JPS61189876A - 片面サブマ−ジア−ク溶接法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は３本の電極を用い、かつそれらを特定の距離に
配置する事によシ、欠陥のない優れた靭性の溶接部を得
る事の出来る片面サブマージアーク溶接法に関する。

（従来の技術） 片面サブマージアーク溶接は、突合わされた被溶接材の
裏側から溶接線に沿って適当な裏当材を押し当て、表側
から餌ワイヤおよび７ラツクスを用いてアーク溶接を行
ない、表側、裏側の両者にビードを形成する方法で、片
側からのみの溶接で継手を完成し得るので極めて高能率
な溶接法として船舶、海洋構造物、鉄骨、橋梁あるいは
タンク等の建造に広く用いられている。

片面サブマージアーク溶接法における前述の裏当材を押
し当てるバッキング方法は７２ツクスパツキング法、７
ラツクスー鋼バツキング法および簡易バッキング法の３
者に大別される。

フラックスバッキング法は、第２図（ａ）に示すように
、適当なΦヤンバス番内に収納されたバッキング７ラツ
クス２を被溶接材１．１′の裏側からエアホース５等の
押上機構により押し当てる方法１ある。なお、図中の７
はバッキング７ラツクス２の下に下敷材として入れてお
く珪砂、ジルコンサンド等の粉粒状の耐火材であり、８
は裏当材一式を収納するためのトラフである。

フラックス−鋼バッキング法は、第２図（ｂ）に示すご
とく、銅当金３の上にバッキング７ラツクス２を層状に
散布し、これをエアホース５により被溶接材１，１′の
裏側に押当てる方法である。

又、簡易バッキング法は、第２図（Ｃ）に示すように、
珪砂、ジルコンサンド、マグネシアクリンカ−等からな
る固形裏当材、あるいはガラステープ等の軽量可搬な簡
易裏当材６を押し当てる方法である。

以上のようなバッキング法を用いる片面サブマージアー
ク溶接法は、能率向上のため主に２〜３電極を用いた一
層サブマージアーク溶接で行なわれる。

ところで、多電極を用いた片面サブマージアーク溶接法
において、電極間の距離は耐割れ性、スラブ巻込み防止
、溶接金属靭性等溶接部品質の観点から極めて重要な要
件であり、上記項目を改善するために檻々の検討、提案
がなされている。

例えば、特公昭５３−３８２５８号公報には、第１電極
によ〕生成する溶接金属中１ＤＪＩ固割れを防止するた
め第１電極と第２電極の距離を５０〜９０■に限定する
方法が開示されている。この場合の第２〜第３電極ガの
距離は特に規定されていないが、実施例によれば１５０
−程度である。一方、溶接部の靭性を向上させるために
電極間隔を特別に大きくする方法が提案されてシ〕、特
公昭５６−３９９８９号公報には溶融池間の距離が３０
０■以上となるように電極を配置する方法、特公昭５６
−５２６７３号公報には電極間隔を５００■以上とする
多電極溶接法、特開昭５９−３３０８０号公報には第１
電極と第２電極の距離を３００■以上、第２電極と第３
電極の間隔を１５ｍｍ以下にそれぞれ配置する３電極片
面溶接法が開示されている。

ところで、特公昭５３−３８２５８号公報に開示されて
いる電極間隔を５０〜９０雪とする方法というのは、２
つの電極によって形成される溶融池を連続させ、これに
よプ柱状晶の成長方向を制御し、凝固割れの防止をはか
ろうとするものであるが、このような溶融池は合体した
溶融池と完全分離した溶融池の遷移領域にあるもので、
溶接条件あるいは開先形状の変動により溶融池の状況が
不安定であシ、安定した裏ピード形状を得る事が難しい
。

一方、溶接金属の靭性を確保するために電極間隔を３０
０■以上にする方法は、電極間隔が大きすぎるため各ワ
イヤの開先に対するセンターあわせが峻しく、又第１電
極によるスラブが凝固してしまうので、スラグ巻込みが
発生しやすい事が大きな問題である。

