JPS58212876A - ステンレス鋼の狭開先潜弧溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はステンレス鋼の厚板継手溶接において、特に使
用電流値を下げなくともスラグの剥離が良く高能率で、
かつ、低コストの溶接を行なうことのできるステンレス
鋼の狭開先潜弧溶接方法を提供することを目的とするも
のである。

近年、化学機械や原子関係でステンレス鋼を用いた大型
部品が製作されるようになり、５０１１１ときには１０
０ｍｎ以上の極厚のステンレス鋼板が用いられるように
なった。

従来、このような極厚のステンレス鋼の溶接は開先角度
もルート半径も大きくとった大断面積の開先で潜弧溶接
を行なうか、あるいは、ＭＩＧ溶接で開先断面積を小さ
くして溶接を行なうかであった。厚板ステンレス鋼を多
層盛で潜弧溶接する場合、材質的にＣｒ等のスラグ剥離
性を阻害する元素が関係するほか、溶接入熱で開先の縮
みが大きくスラグが開先内に挾まってスラグの剥離性が
悪く、大断面積の開先を用いるととも止むを得ないもの
とされてきた。しかし、ステンレス鋼は軟鋼のごとく溶
接材料費が安価でない上、熱膨張係数が犬きく溶接歪が
生じやすいこと、引張シ残留応力が大となると応力腐食
割れが懸念されること、溶接のパス間温度はオーステナ
イトステンレス鋼では１５０℃以下程度に低く抑えなく
てはならないが、熱伝導度が悪いので多層盛溶接では待
ち時間が長くなる等、開先断面積を小さくすべき要素が
極々あげられる。なお、エレクトロスラグ溶接法などｋ
よる大入熱溶接も溶接自体は可能であるが溶接金属の結
晶粒の粗大化による耐食性劣化か懸念されるため一般に
は実用化されていない。

したがって、潜弧溶接ではスラグが存在すること自体が
問題であるとの考えからＭＩＧ溶接で多層盛が行なわれ
るようになった。しかし、ＭＩＧ溶接では狭い開先内で
ガスシールドを完全に行々うことが難しく溶接条件の選
定を誤るとブローホールを生じるなどの問題がある。

このような現状から本発明者等は溶接条件の選定の容易
な潜弧溶接で狭開先による多層盛で溶接作業性を改善す
ぺ〈種々検討を行なった。

従来から軟鋼、低合金鋼における狭開先の潜弧溶接は特
開昭５５−１０３５６号公報、特開昭５５−１０３５７
号公報、特開昭５５−１０３５８号公報、特開昭５ｆ３
−８９３９６号公報等々種々の提案がなされており、こ
れら該提案について、まずステンレス鋼にも狭開先潜弧
溶接が適用できるか否かを試みたが判った。

したがって、本発明者等はフラックスと開先形状との組
合せにおいて種々検討した結果、５０１１１＋糧度の開
先深さで従来よシ約３０係強の開先断面積を減する方法
を開発した。

即ち、本発明は、開先角度（Ａｏ）とトド半径（Ｒｍ）
がＡく−５・Ｒ＋５０　　　（ただし、４＜、Ｒ≦９）
なる関係を有するＵＷ開先を少なくとも片面側に施した
厚さ４５ｍ以上のステンレス鋼の突合せ継手を１重量で
炭酸石灰４〜１０係、螢石６〜１６％。

珪灰石１５〜３０チ、アルミナ２０〜３０％、マグネシ
ア２０〜３０チ、脱酸剤、合金剤合せて１５チ以下をき
む焼成型フラックスを用いて多層盛溶接することを特徴
とするステンレス鋼の狭開先潜弧溶接方法を要旨とする
ものである。

以下、本発明に？いて詳細に説明する。

先ず、開先形状であるが、板厚４５簡以上のステンレス
鋼を用いた構造物部材になると非常に大型となシ溶接作
業性の点から表側を続けて溶接し、裏側は裏ハツリを行
ない表側初ノ！スの検査をした後できるだけ工数をかけ
ずに溶接を仕上げるのが通常であり、Ｕ型開光が主に用
いられる。また、Ｕ型開光は軟鋼、低合金鋼の場合であ
れば、板厚が極厚化してくるとＸ型開先等よりもかえっ
て開先断面積が小となることも厚板のＵ型開光採用の一
因である。

しかしながら、潜弧溶接で厚板のステンレス鋼を溶接す
る場合Ｕ型開光を用いてもスラグの剥離々どからルート
半径及び開先角度を大きく取らないと溶接作業性が非常
に悪いところから、板厚がかなシ厚いところまで開先断
面積はＸ型開先と大差がない。

