JPS61115682A - ２電極潜弧溶接方法 - 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】 〈発明の目的〉 産業上の利用分野 本発明は２電極潜弧溶接方法に係り、詳しくは、極厚鋼
が使用される圧力容器、海洋構造物などの如く安全性の
点から高性能、高品質が要求されるものの溶接に好適で
あって、製作コストが低減でき、能率がきわめて高い溶
接方法に係る。

従　　来　　の　　技　　術 極厚鋼板の２電極潜弧溶接方法で溶接欠陥を防止するこ
とを主目的とした方法として、次の通りの方法が提案さ
れている。例えば、特公昭５８−１１３１２号には、第
７図（ａ）ならびに（ｂ）に示す如く、電橿中心間距ｌ
１１ｔｌが１５　ｍｍ以下でアーク電圧を先行電極しよ
りも後行電極■の方を低くし、がっ、後行電極■の電極
径に適した溶接電流を採用する方法が提案されている。

この方法によると溶接欠陥の発生は防止しろるが、電極
間中心距離ｌが小さいため、先行電極しのアークＡＬで
形成される溶融池ＭＬと後行電極■のアークヘアで形成
される溶融池ＭＴとが連続し、とくに、先行の溶融池Ｍ
Ｌに後行電極■のアークＡ、でさらに熱量が付与されて
溶鋼が過熱される（なお、Ｓは溶接スラグを示す。）。

このため、溶接金属Ｂおよび鋼板１．１′の熱影響部Ｈ
の冷却速度が小さくなって結晶粒の粗大化を招き、機械
的性能が劣化する。この性能低下を軽減するにはより低
入熱量で溶接する方法あるいは電極中心間距離ｌを大き
くして先行りおよび後行電極■により形成される溶融池
ＭＬ　、’Ｍ、を分離されて熱量を分散する方法などが
ある。しかし、この低入熱化は性能改善には有効である
が、溶接能率が低下するため、トータルコスト的には改
善されない。一方、電極中心間距離ｌを大きくすると、
ビード形状の不適正によるスラグ巻込みを多発し、実用
的でないことも特公昭５８−１１３１２号証には示され
ている。

発明が解決しようとする問題点 本発明法し上記欠点の解決を目的とし、具体的には、２
つの電極の中心間距離を大きくして熱ｍの分散化を計っ
たときに、能率が低下し、スラグ巻込み等の溶接欠陥が
生じて溶接部の品質が劣る等の問題点を解決することを
目的とする。

〈発明の構成〉 問題点を解決するための 手段ならびにその作用 すなわち、本発明法は、挟間先部を一層盛りで２電極潜
弧溶接する際に、先後行電極間の極間距離（柵）を先行
電極の入熱＠）ＩＬ　（ｋＪ／ｃＩＩｌｔの１．５〜４
倍（１，５ＨＬ〜４ＨＬ　）の範囲とし、各電極の溶融
熱により形成される各溶融池を互いに分離独立させ、先
行電極の熱源で一方の開先側壁を溶融させる一方、後行
電極の熱源で他方の開先側壁を溶融させて溶接金属を形
成し、先行電極の溶接入熱１（Ｈし）ならびに後行電極
の溶接入熱ｆｉ（Ｈア）と開先間隙幅ｆｇ＞どの関係が
次式を満たし、 ０．８ｇ≦ＨＬ≦２．５ｇ ０．６ｇ≦ＨＴ≦２．０ｇ 但し、　ＨＬ　（ｋＪ／ｃｍｌ　：先行電極入熱量、Ｈ
Ｔ（ｋＪ／Ｃ１１ｌ）　：後行電極入熱量、ｇ（ｍｍ）
：開先間隙幅、 かつ先行電極の入熱ｆｉｔ（）ＩＬ　）が１２ｋＪ／ｃ
ｍ以上、後行電極の入熱量（ＨＴＨＴ）が８ＫＪ／ｃｍ
以上で溶接することを特徴とする。