さらに、このような大きな電極間隔の場合、第１電極に
よシ生成したルート部の溶接金属には再熱脆化現象が起
シ、他の溶接金属部に比して靭性が低い現象がみられる
。即ち、片面１層溶接は基本的に大入熱溶接であ）、良
好な溶接金属の靭性を得るにはＭｎ、ＭＯ，Ｔｉ、Ｂ等
の合金元素を添加し、ミクロ組織の粗大化を防止する事
が必要であるが、このような元素を含有する溶接金属を
凝固後ある視度の低温になってから再熱すると、これら
合、金の炭化物の析出、あるいはミクロ的な島状マルテ
ンサイト組織の生成が起シ、靭性が劣化する問題がある
。

このような問題は電極間の距離を特別に大きくした溶接
法において発生するもので、第１電極で生成した溶接金
属が溶融凝固した後、かなり遅れて第２電極のアークが
到達する丸め、第１電極による溶接金属の温度は５００
℃以下の低温になっておシ、これを再加熱すると溶接金
属の靭性劣化が起る。このような問題は電極間の距離を
３００■以上にする方法の欠点である。

以上のような特別な電極配置の他に従来から一般的に用
いられてきている多電極片面サブマージアーク溶接法に
おける電極配置は以下のようである。

（１）　　フラックスバッキング法では、第１−第２電
極１００〜１３０ｍｍ、第２−第３電極Ｚｏｏ〜１４０
−程度である。

７２ツクスパツキング法では裏当材がバッキングフラッ
クスのみで裏ビード保持力が比較的弱いため、電極を離
し、第１電極のみで裏ビードを形成する。又、第２、第
３電極もそれぞれ別々の溶融池を形成する。

この場合は、溶接入熱が一ケ所に集中せず、良好な溶接
金属靭性が得られやすいが、溶融池が各々独立している
ためスラグ巻込みが起きやすいのが欠点である。

（２）　　フシックスー鋼バッキング法では、第１−第
２電極４０〜５０ｍ、第２−第３電極１２０〜１４０閣
程度である。

この場合は、裏当材に銅当金があるので裏ビード保持力
が強く、第１、第２電極は２電極で１つの大きな溶融池
を生成し、又、第３電極による溶融池も第１、第２電極
による溶融池が大きいため部分的に連続した状態になる
。

このように、電極間隔を短かくして溶融池を一体化又は
連続させる事はスラグ巻込みの防止に対しては極めて有
効であるが、一方では各電極からの入熱が短い範囲に集
中的に供給されるため、溶接金属および母材熱影響部の
結晶粒の粗大化傾向が起シ、溶接金属靭性が劣化しやす
い。従って、シビャーな低温靭性が要求される寒冷地向
は海洋構造物あるいは低温タンク等には用いる事が出来
ない。

又、通常の片面サブマージアーク溶接用バッキングフラ
ックス中には、粉粒状のバッキングフラックスを溶接中
に固形化し、裏ビード形状を改善するためのバインダー
が添加されている。このバインダーは通常熱硬化樹脂、
炭水化物等の有機物であ夛、これらが溶接熱で溶融硬化
し、溶接中に粘結バインダーとして作用し、７ラツクス
を固形化するのである。

このような有機物を含有しているバッキング７シツクス
を２つの電極によシ多量に溶融すると、それだけ有機物
の分解によシ発生する水素量が多くなｊ）、Ｍｎ、Ｎｏ
等の合金成分を含み強度の高ｉ溶接金属では水素に起因
するミクロ割れが発生し易くなる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、以上のように片面サブラージアーク溶接法に
おいて従来から提案あるいは実施されている電極間の距
離を用い九場合に惹起される種々の問題点、即ち −（４）短い電極間の距離にかいて発生し易い結晶粒の
粗大化による溶接金属又は熱影響部の靭性の劣化、 ＠）バッキングスラックス中の有機物の分解により発生
する水素に起因するミクロ割れ、（Ｑ　長い電極間の距
離において発生し易いスラブの巻込み、 （６）長い電極間の距離にシーて起フやすいｔｘ１電極
の溶接金属の靭性劣化、 等の問題点を解決する事を目的とするものである。

