JPS5945473B2 - 立向ア−ク溶接法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は文面アーク溶接方法、特に、被覆消耗ノズルを
使用する高速文面アーク溶接法に関する。

従来、文面溶接には消耗ノズルを用いるエレクトロスラ
グ溶接法が採用されているが、この方法は溶接速度が通
常５（Ｖ７ｌ／ ｍｉｎ程度あるいはそれ以下と遅く、
溶接入熱が大きい為、熱影響部の機械的性質が劣化する
という問題があつた。これは。エレクトロスラグ溶接法
において溶接速度を速める為、開先間隔（すなわち、ギ
ャップ）を狭くすると、ノズルと開先面および銅当金と
の間にアークが発生し、安定したエレクトロスラグ溶接
を行なうことが困難となると同時に、スラグ浴の冷却速
度が速くなるため、安定した充分な溶込みを得ることが
できなくなり、従つて、この方法で充分な溶込みを得る
１こめにはギャップを広くしてアーク発生の阻止とスラ
グ浴の冷却速度の低速化を図る必要があり、これが開先
断面積の増加を招来して溶接速度が低下することになる
からである。このことは、薄板の場合においても同様で
あつて。ギャップが狭いとスラグ浴の冷却速度が速くな
りすぎて安定な溶込みを得ることができなくなる。また
、エレクトロスラグ溶接では、良好な溶接金属を得るた
めには最低２５ｍ７ｎ以上のスラグ浴を必要とし、薄板
の場合にはギャップを広くする必要がある。このような
問題を解決する手段として、溶接電流を大きくして溶接
速度を上げる方法もあるが。

スラグ浴の形成に必要なフラックス量、ギャップに限度
があるため、ノズル自体の大きさ（ノズルの肉厚）が限
定され、溶接電流を大きくし過ぎるとノズルを流れる電
流により発生するジュール熱によりノズルが赤熱したり
軟化し、その結果、ノズルからの被覆剤の剥離やノズル
の曲りあるいは母材との短絡などが生じ、正常な溶接を
行なうことができなくなるという問題があり、大電流で
の溶接は極めて困難である。他方、ノズルの赤熱はその
断面積を大きくすることによつて防止できるため、ノズ
ルの断面積を大きくする手段として。中空ノズルの周辺
に丸棒を溶接することが考えられるが、これでは開先間
隔を大きくしなければならない１こめ、大電流を使用し
ても溶接速度を上げることができない。また、中空ノズ
ルの代りに鉄片を使用することも提案されているが、溶
看量の変更が不可能なこととギャップ精度に問題があり
。実用化されるに至つていないのが現状である。また，
立向溶接法としてエレクトロスラグ溶接法以外に．消耗
ノズルを使用するエレクトロガスアーク溶接法も提案さ
れているが，ガスを併用する方法では．スパツタ一でガ
ス孔が塞がるためシールド不足による諸欠陥が発生した
り．またノズルの寸法および形状．ワイヤの形状および
送給速度が立向溶接に適正でないため．広いギヤツプを
必要とし．しかもワイヤ送給速度も遅いので溶接速度を
大幅に向上させることができないという問題がある。さ
らに，エレクトロスラグ溶接およびエレクトロガス溶接
では，溶接開始部あるいは母材角部で入熱が不足するた
め溶込み不足になり易く．また溶接中は常にスラグ浴の
調整またはガスの供給が必要であり．連続的に長時間使
用するとノズルの赤熱や曲りを生じるので長尺物には適
用できないという欠点がある。本発明は．被覆消耗ノズ
ルを使用する立向アーク溶接を高速で．かつ溶接欠陥を
生じさせることなく行なうことができるようにすること
を技術的課題とし．その要旨は．スラグ剤を必須成分と
し．その他脱酸剤．合成剤を適宜含有する被覆剤を塗布
してなる偏平形断面形状の被覆消耗ノズルを開先内に設
置し．該ノズルの孔を通して平型状溶接ワイヤを連続し
て送給しつつ．（ノズル溶融速度）／ワイヤ溶融速度）
の値がＯ、３〜１．０で，かつ、溶着速度が２００ｇ／
Ｍｉｎ以上の条件で溶接することを特徴とする被覆消粍
ノズルを使用する高速立向アーク溶接方法にある。

