JPS5868468A - ４電極タンデム・サブマージアーク溶接法 - Google Patents
４電極タンデム・サブマージアーク溶接法Info
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- JPS5868468A JPS5868468A JP56166387A JP16638781A JPS5868468A JP S5868468 A JPS5868468 A JP S5868468A JP 56166387 A JP56166387 A JP 56166387A JP 16638781 A JP16638781 A JP 16638781A JP S5868468 A JPS5868468 A JP S5868468A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/18—Submerged-arc welding
- B23K9/186—Submerged-arc welding making use of a consumable electrodes
- B23K9/188—Submerged-arc welding making use of a consumable electrodes making use of several electrodes
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、ＩＩｔｌｉ極タンデム・サブマージアーク
溶接法に関し、とくに大径鋼管の製造工程などに適用し
て、高品質かつ高能率のサブマージアーク溶接を実現し
得る開発成果を開示するものである。
溶接法に関し、とくに大径鋼管の製造工程などに適用し
て、高品質かつ高能率のサブマージアーク溶接を実現し
得る開発成果を開示するものである。
たとえばＵＯ犬径径鋼管シーム溶接には通常サブマージ
アーク溶接法が適合し、広く用いられている。近年、大
径鋼管の需要急増に呼応して生産能率の向上が要求され
る情勢にかんがみサブマージアーク溶接の速度向上が強
く要請されているが、これは直ちに生産能率の向上につ
ながるからであってその高速化が種々の方面から進めら
れている。
アーク溶接法が適合し、広く用いられている。近年、大
径鋼管の需要急増に呼応して生産能率の向上が要求され
る情勢にかんがみサブマージアーク溶接の速度向上が強
く要請されているが、これは直ちに生産能率の向上につ
ながるからであってその高速化が種々の方面から進めら
れている。
電極の多極化はその１つの方法である。
現在までのところこの多電極化は３電極法が主流をなし
在来の一電極法から３電極法への移行はＩ：々イ躍的な
速度の同上をもたらしたが、３電極法の速度もすでに限
界にきている。
在来の一電極法から３電極法への移行はＩ：々イ躍的な
速度の同上をもたらしたが、３電極法の速度もすでに限
界にきている。
溶接速度に上限を与える要因は多岐にわたるが、はとん
どの場合法の一点である。
どの場合法の一点である。
（１）十分な溶込み深さの確保
（２）溶接欠陥発生の回避
すなわち、通常まず溶接速度は（１）の条件を陶たすよ
うに溶接入熱（電流×電圧／溶接速度）を選ぶことで決
められるが、これはより高速においてそれを満足するた
めに必然的に電流の増大が必要で、これはアンダーカッ
トの発生を助長しく２ノの条件に反し、また電流の増大
に見合った速度向Ｊ二がなされない場合、溶接入熱が増
大し溶接金属のしん性にとって好ましくない。
うに溶接入熱（電流×電圧／溶接速度）を選ぶことで決
められるが、これはより高速においてそれを満足するた
