JPS6316870A - 大脚長水平すみ肉サブマ−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、造船、橋梁その他多くの構築物の溶接におい
て、タンデムサブマージアーク溶接により水平すみ肉溶
接をする方法に関する。

（従来の技術） 造船、橋梁その他多くの構築物の溶接において、すみ肉
溶接の占める割合は大きく、近来では、すみ肉溶接の自
動化による省力化・高能率化が図られる一方、他方では
極厚鋼板に対するすみ肉の脚長サイズを大きくすること
が要請される趨勢にある。

ところで、サブマージアーク溶接は自動溶接方式士ある
ので、上記すみ肉溶接の自動化には当該方式の適用が好
ましい。しかし乍ら、元来サブマージアーク溶接は下向
き溶接に適した方式であるため、すみ肉溶接に適用する
と、ビード形状や作業性に問題がある。特に脚長サイズ
を大きくする場合、たとえ水平すみ肉専用フラックスを
用いても、単電極での溶接では脚長を約８ｍｍに形成す
るのが限度であり、２パス乃至３パスにより要請される
脚長を得ることとなる。然し、これでは能率が極度に低
下するばかりでなく、２パス目以降のワイヤの狙いが難
しいので、これに替わる方式として、２電極タンデム方
式が採用され、小型軽量タンデムの水平すみ肉専用機も
開発されて実用化されている。

従来２電極タンデム方式による水平すみ固溶接法では、
第６ｑ（ａ）および（ｂ）に示す如く。

先行電極Ｉ７は狙い角度を垂直板Ｐに対して３０〜４０
°とすることにより、下脚長の大きいビード（Ｌ）を形
成し、後行電極Ｔは狙い角度を垂直板Ｐに対して４０〜
４５°とすることにより、上記先行電極１．によって形
成されたビード（Ｌ）上に上脚長の大きいビード（Ｔ）
を重ねるようにする。

この場合、電極の狙い位置が、垂直板Ｐに近づき過ぎる
と垂直板Ｐのビード止端部（溶融線）にアンダーカット
を生じ易く、遠ざかりすぎると上脚長が不足する。また
通常、使用電流は先行電極りを高く、後行電極Ｔを低く
したほうがビード外観を良好とする。尚、逆に後行電極
Ｔの電流を先行電極■、のそれより高くすると、溶着金
属量が多くなり、ビードのだれ、アンダーカット等の欠
陥が発生し易くなる。

このような条件配慮のもとにおいて、従来法で得られる
脚長は１０〜１１ｍｍ程度であった。

（従来技術に存する問題点） 従来の２電極タンデム方式による溶接施工で得られる脚
長は上記したとおりであって、小電極による場合とさし
て変わず、さらに大脚長サイズの要請に応じようとする
と、アンダーカットやビード形状の不備が生じた。

即ち、大脚長のビードを置（ためには、先行電極による
溶着金属口を出来るだけ多くしておけば、それだけ後行
電極の溶接条件設定が極めて容易となって適正な形状の
ビードが得られることから、「先行電極により形成され
るビード形状が量も重要なポイントとなるｊことが理解
されるところではあるが、従来法で先行電極による溶着
金属口を増大させるには、先行電極に過大な入熱条件を
選定することが必須となる。

ところが、従来法で上記目的を達成しようとして先行電
極の電流を高めると、ビード形状が悪化し、水平板Ｈの
ビード止端部形状がオーバーラツプし易くなる。また、
上記手段に変えて溶接速度を遅くする手段を採ると、オ
ーバーラツプの発生とともに、同一速度で移動する後行
電極側での溶着金属量も多くなるため、アンダーカット
が生じ、かつビードがだれて凸形ビードが形成されるこ
ととなる。

このような状況から、従来法による限り、より大きなｌ
ｌｌ１長サイズの要請には応じ得す、その解決策が希求
されるところであった。

（発明の目的） 本発明の目的は、タンデムサブマージアーク溶接により
大脚長の水平すみ肉溶接をする場合の従来方法に存する
問題点を解決するためになされたもので、従来以上のサ
イズをもつ大脚長の水平すみ肉溶接を１パスで実施可能
、かつ従来より信頼性の高い溶着金属が得られ、しかも
能率的に行い得ることが可能なタンデム電極による大脚
隘水平すみ肉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。

