JPS61176475A - 多電極サブマ−ジア−ク溶接方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は良品質の溶接部を得る高能率な多電極サブマー
ジアーク溶接方法に関する。

〔従来技術〕

サブマージアーク溶接は、溶接能率向上を目的として多
電極化による高速溶接が行われることが多い。この高速
溶接を行うに際しては、当然のことながら高速溶接化に
伴うて生ずる品質低下、即ちビード外観の悪化、アンダ
ーカットの発生、スラグ巻込み発生を防止することが必
要である。

上記品質低下を防止して高速溶接を行う方法として特開
昭５９−２０６１７０号が提案さ五ている。この方法は
開先の形状１寸法及び各電極における溶接電流、アーク
電圧等の溶接条件を適正範囲とすることにより溶接能率
向上を図る方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記方法により多電極溶接を行う場合は、
適正な溶接条件範囲が狭く、このため溶接電源の電力供
給安定性が悪い場合、溶接条件に及ぼす影響の大きいフ
ラックス組成のそのバラツキが大きい場合等には溶接条
件を適正範囲に維持することが困難となるときがあり、
上記方法は必ずしも実用的であるとは言い難く、高速溶
接化に伴って生ずる品質低下の防止を根本的になし得て
いない。具体的には通常の可動鉄心型の交流電源及びＣ
ａＦ　２量が多いフラックスを用いてサブマージアーク
溶接を行った場合は、第２図（ｅ）に示す再点弧電圧Ｖ
ｒが極端に上昇して適正な溶接条件範囲を逸脱してスラ
グ巻込み、アンダーカットが発生することがあり、安定
した良品質の溶接部を得ることができないという難点が
あった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、スラ
グ巻込みが発生する現象、ビード外観の悪化を生ぜしめ
るアンダーカットが発生する現象に基づき、その発生に
影響を及ぼすアークについての観点から得た後述する原
理等に従って溶接条件を規定することにより品質低下の
ない高速溶接化を可能とする多電極サブマージアーク溶
接方法を提供することを目的とする。

本発明に係る多電極サブマージアーク溶接方法は、最終
電極とその直前の電極との離隔距離を５〜２００に設定
し、少な（とも最終電極に矩形波交流電流、電圧を供給
することを特徴とする。

〔発明原理〕

まず、発明原理について以下に説明する。スラグ巻込み
の発生現象を把握するために、４電極サブマ一ジアーク
溶接機を用いて強制的に各電極でのアーク切れを生せし
める実験を行った。

第１図は４電極サブマ一ジアーク溶接機の各電極でアー
ク切れを生ゼしめてスラグ巻込みが発生する限界アーク
切れ時間を測定した結果を示すグラフであり、横軸に各
電極をとり、縦軸にスラグ巻込み発生限界アーク切れ時
間（秒）をとっている。なお溶接条件は、フランクス：
中性熔融型、各電極の電流、電圧：　６００　Ａ−４０
Ｖ、溶接速度：１８０　ｃｍ／分、第３．第４電極間距
離＝１５ｆｉである。

この図より理解されるごとく後行電極となる程、短時間
のアーク切れによりスラグ巻込みが発生する可能性が高
い。つまり、このことは第１電極よりも第２電極、第２
電極よりも第３電極、第３電極よりも第４電極の方がア
ーク切れを防止してアークを安定化させること、つまり
スラグ巻込み欠陥を防止することに対して有効であるこ
とを示しており、また多電極溶接の場合には溶融池の底
を形成させる電極は最終電極であることを示唆している
。

そして高速多電極サブマージアーク溶接で生じるスラグ
巻込みは全て溶接ビードの底部に発生しており、溶融池
底を形成するアークの不安定に起因していることと推察
される。従って４電極サブマージアーク熔接の場合は、
第４電極にてアーク切れが生じればスラグ巻込み発生の
可能性が高いが、第３電極にてアーク切れが生じても第
４電極のアークが安定であれば第３電極のアーク切れに
より生じる不都合が第４電極のアークにて解消される。

即ち、高速多電極サブマージアーク溶接におけるスラグ
巻込みの発生防止は最終電極のアーク安定性（アーク切
れがないこと）が重要な要因である。

一方、溶接の高速化にともなって発生し易くなるのがア
ンダーカットである。これはビード表面の幅方向端部が
凹形状となる外観不良欠陥であり、ビード表面の形成に
関与する電極が最終電極であることは公知である。

本願出願人は多電極サブマージアーク溶接機の各電極の
アーク安定性とアンダーカット発生率との関係を実験に
より求め、これによりアンダーカットは最終電極のアー
クの安定化により大幅に改善できることを確認した。こ
のアークの安定化には種々の方法があるが、本発明は交
流矩形波電源を使用する方法を採用する。これはアーク
の安定化という観点からは交流電源よりも直流電源の方
が一般的に優れていることは公知であるが、多電極サブ
マージアーク溶接で直流の電流、電圧が供給される多数
の電極を同時に使用することは電極間相互の干渉又は磁
気吹き等の点から好ましくないからであり、また交流ア
ークの安定性はその電圧波形自体とも関連しており、第
２図（Ｃ１に示す通常の正弦波に比べて第２図ｉａｌに
示す矩形波交流の方がより再点弧電圧Ｖｒが低く、アー
クが安定（手溶接の場合について公知）であるからであ
る。

