JPS60231574A - 鋼材の高品質、高靭性、高能率溶接施工法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鋼材の溶接方法に関し、さらに詳しくはレーザ
仮付溶接とサブマージアーク溶接とを組み合わせた高品
質、高靭性、高能率の溶接施工法に関する。

〔従来の技術〕

鋼板を突き合わせる溶接継手で両側一層の溶接を行う場
合、高品質、高靭性の溶接部を高能率で得るため、一般
にサブマージアーク溶接が用いられる。この場合、高能
率化の目的で鋼板突き合わせ部には所定の開先を施し、
ｌパス目の本溶接（以下便宜上裏面溶接と呼ぶ）の際の
溶落ち防止、ブローホール発生防止の観点から、裏面ビ
ードと充分なラップを確保できる溶込みと溶落ちを生じ
ぬ余盛を有する仮付ビードをあらかじめ溶接する施工法
が採られる。

仮付ビードは手溶接林や、半自動ＭＩＧ溶接によっても
可能ではあるが、例えば鋼管溶接のような場合、溶接長
が極めて長く、能率の点からほとんどの場合自動高速Ｍ
ＩＧ溶接が用いられている。ところが、このＭＩＧ溶接
法は直流電源を用いる高速溶接であるため、高電流で行
われ１次のような欠点がある。

第１に溶接開始端部では磁束密度の上昇からアークの磁
気吹きが起こり易く、これに起因した母材へのワイヤ突
込みが生じやすく、これにより溶接金属が著しく飛散す
るスタッピングが発生し易い。また終端部でも磁気吹き
により、ハンピングビードを発生し易く、充分な溶込み
、余盛が得られない。さらにＭＩＧ溶接法はアーク溶接
であるため、その溶融池が大きく、板の端部近傍では溶
落ちを生じ現実には溶接することができず未溶接のまま
残さざるを得ない。このため、前述の不良ビード部およ
び溶接不能部は人手による補修を余儀なくされ、工程能
率を低下させる。このような欠点を緩和するには、高価
で複雑なりレータ処理溶接条件制御を駆使したり（特開
昭５８−１３２３７４）、仮付溶接前からタブ板と称す
る捨て板を付け、これにビード不良部を逃がす方法を採
らざるを得ない。しかし、前者では、いかなる制御を駆
使しても完全に磁気吹きを防止することは困難であり、
また後者では例えばＵＯ鋼管のように複雑な成型を伴う
ような施工では極めて実現が難しい。

第２に仮付溶接はその目的から仮付ビード自身の高品質
化よりも高能率化を強いられるのが現状である。ことに
ＭＩＧ溶接法による高速溶接では本溶接時のブローホー
ル防止のための溶込み確保が必要で一般に高電流化に向
い、梨型溶造みとなる上、高速溶接であるために冷却速
度が速く、コールドラップや割れを内包し易い。これら
の欠陥は、仮付ビードを本溶接で完全に溶融するという
前提にもかかわらず、本溶接の狙いずれや溶込み量によ
っては残留することがある。この状態は例えば第３図の
溶接部プロフィルに例示した。第３図は鋼材１３．１３
に開先を設けて突き合わせ、ＭＩＧ溶接法により仮付ビ
ー１２を形成した後１本溶接を行って表面ビード１、裏
面ビード４を形成した場合、仮付部残留ビード３が残留
した例である。これらの欠陥は極めて微小で検査過程で
の発見の遅れや見逃がしも予想されるが、その危険度の
高さから補修除去を余儀なくされ、工程能率の低下を招
く。また一方、この欠陥を皆無にするには、仮付ビード
を完全に本溶接で消し去る必要があるが、そのためには
最終パス（以下便宜り表面溶接と呼ぶ）の狙い精度の向
りと安全率を見込んだ必要以上の入熱を採用しなければ
ならず、経済面において不利となる。

第３に、近年日増しに高まっている溶接金属の低温靭性
要求レヘルを満足するには、溶接金属中の窒素、酸素量
をできるだけ低くする必要がある。このため種々の対策
が試みられているものの、ＭＩＧ溶接法では仮付溶接部
の窒素、酸素の本溶接金属に与える影響が大きく、これ
を低減する試みとしては速度の低下とシールドの強化し
かなく、高能率（高速化）と相反するため、効果がヒっ
ていないのが現状である。さらに前述の不良ビード部は
後に補修したとしても、正常部より窒素、酸素は高くな
り好ましくない。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上詳述したように、従来のＭＩＧ溶接で仮付溶接を行
う方法は高品質（無欠陥）、高靭性、高能率を同時に満
足した溶接施工を行うことは極めて困難であった。

