JPS613667A - ア−ク溶接スタ−ト方法 - 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〕 本発明は安定的に溶接をスタートさせると共に溶接スタ
ート部におけるビードの盛ル上がシを解消し、該ビード
の盛シ上がシに起因する融合不良等の溶接欠陥の発生を
防止し得る様なアーク溶接スタート方法に関するもので
ある。

−〔従来の技術〕 消耗電極式アーク溶接法においては、被溶接材同士を確
実（接合せしめると共に、できる限シビ−トラ平滑に形
成することが望まれる。この要望を満すためには溶接条
件特に溶接電流を一定にすることが必要と考えられるが
、実際に一定の溶接電流で溶接を開始してみると、溶接
スタート時点では溶接ビードが盛シ上がると共に溶接終
端部ではクレータが発生する− 溶接スタート部及び溶接終端部におけるビード形状がこ
の様に悪くなる原因については、本発明者等の研究によ
り下記の通シであることが解明されている。

即ちアーク点においては母材が溶融すると共に溶接棒が
溶けて溶融池が生成し、アークのピンチ力によってアー
ク点のまわルに広がろうとする。

尚溶接中は溶接棒を溶接進行方向へ前傾させて行表うこ
とが多いのでピンチ力は若干ながら溶接線後方側へ作用
する傾向にある。ところで定常溶接時のアーク点（第９
図の平面図参照）１においては、アーク点１よシ溶接線
前方側（図中左側）の母材が未だ溶融しておらず、一方
法接線の直後方側（図中右側）では未だ凝固しない溶融
池２が形成され、しかもアーク点１で１成した溶融金属
は、前述した様に後方側に作用しているピンチ力に押さ
れる様にして後方の溶融池２に流入し、アーク点１の溶
接線後方側に大きく広がった溶融池を形成し表面が波静
かになってから凝固していくので平滑なビードが形成さ
れる。これに対し溶接スタート部においては、（第１０
図参照）、アーク点のまわシに未だ溶融池が形成されて
いないので、アーク点で生成した溶融池は前述のピンチ
力に押されて溶接線後方側の母材上へ押しあげられてビ
ード盛シ上がシ部を形成すると考えられる。又溶接終端
部においてはアーク点で生成した溶融池が溶接線後方側
へ押し出されると共に、生じ象凹部に溶接線前方側から
溶鉄が供給されない為に上記の凹部がそのまま凝固して
クレータが発生すると考えられる。

ところで終端部についてはクレータが生ずる際に収縮割
れを起こし易く重大欠陥につながる恐れがあったために
種々対策が検討され、クレータ処理（クレータを溶融金
属で埋める処−：ビードは平滑化される）等の割れ発生
１１止手段が確立されているが、溶接スタート部におい
ては盛シ上がシ部自体に直ちに割れが発生する訳ではな
いので終　　′端部の場合の様な検討は未だ十分には加
えられていない。その為ビードを平滑化する様な手法は
確立されていないといえる。しかるに最近実施されるこ
との多い狭開先多層盛溶接においては、前層のスタート
部にビード盛シ上がル等のビード形状不良があると、こ
れが原因になって次層溶接層と前層スタート部との間に
融合不良部分が発生することがある。即ち前層と次層の
融合は前層のビード上に次層の溶融金属が積層される際
に前層ビードの表面が溶融して次層と一体化することに
よって行なわれるが、前記スタート部の様にビードが盛
り上がっている場合には盛シ上がシ部の熱容量が大きい
為に、次層溶融金属と接しそも全表面を十分溶解するに
至らず、融合不良が発生する。従　　　　　　□って上
記融合不良を解消するには前層のスタート部ビードの熱
容量を定常部ビードと同等にするとと、即ちスタートか
らビードを平滑にすることがどうしても必要となってく
る。本発明者等はかねてより上記要望即ちビードの平滑
化を達成し得る様なアーク溶接スタート方法を提供すべ
く研究を進めておシ、溶接スタート部におけるビード盛
シ上がシを解決する為にはスタート時の溶鉄生成量を減
少させることが必要であるとの考えに基づき、先に特許
出願を行なった（特願昭５８−８９７００未公開）。

即ち上記出願は、「溶接スタート電流値を定常電流値よ
シ低下させ、所定時間の後定常電流値に切換える溶接ス
タート方法であって、〔スタート電流値／定常電流値〕
をＹ、電流切換えまでの経過時間をＴ（秒）とするとき
、Ｙ及び１′の間に下記（ｉ）式及び（１１）式の関係
が成立することをポイントとするものである。

