JPS5868481A - 高炭素鋼材の狭開先溶接方法 - 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】 本発明は高炭素鋼材の狭開先溶接方法に関し、特に５高
い強廣が要求される高炭素鋼材を溶接するに際し狭開先
部内の溶接金属における凝固割れを防止し信頼性の高い
溶接継手を提供することができる高炭素鋼材の狭開先溶
接方法に関する。

狭開先溶接方法は、溶接開先断面積が従来の一能率溶接
方法として注目されている。しかし、狭開先溶接方法で
は、特に高炭素鋼材を溶接する場合、ビード形状はなし
の実型になりやすいため溶接金属に凝固割れが発生しや
すいという欠点がある。極厚鋼板などの厚鋼板では母材
強度を得るためその炭素含有量が０．３０重量−を越え
るものが多く、このような母材を狭開先溶接する場合に
はソノ初層パスにおいて凝固割れの発生を防止すること
が困難である。この凝固割れの発生は母材の炭素含有量
、溶接電流、及び溶接部のビード形状係数等の溶接条件
によってその発生度合が異なる。

第１図及び第２図は溶接金属の凝固割れ発生傾向に及ぼ
す前記炭素含有量、溶接電流及びビード形状係数の関係
を示す図である。

第１図は狭開先溶接を行なう場合のビード形状係数ｆの
求め方を例示する図である。第１図において、厚さｔの
厚鋼板を母材金属とし、その最小間隙がＩＩ（例えば１
２　ｙ　）でかつ開先角度θ（例えば３度）の開先部が
設けられ、この開先部に深さＰでかつ輻Ｗの溶接ビード
が形成されている。

この場合、前記ビード形状係数ｆはビード櫟さＰとビー
ド幅Ｗとの比すなわちＰ／Ｗで表わされる。

第２図は横軸にビード形状係数ｆをとり縦軸に溶接電流
Ａ（アンペア）をとり、鋼材の炭素含有量に対する溶接
金属の凝固割れ発生傾向を示すグラフである。第２図中
、曲線ムは炭素含有量０．１０重量−の鋼材に対する凝
固割れ発生の臨界曲線を示す図であり、炭素含有量が０
．１０重量−の場合には該曲線Ａより右上の領域では凝
固割れが発生し、咳曲ＩＩＡより左下の領域では凝固割
れが発生しない領域を示している。

第２図中の曲線Ｂは炭素含有量０．１５重量％の鋼材に
対する同様の臨界曲線を示し、炭素含有量が０．１５重
量−の場合には該曲線Ｂより右上の領域では凝固割れが
発生し、該曲線Ｂより左下の領域では凝固割れが発生し
ないことを示している。

第２図中の曲線Ｃは炭素含有量が０．２５重量％の鋼材
に対する同様の臨界曲線を示す図であり、炭素含有量が
０．２５重量％の場合には該曲＠Ｃより右上の領域では
凝固割れが発生し、該曲線Ｃより左下の領域では凝固割
れが発生しないことを示している。

以上第１図及び第２図の説明から明らかな如（、炭素含
有量が増加し０．２０重景−以上になると、かなり厳格
な溶接条件を設定しない限り溶接金属に凝固割れが発生
することがわかる。また、凝固割れ防止の観点からは、
溶接条件として、溶接電ｒＩＬＶｉ−低電流に設定する
とともにビード形状係数をできるだけ小さくする必要が
ある。しかし、炭素含有量が０．３０重量％を越えるよ
うな高炭素鋼材では前述のような溶接条件の選択のみで
は凝固割れを防止できない場合がある。

この凝固割れは、溶接金属の最終凝固時のＳ（硫黄）な
どの不純物の偏析に基づ（ものであり、溶接金属ＯＣ（
炭素）量が多いほどＳの偏析も多（凝固割れを生じやす
い、ｔた、高炭素鋼材の狭開先溶接においてその初層溶
接ビードで凝固割れが発生しやすいのは、母材から溶接
金属への炭素のピックアップが生じることが最大の原因
である。

