状及び耐割れ性の改善効果が得ら
れない。また2.50％超では、溶接金属の硬化が著しくな
るためその範囲を1.50％以上2.50％以下とした。 Ｍｏ：0.10％以上1.50％以下 Ｍｏは比較的入熱量の高い溶接における溶接金属の軟化
抵抗を増加して強度低下を軽減する目的で添加する。し
かし、0.10％未満ではこの効果は得られず、1.50％超で
はＭｏの炭化物が生成して、溶接金属の著しい硬化と靱
性劣化を生ずるためにその範囲を0.10％以上1.50％以下
とした。 Ｔｉ：0.10％以上0.50％以下 Ｔｉは強脱酸元素であり、溶接金属のミクロ組織の微細
化により靱性を向上させる作用がある。しかし、比較的
入熱量の高い溶接において、0.10％未満では靱性改善効
果が期待できず、0.50％超では炭化物を生成して著しく
靱性を損なうためその範囲を0.10％以上0.50％以下とし
た。 Ｂ：0.0030％以上0.0100％以下 Ｂは微量の添加で焼入れ性を高めミクロ組織を微細化
し、靱性の向上に効果がある。過剰になると溶接金属が
著しく硬化し延性低下を招き耐割れ性が劣化する。この
ためその添加量について十分な注意が必要である。溶接
ワイヤ３中の含有量が0.0030％以上0.0100％以下であれ
ば溶接金属の著しい硬化を招くことなく、靱性を向上で
きる。

【００４１】本発明は開先内に鋼粒または鉄粉を散布す
るためフラックス入りワイヤに比べ溶け込みの深い鋼ワ
イヤを用いるが、ワイヤ単位断面積当りの電流密度を高
くし、さらには溶接ワイヤｗａ（溶接ト−チ３０）を揺
動するためスパッタの発生量が多い。したがって、シー
ルド効果が高く、スパッタ発生量が少なくなる２重シー
ルドとした。表２にスパッタ発生量調査時の溶接諸条件
を、図８に溶接電流とスパッタ発生量の関係を示す。従
来法でのスパッタ発生量は、電流を高めるにつれて増加
するが2.0〜5.0 ｇ／min程度であるので、それ以下の発
生量を良好と評価した。二重シールドとした場合は、従
来法に比べ電流の変化に関係なくスパッタ発生量は2.0
ｇ／min以下であった。

【００４２】

【表２】

【００４３】なお、溶接速度は溶接作業性および裏ビー
ド形成性から15〜45 cm／minであることが好ましい。以
下に、本発明の実施例と比較例を説明する。

【００４４】

【実施例】表３に示す鋼材と表４に示すワイヤとを組合
せ、表５および表６に示す開先形状，鋼粒または鉄粉お
よび溶接条件で、初層のみ溶接長1500mmの片面ガスシー
ルドアーク溶接を行った。なお、開先内面の仮付けは、
被覆アーク溶接棒を用い300mmおきに30mm長さで６カ所
行った。溶接後に表，裏ビード外観、割れの有無および
溶接後の試験体の裏面2mmからJIS Z 2202 4号の衝撃試
験片を採取して衝撃値を調査した。なお、割れの有無は
浸透深傷試験およびマクロ断面でした。それらの結果も
表５，表６に示す。表５と表６とは、本来１つの表を示
すものであるが、Ａ４サイズに収まらないので、該表を
２分割したものであり、表６のＮｏ．１〜２１のそれぞ
れの行を表５のＮｏ．１〜２１のそれぞれの行に継ぐこ
とにより、１つの表が現われる。

【００４５】

【表３】

【００４６】

【表４】

【００４７】

【表５】

【００４８】

【表６】

【００４９】表５，表６中Ｎｏ．１〜８が、本発明によ
る溶接方法の実施例、Ｎｏ．９〜２１は比較例である。
本発明の実施例Ｎｏ．１〜８は、開先形状，鋼粒または
鉄粉の散布高さ，溶接ワイヤの往復動の繰返し速度（回
／分），溶接電流密度および溶接ワイヤの化学成分が適
正で、溶接ワイヤｗａ（Ｗ１〜Ｗ４）の、溶接チップ２
からの突出部およびその直下の溶融金属を、二重シ−ル
ド２０が吹出す第１および第２シ−ルドガスで覆うの
で、表，裏ビード外観とも良好であり、高温割れ等の欠
陥もなく衝撃値も極めて良好なものになった。

【００５０】比較例中Ｎｏ．９は、開先角度が狭過ぎ、
また溶接ワイヤｗａ（Ｗ６）のＳｉが低いので、裏ビー
ドが出なかった。Ｎｏ．１０は、開先角度が広過ぎ、溶
接による盛り上がりが少なく、また裏ビードが出過ぎ
た。またワイヤｗａ（Ｗ７）のＳｉが高いのでスラグ発
生量が多かった。Ｎｏ．１１は、鋼粒の散布量が少いの
で溶融金属の溶け落ちが発生した。Ｎｏ．１２は、鋼粒
の散布量が多いので、裏ビードが出なかった。またワイ
ヤｗａ（Ｗ１１）のＴｉが低いので、衝撃値が低くなっ
た。

