JPS629777A - 多電極高速サブマ−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〕 本発明は鋼管製造でのシーム溶接など、多電極を用いて
高能率なサブ１−ジアーク溶接を行う方法に関する。

〔従来技術〕

サブマージアーク溶接は高能率な溶接法として。

鋼構造物の溶接に汎〈適用されているが、この生産効率
をざらに向上させるため、溶接の高速化が試みられてい
る。しかしながら、溶接が高速化するほど、同一溶接入
力でけ溶込み及び溶接線単位長ざ当シの余盛量が必然的
に減少し、溶込み不足や余盛不足に基〈アンダーカット
などの溶接不良が発生する。したがって所要溶込み及び
余盛量を確保するには、単位時間当りのワイヤ溶融量、
母材溶融址を増す必要がある。この溶融量を高めるため
には、溶接電流を高める以外に決定的な手段がなく、結
果として溶接入力の増大が必須の粂件となる。しかし、
溶接’ｍｉを高め溶接入力の増大を図るとアーク力（ア
ークプラズマ気流）も増大し、それにともなって溶融プ
ールの変動も大となり１例えば、「製鉄研究ＪＮ１３０
７（１９８２゜３、ｌＯ発行）第２−２１頁に示される
如く、３電極溶接で２ｍ／分、４電極溶接でも２．４　
ｍ　７分以上の高速溶接においてはアンダーカット、ス
ラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生し、健全なビード形状
を得ることが困難であった。

従来の多電極サブマージアーク溶接の各電極の役割は、
第３図に示ずような４ＴｈＣ物サブマージアーク溶接を
例にとって述べると、第１電極７−１゜第２電極７−２
で所定の浴込みＰを得、最終電極７−４（第４電極）及
び七の直前電極７−３（第３′ｔｃ給）で溶着量を確保
しつつビード形状を搬える作用を行わしめ、安定したビ
ードを得るものと考えられている。しかしながら、溶接
を高速化し使用する溶接電流を高くすると、最終電極７
−４及びその直前電極７−３でのビード形状を整える作
用が不粟定となり、前述したような溶接欠陥が発生ずる
。

本弗明者らはこの溶接欠陥発生現象についてＸ線透視装
置を用い、４％！、極サブマージアーク溶接でｍ接速度
を変化させ、多電極溶接時の溶接アーク、溶融プール挙
動を観察し検討を重ね、その結果、第３図に示す溶融プ
ール後退距離Ｘｍ／とアンダーカットとの間ｖｃ　Ｖｉ
第２図に示すとと（、Ｘｍ’の増大とともにアンダーカ
ットｔＵｃ）が多発する傾向があるとの知見を得た。

ここで溶融プール後退距Ｉｌ！ＩＩＩＸｍ′とけ最終電
極ワイヤ先端と溶融プールの前面が母材１３の表面と接
する位＠までの水平距離であり、Ｘｍ’が１０■未満で
はアンダーカッ）（ＵＣ）ははとんど発生していない、
溶融プール後退距離Ｘｍ’は、アークプラズマ気流の９
ｊ１ざと溶融プールヘッドＨ（溶融プール底面と上面と
の距離）とのバランスで定まるものと考えられ、ビード
形成作用をすべき最終１！極７−４及びその直前電極７
−３での溶接＊にが高くなってアークプラズマ気流が強
力になったシ、筒速化し溶接線単位長ざ当シの溶融量が
減少して溶融プールヘラｌ′Ｈが小ざくなったりすると
。

Ｘｍ’が大となシ、ガウジ／グ作用で掘られた母材壁面
を浴融ツールが十分に満ざない位置から凝固が開始する
ことによってアンダーカントが発生するものと推察され
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、多電極サブマージアーク溶接の高速化の
要諸に応するのに、従来技術では、溶接欠陥の発生がみ
られ、健全なビード形状を得ることがｂ　Ｌ、　＜　、
ざらに改善の余地があることは明らかである。