すなわち．本発明方法は．被溶接母材の開先内に配設さ
れた偏平形断面形状の被覆消耗ノズルを通して平型状溶
接ワイヤを連続して送給し．ノズルを介してワイヤに流
れる電流によつて．ワイヤ先端あるいはノズル先端およ
びワイヤ先端と被溶接母材若しくは溶融金属との間にア
ータを発生させて溶接する方法であつて６ノズルを平偏
形断面形状とすることによりノズル断面積が円筒形断面
形状ノズルと同じでも開先断面積を小さくできるように
する一方，ワイヤ先端あるいはノズル先端およびワイヤ
先端から発生するアークにより溶融するワイヤとノズル
から溶看金属を得るようにし．本発明方法を成立させ．
かつ安定して高能率で溶接することができる条件として
ノズル溶融速度／ワイヤ溶融速度の比（以下６溶融速度
比といい，σで表わす。

）および溶着速度（ワイヤおよびノズルから単位時間に
溶着する金属の量）を前記の如く設定したものである。
本発明方法において．偏平形断面形状の被覆消耗ノズル
を使用する以外に．σ−０、３〜１．０で．溶着速度が
２００ｇ／Ｍｉｎ以上とした理由について説明する。

一般に．ワイヤが溶融した金属の−部はスパツタなどに
よつて減少するため６溶着速度はワイヤ溶融速度よりも
若干減少するが．本発明方法では．溶着速度はワイヤ溶
融速度とノズル溶融速度の和にほとんど等しく．ワイヤ
溶融速度は溶接電流によつて大きく左右される。従つて
．溶着速度を高め溶接速度を向上させるためにはワイヤ
溶融速度を上げる必要があり．そのためには高溶接電流
の採用が必須となる。ワイヤの溶融速度は溶接電流の増
加に伴なつて増大するが．溶接電流が高くなりすぎσが
０，３未満となる条件．即ち．ワイヤ溶融能度がノズル
溶融速度に比べ著しく大きくなる条゛件下では．ノズル
を流れる電流により発生するジユール熱により．ノズル
が赤熱したり軟化してノズルの曲り．被覆剤の剥離ある
いはノズルと母材との短絡が生じ，正常な溶接が不可能
となる。他方．ノズルの赤熱や軟化を防止するため溶接
電流を低下させると．大電流の場合よりもノズル先端か
ら発生するアークが増加するが．ノズルはワイヤに比べ
て断面積が非常に大きいので．溶融速度がそれほど増加
せず溶融効率が悪いため．σが１．０を超える条件，即
ち．ワイヤ溶融速度がノズル溶融速度より小さくなる条
件下では．ノズル溶融速度が増加してもワイヤ溶融速度
が非常に小さくなるため．高溶接速度が得られなくなる
ので．σはＯ、３〜１．０とした。また．溶着速度を２
００ｇ／Ｍｉｎ以上としたのは．偏平形ノズルを用いる
アーク溶接では．丸形ノズルの場合に比べてノズル先端
表面積が広いためノズル先端でアーク点が移動し易く．
アークが不安定となる現象が生じ６この現象は溶着速度
が２００ｇ／Ｍｉｎ未満で顕著となり、安定した溶接が
できなくなるからである。

なお．本発明方法において．ワイヤの断面形状を平型状
に特定するのは．偏平形断面形状のノズズルのワイヤ送
通孔を有効に利用するためである。

すなわち６偏平状ノズルに丸ワイヤを使用する場合は６
ノズルのワイヤ送通孔の短径（又は短辺）によりその断
面の大きさが限定されてしまうが．平型状ワイヤではワ
イヤの長径（又は長辺）を選択することにより．ワイヤ
の断面の大きい範囲でも使用可能となるからである。本
発明においては．９００Ａ程度の大電流を使用しても．
それに応じてノズル断面積を大きくできるので．ジユー
ル熱によつてノズルが赤熱したり軟化することがなく．
また．ノズルが長円形．楕円形などの偏平形断面形状で
あり．その中に．列えば．平型のワイヤを通しているの
で．ノズル断面積を大きくしても．開先間隔を広くする
必要はない。