第１図はステンレス鋼厚板の開先形状の例を示したもの
で、第１図の（ａ）は本発明方法に用いられる狭開先で
あり、（ｂ）は板厚１２ｍ程厩から４５鰭程度の比較的
薄い範囲の板厚に用いられるＸ型開先で、（Ｃ）は板厚
２５．ｍ程度から極厚板まで通常用いられるＵｎ開先の
例である。また、第２図は第１図の（ａ）　、　（ｂ）
及び（ｃ）の開先断面積と板厚との関係を示したもので
ある。第２図から分るようにステンレス鋼の場合、通常
用いられているＵ型開光では開先断面積からだけではＸ
型開先と大差がなく、以前多用されてきた厚板ステンレ
ス鋼の潜弧溶接がＭＩＧ溶接等へと移行していったこと
は前述のとおりである。

しかし、潜弧溶接は溶接条件範囲が広く溶接作業性が良
いとか溶接金属の品質が優れた自動溶接法であるところ
からステンレス鋼で狭開先の潜弧溶接ができれば大きな
メリットが生じる。

第２図に示した開先断面積と板厚との関係から板厚４５
ｍｍ未満であればＵ型開光で狭開先とした本発明方法に
用いる開先（ａ）よりもｘｇ開先（ｂ）の方が逆に小さ
い断面積ですむことが分る。板厚が薄い場合は被溶接物
の移動も容易であろうから、Ｘ型開先として表側溶接後
、反転して裏側溶接をすればよい。したがって、本発明
方法を適用する板厚は４５＋ｍ以上とした。

また、本発明方法に用いる開先を「少なくとも片面側に
施したＵ型開光」としたのは１００＋ｗ＋以上を超える
超極厚の溶接継手が考えられるが、このような場合には
両面側からＵｍ開先をと９だいわゆるＨ型開光にも適応
できることを示したものである。次にＵ型開光の開先寸
法とスラグの剥離性であるが、檻々の実験結果から次式
を得た。即ち、開先角度（Ａｏ）はルート半径（Ｒｍ）
を小さくしていくほど大きくする必要がある。

Ａく−５・Ｒ−）−５０（ただし　４＜；、Ｒ＜９　）
Ｕ型開光で狭開先にする場合、開先角度（Ａ’）。

ルート半径（Ｒｓｍ）ともに小さく設計できれば、これ
に越したことはない。しかし、潜弧溶接はフラックスを
用いて溶接する方法である限シ、多くのスラグを発生す
るので、このスラブを除去できなくてはならず、また、
割れの生じないピード断面形状が得られる開先切なくて
はならない。

Ｕ型開光における開先角度及びルート半径を決定する場
合、初ノ９スの耐割れ性と、初・９スあるいはそれに続
く２〜３ノ９スのスラグ剥離性で決まるといっても過言
でない。十数パスあるいは数／４’スという多層盛溶接
の溶接材料の使用量いいかえれば開先断面積が、初めに
溶接する数・母スの耐割れ性とスラグの剥離性で決まっ
てしまうことになる。

したがって、開先内初パスの溶接と開先角度及びルート
半径の関係を調べることが重要である。

本発明者等は、Ｕ型開光の設計に関しで゛開先内におけ
る初パス目の溶接が非常に重要なことに着目し、板厚３
０ｗのＳＵＳ　３０４鋼に深さ１５■のＶ溝及びＵ婢を
施した２種類の溝式試験片に対して第１表に示すフラッ
クスとワイヤ径４ＷＩＩＩｌのＹ３０８ステンレス鋼ワ
イヤを用いて５５０　Ａ、３３Ｖ、３５６ｎＡｎｉｎの
１・やス溶接を行ない、ピード断面形状及びスラグの剥
離性を調べた。なおこの場合、■廊の開先角度を５０°
としたが、それは次の理由による。即ち、スラグ剥離が
容易な開先角度はステンレス鋼では７０°以上、軟鋼の
場合ではスラグ剥離の容易な角度は６０’以上でフラッ
クスによっては５０°も可能である。また耐割れ性の点
からピード形状係数（ピード深さ／ビード幅）が１．１
以上になることは好ましくないことはよく知られている
。しかしながら、ＶＷ開先で開先角度が５０°未満であ
ると深さ方向に若干の溶込みが生じた場合にはたちまち
にしてピード形状係数を態化させてしまう。