めに必然的に電流の増大が必要で、これはアンダーカッ
トの発生を助長しく２ノの条件に反し、また電流の増大
に見合った速度向Ｊ二がなされない場合、溶接入熱が増
大し溶接金属のしん性にとって好ましくない。
これらの制限により３′ａ１極法における溶接速度の向
上はほぼ限界に来ている。
上はほぼ限界に来ている。
そこで現状から飛躍的な速度向上を実現するためには、
さらに電極数を増し４１［接法、としなければならない
ところ、３電極法においてもそうであった様に、多極化
は電極電流およびアース−流の電磁気的干渉を発生させ
、その影響を決定する電流位相の選び方、いいかえれは
、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が劣化し、多電極法の持つ
高速溶接能力を十分に引き出せない。
さらに電極数を増し４１［接法、としなければならない
ところ、３電極法においてもそうであった様に、多極化
は電極電流およびアース−流の電磁気的干渉を発生させ
、その影響を決定する電流位相の選び方、いいかえれは
、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が劣化し、多電極法の持つ
高速溶接能力を十分に引き出せない。
また、ａｍ極化による極数の増加により、結線方式選択
の自由度が飛躍的に増大し適正化が困離になり、たとえ
ば従来の３電極法における適正な結線を単に流用してｌ
ｔ電極接に適用したとしても好結果は得られない。
の自由度が飛躍的に増大し適正化が困離になり、たとえ
ば従来の３電極法における適正な結線を単に流用してｌ
ｔ電極接に適用したとしても好結果は得られない。
ごの発明は、ダミ極北による速度向上の利点を最大限に
引き出し、これまでの溶接速度を飛躍的に向上しかつ良
好な溶接品質を得るために高速溶接で発生するアンダー
カットを防止あるいは抑制する結線方式についての開発
成果を開示するものである。
引き出し、これまでの溶接速度を飛躍的に向上しかつ良
好な溶接品質を得るために高速溶接で発生するアンダー
カットを防止あるいは抑制する結線方式についての開発
成果を開示するものである。
さて一般にサブマージアーク溶接の高速限界はほとんど
の場合、アンダーカットの発生限界に対応している。こ
れは高速になるにつれてアーク直下から後方への溶鋼流
が一方向に強くなりビード形成時に溶鋼が不足するとこ
ろにアンダーカットの生成要因があるためであり、この
アンダーに′／ト発生を防止あるいは抑制するには後方
への溶鋼の流れ【何らかの方法により規制し前方へ溶−
流を反転させると効果的であると考えられている。
の場合、アンダーカットの発生限界に対応している。こ
れは高速になるにつれてアーク直下から後方への溶鋼流
が一方向に強くなりビード形成時に溶鋼が不足するとこ
ろにアンダーカットの生成要因があるためであり、この
アンダーに′／ト発生を防止あるいは抑制するには後方
への溶鋼の流れ【何らかの方法により規制し前方へ溶−
流を反転させると効果的であると考えられている。
ここに＋ｔｔｉ極法に接法ては第１を極（Ｌ極）はおも
に堀り下げ作用を有し、第２電極（Ｍｌ ｍ ）、第、
？ＩＥ極（Ｍ２極）では堀り下げ作用がら肉盛、ビード
成形作用へと移行し、そして第ダ電極（Ｔ極）ではほと
んどビード成形作用が支配的であることは、３電極法の
検討から容易に推察される。
に堀り下げ作用を有し、第２電極（Ｍｌ ｍ ）、第、
？ＩＥ極（Ｍ２極）では堀り下げ作用がら肉盛、ビード
成形作用へと移行し、そして第ダ電極（Ｔ極）ではほと
んどビード成形作用が支配的であることは、３電極法の
検討から容易に推察される。