（問題点を解決するための手段、作用）本発明の要旨は
、３電極片面サブｉ−ジアーク溶接法にかいて、第１電
極と第２電極の距離を１５０〜２９０ｍ、第２電゛極と
第３電極の距離を３０−以下とすることを特徴とする片
面サブマージアーク溶接法にある。

以下、本発明の詳細を作用と共に説明する。

即ち、本発明は第１図に示す如く、裏当材（銅当金３、
バッキング７ラツクス２）を押し当てた被溶接材ｌの表
側から第１電極９．第２電極１０゜第３電極１１および
表側７ラツクス１２を用いて行なう３電極片面サブマー
ジアーク溶接法であって、第１電極９と第２電極１ｏの
距離人が１５０〜２９０ｍ１１％第２電極ＩＯと第３電
極１１の距離Ｂが３ｏ霧以下である。

なお、ここで電極間の距離は、開先底部にかいて、溶接
線方向に沿ったワイヤの中心同志の距離を意味するもの
である。

まず、第１電極と第２電極の距離を限定する理由につい
て述べると、１５０１以上にするのは、第１電極と第２
電極によ）形成される２つの溶融池を完全に分離させ、
第１電極のみで裏♂−ドを形成し、かつ２つの電極によ
る入熱を分散するためである。又、電極を離す事によシ
アーク相互間の干渉作用がなくな９．アークが安定化し
、裏ピードが極めて均一となる。

第１電極のみで裏ビードを形成させる事によりバッキン
グフラックスの溶融量を最小限に留める事が出来、水素
割れ発生を防止する事が可能である。又、電極を離し、
入熱を分散する事は溶接部の結晶粒の粗大化を防止し、
靭性の劣化防止に有効である。従来からの検討によれば
、このような効果を得るには電極間隔を３００５ｗ以上
にする事が必要とされたが、最近の制御圧延技術あるい
は鋼の高純度化技術の著しい進歩によシ耐大入熱性が優
れ念鋼板が製造され、又、溶接金属においてもＴｉ−Ｂ
　添加による結晶粒制御技術の確立、焼入性合金元素の
適正な選択、溶接金属のガス含有量（Ｎ、Ｏ）の低減の
達成等により靭性が著しく改善され、溶接部の靭性を向
上するためにのみ３００ｍ以上というようにいたずらに
電極間隔を大きくする必要性もなくなっている。

即ち、電極間隔の拡大は第１電極と第２電極の距離を１
５０ｗｍ以上にすれば十分効果を得る事が出来る。

次に第１電極と第２電極の距離を２９　（１ｍ以下にす
る理由であるが、これを超えて長くすると以下の問題生
じる。

■　第１電極で生成したスラグが凝固し、さらに低温に
なってから第２電極が到達するので、凝固スラグが第２
１１Ｌ極により再溶融され難く、又電極ワイヤの開先セ
ンターからのずれが起）やすく、結果としてスラグ巻込
みが起りやすい。

■　第１電極で生成した溶接金属部に再熱脆化が起シや
すい。

以上の問題点を改善するには、ｔｌｃ１電極と第２電極
の距離は２９０■以下である事が必要である。

第３図はｓ３電極サブマージアーク溶接において第１電
極で生成した溶接金属の靭性に及ぼす第１電極と第２電
極間の距）ｌＩＯ影響を示すものである。電極間隔を２
９０■以下にする事により衝撃値が著しく改善される事
が判る。これは、第１電極により生成される溶接金属が
高温域にあるうちに第２．第３電極によ）再加熱される
ため、靭性に有害な炭化物及び島状マルテンサイトの生
成が抑制されるためである。

なお、第３図の結果を得るために用いた鋼板は後述の実
施例に用いた第１表の８−１であフ、又ワイヤ、フラッ
クスおよびバツキｙゲスラックスも同様にＷ−２（第２
表）、Ｆ−１（第３表）およびＢＰ−２（第４表）であ
る。又、溶接条件は第５表の１７と同様の開先形状、電
流、電圧および第２−第３電極間の距離を用い、第１−
第２ｉ（極間の距離のみを第５図に示すように変化させ
た。

次に、本発明においては第２電極と第３電極の距離を３
０ｗ以下に設定する事が必要、である。これは、第２電
極と′ＩｆＪ３電極を接近させる事により両者により生
成される溶融池を合体させ、深さ方向および幅方向の両
者に充分な溶込みを附与するためである。