そこで発明者らはこの問題を一挙に解決する施工法につ
いて研究し、その結果、従来法の欠点を一挙に解決する
には下記項目を全て満足する新しい仮付溶接法を用いる
以外にないとの結論に達した。

１）溶接開始、終了端での磁気吹きを起こさないこと。

２）ＭＩＧ溶接法と同等以上の溶接速度と溶込み深さが
同時に得られること。

３）本溶接後に仮付ビードが残留するのを防止すること
および仮付ビード中の窒素、酸素の影響をなくすことの
２面から、仮付溶融部断面が本溶接部断面に比し極めて
小さいこと。

本発明は上記３項目を同時に満足する溶接施工法を提供
することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、鋼材を突き合わせ、突き合わせ部に
仮付溶接を行った後、本溶接により溶接継手を得る方法
において、レーザ溶接により仮付溶接を行い、かつこれ
に本溶接としてサブマージアーク溶接を組み合わせて行
うことを特徴とする鋼材の高品質、高靭性、高能率溶接
施工法を要旨とするものである。

上記目的を達成するためには、板付溶接とじて電子ビー
ム溶接を用いることも可能ではあるが、レーザパワーに
限定した理由は以下の通りである。

すなわちレーザ溶接は電子ビーム溶接と同様高エネルギ
密度熱源であり、深溶込み溶接が可能な溶接法であって
、大気中で簡便に行える唯一の溶接法であることと、熱
源は光であり磁場の影響を全く受けない特質があること
である。

レーザ溶接を用いることにより、従来のＭＩＧ溶接法の
欠点であった溶接開始端および終了端におけるスタッピ
ングやハンピング欠陥が一掃される。そしてレーザ溶接
特有の深溶込み特性により極めて小さな溶融域でかつＭ
ＩＧ溶接法と同等以上の高速溶接と溶込み深さを得るこ
とができる。

また、本発明でレーザ溶接による仮伺溶接とサブマージ
アーク溶接による本溶接とを組み合わせることに限定し
た理由は、無欠陥溶接施工法として、仮付ビード残留を
皆無とするには、仮付ビードが本溶接に比し充分に小さ
い必要があること、また厳しい低温靭性を満足するため
の窒素、酸素の低減の観点から仮付部が充分低い窒素、
酸素レベルであり、かつその窒素、酸素量が本溶接に対
し無視し得るまで、充分に希釈されること、すなわち仮
付ビード部が本溶接部に対し充分小さいことが必要であ
るためである。これに反する方法１例えば、レーザ溶接
による仮付溶接と、これと類似の溶込み特性を有する電
子ビーム溶接による本溶接とを組み合わせた（特開昭５
８−１０３９８３）のでは、本発明方法と同様の効果を
得ることはできない。第４図に鋼材１３．１３の突き合
わせ部に施したレーザ溶接によるビード５を示し、第５
図にこれに電子ビーム本溶接を行ったビード６を例示し
た。この場合本溶接のビード断面積が小さいために板付
部の残留を完全に防止することが困難であり、かつ仮付
部中の窒素、酸素の本溶接部に与える影響を無視できな
くなる。

〔実施例〕

次に本発明に係る施工法をＵＯＥ鋼管のストレートシー
ム溶接に用いた実施例を述べる。平板の場合は成型工程
がないだけで基本的に同一である。

第１図は本発明方法ＵＯＥ鋼管のストレートシーム溶接
の実施状態を示す。ＵＯ加工後のオーブンパイプ７は仮
付機の管移動装置（ドッグチェーントランスファー）１
０により図中矢印１４方向へ移動される。このときオー
プンノくイブ７の衝合部は真上（０時）の位置に位置調
整され、ケージロール９に挿入される。オーブンノくイ
ブは溶接点を挟み放射状に据付けられた複数のケージロ
ール９により徐々に絞られ、衝合面を密着しつつ連続し
て移動される。一方レーザ溶接に供するレーザ光８はパ
イプ移動軸と直角方向より所要の光学伝送系により伝送
される。第２図はレーザ溶接トーチ部を示したものであ
る。レーザ光８は溶接点の真上方でミラーにより鉛直方
向に折り曲げられ、レンズ（またはミラー）により集光
され、目標の溶接点に照射される。このとき集光光の焦
点は高速で深溶込みを得るためオープンパイプ７の衝合
部の上点より下方に位置するよう、＋　＋ａ＋階上−１
−１−Ｊ−：ｅ’ｙ↓赤六１↓　４ａ−ｖ−ｒ、　）Ｉ
ＷＩｍｂ方向に溶接トーチ１１から噴出する不活性ガス
によりシールドされる。ただし、溶接金属の酸素。