そこで発明者らはＴ極アークに注目し結線方式の選択に
よりＴ極アークを溶接方向に支配的に偏向しこれのアー
ク圧力によって後方への急速な溶鋼流を抑制することで
高速におけるアンダーカットの発生を防止または抑制す
ることを検討してきた。しかしこのような結線方式は非
常に多く存在し最適結線の妥当性を評価することが難し
くこのために各種結線を定量的に特徴づける必要が生じ
た。
よりＴ極アークを溶接方向に支配的に偏向しこれのアー
ク圧力によって後方への急速な溶鋼流を抑制することで
高速におけるアンダーカットの発生を防止または抑制す
ることを検討してきた。しかしこのような結線方式は非
常に多く存在し最適結線の妥当性を評価することが難し
くこのために各種結線を定量的に特徴づける必要が生じ
た。
Ｔ極アークの撮れに係わるアークに作用する電磁力分モ
デルから計算により求めた結線方式につき、算出される
電磁力がある特定範囲内の値において極めて有効にアン
ダーカットが抑制あるいは防止されることを見出した。
デルから計算により求めた結線方式につき、算出される
電磁力がある特定範囲内の値において極めて有効にアン
ダーカットが抑制あるいは防止されることを見出した。
り電極法の場合につき前述した容積の働きを考慮し第７
図に示すようにＬ極、Ｍｌ極、Ｍ２極、Ｔ極はそれぞれ
電極傾度φ０、〜φ４４（ＩＩｊ〜９０ ）なる角度で
傾斜させるが、Ｔ極アークの中点Ｐ４に働く溶接線方向
の電磁力Ｆｘ４は、電磁気宇の知識より実効的に次式で
示される（ここに溶接方向を負にとる）。
図に示すようにＬ極、Ｍｌ極、Ｍ２極、Ｔ極はそれぞれ
電極傾度φ０、〜φ４４（ＩＩｊ〜９０ ）なる角度で
傾斜させるが、Ｔ極アークの中点Ｐ４に働く溶接線方向
の電磁力Ｆｘ４は、電磁気宇の知識より実効的に次式で
示される（ここに溶接方向を負にとる）。
ただし φ、ｊ”” ｃｏｔ−”（ｃｏｔ φ４ｊ−１
４ｊ／Ｒ） （２）ここにｊは電極番号（ｌ−１Ｉ）
、Ｔｊは第ｊ電極の電流実効値、Ｒは推定アーク長（／
θ−）、ｌ４ｊは第ｑ極と第ｊ極の極間距離、μＯは真
空透磁率（−４πＸ １０ Ｎ／Ａ Ｌθ４ｊは了、
に対する了ｊの位相差である。
４ｊ／Ｒ） （２）ここにｊは電極番号（ｌ−１Ｉ）
、Ｔｊは第ｊ電極の電流実効値、Ｒは推定アーク長（／
θ−）、ｌ４ｊは第ｑ極と第ｊ極の極間距離、μＯは真
空透磁率（−４πＸ １０ Ｎ／Ａ Ｌθ４ｊは了、
に対する了ｊの位相差である。
第１図においてｌは電極チップ、コは溶接用ワイヤ、３
は母材、グはアース電流、ｊは電極電流を示している。
は母材、グはアース電流、ｊは電極電流を示している。
（１） （２）式を用い表１に示す適正入熱の溶接条件
で種々な表２の結線に対し算出されるＦｘ、は、とくに
ＣＮＯ，ｌ〜３の結線において−Ｊｊ＜ＦＸ、＜−１０
（Ｎ／Ｉｎ）の範囲で著しくアンダーカットの発生が、
防止あるいは抑制され、この範囲は高速はど僅かに狭く
なるもののやはり変わらず、最適結線であることが示唆
された。
で種々な表２の結線に対し算出されるＦｘ、は、とくに
ＣＮＯ，ｌ〜３の結線において−Ｊｊ＜ＦＸ、＜−１０
（Ｎ／Ｉｎ）の範囲で著しくアンダーカットの発生が、
防止あるいは抑制され、この範囲は高速はど僅かに狭く
なるもののやはり変わらず、最適結線であることが示唆
された。
表１ ４電極溶接条件および計算に用いた諸元値すなわ
ち、溶接進行方向に一列に配置したｑ本の電極全てに交
流電流を負荷して行なうサブマージアーク溶接法におい
て、３相交流＊ｍを用い、最前のＬ極あるいは最後のＴ
極を除く３本の電極に４える電流の位相差がそれぞれ１
２０となるようにし、残る電極の電流位相は、そ、れよ