【００５１】比較例中のＮｏ．１３は、ワイヤｗａ（Ｗ
５）のＣが高いので、高温割れが発生した。Ｎｏ．１４
は、ワイヤｗａ（Ｗ８）のＭｎが低いので、表のビード
外観がやや不揃いとなった。また高温割れも発生した。
Ｎｏ．１５は、ワイヤｗａ（Ｗ９）のＭｏが低いので、
別途実施した引張試験で480Ｎ／mm²と鋼材（被溶接材）
より強度が低くなった。Ｎｏ．１６は、ワイヤｗａ（Ｗ
１０）のＭｏが高いので衝撃値が低下した。Ｎｏ．１７
は、溶接電流密度が低いので、裏ビードが出なかった。
またワイヤｗａ（Ｗ１２）のＴｉが高いので、衝撃値が
低下した。Ｎｏ．１８は、ワイヤｗａの往復動の繰返し
速度（回／分）が低いので、裏ビードが不揃になった。
またワイヤｗａ（Ｗ１３）のＢが低いので、衝撃値が低
下した。Ｎｏ．１９は、ワイヤｗａ（Ｗ１４）のＢが高
いので、高温割れが発生した。Ｎｏ．２０は、ワイヤｗ
ａの往復動の繰返し速度（回／分）が高いので、アーク
が不安定となり裏ビードが不揃になった。Ｎｏ．２１
は、二重シールドなしであるのですなわち単一シ−ルド
であるので、スパッタ発生量が多かった。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、短
尺から長尺の曲面状の溶接構造物の片面溶接において、
溶接作業性，耐割れ性および裏ビードが良好で、健全か
つ高靱性の溶接部が得られるとともに、開先断面積を小
さくでき、溶接中に複雑な操作を必要としないため安易
に曲面板継ぎ作業能率を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施に使用した溶接装置の概要を示
す斜視図である。

【図２】 図１の２Ａ−２Ａ線拡大断面図である。

【図３】 図１の２Ａ−２Ａ線に直交する、矢印３Ａの
方向で見た拡大断面図である。

【図４】 図１，図２に示す溶接ト−チ３０に装備した
二重シ−ルド２０の拡大縦断面図である。

【図５】 図２に示すワ−クＷ１，Ｗ２（被溶接材）の
斜視図である。

【図６】 （ａ）は、図１に示すワ−クＷ１，Ｗ２間の
Ｖ開先を示す拡大正面図、（ｂ）はワ−クＷ１，Ｗ２が
Ｙ開先の場合の、該開先を示す拡大正面図である。

【図７】 明細書上の表１に示す溶接条件で、数種の板
厚の被溶接材の開先を溶接したときの、板厚と鋼粒散布
高さとの組合せの分布を示すグラフであり、組合せ点
に、裏ビード形状の良否を示す記号を付した。

【図８】 溶接電流値とスパッタ発生量との関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１：溶接装置 ２：センサ
ベース ３：ト−チ支持フレ−ム ４：Ｙ走行
台車 ４ａ〜ｄ：車輪 ５：ワイヤ
供給装置 ６：溶接チップ ８：制御回
路 ９：ペンダント １０：旋回
軸 １２：昇降管 １３ａ〜
ｃ：レール １４：管 １４ａ：排
出口 ２０：二重シ−ルド ２１：アタ
ッチメント ２２：内ノズル ２３：外ノ
ズル ３０：溶接トーチ ３１ａ：回
転軸 ｂ：開先 Ｆ：水平床
面 Ｍ１〜Ｍ１１：モータ Ｍ４ｓ：ネ
ジ棒 Ｘ１，Ｘ２：Ｘ方向レール ＲＸ：Ｘレ
ール対 Ｙ１，Ｙ２：Ｘ走行台 Ｙｚ：支持
柱 ＲＹ：Ｙ方向レ−ル Ｏ：回転中
心線 Ｐ１〜Ｐ５，Ｐ７：ポテンショメータ Ｐ６：ロー
タリエンコーダ Ｗ１，Ｗ２：ワーク（被溶接材） ｗａ：溶接
電極ワイヤ ｗｐ：ワイヤパック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 33/00 Ｂ２３Ｋ 33/00 Ｚ 35/30 ３２０ 35/30 ３２０Ａ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｙ 38/14 38/14 // Ｂ２３Ｋ 9/00 ５０１ Ｂ２３Ｋ 9/00 ５０１Ａ ５０１Ｂ 9/32 9/32 Ｅ (72)発明者 吉 村 司 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵溶 接工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】曲面状の被溶接材の、開先角度30°〜65°
   のＹまたはＶ形状の、内面を仮付けした開先に裏当材を
   当接し突合せ片面溶接するに当たって、開先内に鋼粒ま
   たは鉄粉を板厚の1/4以上2/3以下の高さまで散布し、溶
   接トーチから開先内に溶接ワイヤを給送しかつ該溶接ワ
   イヤを開先の長手方向ｙを横切る方向に40回／分以上15
   0回／分以下で往復揺動駆動し、ワイヤ単位断面積当り2
   00Ａ／mm²以上の溶接電流で溶接することを特徴とする
   片面ガスシールドアーク溶接方法。
2. 【請求項２】前記溶接ワイヤは、重量％で、 Ｃ：0.10％以下，Ｓｉ：0.50％以上 1.00％以下，Ｍ
   ｎ：1.50％以上 2.50％以下，Ｍｏ：0.10％以上 1.50％
   以下，Ｔｉ：0.10％以上 0.50％以下，Ｂ：0.0030％以
   上 0.0100％以下、そして残部が実質的にＦｅおよび不
   可避不純物よりなる鋼ワイヤである、請求項１記載の片
   面ガスシールドアーク溶接方法。
3. 【請求項３】溶接ト−チから、開先に送給する溶接ワイ
   ヤの周りに第１シ−ルドガスを吹き出し、該溶接ト−チ
   から更に、第１シ−ルドガスの外側に第２シ−ルドガス
   を吹き出して溶接ワイヤ周りを二重シ−ルドする、請求
   項１又は請求項２記載の片面ガスシールドアーク溶接方
   法。