従つて．本発明方法によれば．ノズルの断面積が円筒形
断面形状のノズルと同じであつても．開先間隔を狭くす
ることができ６また．開先間隔が同じであつても大電流
を使用できるので．非常に高いワイヤおよびノズルの溶
融速度を得ることができ．高速溶接が達成できるのであ
る。また．狭開先高電流で溶接しても．ノズルが偏平で
あるため．ノズルと開先面および銅当金との間にアーク
が発生するのを防止し得る隙間を確保でき．安定したア
ーク溶接が可能となり．溶込み状況についても６特に．
溶接開始部でも．スラグ浴が安定するまで溶込み不良を
生じるエレクトロスラグ溶接と異なり、安定した溶込み
が得られ．かつ．開先の角の部分でもアークがその角の
部分にとどき６非常に良好な溶込みが得られる。さらに
．溶融金属のシ一′レドはノズルに塗布されている被覆
剤より生じる溶融スラグで光分であるため．従来法のよ
うに溶接中にスラグ浴の調整やガスの供給の必要もない
など優れた効果が得られる。本発明方歩では．開先形状
はＩ型，Ｙ型．Ｖ型６Ｕ型等何れでもよいが，溶接速度
を高めるという点からみると．Ｉ型開先が望ましい。

以下，本発明方法をＩ型開先の立向溶接に適用した一例
を示す図面を参照して具体的に説明する。

図において．被溶接母材１，１の継手の両側面に当材５
，５を設置し．このようにして形成されたＩ型開先内に
被覆剤２を塗布してなる偏平形断面形状の消耗性ノズル
３を挿入し．このノズル３内を通して平型ワイヤ４を連
続して送給しつつ．該ワイヤ４の先端と母材１または溶
融金属７との間にアーク９を発生させて．面内溶接を行
ない６継手内に溶着金属を光填させ．１回の溶接により
溶接を完了させる。通常．アークはワイヤ先端から発生
し易いが．図示のようにノズルの消粍の不均一さにより
ノズル先端に凸部ができたり．ノズル先端と溶融金属と
の間隔が短かくなるとノズル先端からも発生することに
なる。図中，６は溶融スラグで．被覆消粍ノズル３の被
覆剤２がアーク熱によつて溶融してできたものであり．
８は溶接金属である。図からも明らかなように．本発明
方法によれば．母材の板厚に応じてノズルの長径を変化
させることができるので．板厚の制約を受けることがな
く６また．溶接時にノズ′レを前後に揺動させる必要が
ないので簡単な装置でよく．また．開先間隔に応じて被
覆剤の塗布量を適当に変えることができるので．溶接中
フラツタスを必ずしも添加する必要がない。

なお．ノズルの被覆剤は６脱酸剤，絶縁剤．合金剤，ス
ラグ剤を適当な結着剤で塗布したものであり．その成分
については対象となる材料によつて適宜選択して決定す
ればよく．また．当材もその材質．寸法を適当に決めれ
ばよく．特に限定されることはない。なお．本発明方法
に類似する溶接方法として既に２つの方法が提案されて
いる。

１つは被覆消耗ノズルを使用する立向サブマージアータ
溶接法であり．１つは断面積の大きな特殊消耗ノズルを
使用するエレクトロスラグ溶接法である。

これらの方法にあつては，σの値あるいは溶着速度のい
ずれか一方において．本発明におけるそれらの条件を満
足することはない。即ち６これらの方法においては．列
えば．σが０．３〜１，０の範囲で．溶着速度が２００
ｇ／Ｍｉｎ未満において良好な溶接ができるのであり．
溶着速度を上げるため．溶接電流を上げた場合には．ノ
ズル赤熱の問題も生じるが．σの値を０，３未満に低下
させなければ．良好な溶接が行なえないのである。以下
に本発明の実施例を説明する。

実施例 １ 第１表に示す種々の厚さの軟鋼板をＩ型開先で．それぞ
れ同表に示す被覆消粍ノズル，ワイヤ，当材を用い．こ
れらを第１図に示すように配置し．第１表に示す条件下
で立向アーク溶接を行ない．溶接部のビード外観．スタ
ート部溶込み．アーク安定性について調べるとともに．
溶接金属の機械的性質について測定した。