このようなことから、試醜に用いたＶ溝の開先角度は５
０°とした。

マタ、通常用いられているステンレス鋼のＵ１ｉ開先は
前記第１図の（ｅ）のごとくであるが、この場合、ルー
ト半径はそのままとし開先角度を狭めるだけでもスラグ
の剥離性が劣化していくはずである。そこで試験に用い
たＵ溝は開先角ｉ　ｏｏ、ルート半径Ｒ＝１（１ｍとし
た。これらの試験から第１表のＦｌ系のフラックスであ
れば２種の溝式試験片ともスラグの剥離は容易であるが
他のフラックスはいずれもスラグの剥離が思わしくない
ことが判明した。ちなみに、上記２種類の溝式開先はＵ
型開光に当てはめるならば、■溝ではＡ＝５０°。

Ｒ＝　Ｏｍであシ、Ｕ溝ではＡ＝０°＋　Ｒ＝１０”で
ある。そこでＡをｙ軸にＲをＸ軸にとってＡ（５０、０
）とＲ（０，１０）を結ぶ直線を求めるとＡ＝−５・Ｒ
＋５０となる。したがって、Ａ≧−５・Ｒ＋５０の範囲
はステンレス鋼の潜弧溶接としては今までにかえシみら
れなかったＵ型開光の範囲である。

そこで第１表のＦｌｌ系テラクスを用い上式範囲内でＡ
とＲを変えＵ溝式試験片で再度確認したところスラグの
剥離に関しては十分満足することができることが分った
。

第　　１　　表 ※５１０２：珪灰石＋珪砂 ＣａＯ：珪灰石＋炭酸石灰 ところが、ルート半径４ｍ未満では使用ワイヤ径や溶接
条件によっては溶込みがルートまで届かずブリッジ状の
ピード断面になったり、あるいはピード形状係数が１．
１を超えるなど良好なピードを置くためには条件範囲が
狭くなることのほかに開先角度を広くとると板厚が厚く
なった場合開先断面積の点からメリットが薄れるとの欠
点がある。

また、ルート半径９■超では上式を適用した場合、開先
角度をθ°に近く設定することになシ溶接途中で開先が
収縮し開先角度がマイナースとなり溶接不能となること
がある。々お、９ｗ＋超のルート半径で開先角度を広げ
たのでは通常のＵ型開光に近すき溶接作業性の点からは
よくなろうが、総合的な溶接コストの点からはあｔｂ魅
力のないものになってしまう。したがって、ルート半径
は４−から９ｍの範囲とした。

次に１ラツクスについて説明する。フラックスとしては
通常ステンレス鋼に用いる溶接電流で狭開先内を溶接し
てもスラグの剥離が良好なものがよい。狭開先内で溶接
電流が高いと開先の側壁にアークが走り、大きくえぐっ
たアンダーカットが生じることがある。このようなアン
ダーカットは次の層を溶接する際スラグ巻−込みの原因
となるので好ましくない。したがって、電圧を下げてア
ークが開先側壁を溶かさないよ□′うに溶接する必要が
ある。電圧を下げるとアークが不安定になシやすいほか
ビードが凸形となりスラグ剥離性を害することがある。

このようなことがら狭開先に用いるフラックスは開先内
で電圧を下げてもアークが安定してお）、かつ、凹形♂
−ドが得やすいことが必要である。

以下フラックスの配合について述べる。

炭酸石灰は４チ以上の配合によシブローホールやスラグ
巻込みのない溶接金属が得られるが、１０％を超えると
発生ガス量が多くなりすぎ溶接作業性を損うほか、ステ
ンレス鋼では発生ガスの炭素分が溶着金属に移行しＣ含
量を高め耐食性を劣化させるので、４〜１０１の範囲と
した。

螢石は６チ以上配合することによシ、スラグ剥離性、特
にビード端のスラグ剥離性を良好にする。

また、ビード形状も開先内で凹型ビードとなシ好ましい
が、１６％を超えるとアーク長が長くなシアークを不安
定にするので６〜１６チの範囲ピ限定した。

□ 珪灰石は１５チ以上配合することによシスラグの流動性
が良くなシ凹型の狭開先として好ましいビード形状とな
るが、３０ｔ４を超えるとビード形状が乱れ、かつ、ス
ラグが溶接金属に焼き付きやすくカリ、スラグ剥離性を
害するので１５〜３０チの範囲に限定すべきである。