本発明は少なくとも最終電極において矩形波状の交流電
流、電圧を通電することによる再点弧電圧の低減化を図
ることを利用する。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第３図は本発明の実施状態を示す模式図であり、図中Ｐ
は静置された鋼板を示す。網板Ｐの上方には３電極サブ
マ一ジアーク溶接機１０が鋼板Ｐの長手方向（白抜矢符
方向）に移動できるようになっており、３電極サブマ一
ジアーク溶接機１０は白抜矢符方向とは逆の方向から順
にフラックスフィーダ４．第１電極１．第２電極２．第
３電極３を設えている。フラックスフィーダ４内にはフ
ラックス２２が貯留されており、フラックス２２は鋼板
Ｐ上に積層される。

第１電極１には直流電源１２から給電される直流電流、
電圧を制御器１１により制御されて印加され、第２電極
２には交流電源１４から給電される通常の正弦波交流電
流、電圧を制御器１３により制御されて印加され、第３
電極３には矩形波交流電源１６から給電される矩形波交
流電流、電圧を制御器１５により制御されて印加される
ようになっており、矩形波交流電流、電圧が印加される
第３電極３には再点弧電圧が低レベルである安定性の高
いアークが生じ、また各電極１，２．３のアーク間で磁
気的干渉がない。鋼板Ｐは第１電極１のアークにて上層
部が熔融され、熔融された部分は溶融池２０を形成する
。更に溶融池２０は第２電極２．第３電極３のアークに
より鋼板Ｐが溶融されることにより増大され、その後の
熱量低下に伴って溶融池２０は凝固していき、溶接金属
２Ｉとなる。

このように鋼板Ｐが熔融される際、溶融池２０の熱によ
りフラックス２２の下層部、つまり溶融池２０と接触す
る部分のフラックス２２は溶融され、スラグ２３となっ
ていく。

第２電極２の先端と第３電極３の先端との離隔距離ｌは
５〜２００の範囲内に調整されており、第３電極３はこ
れに生ずるアークと第２電極２に生ずるアークと第２電
極２に生ずるアークとが溶融池２０底面で夫々の一部又
は全部が重なるように設けられている。換言すれば第２
電極２．第３電極３は夫々に生じるアークが綱板Ｐの略
同一箇所を熔融するようになっているや 従って本発明による場合は第３電極３に矩形波形交流電
流、電圧を供給するためそれに生じるアークの安定性が
高く、更にアークの高安定性に加えて第２電極２のアー
クによる溶融箇所と略同一箇所を熔融するように第３電
極３を設けているので、第２電極２にアーク切れが生じ
てもアーク切れが実質的に生じない溶接が可能であり、
このため品質低下、即ちスラグ巻込み、アンダーカット
。

外観不良の発生を防止して高速にて溶接できる。

特に１ｍ／分以上の速度で溶接する場合には有効である
。

このように離隔距離！、電圧波形を限定した理由につき
次に説明する。

（イ）離隔距離Ｅについて 第４図は３電極サブマ一ジアーク溶接機の第２゜第３電
極間の離隔距離ｌを変化させて溶接し、そのときに溶接
長さ５００鶴当たりに発生したスラグ巻込み数を測定し
た結果を示すグラフであり、横軸に第２．第３電極間距
離（ｔｍ）をとり、また縦軸にスラグ巻込み数（個１５
００　ｎ）をとっている。

溶接条件は第１電極：　１２００Ａ−３０Ｖノ直流、第
２電極：　９５０　Ａ−３０Ｖの正弦波交流、第３電極
二６５０Ａ−４２Ｖの矩形波交流、溶接速度：　　１０
０ｃ＋＋＋／分、フランクス；中性熔融型である。

この図より理解される如く離隔距離ｌを２０ｍｍより大
とするとスラグ巻込み数が急増する。このためｌは２０
ｗ以下とした。またｌが５Ｋｍ以下の場合は隣り合う電
極が接触するためβは５〜２０ｆｉとした。

（ロ）、電圧波形について ３電極サブマ一ジアーク溶接機の第３電極に印加する電
流−電圧を６００Ａ−４０Ｖの矩形波交流と正弦波交流
とを用いて５０ｍ／分の溶接速度でビードオンプレート
溶接を行い、そのときのアーク電圧を測定した。使用し
たフラックスは共に３０％ＣａＦ２の高塩基性溶融型で
あり、第１電極には直流電圧を、また第２電極には正弦
波交流電圧を印加した。