（発明の構成） 本発明の構成は、 （＋１タンデムサブマージアーク溶接により水平すみ肉
溶接をする場合において、 （２）先行電極のコンタクトチップに３〜６ｍｍの間隔
を隔てる２個の溶接電極通過孔を設け、それぞれの通過
孔へ送給する電極を１．２〜２．０　ｍ　ｍφの範囲と
するとともに、 （３）それぞれの通過孔中心線の延長と溶接線とのなす
角度θが９０°±３０°となるように構成し、（４）先
行電極と後行電極との間隔を４０〜１５０ｍｍの範囲内
を維持する如く、 （５）かつ先行電極に使用する電流ＡＬ　（アンペア）
と後行電極に使用する電流へＴ（アンペア）とがＡＬ／
ＡＴ＝　１．４〜２．４ 但し、先行電極径ｄＬと後行電極径ｄＴと６一 の関係は（ｄｌ、≧ｄＴ） の条件となる如く設定して溶接する ことを特徴とする大脚長水平すみ肉すブマージアーク溶
接方法にある。

（発明の構成理由） まず、本発明における（２）の構成理由について述べる
。

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明を実施した先行電極
Ｉ、のコンタクトチップＬｃを示し、当該コンタクトチ
ップＬｃは通常のサブマージアーク溶接機に使用可能、
かつ同様な使い方が可能としであるが、本発明では、Ｓ
ａ、Ｓｂとして示す２個の溶接電極通過孔が３〜６ｍｍ
の間隔１ｔｔを隔てて設けられる。斯様に、コンタクト
チップＬｃの大きさを通常のものと同形にしたところか
ら、上記間隔ｌムを３ｍｍ未満とすれば、使用時の電極
−ワイヤ通過による通過孔の摩耗を考慮すると、直径力
月、２ｍｍ未満の電極を使用せざるを得なくなり、適用
電流範囲が非常に低く抑えられることとなるところから
、本発明の目的とする溶着金属量の増大が達成されない
。また通過孔５ａ−Ｓｂ間の間隔１！Ｌ　が６ｍｍを超
えると、アークの広がりが大きくなり過ぎるため、下脚
長（■、）が大きくなって上脚長（Ｔ）との差を生ずる
とともに、２段ビードなどのビード形状不良を惹起しが
ちとなり、かつスラグ剥離性が劣化することとなる。

また、市販の小型サブマージアーク水平すみ肉溶接機に
使用されている電極径は、通常１．２〜２゜４ｍｍφで
あるが、本発明では先行電極りに１．２〜２゜Ｏｍｍφ
範囲の比較的小径の電極を使用する。

その理由は、２個の電極を使用する本発明では、それぞ
れの電極に同等の大電流を通さなければ、充分な溶着金
属量を得ることができず、かつ安定したアークの保持が
不可能となってビード形状が悪化する傾向となので、も
し本発明に２．０ｍｍφを超える電極を使用すると、上
記の問題点を招来するとともに、従来小型サブマージア
ーク水平すみ肉溶接機の使用が出来なくなる。他方、１
．２ｍｍψ未満の細径電極とすれば、アークの広がりが
小さくなって融合不良が発生し易く、かつ適用電流範囲
が低くなるので、健全な大脚長ずみ自溶接部が得られな
くなる。

以上の理由から、先行電極径の上限を２．０　ｍ　ｍφ
、下限を１．２ｍｍφに限定するものである。

尚、本発明を実施した先行電極りのコンタクトチップＬ
　ｃは、電極の狙い角度を従来とほぼ同様な垂直板Ｐに
対して３０〜３５°とされる。

次ぎに本発明における（３）の構成理由について述べる
。

本発明は、第２図（ａ）および（ｂ）に示す如く、先行
電極Ｉ、のコンタクトチップＬｃに孔設した電極通過孔
Ｓａ、Ｓｂそれぞれを通過する電極が溶接線に対してと
る角度θが厳密に９０“±３０°となるように構成する
。その理由は、当該範囲外となるとビード幅が不揃いに
なり易く、充分な下脚区が得られなくなるとともに、水
平板Ｈのビード止端部形状がオーバーラツプ気味となり
、ひいては凸形ビードになるのを防止するためである。