而して１本発明は、前記した新知見に基づき開発された
もので、多電極サブマージアーク溶接の高速化に対し、
高電流・高速溶接においても、溶込みを確保し、かつ、
Ｗ！Ｉ融プールに働くアークプラズマ気流を制御してＸ
ｍ’を小ざくシ、溶接欠陥のない多電極高速サブマージ
アーク溶接法の提供を目的とする。。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、３電極以上を用いる多電極サブマージアーク
溶接において、第１電極はワイヤ径が２．４　ｗａφ以
上である１本の継接ワイヤからなシ。

後続する電極群のうち、最終電極及びその直前の電極は
並列アークを発生するワイヤ径が１．０〜１．６■φで
ある２本の溶接ワイヤからなシ、各電極のアークが同一
溶融プール内において独立した溶接アークとなるよう電
極を配置し且つその使用電流範囲を３００〜１００ＯＡ
として溶接することで、前記目的を達成するものである
。

〔作用〕

以下１本発明の作用について詳細に説明する。

第１図は本発明の一例である４電極サブマージアーク溶
接法の場合を模式化した正面図である。

図中、４−１．４−２及び３−１．３−２は夫々最終電
極７−４（第４　’ｉ＆！、極）及びその直前を極７−
３（第３１ｂ、極）を構成する１、０−１．６　ｗｍφ
の細径溶接ワイヤであって、高速回転するワイヤ送給モ
ータ６−２に直結されたンインワイヤ送給ローラ１４−
２ｉＣよる同一ワイヤ送給機構によって高速送給され、
並列アーク９−４．９−３ｉ発生させる。一方、第１電
極７−１．及び第２を極７−２で使用される溶接ワイヤ
１．２は従来法と同様、径が２．４ｆｉφ以上の１本の
大径ワイヤを使用する。なお、この場合、第２電極７−
２は、希望する浴込み深ざによつぞけ、前記第３．＠４
電棒と同様な細径ワイヤ２本による並列アーク方式にし
ても差支えない。何れにせよ、かかる構成とすることに
よって、１本の大径ワイヤを用いる第りプラズマ気流の
ソフト化効果で溶融プール後退距離Ｘｍ’を小ざ〈抑え
て、高速溶接でのアンダーカット発生を防止しつつ、所
要の浴込みを有する健全なピード品質が得られる。

本発明法を用い、溶接速度３ｍ／分で前述のＸ練込ａに
よる現象観察を行い、　Ｘｍ’を測定した結果、溶接連
間３　ｍ　７分においてもＸｍ’はほぼ５■と小すく、
溶融プールは安定しアンダーカントの発生けなかった。

一般に単位アーク当りのプラズマ気流の強ざけ、その溶
接電流に比例すると考えられておシ、並列アークによっ
てアークプラズマ気流がソフトになる理由は、単位電極
に投与された′ｅＬ流がそれぞれの溶接ワイヤに分流し
て並列アークが点弧するため、集中性の低いプラズマ気
流となり、全体としてのアークプラズマ気流が大径ワイ
ヤに比し小ざ（なるイ１のと考えらｒる。

また、細径ワイヤを使用するため、同一溶接電流値で比
較（７た場合、ワイヤ溶融効率が太径に比べ箭〈１回−
溶着蓋を得るのにより低いｊＩｉＬ流値で済むこ七にな
シ、　Ｘｍ’に拗（アークプラダ１気流をより低く抑制
できる効果もめる。

多電極サブマージアーク溶接においては、第２電極以降
の各電極のアークプラズマ気流は、先行する′電極群か
ら吹き出されるアークプラズマ気流を堰止める作用と、
後方への吹き出し作用とを合せもっており、最終電極の
みに並列アーク電極を適用した場合には、先行する電極
群からのアークプラズマ気流を抑制する作用が弱く、全
稙極に大径ワイヤを使用したのとほぼ同じ現象となり効
果は認められない。最終電極及び七の直前電極に並列ア
ークを配列しなければ、該プラス１気流は抑制できない
。この場合、隣接する並列アークの電磁干渉によるアー
クの乱れを防ぐため、各並列アークが独立した溶接アー
クとなる距離をみさって配置することが必要である。