さらに、初層ビード部には切欠１！（ルート部など）が
存在するため、この切欠きからプローホールやき裂が発
生することもある。

第３図〜第５図は従来の厚鋼板の狭開先？！！接方法に
おける狭開先溶接部の開先形状を例示する図である。

第３図の例では、母材（鋼材）１の片側端縁に突起部２
を形成し、両方の母材の突起をそれぞれ突合せて開先部
３を形成している。開先部３は開先角度θと開先半径Ｒ
等で特定される形状ｔ−有し、開先角度０としては１度
〜４度の角度が選定され開先半径Ｒとしては４ｍ〜７誼
の値が選定されていた〇 第４図は従来の開先形状の他の例を示す図であり、この
場合は母材の板厚ｔの中間部に突起部２が形成され、該
突起部２を介して相方の母材１が突合され、突起１１！
Ｓ２．２の上下両側にそれぞれ開先１１ｓ３．３が形成
されている。各開先部３は開先角度０（１度〜４度）及
び開先半径Ｒ（４ｍ〜７醇）からなる開先形状を有して
いる。

算５図は従来の開先形状の更に他の例を示す図であり、
この場合は厚さｔの厚鋼板からなる母材端面に山形状の
突起部２．２を形成し、これらの突起を突き合わせるこ
とによりその上下ＫＶ字形の開先部３．３を形成してい
る。第５図の例では一ヒ側の開先部３は開先深さが大き
くその開先角度ａが３０度〜４０度に選定され、下側の
開先部３はその開先深さが比較的小さく従ってその開先
角度βが約７０度に設定されている。

以上第３図〜第５図に示したような従来の狭開先溶接部
を使用して高炭素鋼材を溶接すると、初層溶接ビードに
おいて母材（高炭素鋼材）１０希釈が４０〜６０％にも
達し、各鋼材１から溶接金属に多量の炭素が浸透し、こ
のため溶接部に凝固割れが発生するという欠点がある。

特に、鋼材１のＣ及びＳの含有量が多くかつ開先幅が狭
くなしの実型のビード形状になるほど凝固割れが発生し
やすい。この凝固割れは初層から数パスまでの間の初層
溶接金属部の近傍で発生しやすい。

本発明の目的は、以上第１図〜第５図について説明した
ような従来の高炭素鋼材の狭開先溶接方法の欠点を解消
し、溶接金属部の凝固割れを防止することができ、もっ
て信頼性に優れた溶接を行なうことができる高炭素鋼材
の狭開先溶接方法を提供することである。

本発明の特徴は開先部内に予め凹曲面を有する低炭素鋼
のスペーサ部材を設け、しかる後に溶接金属を積層して
行くことである。

すなわち、本発明によれば、間借材間の初層溶接予定位
置に炭素含有量が０．１０重量−以下の低炭素鋼のスペ
ーサ部材を介在させ、該スペーサ部材上に溶接金属を積
層することを特徴とする高炭素鋼材の狭開先溶接方法が
提供される。

この場合、前記スペーサ部材はバタリング溶接金属ある
いはインサート鋼板で形成することができる。

以下第６図〜第９図を参照して本発明の詳細な説明する
。

第６図は本発明の一実施例を示す図であり、こノ実施例
においては、炭素含有量が例えば０．２０重量−以上の
高炭素鋼材（厚さｔ）から成る阿世材１．１の間に開先
角度Ｏが１度〜４度の狭開先部３を設け、該開先部３の
最狭位置（図示の例では板厚方向の下端縁近傍）に低炭
素鋼のバタリング溶接金属４が形成されている。このバ
タリング溶接金属４の上側面は開先半径Ｒが４ｍ〜７群
の範囲になるよう凹曲面にされている。この凹曲面Ｒの
加工は機械加工またはグラインダーによって仕上げする
ことができる。またバタリング溶接金属４としては炭素
含有量が０．１０重量−以下の低炭素鋼が使用され、該
バタリング溶接は被覆アーク溶接、炭酸ガスメタルアー
ク溶接、サルマージアーク溶接あるいはＭＩＧ溶接等に
よって行なうことができるが、現場施行においては炭酸
ガスメタルアーク溶接による半自動溶接方法が最も適し
ている。こうして母材金属１．１の間にバタリング溶接
金属４によるスペーサ部材を設けた後、その凹曲面Ｒ上
に溶接金属を積層して溶接継手を形成する。

