JPS5811313B2 - 高能率多電極潜弧溶接法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶接入熱量が制限される厚鋼板の溶接継手を
高能率に潜弧溶接する方法に関するものである。

従来、溶接入熱量を制限しながら、潜弧溶接法の溶接能
率を高める方法としては、種々な方法が検討されている
。

例えば、開先内に細粒鋼片をあらかじめ充填し、太径電
極ワイヤ（４，８ｍｍφ以上）の高電流、高速多電極法
によって溶着効率を高める方法などはパス数の減少によ
って溶接能率の向上が図られている。

この場合、開先形状は開先断面積を少なくするためにＸ
形の開先とされることが多い。

従来の太径電極ワイヤを使用する通常の潜弧溶接方法で
たとえば板厚３８〜４２ｍｍの厚鋼板の溶接継手を８０
ＫＪ／ｃｍ以下の入熱量で溶接するためには、表、裏側
両面で６〜８層溶接する必要があり、きわめて層数が多
くなり非能率的である。

またＸ開先では初層ビードの断面形状が梨型になりやす
く凝固割れ発生の危険性があり、スラグの剥離性もきわ
めて悪くその除去作業に多大の労力を要するという欠点
があった。

そのため、溶接入熱量が制限される厚鋼板（例、調質鋼
）の潜弧溶接法として、細径ワイヤ（３，２ｍｍφ）を
電極とし、開先内に鋼細粒１片（カットワイヤ１ｍｍφ
×１ｍｍ）を充填し、単電極潜弧溶接を行う方法が提案
されたことがある。

この細径ワイヤ単電極溶接法で入熱制限を維持しながら
電流密度を高めるためには同時に溶接速度も高めねばな
らず、初層ビード形状がとくに悪化するため溶接割れ発
生の危険とスラグ剥離難があった。

したがって、ビード形状を良くするためには、低速（２
０〜３０ｍ／ｍ１ｎ）溶接する必要があり、溶接能率は
低下し、また溶接入熱量が過大とならざるをえなかった
。

本発明は、かかる従来技術の欠点を解消したきわめて高
能率の溶接方法である。

すなわち本発明は厚鋼板を多層盛溶接するに際して溶接
入熱量Ｑジュール／ｃｍとするとき鋼線粒片を各層の溶
接の前に該溶接箇所夫々に４×１Ｏ−３Ｑ〜２０×１Ｏ
−３Ｑグラム／ｍ充填し電極ワイヤ径を２．５〜４．０
ｍｍφとしかつ先行電極ワイヤの電流密度を１００〜２
００Ａ／ｍｍ２になるようにして溶接することを特徴と
する高能率多電極潜弧溶接法である。

なお、本発明において鋼線粒片とは溶接アーク熱により
容易に溶融溶解する細粒（２ｍｍ２以下）の鋼片、また
は鉄粉と脱酸剤等をペレット（丸く球状にした粒）にし
たものである。

微粉が多いと溶接アーク熱により溶融する量が少なくな
るためサイズとしては２００メツシュ以上の大きさのも
のが少なくとも８０％ある方が望ましい。

以下に本発明の詳細な説明する。

先ず、本発明において鋼線粒片の溶接線１ｍあたりの充
填量を４×１Ｏ−３Ｑ〜２０×１Ｏ−３Ｑグラム／ｍと
するのは第１図に示すように鋼線粒片の溶融量は溶接入
熱量Ｑの増加と共に増えるが４×１０−３グラム／ｍよ
り少ないと本発明の高溶融量溶接法の長所が低減し、初
層ビード形状が悪化し、さらにスラグの剥離性が悪くな
り２０×１０−３グラム／ｍより多くなると開先内に充
填した鋼線粒片が未溶融のまま一部残存して溶接欠陥と
なってしまうことによる。

