JPS5966978A - 多電極潜弧溶接法 - 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】 ラル造管溶接等の潜弧溶接、就中厚肉材の溶接に好適な
高能率溶接法に係るものである。

従来、造管溶接等を代表的対象例とする高能率溶接法と
して潜弧溶接が広く用いられている。第１〜２図はかか
る方法の実施態様をスパイラル造管内面溶接について示
し１こもので、第１図は側面図、第２図は正面図である
。被溶接材１の開先内および、その上部をフラツクス２
Ｖ？：．て覆い、溶接線方向に消耗電極３〜４を直列に
配置し、アーク５を発生させ被溶接材ｌおよび消耗電極
３〜４を溶融・混合し、溶融プール６を形成し潜弧溶接
を行なうものである。なお、７に溶融スラグである。

しかしながら、被溶液相１の板厚増大とともに、所要清
適みへさの確保と溶込み形状を整えるため、開先形状を
犬きぐする必要があり、この開先を溶加材や消耗電極３
〜４で充填せねばならず、溶接単位長さ当りの溶着金属
量が著しく増加する。これがため、厚肉材では溶接速度
が薄肉材に比し、大幅に低下し生産性も劣る。特に成形
・溶接が連続するスパイラル造管方式においては溶接速
度が律速であり、溶接高能率化が生産性向上に大きく寄
与Ｔる。この溶接速度の向上手段として、高速化によっ
て減少１−る溶込み深さおよび、溶着金属量の確保を各
電極の高電流化、あるいは多電極化といった溶接入力全
増大させる手法が試みられている。し力）シ、高電流使
用では、電極の堀り下げ作用が過大となり、後行電極ア
ークも板面下に潜り込み、第３図に示す如きビード幅の
小さい梨形状の溶込み形状となる。このような形状では
高温割れを発生し易いことはよく升られており、この梨
形形状の程度を溶込み比（同図中の溶込み深さｄに対１
−る％溶造み深さ位置における溶融幅Ｗｘの比）　ＷＸ
／ｄＴ表ワスト、ＷＸ／ｄ　が０７０未満で高温割れが
発生することを経験している。このため、溶接電圧を大
にしてビード幅を大としＷｘ／ｄ　＝　０．７以上を満
足しようとすると、溶接入力増大によって溶接プールが
長大化するため、スパイラル造管内面溶接の如き傾斜面
を含む溶接においては、第４図にみられるようなビード
中央部が凹んだいわゆるコンケープと称せられる形状を
呈し、ビード形状が不良となる。

一万、多電極化し１こ場合には電極の堀ジ下げ作用の制
御は可能となるが、溶接入力の増大はさけられず溶融プ
ールが長大化し、第４図に示１−如きコンケープ全形成
する。このコンケープ深さが１順を超えるようになると
、余盛部が板厚より小さいマイナスビードと称せられる
ビードになジ易く、強度面で問題となる。

また・スパイラル外面溶接でも、溶融プール長大化に伴
ない、パイプ頂部で前後に振９分けられた溶融プールお
よびスラグがスラグ凝固シェルを破って流失する現象を
生じ、溶接が困難となるため、例えば板厚３２　ｍｍ　
ｔでは外径１０００ｍｍφ前後の溶接人力Ｕ　６’　Ｏ
Ｋ’Ｗ程度に制限されている。

本発明はこれらのことに鑑み、種々検削を加えた結果な
されたものであって、その要旨とする所は、３電極以上
を用いる両面一層盛潜弧溶接法において、少なくとも最
終電極を２電極以上とし、当該電極を溶接線とほぼ直交
してパラレルに配置し、当該電極と当該電極直前の電極
との間隔′ｆ：５〜４０叫とし、かつパラレルに配置さ
れた電極間隔を５〜２０咽とすることを特徴とする多電
極潜弧溶接法にある。以下に本発明の詳細な説明する。

第５図は本発明の実施態様を模式的に示した側面図で、
第６図にその正面図である。図において４．４′に最終
電極群、また３は１該電極直前に設けらり、た直前′成
極であり、第５図の態様においては、先行電極が最終電
極群４，４′の直前電極３に該当する。

この場合、本発明において最終電極群とその直前の電極
との間隔を規定するという表現を用いたのは、後述の第
１０図〜第１３図にも示すように４電極以上の溶接法に
おいてに、先行電極りと最終電極群ＴＩＮ　、　ＴＪ）
ｌ　、　ＩＩＩ”・・との間に中間電極Ｍ、・・・Ｍｎ
・・・を用いる場合があり、このような場合、電極間隔
位置を規定する必要があるのは最終電極群Ｔ、　ＩＩＩ
１゜′１゛・・とその直前にある電極、即ち中間電極Ｍ
１．・・・Ｍｎ　　との間隔となるからである。