高速溶接においては、浴込みは溶接速度依存性よりむし
ろ溶接１！ａ、光依存性が大きいため所要溶込みを得る
ためには、第１電極に用いる溶接電流は少なくとも１０
００４以上の高電流が必要であるが、他方２０００Ａｉ
超えるとアークプラズマ気流が強力になり過ぎ、　Ｘｍ
’を１０−未満に保持することが困難になるので１本発
明においても。

２０００Ａ以下で使用することが好ましい。

また、後続する電極群のうち、最終電極及びその直前電
極を除く電極で使用する溶接電流についても、第１電極
と同様な理由から２０００Ａ以下で使用するべきでるる
。

一方、並列アーク電極に用いる溶接電流は。

３００Ａ未満では、前述した先行ｊ＃Ｌ極群からのアー
クプラズマ気流の後方への吹き出しを抑制する作用が刺
〈１本発明の効果けうすくなる。また。

並列アーク電極の溶接Ｗ、流が１０００人を超えると、
並列アークといえどもアークプラズマ気流が強力となシ
、溶融プールを後方へ押しやる力が増大し、　Ｘｍ’が
１０ｍを超えアンダーカントが発生する。

上述したように、第１電極では高電流を粗いて浴込みを
確保するが、この場合、’ｉｉ＊に比例してワイヤ溶融
量が増大し、ざらに、ワイヤ径が小ざいほどワイヤ溶融
効率が高くなるので、ワイヤ溶融量に関してけ細径ワイ
ヤが有利といえるが、第１′ａ極Ｖ（ワイヤ径２．４簡
φ未満の細径ワイヤを用いた場合には、ワイヤ送給速度
が２５ｍ／分以上の高速となシ、ワイヤ送給制御が困難
となって。

再点弧ミス等の瞬時のアーク切れが発生するとアークの
安定持続が困難となり、不安定現象が発生するので好し
くない。

並列アークを発生きせる２本の溶接ワイヤの各ワイヤ径
が１．６簡φを超えると、各ワイヤでの電流密度が小ざ
くなって安定した並列アークの維持が困難となり、？！
！接ビード形状も不安定となる。

また、各ワイヤ径が１．０１ｍ未満ではワイヤ突出し部
分でのジュール熱効果が著しく、溶接チップと母材間で
ワイヤのヒユーズ現象が発生し、アーク長が一定せず、
溶接電圧変動が大となり安定した溶接を維持できない。

なお、並列アークを発生きせる２本のワイヤの間隔が広
すぎると、並列アークが不安定となシ、溶接欠陥が発生
し易くなるため、その間隔は９イヤ径が１．０■φでは
６部具丁、１．６■φでは１０ｍ以下に設定することが
必要である。

並列アークを発生させる各ワイヤ毎に独立した溶接電源
及びワイヤ送給機構を使用するのは、投資する尋接設備
が膨大となり、かつ、並列アーク電極において各ワイヤ
の溶接電流−溶接電圧を同一に制御することが困難で、
並列アークが不安定となるため好しくない。本発明での
各並列アーク電極に使用する溶接電流は３００Ａ〜１０
０ＯＡの範囲であり、並列アークを発生させる２本の溶
接ワイヤに対［、Ｓ一台の溶接電源で十分対応でき。