そこで、この手段たる構成ならびにその作用について更
に詳しく説明すると、次の通りである。

まず、本発明方法は挟間先部を１層１パス積同法で多階
盛を行なう２電極潜弧溶接の分野に係り、この場合、開
先間隙幅ｇ（第５図参照）が小さいほど、溶接材料の消
費量、溶接工数およびコストの低減に対して好ましいが
、あまり小さいと、スラブ剥離性、溶接欠陥などについ
ては不利な方向であり、間隙ｑは一般的に８ｍｍ〜２４
ｍｍがよい。また、挟間先部を１圓１パス積自で多謂盛
溶接するうえから、電極ワイヤ径は４．８ｍｍ以下が適
しており、間隙σが小さくなるほどワイヤ径は細い方が
よく、例えば、間隙！Ｊ＝１２ｍｍでは１’　、　２　
ｆｆ１ｍ、１．６＋＋ｕｎ、２．４ｍｍなどがよい。ま
た、溶接用フックスは焼成型、焼結型あるいは溶融型の
ものを使用でき、その組成は一般に市販されているもの
を用いることができ、溶接金属中の酸７１ｍ、窒帽り拡
散性水素看を低減したもや溶接ビード形状、スラブ剥離
性を改善したブランクスを使用するのが好ましい。

以上のような溶接方法を採用する口とにより、溶接材料
の消費口、溶接工数およびコストの低減は可能となるが
、溶接部品質、性能をざらに改善するには溶接条件の制
御が重要で、本発明法の着眼点はここにある。

まず、本発明法における電極配置、溶接ビード形成過程
を第１図（ａｌならびに（ｂ）を中心として説明する。

先行電極しとｊＶ行電極■の電極中心間距離ｌ（ｎ１ｍ
＋は先行電極［の溶接入熱１ＨＬ（ＫＪ／ｃｍ　ｌに対
して１．５８Ｌ以上でかつ４）ＩＬ以下の範囲になるよ
う決める必要がある。第２図は先行電極りの溶接入熱ｆ
ｆ１ｈＬと電極中心間距離ｌとが溶接欠陥発生におよぼ
す影響を示すグラフであって、先行電極の溶接入熱ｆｆ
ｉ　ＨＬに対して電極中心間距離ｌが適正よりも小さい
範囲、すなわち、領域［１］では先行電ｆｆ１Ｌの溶融
で形成される溶融池ｔ１（１の終端部と後行電極■の溶
融池Ｍ７始端部が連結する。従って、先行電極りによる
溶融池ＭＬの溶鋼が後行電極■の溶融池Ｍアに流入され
るために、先行電極りのアークＡＬで溶融された開先側
壁１を十分に補うだけの溶鋼が不足し、アンダカットの
発生原因となる。一方、先行電極りの溶接入熱量Ｈ，に
対し、電極中心間路＠１が適正よりも大きい範囲、すな
わち、領［［ＩＩ］では溶融池ＭＬとＭＴは分離独立す
るが、先行電極りの溶融によって生成したスラグの温度
が低下して電気伝導度が悪くなったり、あるいは、スラ
グが凝固して後行電極■のアークＡ７が不安定になり、
溶接ビードＢＴにスラグ巻込み、融合不良などの溶接欠
陥を発生することになる。

これらのことから、先行電極しによる溶接ビードＢＬの
アンダカットおよび後行電極Ｔによる溶接ビードＢ工の
スラグを巻込み、融合不良などを皆無にするには領域［
Ｉ］と［ＩＩ］の間、すなわち、電極中心間距離ｌ（ｍ
ｍ）は先行電極りの入熱ＩＨＬ　（ｋＪ／ｃｍ）の１，
５倍以上で、かつ、４倍以下の範囲に制限することがポ
イントとなる。