最終電極群４．４′Ｈ電極間隔５〜２０ｗｒｌでパラレ
ル配置されており、これが開先側面部をガウジングする
ことにより溶込み幅を制御し、溶込み形状を整えるとと
もに、熱源ヲ数幅方向に分散させることによって溶融プ
ールの長大化を抑制せしめ、高速溶接化全可能ならしめ
るものである。

また、最終電極群４，４′の５〜４０ＴＭｌ直前に配置
された電極３でに所定清適み深さを得るに必要な電流を
投入し、溶込み作用を行わしめるものである。この場合
、直前電極３と最終電極４．／ｌ’間の距離が５順未満
でに、間隔が小さすぎるｆこめ、直前・最終電極間でア
ーク発生するようになり、同一アークとして作用するの
で溶込み形状を悪化させる。一方、その距離が４０流を
超えると正極間隔が大きすぎるために直前電極３と最終
電極４゜４′との溶込み境界部にスラダ巻き込みが発生
１−る。

このため、直前・最終電極間距離としては５〜４（）τ
にする必要がある。

また、パラレルの最終電極４，４′の配置間隔が５順未
満でに：前記効果は小さく、最終電極４，４′のアーク
が底部へ達し、側面側の溶込みが少なくなり、ビード幅
の小さい第３図に示しｆ二如き梨形ビードと々る。一方
、２０ｍｍｋ超えるとパラレル配置された最終電極４，
４′のアークは、それぞノア。

独立に点弧するようになり、アーク発生が不安定になる
とともに最終電極４，４′による溶込みが直前電極３の
溶込み位置から離れた位置で形成され、面前・最終電極
溶造み境界部にスラグ巻き込みを生ずる危険が大きくな
る。したがって最終電極パラレル配置間隔は５〜２０箇
にしなければならない。

なお、本発明において、最終電極群が溶接線とほぼ直交
するとしたのは、これら電極群が必ずしも厳密な意味で
直交していなくとも、若干の自由度があることを意味す
るものである。但し、第７図に示す如く、溶接線８とほ
ぼ直交する最終電極群４，４′パラレル位置からの溶接
線８方向へのす九ｇが５咽を超えるとアーク圧力のバラ
ンスが崩れ、ビード形成が不安定となり、スラグ巻き込
み・ビード幅の不整−等が発生し好ましくないので、直
交からのずれｇ　ｆｉ　５　ｍｍ以下とすることが望ま
しい。

！、た、中間電極Ｍ、・・・Ｍｎ・・・全使用する場合
には先行電極りならびに中間電極Ｍ、・・・Ｍｎ・・・
の各電極間隔は、溶込み深さを効率よく得るためＫばそ
の間隔は狭いほど有利であり、一般には各電極間隔とも
４０咽以内で使用されるのが好ましい。

本発明法においては、か力Ｓる構成とすることによって
、溶込み深さは直前電極で所定深さ金得ることが出来、
パラレル配置された最終電極群は溶込み深さには全く作
用せず、側面溶造み作用により溶込み形状を整えるため
、厚肉材であっても溶込み形状を整えるための大きな開
先形状を必要とせず、その分溶着金属量を軽減できる。

このため、同一溶接入力であっても溶接速度を増加させ
ることが可能となり、高速溶接下でも良好なビード形状
が得られるものである。

また、ビード幅は最終電極パラレル配置間隔で設定でき
、従来のようにビード幅を出すための最終電極での大き
な溶接電圧は必要とせず、２８〜３４Ｖで十分ビード幅
を制御できるため、低電圧化による溶接入力域も可能と
なり、溶融プール長大化によるビード形状不良を防止で
きるものである。

パラレル配ｆ！：　’？］−る最終電極群の溶接条件は
アーク、ビード形成の安定性からほぼ同一条件に設定し
て行われることが望ましく、これに用いられる最終電極
溶接電源とじては直流あるいは交流電源に統一して使用
することが好ましい。

最終電極に交流電源を用いる場合には、各電極間の位相
’ｔ９００〜１２０°と１−るのが最も有効である。第
８図は最終電極を２電極としパラレル配置したときの各
電極間の位相と溶接再点弧電圧の関係を示したもので、
同相（θ°）あるいは逆相（１８０°）では、アーク発
生の容易性を示す再点弧電圧が高く、溶接中にアーク切
れを生ずることがあり、アンダーカット発生の原因とな
る。また、第９図は再点弧電圧と電極間隔の関係を示し
たもので、電極間隔が２０ｔＭｌ以下では再点弧電圧が
小さくなっている。