りもつとも離れた電極のものとＯ±３０以内となるよう
に結線する方式において、その効力を充分発揮させるべ
く、電流、電圧をそれぞれ、Ｌ極／１００〜／２３０ｋ
。
ち、溶接進行方向に一列に配置したｑ本の電極全てに交
流電流を負荷して行なうサブマージアーク溶接法におい
て、３相交流＊ｍを用い、最前のＬ極あるいは最後のＴ
極を除く３本の電極に４える電流の位相差がそれぞれ１
２０となるようにし、残る電極の電流位相は、そ、れよ
りもつとも離れた電極のものとＯ±３０以内となるよう
に結線する方式において、その効力を充分発揮させるべ
く、電流、電圧をそれぞれ、Ｌ極／１００〜／２３０ｋ
。
３Ｋ −１１０ＶＳＭｌ極１０００− ／／３７０ Ａ
、 ｌＩＯ〜ｌ Ｖ。
、 ｌＩＯ〜ｌ Ｖ。
Ｍ２電極９００〜１０００ｋ 、 １１０〜ＬｔＶ、
Ｔ極７ｊＯ〜？（ｌｌ□Ａ 、 ａｏ−ａｒｖとし、電
極傾斜角を鉛直線との角で前方傾斜を負としてＬ極０
＋ ｊ 、 Ｍｌ極１５±！； 、 Ｍ２極ＪＯ＋ｊ、
Ｔ極ＩＩＯ−４！ｊとし、極間距離をＬ極−Ｍ１電極／
３〜Ｘ）ｍ、Ｍｌ極−Ｍ２電極１３〜＃ｍ、Ｍ２極−Ｔ
極間／３〜／Ｓｍとする適正溶接条件のダミ極タンデム
サブマージアーク溶接法によりこの発明の上述課題が有
利に克服される。
Ｔ極７ｊＯ〜？（ｌｌ□Ａ 、 ａｏ−ａｒｖとし、電
極傾斜角を鉛直線との角で前方傾斜を負としてＬ極０
＋ ｊ 、 Ｍｌ極１５±！； 、 Ｍ２極ＪＯ＋ｊ、
Ｔ極ＩＩＯ−４！ｊとし、極間距離をＬ極−Ｍ１電極／
３〜Ｘ）ｍ、Ｍｌ極−Ｍ２電極１３〜＃ｍ、Ｍ２極−Ｔ
極間／３〜／Ｓｍとする適正溶接条件のダミ極タンデム
サブマージアーク溶接法によりこの発明の上述課題が有
利に克服される。
−例を電流の位相関係で示したものが第２図で、実際の
結Ｍ図で示したのが第３図である。
結Ｍ図で示したのが第３図である。
以下本発明の実施例について述べる。
実施例１
表１に示す参電極溶接条件で第参図に示すＶ溝加工を施
した鋼板に溶接を行ない、発生したアンダーカット全長
／（測定長×２）で与えられるアンダーカット率の測定
、ビードの蛇行、凹凸などの目視判定により各種結線の
高速溶接作業性を評価した。
した鋼板に溶接を行ない、発生したアンダーカット全長
／（測定長×２）で与えられるアンダーカット率の測定
、ビードの蛇行、凹凸などの目視判定により各種結線の
高速溶接作業性を評価した。
この試験に用いた結線は表２に示すとおりである。第５
図は２−〇、コダＯ１およびλ６０備／ｍｉｎの３水準
の溶接速度で実施した結果であるが、発明結＠ＯＮＯ，
／〜３によれば３水準の速度についてもつともアンダー
カットの抑制に効果がある。
図は２−〇、コダＯ１およびλ６０備／ｍｉｎの３水準
の溶接速度で実施した結果であるが、発明結＠ＯＮＯ，
／〜３によれば３水準の速度についてもつともアンダー
カットの抑制に効果がある。
ＯＮｏ、 ６〜ｔについては、コ−２０ｍ −２４’Ｏ
Ｃｍｌ ｒｎｉｎでは、比較的良いが、２６０ ａｍ／
ｍｉｎの高速になるとＯＮＯ。
Ｃｍｌ ｒｎｉｎでは、比較的良いが、２６０ ａｍ／
ｍｉｎの高速になるとＯＮＯ。
ｌ〜３に比し、アンダーカット発生が顕著になっている
。これは、より高速において発明結Ｉｉ！ｉ！ＯＮＯ。
。これは、より高速において発明結Ｉｉ！ｉ！ＯＮＯ。
／〜３が優れていることを示唆するものである。
実施例２
次に７ラツクスが異なる場合にも発明結線のアンダーカ
ット抑制効果が優れていることを示す。
ット抑制効果が優れていることを示す。
フラックスには５ｉｎ２− ＯａＯ−０ａＦ２系溶融型
フラツク７．Ｆ、 ＳｉＯ−ＴｉＯ−Ａｊ２０３− Ｍ
ｇＯ系焼成型２ ２ フラックスＢｌおよびＢ２の３種を用い表１の条件で速