その場合、先行電極［のアークＡＬで開先側壁の一方１
を溶融させる一方、後行電極ＴのアークＡＴで他方の開
先側壁１′を夫々溶融させる。もし、両電極し、■で同
一の開先側壁のみを溶融すると、一方の開先側壁部に融
合不良、スラグ巻込みを発生することになる。また、先
行電極り。

あるいは、後行電極■で開先の両側壁１．１′を同時に
溶融するようにすると、凸型のビード形状になりやすく
、両開先側壁の溶込み幅が小さくなってスラグ巻込み☆
融合不良などの溶接欠陥を発生しやすくなる。従って、
先行電極しでは一力の開先側壁１のみを、後行電極Ｔで
は他方の開先側壁１′を夫々溶融させ、両電極［、■も
このように配置する。この電極配置位置は開先側壁から
電極ワイヤまでの間隔、先行電極［の場合は一方の開先
側壁との距離Ｌｗ、９％行電極Ｔは他方の開先側壁との
距１ｉＴｗを適宜調整することにより開先側壁の溶込み
幅を大きくすることができ、溶接欠陥の防止対策の一つ
となる。

すなわち、両開先側壁との間の間隙ＬｗとＴｗとはほぼ
同じ幅にし、その範囲は２〜６ＩＩＩＩＩが好ましく、
ＬｖあるいはＴｗが２ｍｍよりも小さくなるとアークの
はい上り現象、すなわち、開先側壁１．１′に直接アー
クを発生し、アンダカット、融合不良の発生原因となる
。また、６ｍｌ１ｌよりも大きくなると開先側壁１．１
′を十分に溶融できず、融合不良、スラグ巻込みの原因
となる。

このＬｗ、　Ｔｗは各電極り、Ｔの溶接入熱量Ｈし、Ｈ
Ｔが大きくなるほど大きくした方が良く、例えば、小入
熱団に対し、Ｌｗ、Ｔｖを過大にすると融合不良、スラ
グ巻込みを、また、大入熱量に対し、Ｌ＋ｖ、　Ｔｗを
過小にするとアンダカット、融合不良などの欠陥を発生
する原因となる。

以上の通りに、開先側壁がら電極ワイヤまでの距離Ｌｗ
、Ｔｗを適度に調整して両電極し、丁により開先側壁１
．１′の一方のみを溶融しても、各電極り、Ｔの溶接入
熱量ＨＬ　、　Ｈ□が過小であれば開先側壁の溶込み幅
が小さくなって、溶接欠陥が開先側壁ならびに溶接金厄
境界部近傍に発生し易くなる。この点から、先行電極［
による溶接入熱量ＨＬは１２ｋＪ／ｃｍ以上必要であり
、後行電極■による溶接入熱量ＨＴは８ＫＪ／ｃｍ以上
が必要である。この場合、先行電極りの下限溶接入熱徂
）ＩＬよりも後行電極■の下限溶接入熱１１Ｈ，が小さ
くなっても溶接欠陥を発生しないのは先行電極りの溶接
熱による予熱効果があり、これが溶込み作用に対して有
利に作用するものと思われる。また、開先間隔幅ｇに対
する各電極し、■の溶接入熱ＩＨＬ　、　Ｈ□が不適正
な場合には、両電極し、■により形成された溶接ビード
ＢＬ、Ｂアの会合部近傍に溶接欠陥が発生し、先行電極
しによる溶融量先側壁１の反対側開先側壁１′の個所、
後行電極■に対しては開先側壁１の個所近傍に溶接欠陥
が発生する。