アルミナはステンレス鋼でＣｒ等のスラグが焼き付きし
やすい元素を多量に含有している溶接金属に対しても２
０％以上の配合によりスラグの焼き付きを阻止しスラグ
の剥離性を改善することができるほか、ビード波形を滑
らかにしアンダーカットの防止に効果がある。しかし、
３０％を超えるとスラグの融点が上昇しすぎ凸型ビード
を生じるようになる。したがって、アルミナは２０〜３
０チの範囲としだ。マグネシアは炭酸石灰及び珪灰石中
のＣａＯ成分と合わせてスラグの塩基度を高め酸素量の
少ない良質な溶接金属を得るのに役立つほか、２０チ以
上の配合により、スラグの性状がガラス質から結晶質に
変りスラグ剥離が良好となりアークも安定化するが３０
％を超えると逆にアークが不安定になシ、？、クマーク
を生じるので、マグネシアの範囲を２０〜３０チの範囲
とした。

脱酸剤、合金剤としては金属マンガン、フェロアルミニ
ウム、アルミニウム、アルミニウム・マグネシウム合金
、アルミニウム・シリコン合金。

アルミニウム・マンガン合金、フェロモリブデン。

金属モリフデン、フェロニオビウム、フェロクロム、金
属クロム、あるいはステンレス鋼などの粉末を添加する
ことができる。脱酸剤として用いる場合は合金粉末は数
チの配合で十分であるが、Ｃｒ。

Ｍｅ　＃　Ｎｂ等合金元素の調整を目的とする場合やス
テンレス鋼粉の添加で能率を一層向上させる目的の場合
には更にそのような合金剤を配合することもできる。し
かしながら脱酸剤、合金剤合わせて１５チを超えるとス
ラグ剤の配合比率がそれだけ低下することになシ溶接作
業性を損うようになるばかシでなく、合金剤−１）Ｆ多
いと造粒したフラックス粒の固着性が低下し、フラック
スの輸送時などで粉化しやすくなる。したがって、脱酸
剤、合金剤合わせて１５％以下とした。

なお、これらの他に、例えばビード形状を良くする目的
で珪砂、ジルコンサンドなどを数チ配合しても差しつか
えない。また、更にスラグの剥離性を向上させる目的で
微量の鉛ガラス、酸化ピスマス、硫化鉄などを配合する
こともできる。しかし、珪砂やジルコンサンドの添加は
スラグを酸性にするという欠点を有しておシ、鉛ガラス
、酸化ビスマス、硫化鉄などは添加量を誤るとステンレ
ス鋼の溶接金属を脆弱のものにする恐れがある。

以下に実施例によシ本発明の効果を更に具体的に示す。

第２表に示す板厚５０＋ｗ＋のステンレス鋼に第３図に
示す本発明方法に用いられるＵ型開光（ａ）　、　（ｂ
）及び比較用のＩｌｌ開先（ａ）を用いて溶接をした。

第３表は試験に用いたワイヤで第４表は溶接条件を示す
。

またフラーツクスは第５表に示すとおり、本発明方法に
用いられるフラックスと比較例、フラックスについて試
験−した。

その結果、第６表に示すとおシ、本発明方法を用いる限
シにおいて社ステンレス鋼においても潜弧溶接で厚板の
狭開先溶接が良好な溶接作業性のもとに行なわれること
が分っ九〇 第２表 第３表 第４表 以上詳細に説明したように本発明は厚板ステンレス鋼を
高能率、低コストで溶接する極めて優れだ狭開先潜弧溶
接法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常用いられているＵ型開光及びＸ型開先と本
発明方法に用いられるＵ型開光の寸法、形状を示す模式
図、第２図は通常用いられているＵ型開光及びＸ型開先
と本発明方法に用いられるＵ型開光との板厚と開先断面
積の関係を示す図。 第３図は実施例に用いられた開先の寸法、形状を示す模
式図である。 特許出願人　新日本製鐵株式會社 第２図 破　４　　　　；ｔｙｙｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 開先角度（Ａｏ）とルート半径（Ｒｌｍｌｌ）がＡく−
   ５・Ｒ＋５０　　（ただし、４くＲ≦９）なる関係を有
   するＵｆｉ開先を少なくとも片面側に施した厚さ４５鯖
   以上のステンレス鋼の突合せ継手を１重量で炭酸石灰４
   〜１０％、螢石６〜１６チ。 珪灰石１５〜３０％、アルミナ２０〜３０％、マグネシ
   ア２０〜３０％、脱酸剤、合金剤合せて１５チ以下を合
   む焼成型フラックスを用いて多層盛溶接することを特徴
   とするステンレス鋼の狭開先潜弧溶接方法。