窒素量の規制が厳しくない場合にはこの不活性ガスは空
気、炭酸ガス等を多少混入した希釈ガスとしてもよい。

実際のレーザ溶接はパイプ始端部がビーム照射域を通過
する以前より照射開始し、終端が通過後ビームの照射を
打切る。この操作により管の端から端まで溶接できる。

また溶接中のシーム狙いは第２図に示す、溶接トーチ１
１に調整固定された一対のガイドローラ１２により行わ
れる。

第６図は、レーザパワー５ｋｗ、溶接速度４ｍ／　ｍ　
ｉ　ｎで不活性ガスとしてＡｒを用いレーザビームと同
軸方向にシールドしながら、板厚１６ｍｍの鋼材１３に
ついて第７図に示した寸法の開先に仮付溶接したものと
、従来のＭＩＧ溶接による仮付溶接したものとを比較し
たものである。

ＭＩＧ溶接による（ａ）図の板付部２に比し、レーザ法
による（ｂ）図では極めて微小な仮付部５となっている
。また従来法において溶接始端部に発生するスタンピン
グ、ハンピングが本発明方法では全く見られなかった。

第８図は上記第６図の（ａ）、（ｂ）図に対しそれぞれ
、裏面溶接を行ったビード４を示す例であるが従来のＭ
ＩＧ溶接と同等以上のラップが得られている。また第９
図は第８図に表面溶接を実施した例であるが従来ＭＩＧ
溶接の仮付部２に比し、本溶接ビードｌの溶融域に対し
て仮付部５が極めて小さいためこれが残留するおそれが
なく、充分な余裕が見られ、残留欠陥が発生しにくいこ
とは一目瞭然である。

〔発明の効果〕

第１表は表面本溶接後の溶接金属中の窒素、酸素量を、
従来のＭＩＧ溶接による仮付の場合とレーザ溶接による
仮付の場合とを比較して示したものである。本発明法に
より窒素が約１５ｐｐｍ、酸素が約５０ｐＰｍ低下した
。

第１Ｏ図は本発明の施工法により得られたパイプあるい
は鋼板の各肉厚に対する仮付溶接速度と従来のＭＩＧ溶
接による溶接速度とを比較したものである。２．２　ｍ
　／　ｍ　ｉｎから４ｍ／ｍｉｎの同等以上の高速溶接
が可能である。

第２表は本発明に係る施工法と従来ＭＩＧ溶接法におけ
る仮付ビード手直し率（手直し部合計長さと溶接全長と
の比率（％））と本溶接ビード手直し率（発生箇所数／
溶接パイプ本数）（％）の比較を示したものである。仮
付ビード手直し率は本発明法によりほとんどなくなると
共に、本溶接時の仮付溶接部残留欠陥もなくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施態様を示す模式図で（ａ）平
面図、（、ｂ）正面図、（ｃ）側面図、第２図はレーザ
溶接トーチ部の（ａ）正面図、（ｂ）側面図、第３図は
従来のＭＩＧ溶接による仮付部の残留ビード例を示す溶
接部説明図、第４図はレーザ仮付部の説明図、第５図は
第４図に電子ビーム本溶接を組み合わせて施工した場合
の溶接部の説明図、第６図は仮付溶接部を比較した説明
図で（ａ）は従来のＭＩＧ溶接法、（ｂ）は本発明に係
る施工法によるもの、第７図は実施例の開先寸法図、第
８図、第９図はそれぞれ内面、表面の本溶接時の溶接部
説明図で、それぞれ（ａ）は従来のＭＩＧ溶接法、（ｂ
）は本発明に係る施工法によるものを示す。第１０図は
溶接速度を示すグラフである。 ｌ・・・表面本溶接ビード ２．５・・・ＭＩＧ溶接仮付ビード ３・・・仮付部残留部 ４・・・裏面本溶接ビード ６・・・電子ビーム本溶接ビード ７・・・オープンパイプ ８・・・レーザ光 ９・・・ケージロール １０・・・トングチェーントランスファー１１・・・レ
ーザ溶接トーチ １２・・・シーム倣いガイドローラ １３・・・鋼材 １４・・・矢印 出　願　人　川崎製鉄株式会社 代　理　人　弁理士　小　杉　佳　男 弁理士　齋　藤　和　則 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 （。）　第８図　（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１１材を突き合わせ、突き合わせ部に仮付溶接を行っ
   た後、本溶接により溶接継手を得る方法において、レー
   ザ溶接により仮付溶接を行イ、かつこれに本溶接として
   サブマージアーク溶接を組み合わせて行うことを特徴と
   する鋼材の高品質、高靭性、高能率溶接施工法。