以上第６図において説明した実施例によれば、高炭素鋼
の母材１．１の間に低炭素鋼のバタリング溶接金属４を
設けた後開先部３内に溶接金属を積層するようにしたの
で、阿世材１．１がら溶接金属部への炭素の浸透が抑止
され、このため溶接金属部の凝固割れを防止することが
できる。１九、スペーサ部材を構成するバタリング溶接
金属４に凹曲面を形成したので、開先溶接時のスラグ巻
き込みを防止するとともに、初層溶接部の溶は込み不良
に基づ（ブローホール等の欠陥を防止することができ、
良好なビード形状を得ることができる。

第７図は本発明の第２の実施例を示す図であり、この場
合は、両厚鋼板１．１の間の開先部の最狭位置に低炭素
鋼のインサート鋼板５が介在されている。このインサー
ト鋼板５の上面には曲率半径が４〜７Ｈの凹曲面Ｒが形
成されている。開先部３の開先負度θは第６図の場合と
同様１度〜４度の範囲に選定される。この場合も、阿世
材１．１の炭素含有量は例えば０．２０重量％以上の高
炭素鋼板であり、インサート鋼板５は炭素含有量α１０
１０重量下の低炭素鋼である。開先部にインサート鋼板
５を設けた後、その凹曲面Ｒ上に溶接金属を積層して溶
接継手を完成させる。

この第７図に示す実施例によれば、第６図の実施例の場
合と同様、母材１．１から溶接金属への炭素の浸透を抑
止することができ、もって溶接金属の凝固割れを防止す
ることができる。同時に、インサート鋼板５に凹曲面Ｒ
を設けたので角部の溶は込み不良に基づくブローホール
やクラック郷の欠陥の発生を防止することができる。さ
らに、館７図の実施例においてはインサート鋼板５を使
用するので、特に縦シーム溶接に適用した場合開先部３
のフィツトアップを行なうにも便利であり容易に正確な
フィツトアップを行なうことができる。

第８図は本発明の第３の実施例を示す図であり、この場
合は、高炭素鋼材からなる両像材１．１の間の開先部３
０最狭位置に溶接棒６が介在されている。図示の例では
、母材１．１の片面Ｋｔ炭嵩鋼の裏当金７を仮付けで止
めておき、この裏当金７によって前記インサート溶接棒
６を保持して表溶接を行ない、表溶接完了稜この裏当金
７はガウジング岬により除去される。インサート溶接棒
６としては核半径４〜７簡のものを１本使用するがある
いは３．２〜５ｗのものｔ−２本用いることができる。

ま九、インサート溶接棒６としては水素割れを防止する
ため低水素系の溶接棒を用いる必要がある。

以上第８図について説明した実施例によっても、第６図
および第７図の実施例の場合と同様、狭開先部３に予め
低炭素鋼（炭素含有量０．１０重量−以下）のスペーサ
部材６を介在させた後溶接金属を積層していくので、高
炭素鋼材からなる両像材１．１の希釈すなわち各母材か
ら溶接金属への炭素の浸透を抑止することができ、もっ
て溶接金属部の凝固割れを防止することができる。