Ｔ≧２．５　　　　　　　　・・・（１１）上記出願に
よってスタート時の溶鉄生成量を調整してビード形状を
滑らかにすることができ、融合不良等の発生防止に所定
の成果をあげることができた。

しかるに上記出願方法においては融合不良欠陥が解消し
得た反面、太径ワイヤの溶接に際してスタート電流値が
低い場合にはアークを円滑にスタートさせにくいという
状況があシ、又この様なアークスタートの不安定さに起
因して溶接欠陥が発生する恐れもあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

安定的に溶接をスタートさせると共に溶接スタート部ビ
ードの盛シ上がシを解消し、該ビード盛シ上がシに起因
する融合不良等の溶接欠陥の発生を防止し得る様なアー
ク溶接スタート方法を提供することを課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

アークスタートの可能な初期電流１１の下で０４〜３．
５秒の間アークを発生させた後、■、よシ低い電流■、
に切換え、これを２〜１０秒間継続させた後、Ｉ２よシ
高い定常電流１．に切換える点に本発明の要旨が存在す
る。

〔作用〕

本発明の基本構成を第１図（溶接電流値の経時的変化を
パターン化して示すグラフ）に沿って説明する。本発明
においてはまず始めに■、で示される初期電流値でアー
クをスタートさせ、該電流値１１をｔ８秒継続する。次
いで工、で示される第２次電流値に低下させ、該電流値
■２をｔ２秒継続する。その後１．で示される定常電流
値に上昇させ定常溶接状態に移行させる。尚電流値変化
に対応させて溶接材料の供給速度も変化させる。

上記の様な溶接電流の変化パターンにおいて初期電流値
■１はアークスタートが可能である電流値換言すれば確
実にアークをスタートさせることができる電流値に設定
されている。しかるに初期電流値■１をこの様にある程
度高めに設定している場合には電流値をこのまま継持し
て溶接を続けていくと溶鉄生成量が過剰となってスター
ト部ビードが盛シ上がる。従って初期電流値■、はアー
クを発生させるのに必要な時間が経過した後は第２次電
流値Ｉ２に低下させる必要があシ、即ちｔｌの長さは０
．４〜３．５秒とする必要がある。ｔ、長さが０．４秒
未満であるとアークの発生が不確実となり、一方ｔ１長
さが３．５秒を超えると溶鉄生成量が過剰になってスタ
ート部ビードが盛シ上がる。

次に第２次電流値Ｉ２は■１よシ低い値であって但し安
定アークの持続が可能な電流値とする必要があシ、かか
る第２次電流値に低下させることによって溶鉄生成量を
減少させてスタート部ビードの盛シ上がシを防止する。

尚第２次電流値Ｉ２の継続時間ｔ、は２〜１０秒に設定
す′る必要があシ、　　　　　′ｔ、長さが２秒未満の
場合には第２次電流値継続時間が短か過ぎる為に換言す
ると定常電流値への切換が早すぎる為に溶鉄生成量が増
大しスタート部ビードの盛上ヤ防止効果が十分に発揮さ
れない。

一方ｔ２長さが１０秒を超えると第２次電流継続。

の不必要な継続に伴なって溶接材料供給速度低下時間も
長くなるので溶接速度が低下して非能率的となる。

〔実施例〕

２、８　ｍｍφワイヤを用いて開先幅１４ｍｍのＵ型溝
の１層１パス溶接を行なうに当たシ、溶接電流切換条件
を種々変更してスタート部ビード形状の改善効果を調査
した。尚ビード形状改善度は第２図に示す如く、ビード
先端の立上シ角度θ及びビード先端から溶接方向に５ｍ
ｍ進んだ部位のビード高さり、によって評価した。又溶
接スタート時に溶接電流値を変化させない場合を従来例
とした。

実験１ 初期電流Ｉ、：４５０Ａあるいは４９０Ａ第２次電流Ｉ
２　　：３７０Ａ 第２次電流継続時間ｔ２　：５秒 定常電流Ｉ、：５００Ａ に夫々設定しておき、初期電流継続時間ｔ、を種々変更
したときのビード形状を調査したところ第３図に示す結
果が得られた。