電極ワイヤ径を２．５〜４．０ｍｍφとするのは２．５
ｍｍより細径のワイヤでは充分な溶接電流を通電できず
、したがって溶接速度を低下さす必要があり低能率とな
り、４．０ｍｍφより太径のワイヤでは大きな電流を通
電しなければ電流密度が大きくならず、大電流を通電す
ると溶接入熱量が制限されている場合、溶接速度を大き
くする必要があり、溶接速度が過大になるとビード形状
の悪化とスラグ巻込み等の溶接欠陥が生ずるので不都合
である。

先行電極の電流密度を規制するのは、開先内に充填した
鋼線粒片の溶融量が先行電極の電流密度に依存すること
による。

電流密度を１００〜２００Ａ／ｍｍ２に規制するのは、
１００Ａ／ｍｍ２以下では溶接アークの集中力が弱く、
充分な量の鋼線粒片を溶融できず、特徴とする高溶融溶
接かえられなくなり、２００Ａ／ｍｍ２以上では不安定
な溶接現象となり、ビード形状の悪化と同時に鋼線粒片
の溶融量が逆に低下してしまうことによる。

また、多電極溶接法とするのは、単電極では前述したよ
うにビード形状がきわめて悪くなるか溶接速度がきわめ
て遅くなるかのいづれかであることによる。

つまり、多電極化によって先行電極の機能は主として鋼
線粒片の溶融量増大に適した溶接条件に設定し、ビード
形状は他の電極の溶接条件の設定によって整えられる。

すなわち本発明の大きな特徴は、細径ワイヤを使用し、
高電流密度のアークを発生させ、とくにＸ開先の初層に
充填された鋼線粒片を集中的に溶融させることにより鋼
線粒片の溶融量とワイヤ自身の溶融量を共に溶接入熱量
の制限内で飛躍的に高めた点にある。

従来の大径ワイヤを使用する方法では、溶接入熱量に制
限がある場合、電極ワイヤから発生するアークの電流密
度が低いため鋼線粒片の可溶融量は少なく、またワイヤ
自身の溶融量も少ない。

本発明によれば、同一人熱量の従来の太径ワイヤを使用
する場合に比較して溶着量が１．５倍以上となり、した
がって溶接の能率化がきわめて大きくなる。

また、Ｘ開先の初層溶接後のスラグ剥離性も、溶着量が
多いためにビード表面中が大きくなることにより大きく
改善される。

さらに細径ワイヤで多電極溶接法としたことにより、高
速溶接を行なっても割れの発生しない形状の初層ビード
が得られる。

すなわち先行電極の電圧を低目にして充分な溶込みが得
られるようにし、後行電極の電圧を高めにして大きなビ
ード巾が得られるようにすることにより割れの発生しに
くいビード形状を得ることができる。

従来提案されていた細径ワイヤの単電極溶接では、この
よ・うな手段がとれないので高速、高能率の溶接を行う
ことが不可能であった。

本発明においては、供給溶接エネルギーのうち充填材（
鋼線粒片）とワイヤの溶融に消費されるエネルギーの割
合が他の潜弧溶接法に比較してきわめて大きく、溶接エ
ネルギーがもつとも有効に活用される。

またフラックスの消費量（スラグとなる量）が少なく、
きわめて経済的である。

さらに、供給された溶接エネルギーが充填材やワイヤの
溶融に大きく消費されるので、母材の希釈や熱影響部の
脱化域が低減し良好な品質の溶接継手が得られ、溶接熱
による変形も低減する。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 第２図に示す開先形状のＢ５４３６０−５０Ｄ鋼板溶接
継手を表１の本発明法１に示す溶接条件により２電極（
タンデム）溶接した。

用いた電極ワイヤは３．２ｍｍφの中Ｍｎ系ワイヤで鋼
線粒片としては１ｍｍφ×１ｍｍのカットワイヤを、さ
らにフラックスとしては中性のフラックスＹＦ−１５を
用いた。