ざらに該溶接ワイヤを同一ワイヤ送給機構を用い。

２本同時に送給することによって各ワイヤの溶接電流・
溶接電圧を同一に制御することが可能となシ、安定した
並列アークを維持できる。

〔実施例〕

本発明を鋼板の突合せ溶接に適用した結果を以下に説明
する。

実施例１゜ 板厚９ｍの鋼板に開先角度９０−深さ３■のＶ溝開先を
設け、該開先に３電極サブマージアーク溶接を行った。

溶接ワイヤは２％Ｍｕ系の市販材、またフラックスとし
ては市販品のＭｎｏ−５ｊｏ、溶融形をそれぞれ使用し
た。溶接条件は、Ｊ１表に示す通りである。溶接電源は
すべて交流垂下時性を用いた。なお、溶接ビードの余盛
量をできるだけ一定にするため、ワイヤ径によって使用
溶接電流を若干変更している。第２表はそｎらの溶接結
果を示す。

本発明法に相当するＢｌからＢ４条件では、溶接中のア
ーク電圧が安定し、Ｘ１ｒＬ′の最大値も７．７■以下
と小さく、２．４ｔａ／分の溶接速度においても溶接欠
隔のない良好なビード形状が得られた。ま几、溶込みに
ついても目標値６．３■に対し、±０．３■以内のもの
が得られている。−力、比較例のＢ５条件のように最終
電極のみ１．２ｍ＋φワイヤ２本使用した並列アークで
は、ＸｆＩＬ′が大となりアンダーカットが発生し、Ｂ
５条件のごとく第１　’！極に１．６ｓｍ＋φワイヤを
使用した場合には、ワイヤ送給速度が２５ｍ／分以上の
高速送給となり、アーク切れ等によるアーク不安定が発
生する毎にｘｍ’が大きく変動し、浴込み不足を生じる
とともにビード形状も一定しなかった。

また、第２．第３電極に２．４ｍｍφワイヤを２本づつ
使用し、並列アークを発生させたＢ７条件では、第２．
第３電極での溶接電圧変動が大きく。

アンダーカット及びハンピングビードとなった。

太径ワイヤを使用する従来法では１本発明のＢ１条件と
同じ溶接入力としたＢ９条件でもＸｒＩＬ′が大きくア
ンダーカットが多発し、良好な溶接結果は得られなかっ
た。

実施例２、 板厚１２．７　ｗｍの鋼板に開先角度９０％深さ４．７
■のＶ碑開先を設け、該開先に４電極サブマージアーク
溶接を行った。使用した溶接ワイヤ、フラックス及び溶
接電源は実施例１と同一である。また、溶接１に流も実
施例１と同様、余盛量がそろうようにワイヤ径によって
使用溶接電流を若干変更している。第３表に溶接条件を
示し、第４表にそれらの結果を示す。

本発明法のＦｌからＦ４条件のごとく、第ｉｔ極あるい
は第１．第２電慣に大径ワイヤを使用し。

最終電極及びその直前電極に１．６ないし１．２閤φの
細径ワイヤを２本づつ使用して並列アークを発生せしめ
た条件では、いづれの場合もＸｆＩＬ′は小さく溶接速
波３ｆ１１／分で溶接欠陥のない良好なビード形状が得
られた。これに対し、比較例および従来法の各条件では
いづれもＸｒｎ′の平均値及びその変動が大きく、アン
ダーカットが発生し、健全ビードとなるものは得られな
かった。

なお、実施例１．２では、第６．第７．第８図に示す本
発明の電極配置について述べたが、第９図から第１１図
に示す５電極溶接の場合についても最終電極及びその直
前の電極を並列アークとすることにより本発明と同様な
効果が得られている。

〔効　果〕

本発明法によれば、従来の多電極高速溶接で問題となっ
ているアンダーカット発生を防止し、さらに高速化する
ことが可能となり、生産効率が向上する。またξ径ワイ
ヤを使用することによりワイヤ溶融効率が向上するため
、同一溶接速度で必要な溶Ｎ量を得るのに、より低人力
で済むことになり、電力費の節減等の省エネルギー効果
も期待できる。さらに本発明法の並列アークはアークプ
ラズマ気流が弱くなっているため、非常に静かで。

スラックスの散布量を従来より少なくすることが可能で
あり、散布０回収するフラックス量は従来より少なくて
済む、このため、高速化に伴って高速散布０回収が要求
される場合にも、設備能力に余裕をもたせた分、設備増
強投資を回避できる。