即ち、本発明においては第１電極のみで真ビードを形成
するのであるが、この場合の第１電極による溶接金属お
よび生成スラグの断面形状は、第４図（ａ）の如く表側
に凸状の溶接金属が突き出し、かつ生成スラグ１３は、
この凸状溶接金属を覆うと共に開先部との間にはま力込
んだ状態になる。

そこで、このような溶接金属及びスラブを充分再溶融し
、欠陥のない溶接継手を形成するためには、深さ方向と
幅方向の両者に充分な溶込みが必要となるのである。こ
のためには第２電極と第３電極の距離を３０で以下とじ
て、２つの溶融池を合体させる事が最も有効であシ、第
４図（ｂ）に示すような健全な断面が得られる。

一方、ｔｉＩｃ２電極と第３電極の距離か３０１以上を
超え、溶融池が分離すると、第２電極のみで凸状溶接金
属およびスラグを溶融する事になるが、この場合は第４
図（Ｃ）に示すごとく特に幅方向■溶込みが不足し、ス
ラグ巻込み１４を形成しやすぐなる。

ところで、本発明に用いる溶接材料には通常のサブマー
ジアーク溶接材料を用いるが、７ラツクスの主成分とし
てはＴｉＱ２２５　ｗｔ％以下、Ｍｇ０１０〜５０　Ｗ
（ｃＸ、　０ａＦｚ　５〜２０　ｗｉ％、　ａａａｏ３
゜ＭｇＯＯｓ　　等の金属炭散塩をＯＣｈ相当量で２〜
１０ｗｔ％＠　Ａｔ２０ｓ　　３０　ｗｔ　Ｘ以下、５
ｉｏｚｓ〜２　ＱｗｔＸｓ　　ｎ、ｏｓ　１．Ｏｗｔ％
以下、鉄粉６０　ｗｔ　Ｘ以下、ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉおよ
びＡｔ、　Ｍｇ　　等の脱酸剤を合計量として１〜１０
ｗｔ％を必要に応じて添加するのが適当である。

Ｔ：０２はスラブの流動性を増加させビード形状の改善
に有効であり、又スラグ剥離性の向上にも効果がある。

ＭｇＯはフラックスの耐火性を増加させ、大入ｒ４溶接
用７ラツクスには必須であり、又スラグの塩基度を上げ
溶接金属の靭性向上にも著しい効果を発揮する。

ＯａＦ２はスラグの溶融点をｖＦ４整し、かつ溶接金属
の靭性向上に有効である。ｋＬ２０ｓ　＊　　Ｓ　Ｉ　
Ｏ２は酸性成分であるが、スラグの粘性を調整するのに
有用な成分である。一方、金属炭散塩はアーク空胴中で
アーク熱により分解してｏｏ、　ｏｏ２　　ガスを発生
するが、このガスがアーク空胴中のＨ２ガスの分圧を低
下させ、溶接金属の水素によるミクロ割れを防止する。

Ｂ２Ｏ３は溶接過程で解離し、Ｂが溶接金属中に添加さ
れ、溶接金属の靭性向上に有効である。鉄粉は溶着速度
を高め、溶接能率を向上させると共にアーク安定化の効
果も有する。

脱酸剤としてはＳｉ、　　Ｍｎ、　　Ｔｉ、　Ａｔ、　
Ｍｇ　　等が適当であり、これらは合金又は純金属のい
ずれで添加してもよい。

又、組み合わせるワイヤとしてはＳｉＱ、３０Ｘ以下、
　Ｍｎ　１．０〜３．０ｗｔ％、　　ＭＯ０，１〜１．
ＯｗｔＸ＊Ｎｉ　Ｏ，５〜４８０　ｗｔ９ｃ、　　Ｔｔ
　Ｏ，１ｗｔ％以下等を必要に応じて添加した鋼ワイヤ
を用いる。

Ｓｉは脱酸剤として有用であり、Ｍｎ、　　ＭＯは焼入
性元素として溶接金属の強度を確保すると共に靭性の向
上効果が大きい。Ｎ１は特に低温靭性が必要な時に添加
する。Ｔｉは溶接金属の結晶粒微細化に有効である。