度を−ｅｏｃｍ／ｍｉｎとして溶接を行なった結果を第
６図に示すが発明結線ＯＮＯ，／〜３はフラックスの如
何によらず良好なアンダーカット抑制効果を有し蛇行の
発生もない。
フラツク７．Ｆ、 ＳｉＯ−ＴｉＯ−Ａｊ２０３− Ｍ
ｇＯ系焼成型２ ２ フラックスＢｌおよびＢ２の３種を用い表１の条件で速
度を−ｅｏｃｍ／ｍｉｎとして溶接を行なった結果を第
６図に示すが発明結線ＯＮＯ，／〜３はフラックスの如
何によらず良好なアンダーカット抑制効果を有し蛇行の
発生もない。
実施例８
さらに種々の板厚を対象に発明結線で得られる溶接速度
を、従来の３電極法（第７電極／／３ＯＡ。
を、従来の３電極法（第７電極／／３ＯＡ。
Ｊｊ Ｖ、第コ電極１’！ＯＡ 、 ｔＩＯＶ、および
第３電極６１０ Ａ 、 ｌＩＯＶ ） 、！：比較し
、表３に示すが、発明結線ＣＮＯ，／〜３を用いたｌＩ
電極法によりへ！〜コ倍の速度向上が可能となり溶接入
熱を約１０％に低減できる。
第３電極６１０ Ａ 、 ｌＩＯＶ ） 、！：比較し
、表３に示すが、発明結線ＣＮＯ，／〜３を用いたｌＩ
電極法によりへ！〜コ倍の速度向上が可能となり溶接入
熱を約１０％に低減できる。
表 ８ ４電極溶接法と８電極溶接法の比較以上のべた
ようにしてこの発明によれば、サブマージアーク溶接の
品質阻害のない能率向上のための多電極化に関し、従来
の３電極刃式での限界をこえてｌＩｔ極方式とする場合
に、電極電流およびアース電流の電磁気的干渉の影響を
考慮に入れた交流電源の適切な結線方式により、溶接速
度の飛躍向上を、良好な溶接品質の下に実現することが
できる。
ようにしてこの発明によれば、サブマージアーク溶接の
品質阻害のない能率向上のための多電極化に関し、従来
の３電極刃式での限界をこえてｌＩｔ極方式とする場合
に、電極電流およびアース電流の電磁気的干渉の影響を
考慮に入れた交流電源の適切な結線方式により、溶接速
度の飛躍向上を、良好な溶接品質の下に実現することが
できる。
第１＠はｔＩｔ極サブマージアーク溶接法の電極配置お
よび電磁力の計算モデルを示した説明図、第２図は発明
結線の電流位相関係図であり、第３図は発明結線の溶接
機１次側−３相電源接続図、そして、第４ｉｔ図は実験
に使用した試片のＶ溝寸法を示す開先断面図、第５図は
溶接速度による結線方式とアンダーカット発生率との関
係を示す性能比較グラフであり第６図は溶接用フラック
スによる結線方式とアンダーカット発生率との関係分示
す性能比較グラフである。 特許出願人 川崎製鉄株式会社 第１図 第２１刈 ３ 市し図 第４図 手続補正書 昭和５７年１２月２！） 日 １、事件の表示 昭和５６年特＋？’＋ 願第］ ６ ｉｆ ３８７
号２、発明の名称 ４、電極タンデム・サブマージアーク溶接法３、補正を
する者 事件との関係 特許出願人 （１，２！Ｉ）川崎製鉄株式会社 １、明細書第６頁第１２〜１３行の（１）式を次のとお
りに訂正する。 「 ２、同第７頁第２行の「Ｎ／ＡＪを「Ｎ／Ａ２」に訂正
する。 ３同第７頁第９行ノ「−ｚ５＜ｉｘ６＜−ｘｏＪを次の
とおりに訂正する。 「−２５＜ＦＸ４＜−１０Ｊ
よび電磁力の計算モデルを示した説明図、第２図は発明
結線の電流位相関係図であり、第３図は発明結線の溶接
機１次側−３相電源接続図、そして、第４ｉｔ図は実験
に使用した試片のＶ溝寸法を示す開先断面図、第５図は
溶接速度による結線方式とアンダーカット発生率との関
係を示す性能比較グラフであり第６図は溶接用フラック
スによる結線方式とアンダーカット発生率との関係分示