すなわち、第３図（ａ）ならびに（ｂ）は開先間隔幅ｇ
（ｍｍｌと各電極し、■の溶接入熱ＩＩ１．　、　Ｈ，
（ｋＪ／ｃｍ）とが溶接欠陥発生に及ぼす影響を示すグ
ラフ（ただし、（ａ）は先行電極、（ｂ）は後行電極の
場合）であり、第４図は第３図（ａ）ならびに（ｂ）の
［ＩＩ、［ＩＩ　］、［■コの各領域における溶接欠陥
の代表例を示す説明図である。領域［ＩＩは先行電極［
の溶接入熱Ｉ　ＨＬが１２ｋＪ／ｃｍよりも小さい場合
と、後行電極Ｔの溶接入熱量ＨＴが８ＫＪ／ｃｍよりも
小さい場合とであって、溶接欠陥の発生原因は前述の通
りである。領域［ＩＩ］、すなわち、先行電極りでは１
２ｋＪ／ｃｍ　＜ＨＬ　＜０．８Ｇの範囲、また、後行
電極■で８ＫＪ／ｃｍ＜ＨＴ＜０．６ｇの範囲では開先
間隙幅ｇに対して各電極し、■の溶・接入熱［ＩＨＬ、
　ＨＴが過小となって両電極Ｌ％Ｔで形成される溶接ビ
ードＢＬ　、　Ｂアが互いに溶融活路せず、第４図でＣ
ＩＩ　］に示すようにその境界部に融合不良、スラグ巻
込みなどの溶接欠陥を発生し易くなる。また、領域［Ｉ
ＴＩ］は先行電極しでは）ＩＬ　＞２．５０．後行電極
■ではＨ，＞２．０（ｌの範囲であって、過大入熱量の
ために先行ビードＢＬまたは１艷行ビードＢＴのビード
幅と開先間隙幅０がほぼ一致し、先行溶接ビードＢＬで
は開先側壁１′側が、また、後行溶接ビードロ工では開
先側壁１側がオーバラップビードとなって第４図で［１
１１］に示すようなスラグ巻込み、融合不良などを発生
し易くなる。

以上のことから、各電極り、Ｔによる溶接ビードＢＬ％
Ｂアの溶接欠陥発生を防止するには、先行電極りの溶接
入熱Ｉ　ＨＬが１２ｋＪ／ｃｍ以上、後行電極■の溶接
入熱量■７が８ＫＪ／Ｃｌ１１以上で、かつ、各電極［
、■の溶接入熱量ＨＬ、　ＨＴ（ｋＪ／ｃｍ）が開先間
隙幅ｇ（Ｓ）に対して、 ０．８ｇ≦ＨＬ≦２．５ｇ ０１６ｇ≦ＨＴ≦２．０ｇ フ を満たすように溶接入熱量を制御する必要がある。

また、これまで述べた各電極し、■の溶接入熱ｆｆ１Ｈ
，、ＨＴは電流、電圧、溶接速度によって算出できるが
、適正な電流、電圧はワイヤ径によって変化し、本発明
法で使用しうる溶接条件範囲の一例を示すと、表１に示
す通りであり、溶接速度は適正入熱量になるように調整
することができ、一般的に２０ｃｍ／分〜７０ｃｍ／分
の範囲が好ましい。

表１．各ワイヤ径に対する適用可能な溶接条件範囲なお
、先行電極しおよび後行電極■のワイヤ径、溶接条件は
適宜組合わせるごともできる。

各電極の角度は溶接進行方向に対する角度θ１、θア（
第１図（ａ）参照）と溶接進行方向の直角方向に対する
角度α１−１αＴ（第４図で［丁］の領域の場合参照）
とに分けられる。

こ口で、θＬは先行電極りの角度、θアは後行電極■の
角度で、溶接進行方向に対して前方（＋）若しくは後方
（−）に±２０°の範囲で調整できる。また、αＬは先
行電極し、α１は後行電極■の角度で各電極に近接した
開先側壁１または１′に対して０°〜１０°の範囲で反
対側の開先側壁方向に傾斜させることができる。