以上、述べたように本発明法は高能率高速サブマージア
ーク溶接法として、ノぐイブのシーム溶接をはじめ、多
方面に適用可能であり、産業上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

Ｓｔ図は本発明の一実施例を示す４電極サブマージアー
ク溶接の模式的正面図、第２図は溶融プール後退距離Ｘ
ＷＬ′及びアンダーカッ）（ＵＯ）と溶接速度との関係
を示す図、第３図は従来の４′電極サブマー・ジアーク
溶接を示す模式的正面図。第４図から第９図までは本発
明法における電極配置の例を示す図である。 ７−１・・・第１電極、７−２・・・第２電極、７−３
・・・第３電極、７−４・・・第４電極、７−５・・・
第５′妊極％　ｌ・・・第１電極溶接ワイヤ、２・・・
８ｇ２−極溶接ワイヤ、３・・・第３電極溶接ワイヤ、
４・・・第４電極溶接ワイヤ、２−１．２−２−・・第
２屯極細径ワイヤ、３−１．３−２・・・第３寛極細径
ワイヤ、４−１．４−２・・・第４電極細径ワイヤ、５
−１゜５−２・・・第５電極細径ワイヤ、６−１．６−
２・・・ワイヤ送給モータ、８・・・７ラツクス、９−
１゜９−２．９−３．’：ｌ−４・・・溶接アーク、ｌ
Ｏ・・・浴融スラグ、１１・・・溶融プール、１２・・
・凝固した溶融金属、１３・・・母材、１４−１・・・
太径ワイヤ送給ローラ％　１４−２・・・ツインワイヤ
送、袷ローラ、Ｐ・・・溶込み、　Ｉ−Ｉ・・・溶融プ
ールヘッド、Ｗ−・・溶接方向ｈ　Ｘｎｔ’−８・溶融
プール後退距離、ＵＯ−・・アンダーカット。 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他２名 Ｘｍ’（ｍｍ）、（ＪＣ（％） 第３図 自発手続補正書 昭和６０年８月２６日 １、事件の表示　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　３特願昭６０−１４９７８６号 ２、発明の名称 多電極高速サブマージアーク溶接法 ３、補正をする者 事件との関係　　出　願　人 住　　　　所　東京都千代田区大手町２丁目６番３号名
　　　　称　（６８５）新日本製鐵株式会社４、代理人 居　　　　所　東京都中央区日本橋兜町１２番１号５、
補正により増加する発明の数　なし手続補正會動引 補正の内容 、明細書第３頁第１３行の「不案定」を「不安定」と補
正する。 、同第１４頁第１６行の「第６、ｔｓ７、第８図」を「
第４、第５、第６図」と補正する。 、同頁第１７〜１８行の［第９図から第１１図］を「第
７図から第９図」と補正する。 昭和６０年１１月５日 特願昭６０−１４９７８６号 ２、発明の名称 多電極高速サブマージアーク溶接法 ３、補正をする者 事件との関係　　出　願　人 住　所　東京都千代田区大手町２丁目６番３号名　称　
（６６５）新日本製鐵株式会社４、代理人 居　所　東京都中央区日本橋兜町１２番１号５、補正命
令の日付　昭和６０年ｌθ月２９日（発送）６、補正の
対象　　　図　面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）３電極以上を用いる多電極サブマージアーク溶接
   法において、第１電極はワイヤ径が
2. ２．４ｍｍφ以上である１本の溶接ワイヤからなり、後
   続する電極群のうち、最終電極及びその直前の電極は並
   列アークを発生するワイヤ径が１．０〜１．６ｍｍφで
   ある２本の溶接ワイヤからなり、各電極のアークが同一
   溶融プール内において独立した溶接アークとなるよう電
   極を配置し且つその使用電流範囲を３００〜１０００Ａ
   として溶接することを特徴とする多電極高速サブマージ
   アーク溶接法。