このように、各電極の位相が９０〜１２０°で本発明の
如き電極間隔が小さい範囲では、常に点弧しているいず
れか一方のアークプラズマを他方の再点弧時に利用でき
るため、アーク発生が容易となり、安定した良好ビード
が得られるものである。

！、た、溶込み深さが直前電極３のみでに不十分な場合
［は、第１０図〜第１３図の電極配置例にみられるよう
に、最終電極群ｒ１７　、　Ｔｊ　、　ｔｌ）”、・・
・と先行電極りとの中間に１本以上の中間電極Ｍ、Ｍ、
、・・・Ｍｎ・・・を設けることによって、さらに溶込
みを得、高速溶接化が可能である。さらに、板厚が大き
く、犬なるビード幅を必要とする場合にば、第１３図に
示す如く、最終電極群、、　ｒｌｌ　、　ＩＩＩＩ　、
　Ｉｌｌ“の３電極以上と己てパラレル配置すれば所望
のビード幅を得ることも可能である。

なお、これまでの説明に王として厚肉スパイラル鋼管の
溶接を対象として説明を行なったが、これにこだわるも
のでなく、厚肉銅相の潜弧溶接、例えばベンディング管
等の円周溶接などの溶接に用いても極めて有効であるこ
とは云うまでもない。

以下実施例に基いて本発明の効果を具体的［説明する。

実施例１ 根厚３２ｍｍ、外径１２００ｗｎφのパイプ内面円周方
向に開先深さ１０ｍｍ、開先角度６０°の開先形状にて
、溶接電源、位相ならびに先行・最終電極間隔、最終電
極パラレル間隔等の溶接条件を種々変化させて、３′電
極内面一層盛浩弧溶接を行なった。

溶接ワイヤは先行電極に４，８消φを用い１こ他ばずべ
て４．０論φである。また使用し１こフラックスは］ν
ＩｇＯ−５ｉｎ２−　ＭＩＴＯ系溶融型フランクスであ
る９゜これらの試験条件の詳細については第１表に示す
通りである。捷だ、本発明と比較７−るため２電極溶接
も含め、第１表の１〜４に示す如き溶接条件で実施した
従来法の内面一層盛潜弧溶接についても合せて示した。

、ｆｘ、おこの場合開先角度は７０゜とした。

その結果を第２表に示すが、従来法では溶接速度６０ｃ
ｎｙｎ、ｎ、入力５’　４．２　ＫＷでは良好なビード
が得られるが、１．００　ｃＴ％’Ｑいに高速化すると
２′成極溶接では溶込み比が悪化し、３電極溶接では溶
込み比不足に加え、コンケープが大きく良好なビードが
得られない。まｆ＝、比較例の試験形５でにパラレル間
隔が小さすぎる１、二め、ビード幅が狭く、溶込み比が
悪化し、アンダカソト等の欠陥が発生し、逆に太きすぎ
る扁６ではスラグ巻き込みを生じている。直前・最終電
極間隔が大きすぎる試験ｉＫ、　８および１１では、溶
込み比は向」ニするがスラグ巻き込みが生じ、小さ丁ぎ
る届７では、溶込み比が悪化しアンダカットを生じてお
９好寸しくない、、寸た、最終電極間隔に交流を用い、
その位相を００および］、８．０°とした試験Ａｌ１９
．１０では、瞬間的なアーク切れを生じるなどアーク安
定性が悪く、ビードが不整−となり、一部アンダカソト
を生じた。一方、本発明例では従来法に比し、溶接入力
の低下と、ビード幅が拡がることの効果が相１って溶融
クール長の尺度となるクレータ長さく直前電極位置から
凝固終端部までの距離）が小さくなっており、いずれの
条件下においても溶接安定性が優れ、溶接欠陥のない射
込み・外観とも良好なビードが捕られている。

実施例２ 板厚２５ｍｍ、外径１６００ｔｍ＋φのパイプ内面円周
方向に開先深さ８ｍｍ、開先角度６０°にて４電極内面
一層盛潜弧溶接を行なつ、た。使用した溶接ワイヤ、フ
ラックスは実施例１と同一である。これらの試験条件の
詳細については第３表に示す通りである。

なお、本発明との比較として、第３表の試験形Ｊ〜３Ｖ
ｒ−示す如き溶接条件で実施した従来法の４電極潜弧溶
接法についても合せ示した。この場合の開先角度は７０
０とした。