第９図は本発明の第４実施例を示す図であり、この場合
は、高炭素鋼材からなる両像材１．１の板厚方向中央部
に開先部３の最狭部を設け、この最狭部にバタリング溶
接量１４１念はインサート鋼板５によるスペーサ部材が
形成されている。このスペーサ部材４または５は前述の
各実施例の場合と同様炭素含有量が０．１０１ｉ１ｉ％
以下の低炭素鋼で形成される。該インサート部材の上下
両面には自立半径Ｒが４〜７ｍの凹曲面が形成されそれ
ぞれ上下２ケ所の開先部３．３の開先半径を形成してい
る。ま念、上下両開先部３．３の開先角度は前述の実施
例の場合と同様１度〜４度の範囲に選定される。こ゛う
して、バタリング溶接金属４またはインサート鋼板５に
よってスペーサ部材を形成した後、その上下両側に溶接
金属が積層され両像材１．１間の溶接継手が完成される
。

この第９図に示した実施例によっても、前述の第６図お
よび第７図について説明した実施例の場合と同様の効果
を達成することができ、各母材１．１かもの炭素の浸透
を防止することにより溶接金属部の凝固割れを防止する
ことができる。

以上第６図〜第９図について説明し九本発明の実施例に
よれば、溶接金属部の凝固割れを防止することができる
とともに、初層溶接金属部近傍のしん性を向上させるこ
ともでき、従来の溶接方法における溶接金属の低じん性
を改善することができる。

第１表は従来の狭開先溶接方法および本発明による狭開
先溶接方法を高炭素厚鋼板のＳｍに実際に適用した場合
の各種の具体的試験例を示す表である。

第１表の各種試験１〜１０においては、高炭素厚鋼板の
母材金属として板厚１００　ＷＯ１ｉＦ５０を使用した
。この８Ｆ５０祉重量−で０．２７％Ｃ５０，３２％８
１．１．２３％Ｍｎ、　０．０１５　％　Ｆおよび０．
００６％Ｓｔ−含有している。

また、第１表の各種試験１〜１０では狭開先サブマージ
アーク溶接を行ない、その溶接材料のワイヤおよびフラ
ックスは次のような仕様のものであった。ワイヤの直径
は４　Ｉｌｍであり、組成中に重量−で０．０６９６Ｃ
，０，２５％Ｓ！、１．５０％Ｍ冨、０．０１５ＳＰ、
０．０１０％８お、ｔび０．４８　％　Ｍ。

を含有していた。フラックスは高塩基焼成型フラックス
ＭｇＯＩＩａｏ　　８１０を系のものであった。

さらに、初層溶接条件は６００Ａ、３０Ｖ。

２５（１１Ｉ／分であった。

なお、第１光中の試験４（本発明の第６図に示す実施例
）および試験７（本発明の第９図の実施例）におけるバ
クリング溶接金属の材料は、直径が５冨翼で、組成中に
重量−で０．０６　Ｓ　Ｃ，０，４５−８，１，２５％
Ｍｎ、　０．０１８％Ｐおよび−ｏ、ｏｏｓ−８を含有
するものであった。

また、第１表中の試験５（本発明の第７図の実施例）お
よび試験８（本発明の第９図の実施例）におけるインサ
ート鋼板としては板厚２５襲の８Ｌム３３が使用され、
その組成中には重量−で０．０８％Ｃ，０，２５８１，
１，４５％Ｍｎ、０．０１５ＳＰおよびｏ、ｏｏｓ％Ｓ
が含有されていた。

さらに、第１表中の試験９および試験１０ｔｉ、本願の
第７図および第９図に示す開先形状を使用したものであ
るが、インサート鋼板としては本発明の範囲外の鋼材５
Ｍ５０が使用された。このインサート鋼板６Ｍ５０は、
その板厚が２５訂であり、その組成中に重量−で０．１
５％Ｃ，０，２８チＳｔ。

１．３８５ｂＭｎ、　０．０２５％Ｐおよびｏ、ｏｏｓ
％Ｓを含有していた。

なお、第１！！！中の試験１．２および３Ｆｉ従来の狭
開先溶接方法によるものであり、それぞれ本願中の第３
図、９４図および第５図の開先形状を使用したものであ
るが、これらの試験では初層溶接条件とし【他の試験と
同じ６００Ａ、３０Ｖ％２５（至）７分を使用すると溶
接金属部に割れが発生したので、これらの試験に限り４
５０Ａ、２５Ｖ、１５−７分の溶接条件を採用した。