第３図に示す様にＩ、が４９ＯＡの場合、ｔｌを３．５
秒よシ長くするとビード角θ及びビード高さｈｌはいず
れも従来例と同程度になった。一方ｔ、を０．４秒よシ
短くするとアークが不安定に表シアークスタートに失敗
することが多くなった。

尚工、が４５０Ａの場合にはｔ、を４．０秒に設定して
もビード形状改善効果が認められた。

実験２ 初期電流継続時間ｔ、：Ｏ，Ｓ秒あるいは１．５秒第２
次電流Ｉ２　：３７０Ａ 第２次電流継続時間ｔ２　：５秒 定常電流１３　：５００Ａ た夫々設定しておき、初期電流１１を種々変更したとき
のビード形状を調査したところ第４図に示す結果が得ら
れた。

第４図に示す様に、■１が４０ＯＡ（対定常電流比：Ｏ
，Ｓ）よシー低いとアークを円滑に発生させることが困
難となった。又ｔ、が１．５秒の場合に１、が７０ＯＡ
を超えるとビード形状が従来例と同等となると共に、第
２次電流への切換えが不安定になつ′た。尚ｔ１を０．
８秒と短く設定すると１１が８０ＯＡの場合でも一応の
ビード形状改善効果を得ることができた。

実験３ 初期電流Ｉ、：４９０Ａ 初期電流継続時間ｔ１　：ｉ、ｏ秒 第２次電流継続時間ｔ２　：５．０秒 定常電流Ｉ３　：５００Ａ に夫々設定しておき、第２次電流Ｉ２を種々変更したと
きのビード形状を調査したところ第５図に示す結果が得
られた。

第５図に示す様に第２次電流Ｉ２が高くなるにつれてビ
ード立上）角度θ及びビード高さｈｌはともに大きくな
る傾向があり、Ｉ２が４０ＯＡを超えるとビード形状は
従来例と同等となった。一方■２が３００Ａよシ小さい
場合にはビード形状は良好であるもののアーク安定性が
低下してアークが中断しアークスタートとしては失敗す
ることになった。

実験４ 初期電流Ｉ、：４９０Ａ 初期電流継続時間ｔ、：１．２秒− 第２次電流Ｉ、：３５０Ａあるいは４００Ａ定常電流Ｉ
、：５００Ａ に夫々設定しておき、第２次電流継続時間ｔ２を種々変
更したときのビード形状を調査した。結果は第６図に示
す通シであった。

第６図に示す様に第２次電流継続時間ｔ２が長くなる程
ビード立上シ角度θ並びにビード高さり。

が、Ｊ＼さくなる傾向があシ、ｔ、が２秒以上において
満足できるビード形状を得ることができた。特にｔ、が
２〜６秒である場合に明確なビード形状改善効果を得る
ことができ、６秒以上ではあまシ変化がなかった。

尚上記実験１〜４の結果を基にして本発明におけるよ）
好ましい溶接スタート条件を設定すると下記の通シとな
る。

初期電流Ｉ、：０．８〜１．４Ｉ３ 初期電流継続時間ｔ１　：０．４〜３．５秒第２次電流
Ｉ！：０．６〜０．８Ｉ。

第２次電流継続時間ｔ、＝２〜６秒 Ｉｔ＞Ｉｔ １、（１゜ 又上記実験では２．８　ｎｕｎφのソリッドワイヤを用
いたが、本発明においてワイヤ径及び種類に制限がある
訳ではなく例えば２．８胚φよシ細径のワイヤや複合ワ
イヤ等を使用することもできる。更に溶接方法について
も制約はなく、被覆アーク溶接やサブマージアーク溶接
等に本発明を適用できることは言う迄もない。その信奉
発明は立向き、横向き、上向き等のビードの垂れ下がシ
が起シ易い溶接姿勢においても有効なビード形状改善効
果を発揮する。又本発明においては、溶接をスタートす
るに当たル溶接ワイヤを溶接進行方向と反対側に倒して
仰向けに傾斜させたル、あるいは被溶接物を下シ坂溶接
方向に傾斜させる手法を併用するとアーク力によって溶
鉄が溶接進行方向に広がる様になるのでビード形状改善
効果を一層大きくすることができる。又溶接ワイヤを走
行させながら溶接アークをスタートする、いわゆる走行
スタートの手法を併用すると改善効果の増幅をはかるこ
とができる。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例 板厚５０ｍｍの平板に幅１５　ｆｌｌｆｎ　＊深さ３５
岨の溝を穿設した試験板を、ツイストワイヤ（２ｍ＋＋
ｎφと２肛φのワイヤを撚シ合わせたもの）を用いて１
層１パス溶接（ＧＭＡ溶接）した。尚溶接条件は第１表
に示す通）である。又定常電流値でスタートしたものを
従来例とした。溶接スタート部ビードを開先幅方向中央
において溶接線方向に切断した後研磨し次いでマクロエ
ツチングした。実施例のビード形状線第７図、比較例の
ビード形状線第８図に示す通シであった。又ビード形状
の実測結果を第２表に示す。