す性能比較グラフである。 特許出願人 川崎製鉄株式会社 第１図 第２１刈 ３ 市し図 第４図 手続補正書 昭和５７年１２月２！） 日 １、事件の表示 昭和５６年特＋？’＋ 願第］ ６ ｉｆ ３８７
号２、発明の名称 ４、電極タンデム・サブマージアーク溶接法３、補正を
する者 事件との関係 特許出願人 （１，２！Ｉ）川崎製鉄株式会社 １、明細書第６頁第１２〜１３行の（１）式を次のとお
りに訂正する。 「 ２、同第７頁第２行の「Ｎ／ＡＪを「Ｎ／Ａ２」に訂正
する。 ３同第７頁第９行ノ「−ｚ５＜ｉｘ６＜−ｘｏＪを次の
とおりに訂正する。 「−２５＜ＦＸ４＜−１０Ｊ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ｌ 溶接進行方向に前方からＬ極、Ｍｌ極、Ｍ２極、お
よびＴ極の順に一列に配置したグ本の電極の全てに交流
電流を負荷し、最前のＬ極、または最後のＴ極の何れか
を除いた３本の電極相互間で電流の位相差がそれぞれ／
２０となり残るＬ極またはＴ極はそれよりもつとも離な
る結線の３相交流電源により負荷することを特徴とし、
その適正溶接東件範囲は、電流および電圧がそれぞれＬ
極／１００〜７２ＫＯＡ 。 ｊｊ −ｌＩＯｖ、Ｍｌ電極１００〜／／３０ Ａ 、
１１０〜４ＺｊＶ。 Ｍ２電極９００〜１０００ Ａ 、 ｌＩＯ−ＩＩｊ
Ｖ 、 Ｔ極７ｊＯ〜９００１Ｌ 、 １１０−ＧｊＶ
ｒ、’ＩＥ極の傾斜角力、鉛直線との角で前方に傾くと
き負とすると、Ｌ極０８５．Ｍｌ極／Ｊ±ｊ Ｍ２電極
３０±ｊＴ使φＵ〜ψ５（゛、僅間配朋が１ｂ欅−Ｍｌ
袢問１３〜−〇騙、 Ｍｌ極−Ｍ２電極／３〜コＯ關。 Ｍ２− Ｔ極間／３〜ｌｊｍｓであるｌＩｔ極タンデム
サブマージアーク溶接法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56166387A JPS5868468A (ja) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | ４電極タンデム・サブマージアーク溶接法 |
| US06/434,379 US4442340A (en) | 1981-10-20 | 1982-10-14 | Four-electrode submerged arc welding process |
| EP82305457A EP0077640B1 (en) | 1981-10-20 | 1982-10-14 | Four-electrode submerged arc welding process |
| DE8282305457T DE3263293D1 (en) | 1981-10-20 | 1982-10-14 | Four-electrode submerged arc welding process |
| CA000413781A CA1181821A (en) | 1981-10-20 | 1982-10-19 | Four-electrode submerged arc welding process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56166387A JPS5868468A (ja) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | ４電極タンデム・サブマージアーク溶接法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5868468A true JPS5868468A (ja) | 1983-04-23 |
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