第２図はその測定結果を示したグラフであり、（ａ）は
矩形波交流を使用した場合の測定結果、（（＋）は正弦
波交流を使用した場合の測定結果を示す、なお６００Ａ
−４０Ｖの正弦波交流を用い、また再点弧電圧の低減化
に有利な３％ＣａＦ２の中性溶融型フラックスを用いて
溶接した場合の測定結果を−）に併せて示す、この図よ
り理解される如く正弦波交流により溶接した（ｂｌ、　
（Ｃ１の場合にはフラックスの種類により再点孤電圧が
大きく異なり、山）では４５■。

ＴＣ）では７４Ｖとなっており、矩形波交流により溶接
した＋８＋ではフラックスが（Ｃ）と同じであってもそ
れを４８Ｖとすることができ、アークが安定化する。

従って本発明は矩形波を使用することとしたのである。

なおこの矩形波は正確な矩形を有するものに限らず、再
点弧電圧低下効果を奏するものであれば若干の歪を有す
るものであってもよい。

なお、上記実施例では第１電極、第２電極に夫々直流電
圧、交流電圧を印加し、第３電極３に矩形波交流電圧を
印加しているが、本発明は第２゜第３両電極に、或いは
第１．第２．第３電極すべてに矩形波交流電圧を印加し
てもよいことは勿論である。第１電極に直流電圧を印加
する場合は、正弦波、矩形波の交流電圧を印加する場合
よりもこれにより熔融される深さを増大でき、高速溶接
化に適する。又第２電極にも矩形波交流電圧を印加した
場合には第２電極にのアークについてもその安定性が向
上し、高速溶接化に適する。

また、上記実施例では３電極サブマージアーク溶接の場
合に本発明を適用させているが、本発明はこれに限らす
２電極又は４電極以上の多電極サブマージアーク溶接に
も適用できることは勿論である。

〔効果〕

４電極サブマ一ジアーク溶接機を用い、第１電極：　　
６００Ａ−３５Ｖ（７）直流、第２．第３電極：　　６
００Ａ−４０Ｖ（７）正弦波交流、第４電極：　　６０
０Ａ−４０Ｖの矩形波交流、フランクス：中性熔融型の
溶接条件で溶接速度を２００ａａ／分から３００ｃｍ／
分の間で変化させて鋼板を溶接し、溶接した鋼板をＸ線
検査して溶接長さ５００ｆｉ当たりのスラグ巻込み数を
調査し、また外観検査して溶接長さ１０００ｍｍ当たり
のアンダーカット総長さを測定した。

第５図はＸ線検査した結果（黒丸印）を整理して示した
グラフであり、横軸に溶接速度Ｃｃｓ１分）をとり、ま
た縦軸にスラグ巻込み数（個１５００ｍ）をとっている
。第６図は外観検査した結果（黒丸印）を整理して示し
たグラフであり、横軸に溶接速度（ｃＩｌＺ分）をとり
、また縦軸にアンダーカット総長さく　Ｍ　／　１００
０　鶴）をとっている。なお両図には第４電極の使用電
力を正弦波交流に替えて同様に溶接した従来方法による
場合の結果（白丸印）を併せて示している。

これら両図より理解される如く、従来方法による場合は
溶接速度が２００ｃｏ＋／分のときにはスラグ巻込み、
アンダーカットの発生が共にないが、それを超えると溶
接速度の増大に伴ってスラグ巻込み数、アンダーカット
総長さが急激に増大する。

しかし、本発明による場合はスラグ巻込み数については
溶接速度が３００＋ｎ／分となってもその発生がなく、
またアンダーカットについては溶接速度が３００ｆｉ／
分になって始めてそれが発生する程度であり、品質を低
下させることなく高速溶接ができた。

以上詳述した如く本発明による場合は、品質を低下させ
ることなく高速溶接が可能であるので、欠陥品が少なく
高歩留とすることができ、これにより溶接後の手入れ頻
度を減少でき、作業性を向上できる。また生産性を大幅
に向上せしめることが可能である等、本発明は優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は発明原理の説明図、第３図は本発明の
実施状態を示す模式図、第４図は第２゜第３電極間距離
の限定理由の説明図、第５図、第６図は本発明の詳細な
説明図である。 Ｐ・・・鋼板　　１・・・第１電極　　２・・・第２電
極３・・・第３電極　　１６・・・矩形波交流電源時　
許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　河
　　野　　登　　夫Ｏ＋０　　２０　　３０　　４０ 第２．’４３電櫨聞！１（ｍ匍 第　４　面 ？ 溶弄走Ｉｔ　（Ｃ恰） 菟　５　図 ２０　　　　　　２！１０　　　　　　３ｏ。 溶存１Ｌ度（Ｃ”４） 第　Ｇ　凹

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多電極サブマージアーク溶接方法において、最終電
   極とその直前の電極との離隔距離を ５〜２０ｍｍに設定し、 少なくとも最終電極に矩形波交流電流、電 圧を供給することを特徴とする多電極サブマージアーク
   溶接方法。