注）第１図参照 第　　　２　　　表 注）第２図参照 第７，８図及び第２表に示す様に、本発明方法によシ得
られたスタート部ビード形状３は従来例に比べて著しく
滑らかな形状を示すものであった。

実施例２ 多層盛溶接における融合不良欠陥の有無を確認する為に
下記の調査を行なった。

板厚５０　ｍ１１１　＋内径１１ＱＯｍｍの円筒試験材
に実施例１と同形状の溝を周方向に形成し、実施例１と
同じ溶接ワイヤ及び溶接条件によって積層溶接した。尚
溶接は初層ビードスタート部上に次層ビードが積層する
部分を形成することが目的であるので、円筒材層方向に
約２５０ｍｍ間隔で長さ約１５０＋ｎｍの初層ビードを
１４本形成し、次層ビードを各初層ビードスタート部に
乗シ上げる様に連続周溶接した。

得られた溶接部における欠陥の発生状況を放射線検査に
よって調べたところ第３表に示す結果が得られた。

第　　　３　　　表 注）従来例は定常電流値で溶接スタートしたものを意味
する。

第３表に示す様に従来例においては約７０％の頻度で次
層ビード乗シ上げ部に融合不良欠陥が発生した。これに
対し実施例の欠陥発生率は零であった。

実施例３ 実施例１で用いたと同様の試験板について、４．８順φ
のワイヤを用いてサブマージアーク溶接による１層１パ
ス溶接を行ない、スタート部ビード形状を計測したとこ
ろ第５表に示す結果が得られた。

溶接条件を第４表に示す。又定常電流にて溶接スタート
したものを従来例とした。

第　　４　　表 注）第１図参照 第　　５　　表 注）第２図参照 第５表に示す様に実施例ビード形状は従来例に比べて遥
かに滑らかなものであシ、サブマージアーク溶接に′お
麿でも・本発明Ｇ効果が確−認された。

実施例４ 板厚１９ｍｍの平板に深さ１０ｍｎ＋を開先底生径６胴
（開先底を湾曲させている）、開先角度６０°の溝を加
工した試験板について、軟鋼用低水素系被覆アーク溶接
棒（５ｍｍφ）を用いて１層１パス溶接し、スタート部
ビード形状を計測したところ第７表に示す結果が得られ
た。尚溶接条件は第６表に示す通シであシ、定常電流値
でスタートしたものを従来例とする点は前記と同じであ
る。

注）−第１図参照 注）第２表参照 第７表に示す様に実施例のビード形状“は比較例のそれ
に比べて遥かに滑らかなものであシ、被覆アーク溶接に
おいても本発明の効果が確認された。

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されておシ、溶接スタートに当
たシアークを確実且つ安定的に発生させることができる
と共に、スタート部ビードの盛上）を解消して融合不良
等の欠陥の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の基本電流変化パターンを示すグラ
フ、第２図はスタート部ビード形状の測定位置説明図、
第３〜６図は本発明を完成するまでに行なった実験の結
果を示すグラフ、第７．８図はスタート部ビード形状を
示す模式図、第９図はアーク点近傍の溶融池広がシ状態
を示す平面図、第１０図はスタート部ビードの盛上げ状
態を示す説明図である。 １・・・アーク点　　　　２・・・溶融池３・−溶接ビ
ード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極を使用するアーク溶接における溶接スタート方
   法であつて、アークスタートの可能な初期電流Ｉ＿１の
   下で０．４〜３．５秒の間アークを発生させた後、初期
   電流Ｉ＿１より低い電流Ｉ＿２に切換え、これを２〜１
   ０秒継続させた後、該電流Ｉ＿２より高い定常電流Ｉ＿
   ３に切換えることを特徴とするアーク溶接スタート方法
   。