これらの試験結果を第４表に示Ｔ０従来法の試験形２］
ではビード幅が狭く、コンケープに加え余盛過大となり
、電圧を大きくした試験形２２，２３では、ビード幅は
やや犬となるもののコンケープが大となりアンダカット
も発生し、良好なビード形状を得るには至らな力１つた
。比較例ではクレータ長さは短かくなり、コンケープに
形成されなくなるもののパラレル電極電源位相に１８０
°としｆこ試験形２４ではアーク切れが散発的に発生し
、その部分にアンダカソト全生じた。また、パラレル間
隔が小さすぎる試験形５では本発明の効果がうすく、従
来法の試験Ａ　２１と同様、幅が狭いなどの形状を呈し
、直前電極Ｍ１と最終パラレル電極Ｔ　、　　１１１１
間隔が大きすぎる試験形２６ではスラグ巻き込みが発生
した。しかしながら、本発明例ではいずれの条件下にお
いても安定した溶接ビードが得られており、４電極化に
よる高速溶接性全十分発揮できる。

以上説明したように本発明によれば、厚板に対し溶接入
力を抑えて高能率潜弧溶接を行なうことができ、曲率面
を有する厚肉溶接時の溶融ゾールを長大化することなく
高速溶接化による生産性の大幅な向上が可能であり、工
業的効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１（シ１に従来法による多電極潜弧溶接の例を示す１
１１１１面Ｉ￥１、第２図はその正面図、第３図および
第４図は従来法での高速溶接で得られるビード横断面形
状の例を示す模式図、第５図に本発明による多電極潜弧
溶接の例を示Ｔ側面図、第６図はその正面図、第７図は
パラレル電極配置の例を示す平面図、第８図はパラレル
電極位相と再点弧電圧の関係を示覆−図、第９図は電極
間隔と再点弧電圧の関係を示す図、第１０図から第１３
図は本発明法におりる′電極配置の２，３の例を示す模
式図である。 １・・・被溶液相、２　フラックス、３・・・直前電極
、４．４′・・・最終電極、５・・・アーク、６・・・
溶融プール、７・・・溶融スラグ、８・・・溶接線、ｄ
用清適み深さ、Ｗｘ・・％溶造み深さにおける溶融幅、
Ｌ・・・先行電極、Ｍ　、　　Ｍ、　、　、Ｍ；　、　
Ｍ、ｎ・・・中間電極群、Ｉｌｌ　、　　ＴＩＮ′、Ｔ
″００．最終電極群、ｇ・・・直交からのずれ。 特許出願人　代理人 弁理士　矢　葺　知　之 （ほか１名） 第１図　　　　　　　　第２　ｒ２１ 筑３１！！Ｉ　　　　　　　　　　　竿４図第　５図　
　　　　　　　　　　　　＠６図第　７図 第８図 第９５０ 手続補正書（カ人） Ｉｔ／イ１ｆ１１５８イ１３丁１１ｇ１１特Ｗ’ｌ庁長
官　若　杉　和　夫　殿 １事ｆ牛の表ボ　１フイ和５７年特　許　願第１７７５
８６す２、発明の名称　多電極潜弧溶接法 ；３ｒ市ＩＬをする者 事イ１１との関停　　出願人 住　所（居所）東京都千代（１１区大手町二Ｊ−目６番
３号氏　名（名称）　（６，６５）浦日本＃鐵株式会社
４代　理　人 住　所　　東京都港区赤坂６丁目４番２１号７０・１（
ほか１名） ５補正命令の日月　昭オｌｌ５８年２月２日６補正の対
象 ７補正の内容 （１）明細書第５頁、１（）行および第１０頁、４行の
「第１０図〜第１；３図」をそれぞれ「第１０図（イ）
〜に）」と袖市する。 （２）回書第１９員、１０行の「第１０図から第１：３
図」を［第１０図（イ）〜に）」と補正する。 （３）添伺１ツ１面の＠１０図、第１１図、第１２図お
よび第１３図を削除し、別紙の如く新たに第１０図（イ
）、（ロ）、Ｈ。 に）を提出する。 −４２（ ＠ｌｏＩ”：ｉ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　曲率面を有する被溶接物の円周方向溶接で３
   電極以上を用いる両面一層盛溶接法において、少なくと
   も最終電極を２電極以上とし、当該電接全溶接線とほぼ
   直交してパラレルに配置し、尚該電極と当該電極直前の
   電極との間隔を５〜４０ｍｍとし、かつ、パラレルに配
   置された電極間隔を５〜２０爺とすることを特徴とする
   多電極潜弧溶接法。
2. （２）　　パラレル配置された最終電極に交流電源を用
   い、当該電極間の位相を９０°〜１２０°とする特許請
   求範囲の第１項記載の多電極潜弧溶接法。