先行電極の電流密度は１１２Ａ／ｍｍ２とした。

板厚４０ｍｍの鋼板を裏側２層、表側２層、計４層で仕
上げることができた。

太径ワイヤ（４，８ｍｍφ）を用いる従来法（先行電極
の電流密度；５０Ａ／ｍｍ２）で同一人熱量で仕上げる
ためには裏側３層、表側５層溶接する必要があった。

次に第３図に示す開先形状の５Ｍ５ＱＣ鋼板溶接継手を
表１の本発明法２に示す溶接条件で３電極潜弧溶接を行
なった。

用いた電極ワイヤは先行電極が４．０ｍｍφ、中間およ
び後行電極ワイヤが３．０ｍｍφでいずれもＭｎ−Ｍｏ
系のワイヤである。

鋼線粒片としては０．８ｍｍφ×０．７ｍｍのＭｎ−Ｍ
。

系のカットワイヤを用いた。

フラックスは塩基性フラックスＹＦ１７０を用いた。

先行電極の電流密度は１０７Ａ／ｍｍ２とした。

板厚５０ｍｍの鋼板を裏側２層、表側２層、計４層で仕
上げることができた。

太径ワイヤ（６，４ｍｍφ）を用いる従来の３電極溶接
法（先行電極の電流密度；４２Ａ／ｍｍ２）で同一人熱
量で仕上げるためには裏側３層、表側４層溶接する必要
があった。

次に本発明に用いられたものと同じ電極ワイヤおよびフ
ラックスを用い第４図に示す開先形状のＢ５４３６０−
５０Ｄ鋼の溶接継手を表１の比較例３に示す溶接条件で
溶接を行ねった。

先行電極ワイヤの電流密度は裏面を１２５ Ａ／ｍ４、
表面を１１９Ａ／ｍｉとした。

用いた鋼線粒片は８Ｘ ｌ ００メツシュのペレット（
鉄粉とＦｅ−８ｉ、Ｆｅ−Ｍｎの脱酸剤を混合して球状
粒としたもの）である。

この場合は裏面溶接の初層および表面溶接の初層共に鋼
線粒片の充填量が少なかったためにスラグの剥離性が悪
く、ビード形状の改善が不充分で、初層ビードの一部に
割れが検出された。

なお、２層目は表面、裏面共充分な溶着金属が得られた
ために板厚４２間の鋼板を両面２層で溶接することがで
きた。

最後に本発明法２に用いられたものと同じ電極ワイヤお
よびフラックスを用い、第５図に示す開先形状の５Ｍ５
０Ｃ鋼の溶接継手を表１の比較例４に示す溶接条件で溶
接を行なった。

先行電極ワイヤの電流密度は裏面を１０６Ａ／ｍｍ２、
表面を１０９Ａ／ｍｍ２とした。

用いた鋼線粒片は種種の形を有した５メツシユ以下の混
合粒である。

この場合は鋼線粒片の充填量が溶接入熱量に対して多す
ぎたため開先底部に鋼線粒片の一部が未溶融のまま残存
し溶接欠陥となった。

以上の実施例で示したように本発明の方法によれば層数
は従来法に比較して半減でき、きわめて高能率化が図れ
ることが確認された。

本発明によれば単に溶接自体の高能率化が図れるのみな
らず、スラグの剥離時間の短縮、割れ発生の防止、スラ
グ消費量の低減等多くの効果があり本発明の経済的効果
はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接入熱量と鋼線粒片充填量の関係を示す図、
第２図、第３図、第４図および第５図はそれぞれ実施例
に用いられた開先断面形状を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 厚鋼板を多層盛溶接するに際して各層の溶接入熱量
   をＱジュール／ｃｍとするとき鋼線粒片を各層の溶接の
   前に該溶接箇所へ夫々４×１Ｏ−３Ｑ〜２０×１Ｏ−３
   Ｑグラム／ｍ充填し、電極ワイヤ径を２．５〜４．０ｍ
   ｍφとし、かつ、先行電極ワイヤの電流密度を１００〜
   ２００Ａ／ｍｍ２になるようにして溶接することを特徴
   とする高能率多電極潜弧溶接法。