溶接電源は交流−交流、直流−交流の組合わせが可能で
、とくに、交流−交流では各電極間に働く電磁力によっ
て互いにアークＡＬ　、　Ａ工の反発力を大きくした方
が開先側壁１または１′の溶込み幅が大きくなるため、
逆Ｖ結線（位相差１２０’　ｌ、逆並列結線（位相差１
８０’　）がより適しているが、他の結線方法、例えば
、Ｖ結線（位相差６０°）、スコツト結線（位相差９０
°）も適用することもできる。

以上の通り、本発明法は、従来、溶接欠陥を多発したい
た溶接技術分野で溶接欠陥を防止できる溶接方法である
ところに特徴があるが、本発明法のもう一つの大きな特
徴は溶接部の機械的性質を改善できるところにある。例
えば、開先Ｂ１１１！ｉ幅ｇ−１４ｍｍの場合、’４１
　来法テ（１）　溶接入熱量は３５〜４５ｋＪ／Ｃｌ１
ｌ程度であったが、本発明法ではＨＬ　−１２ｋＪ／ｃ
ｍ　〜３５ｋＪ／ｃａｎ　、　ＨＴ−８，４ｋＪ／ｃｍ
　〜２８ＫＪ／ｃｍの条件で溶接できる。本発明法で両
電極し、■のトータルの溶接入熱１（ＨＬ＋　ＨＴ　ｌ
は従来法のそれよりも大きくなることもあるが、電極中
心間距離ｌを大きくしているため、溶接熱が分散化され
、その冷却速度はＨＬ＋Ｈアのトータル溶接入熱量で考
えられる冷却速度よりも速くなる。更に、各電極が開先
側壁１または１′の一方のみを溶融するため、開先側壁
部１．１′の冷却速度は各層ｆｆ１ＬまたはＴの溶接入
熱Ｉ　ＨＬまたはＨ工にほぼ相当した値となる。

すなわち、電桟中心間距ｌｌ！ｌｌおよび低入熱条件に
よる開先側壁の溶融方法の改善によって冷却速度を速く
でき、溶接今風、鋼板の溶接熱影響部の組織改善が行な
え、機械的性質が向上する。

実　　施　　例 次に本発明法の実施例について述べる。

実施例１゜ 板厚５ｏｍｍの鋼板（０，１０％Ｃ５０，２２％Ｓ１．
１．４３％Ｍｎ、　０，００７％Ｐ、　０．００４％Ｓ
、　０．０２４％ＡＩ）に第５図に示す形状（ｔ　＝　
５０ｍｍ％ｔ＋−２０柵、θ＝２°）のＵ溝を加工し、
表２の溶接材料を用いて２電極潜弧溶接を行ない、各層
の目視検査および３層溶接１１Ｘ線透過試験により溶接
欠陥発生状況について調べた。その溶接条件と溶接欠陥
の有無を表３に示す。なお、溶接、電源はＡＣ−八〇の
組合わせで逆Ｖ結線（位相差１２０°ｌとし、溶接長さ
１ｍＴ：行なった。

表２．溶接材料の化学組成 ｗｔ％ 本発明法では、溶接欠陥は皆無で健全な溶接部が得られ
た。なお、Ｎ１１１〜１５は比較例であり、これら比較
例ではスラグ巻込み、融合不良、アンダカットなどの溶
接欠陥を発生した。

実施例２゜ 板厚１００Ｍの鋼板（０，１４％Ｇ、　０．１０％Ｓｉ
、０．５３％Ｍｎ、０．００６％Ｐ、　０．００４％Ｓ
、　２．２７％（ｉｒ、１，０１％ＭＯ２０，０１５％
Ａ／）で第６図に示す開先部（θ−３°、ｔ−１ｏｏ＋
ｎ＋ｎ、　ｔ２寓１０ｍ１Ｉｌ、Ｒ−γＲ）を表４の溶
接材料を用いて表５の条件で２電極潜弧溶接した。６９
０°ＣＸ２４ｈのＰＷ）ＩＴ後の溶接継手部の衝撃試験
結果を表６に示す。表６から、本発明法はじん性改善に
対して有効な手段であることがわかった。