又、本発明法において用いるバッキング法は、第２図に
示したスラックスバッキング法、フラックス−銅バッキ
ング法あるいは簡易バッキング法のいずれをも用いる事
が出来る。又、その他の適当なバッキング法も勿論適用
可能である。

電流の種類は交流、直流いずれでもよく、特にフラック
スバッキング法の場合は第１電極に直流を用いると優れ
た裏ピード形状を得る事が出来る。

（！Ｉ！施例） 第１表に示すような板厚２５および３２ｍの低温用鋼板
を第５図に示すよりなＹ開先で突合わせ、３電極片面サ
ブマージアーク溶接を実施した。

溶接に用いたワイヤ、７フツクスおよびパッキングブラ
ックスの化学組成を第２、第３および第４表に示す。

ワイヤはＷ−１，Ｗ−２，表側の７ラツクスはＦ−１，
Ｆ−２、裏当材として用いたバッキングフラックスはＢ
Ｐ−１，ＢＰ−２で、それぞれ２種類である。これらの
鋼板および溶接材料を組み合わせて８種類の溶接を行な
った。これらの組み合わせとその場合の溶接条件を第５
表左欄に示す。

Ｎ００１〜Ｎ００４は本発明の効果を明らかにするため
の比較例、Ｎｏ、　５〜Ｎｏ、　８が本発明例である。

Ｎ００５〜Ｎ００６は本発明の効果によシ欠陥のない優
れた靭性の溶接部が得られたが、Ｎｏ、１〜Ｎｏ。

４は電極間距離の不適正によシ低衝撃値、スラグ巻込み
あるいはミクロ割れの発生等の問題が生じた。

なお、溶接部の衝撃試験はＪＩ８２３１１２４号試験片
を第６図に示すように溶接金属上部（ｄ＝２■）および
溶接金属底部（ｅ＝２＋ｗｇ）の位置から採取し、ノツ
チの位置は溶接金属の中央（ｂ）　　と　ＨＡＺ部（Ｃ
；２閣）の両者について行なった。又、溶接金属の内部
欠陥の調査は、まず超音波探傷法（Ｕ８Ｔ）　　で欠陥
の有無を調査し、欠陥エコーの認められた個所について
マクロ断面を採取して欠陥の状況について調査した。

（発明の効果） 以上、実施例においても明らかにしたように、本発明に
より３電極片面サブマージアーク溶接においてミクロ割
れおよびスラグ巻込み等の内部欠陥を防止すると共に、
溶接金属および母材熱影響部の両者において優れた低温
靭性を得る事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を説明するための平面図および１１Ｉ
Ｉｌｉ面図、第２図は片面サブマージアーク溶接におけ
るバッキング方法を説明するための図、に３図は本発明
の詳細な説明するための衝撃値と第１−第２電極間距離
の関係を示す図、第４図は本発明の詳細な説明するため
の片面サブマージアーク溶接部の断面を示す図、第５図
は実施例に用いた開先形状を示すための図、第６図は実
施例において採取した衝撃試験片の採取位置を示す図で
ある。 １．１′・・・被溶接材、２・・・バッキング７ラツク
ス。 ３・・・銅当金、４・・・キャンパス、５・・・エアホ
ース、６・・・簡易裏当材、７・・・下敷材、８・・・
トラフ、９・・・第１電極、１０・・・第２電極、１１
・・・第３電極、１２・・・表側７ラツクス、１３・・
・スラグ、１４・・・スラグ巻込み、１５−・・第１電
極による溶接金属、１６・・・第２電極による溶接金属
、１７・・・第３電極による溶接金属、１８・・・第２
．第３電極による溶接金属。 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他２名 ／Ｉ　　井３＠キ孕 井２図 （Ｑ）　　　　　　　　　　　Ｃｂ） （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）３電極片面サブマージアーク溶接法において、第
   １電極と第２電極の距離を１５０〜２９０ｍｍ、第２電
   極と第３電極の距離を３０ｍｍ以下とすることを特徴と
   する片面サブマージアーク溶接法。