それらの結果も第１表に示す。第１表の結果から明らか
なように．本願発明方法は６母材の板厚が厚くなつても
．溶接速度１２ＣＴｎ／Ｍｉｎ以上と極めて速く．また
．溶接入熱も同表のデータから求めると．１０３〜２１
３ＫＪ／儂と低いことから熱影響部の機械的性質の低下
を防止できる。

ちなみに．エレクトロスラグ溶接の溶接速度は通常５ｃ
ｍ／Ｍｌｎ程度あるいはそれ以下であり．溶接入熱は２
５０〜６００ＫＪ／ＣＩＬである。比較例 １ 外径１０闘．内径４ｍ１Ｌの円筒状消耗ノズルの表面に
．被覆剤を２闘厚に塗布して得た被覆消耗ノズルを用い
．開先間隔が実施列３とほぼ同じＩ型開先間隔の中心部
に垂下固定し．第２表に示す溶接条件下で．実施列３と
同じ組成の軟鋼板を溶接し．その際のワイヤ溶融速度．
ノズル溶融速度．および溶着速度を求めた。

その結果を第２表に示す。なお．第２表には比較の便の
ため実施例３についての結果を再掲してある。また．こ
れとは別に比較例１における溶接電流を増大させたとこ
ろノズルが赤熱して被覆剤が剥離するとともに曲りを生
じ．それ以上溶接を行なうことは不可能であつた。

第２表から明らかなように，本願発明方法は偏平形断面
形状の被覆消耗ノズルを使用することによつて．従来法
と同じ開先ギヤツプにおいても．ノズル断面積を著しく
大きくすることができるので大電流で溶接することが可
能となり．溶着速度を大きくして高速（従来法の約４倍
）で施行することができる。

実施例 ４ ２５１１厚の軟鋼板をＩ型開先とし，開先間隔１２０（
′、第３表に示す被覆消耗ノズル（被覆剤は実施例１と
同じ）およびワイヤを用い．同表に示す溶接条件下で実
施列１と同様にして溶接したところ．欠陥のない良好な
継手が得られた。

また．その際のワイヤおよびノズルの溶融速度，σ６溶
着速度について求めた結果も第３表に示す。比較例 ２
比較列１と同じ被覆剤を外径１２１１．内径４１！の円
筒状ノズルに２ｇ１厚で塗布して被覆消耗ノズルを得，
これを比較ＰＩｌｌと同様にして２５１１１！厚の軟鋼
板のＩ型開先（開先間隔１９龍）内にセツトし．第３表
に示す条件下で溶接した。

その際のワイヤおよびノズルの溶融速度．σ．溶着速度
を求めた。その結果も第３表に示す。第３表の結果から
明らかなように．ノズルの断面積および溶接電流が同じ
であつても．本願発明方法は比較例２の従来法に比べて
狭開先にできるので高速度溶接が可能となる。

以上説明じたように，本発明によれば前記の効果の他に
さらに次のような効果を得ることができる。

（１） ワイヤ送給速度を従来法に比して増大させるこ
とができる。

（２）ギヤツプが小さくても安定な溶接ができる。

（３）溶接中スラグ浴調整が不要である。（４）高電流
の使用でもノズルが赤熱することがない。

（５）薄板，長尺でも良好なビードが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，口は本発明に係る方法の一例を示す簡略図で
．イは横断面図、口は縦断面図である。 １・・・・・・被溶接母材． ２・・・・・・被覆剤．
３・・・・・・消耗性ノズル．４・・・・・・ワイヤ．
５・・・・・・当材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ スラグ剤を必須成分とし、その他脱酸剤、合金剤を
   適宜含有する被覆剤を塗布してなる偏平形断面形状の被
   覆消耗ノズルを開先内に設置し、該ノズルの孔を通して
   平型状溶接ワイヤを連続して送給しつつ、（ノズル溶融
   速度）／（ワイヤ溶融速度）の値が０．３〜１．０で、
   かつ、溶着速度が２００ｇ／ｍｉｎ以上の条件で溶接す
   ることを特徴とする被覆消耗ノズルを使用する高速立向
   アーク溶接法。