〈発明の効果〉 以上詳しく説明した通り、本発明法は２つの電極の中心
間距離ｌは先行電極の入熱量に対して適正な値とすると
共に、先後行電極で形成される各溶融池を分離独立させ
、しかも、先行電極によって一方の開先側壁を溶融しか
つ後行電極によって他方の開先側壁を溶融し、開先間隙
幅に対する先行および後行電極の入熱口を適正に制御し
て溶接する方法である。

従って、極厚鋼の狭開先潜弧溶接方法で従来法の溶接能
率を損うことなく溶接欠陥が皆無で、かつ、高性能の溶
接継手部が得られる。

また、本発明方法は、今後、増々、要求性能が厳しくな
ると予想される圧力容器、海洋構造物などに十分適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ならびに（ｂ）は本発明法によっての溶接
ビード形成過程の側面図と平面図、第２図は先行電極入
熱世と電極中心間距離が溶接欠陥におよぼす影響を示す
グラフ、第３図（ａ）ならびに（ｔｌｌは開先間隙幅と
入熱口が溶接欠陥におよぼす影響を示すグラフ、第４図
は第３図の各領域で発生する溶接欠陥例の説明図、第５
図は実施例１で用いた開先形状の説明図、第６図は実施
例２で用いた開先形状の説明図、第７図（ａ）ならびに
（ｂ）は従来法での溶接ビードの形成過程の各説明図で
ある。 符号１．１′・・・・・・開先側壁 し・・・・・・先行電極　　　Ｔ・・・・・・後行電極
ＡＬ・・・・・・先行電極のアーク Ａ、・・・・・・後行電極の７−り ＭＬ・・・・・・先行電極による溶融池ＭＴ・・・・・
・後行電極による溶融池ト・・・・・溶接ビード ＢＬ・・・・・・先行電極による溶接ビードＢＴ・・・
・・・後行電極による溶接ビードＳ・・・・・・溶接ス
ラグ ！・・・・・・電極中心間距離 Ｈ・・・・・・溶接熱影響部 θ、・・・・・・先行電極の溶接進行方向に対する角度 θ７・・・・・・後行電極の溶接進行方向に対する角度 Ｌｗ・・・・・・先行電極と開先側壁との間隔Ｔｗ・・
・・・・後行電極と開先側壁との間隔９・・・・・・開
先間隙幅

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 狭開先部を一層盛りで２電極潜弧溶接する際に、先後行
   電極間の極間距離（ｍｍ）を先行電極の入熱量Ｈ＿Ｌ（
   ＫＪ／ｃｍ）の１．５〜４倍（１．５Ｈ＿Ｌ〜４Ｈ＿Ｌ
   ）の範囲とし、各電極の溶融熱により形成される各溶融
   池を互いに分離独立させ、先行電極の熱源で一方の開先
   側壁を溶融させる一方、後行電極の熱源で他方の開先側
   壁を溶融させて溶接金属を形成し、先行電極の溶接入熱
   量（Ｈ＿Ｌ）ならびに後行電極の溶接入熱量（Ｈ＿Ｔ）
   と開先間隙幅（ｇ）との関係が次式を満たし、 ０．８ｇ≦Ｈ＿Ｌ≦２．５ｇ ０．６ｇ≦Ｈ＿Ｔ≦２．０ｇ 但し、Ｈ＿Ｌ（ＫＪ／ｃｍ）：先行電極入熱量、Ｈ＿Ｔ
   （ＫＪ／ｃｍ）：後行電極入熱量、 ｇ（ｍｍ）：開先間隙幅、 かつ先行電極の入熱量（Ｈ＿Ｌ）が１２ＫＪ／ｃｍ以上
   、後行電極の入熱量（Ｈ＿Ｔ）が８ＫＪ／ｃｍ以上で溶
   接することを特徴とする狭開先２電極潜弧溶接方法。