また、第１表中の衝撃ｆｆ１ｔ；！ハーフサイズシャル
ピー衝撃試験による値である。

第１表 以上説明し次試験条件および第１表の試験結果から、本
発明の実施例によれば凝固割れの発生が認められず、か
つそれらの衝撃値から従来技術に比べ溶接部のしん性も
改善されることが判明した。

すなわち、本発明の各実施例によれば、開先部の初層溶
接予定部に０．１０重量−以下の低炭素鋼を挿入した後
溶接を行なうことにより、母材が高炭素厚鋼板（例えば
炭素が０．２０重量％以上のもの）の場合でも母材から
溶接金属への炭素のピックアップ（拡散浸透）が少な（
なり、また挿入金属（インサート部材）に凹曲面を形成
することにより割れを生じにくいビーと形状を得ること
ができ、もって、凝固割れがなくかつじん性に優れ友高
炭素厚鋼板の狭開先溶接継手を得ることができる。

本発明の実施例によれば、高炭素の鋳鋼（例えば五〇Ｔ
Ｍ　ム１４８）や鍛鋼（例えばＪＩＳ規格で８Ｆ４５．
８Ｆ５０．．５Ｆ５Ｂ、５Ｆ６０．５４５Ｃなど）など
でも高性能な狭開先溶接を行なうことができる。

特に、大重量あるいは複雑な形状の鋳鋼であっても、こ
れを分割で鋳造した後、溶接でビルドアップすることに
より、低コストで高品質の鋳鋼製品を得ることができる
。

以上の説明から明らかなどと（、不発明によれば、溶接
金属部の凝固割れがなくかつ溶接部のしん性が高い高炭
素鋼材の狭開先溶接方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は開先溶接部のビード形状係数を示す説明図、第
２図は溶接金属の凝固割れ発生傾向におよげすビード形
状係数、溶接電流および母材の炭素含有量の特性を例示
するグラフ、第３図は従来の狭開先形状の一例を示す断
面図、第４図は従来の狭開先形状の他の例を示す断面図
、第５図は従来の狭開先形状のさらに他の例を示す断面
図、第６図は本発明の第１実施例の開先形状を示す断面
図、第７図は本発明の第２笑施例の開先形状を示す断面
図、第８図は本発明の第３実施例の開先形状を示す断面
図、第９図は本発明の第４実施例の開先形状を示す断面
図である。 １・・・高炭素鋼材（母材）、２・・・突起部、３・・
・開先部、４・・・バタリング溶接金属（スペーサ部材
）、５・・・インサート鋼板（スペーサ部材）、６・・
・インサート溶接棒（スペーサ部材）、θ・・・開先角
度、Ｒ・・・開先半径（凹曲面）。 代理人　　鵜　沼　辰　之 （ほか２名） 第１図 笛２＠ ピ゛−ド味丑叡　（ｆ＝ニジ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　阿世材間の初層溶接予定位置に炭素含有量が
   ０．１０重量−以下の低炭素鋼のスペーサ部材を介在さ
   せ、該スペーサ部材上に溶接金属を積層することを特徴
   とする高炭素鋼材の狭開先溶接方法。
2. （２）前記スペーサ部材をバタリング溶接金属壕喪はイ
   ンサート鋼板で形成し、該スペーサ部材に所定の開先半
   径を有する凹曲面を形成することを特徴とする特許請求
   の範囲第α）項記載の高炭素鋼材の狭開先溶接方法。
3. （３）前記凹曲面の曲率半径が４ｗ〜７醇であることを
   特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の高炭素鋼材
   の狭開先溶接方法。
4. （４）開先角度が１度〜４度であることを特徴とする特
   許請求の範囲第ω項〜第＠）項のいずれかに記載の高炭
   素鋼材の狭開先溶接方法。