さらに、本発明における（４）の構成理由について述べ
る。

先行電極りと後行電極Ｔとの間隔ムーＴを４０〜１５０
ｍｍと限定するが、間隔が４０ｍｍ未満では、先行ビル
ド（Ｌ）が凝固しないうちに後行電極Ｔの溶接熱が加わ
るため、先行ビード（Ｔ、）と後行ビード（Ｔ）との溶
融池が同一となり、垂直板Ｐのビード止端部にアンダー
カッ１へか発生し易くなる。また間隔ｊ！ｔ−７が１５
０ｍｍを超えると、先行電極りで発生したスラグの温度
が降温し過ぎるため、後行電極Ｔのアークの安定性が低
下し、短絡やスラグ巻込みが発生するばかりでなく、ビ
ード外観も悪化する。そこで、両電極Ｌ−Ｔ間の間隔を
上記範囲内に維持させることにより、先行ヒート（Ｌ）
と後行ビード（Ｔ）とを個別にビード形成せしめるよう
にして溶接人熱量を分散させ、良好なビード止端部形状
を得るとともに、優れた溶接作業性をも得、ビード外観
の美しい健全な大脚長水平すみ自溶接部を得るようにし
たものである。

最後に本発明における（５）の構成理由について述べる
。

先行電極りに使用する電流Ａ１．（アンペア）は、主と
して下脚区を決定する主要因子であり、かつ上脚長にも
影響を与える溶着金属量を左右し、また後行電極Ｔに使
用する電流ＡＴ　（アンペア）は上脚長を決定する因子
であるとともに、垂直板Ｐのビード止端部形状を左右す
るものであることから、本構成は大脚長水平すみ肉のビ
ード外観形状およびスラグ巻込み発生関係において、電
極径および電流値を種々変化させた実験で確認された結
果に基づいて設定されたものである。

当該設定は、従来同様に肚は溶着金属量を増大させるべ
く大電流、またＡＴはビード形状を整えてアンダーカッ
トとビードのだれを防止する観点から比較的小電流とす
るが、前記（２）の構成と相俟って、先行電極径ｄＬと
後行電極径ｄＴとの関係が（ｄＬ≧ｄＴ）の条件をとる
ものとしたうえで設定された。

而して実験において、先行電極りと後行電極Ｔとの電流
関係、　ＡＬ／ＡＴが１．４未満であると、垂直１ｉＰ
のビード止端部にアンダーカットが発生し、後行ビード
のだれによりビード形状が著しく低下するとともに、ス
ラグ剥離性も悪化し、逆にＡＬ／ＡＴが２．４を超える
と、下脚長に対して上脚長が小さくなって、不等脚かつ
二段ビードが形成され、スラグ剥離性も低下することが
＠認されたので、ＡＬ／＾Ｔ＝１．４〜２．４の条件設
定をした。

尚、本発明では、使用するフラックスが溶融型。

焼結型のいずれであっても適用可能であるが、嵩比重が
異なるフラックスを用いて種々実験した結果では、嵩比
重が０．７ｇｒ／ｃｎｆ未満であるとピットやブローホ
ール等の気泡が発生し易くなり、また１、３ｇｒ／ｃｒ
ｒｒを超えるとアンダーカットの発生やビード形状不良
が惹起される虞があるとともに、溶接速度を大きく制限
する。従って１本発明では、嵩比重が０．７〜１．３　
ｇ　ｒ　／　Ｃ（ｄの範囲内のフラックスを使用するの
が好ましい。ただし、実験結果から特に重大な欠陥とす
る程の欠陥が発生してはいないので、本発明はフラック
スの種類を問わないこととした。

（試験例） 本発明の数値限定・条件設定をするに至った試験例を以
下に示す。

☆供試材料 ○使用鋼板：材質−−−−−−３　Ｍ　−５ＯＡ板厚−
−−−−−−５０ｍ　ｍ Ｏ溶接電極−ワイヤ：ＵＳ−３６ （軟鋼、）ＴＴ５０用で、成分％は０．１２　Ｃ−１，
９５Ｍｎ−０，０２ＳＬである）０組合せフラックス？
ＭＦ−５３ （嵩比重０．９０　ｇ　ｒ　／　ｃ　ｎｌで、溶融型水
平すみ肉溶接用である） ☆試験方法：上記供試材料を使用し、先行電極りのコン
タクトチップＬｃには本発明にかかる構造（ただし、溶
接電極通過孔間隔を変える）のものを使用し、溶接条件
を種々変えて水平すみ肉溶接を行った。

溶接条件は別表に示すとおりである。

☆試験結果：変更した溶接条件ごとの試験結果を前記別
表に同時に示す。

同表から、本発明方法に基づく試験例１〜５では、スラ
グ巻込みなどの溶接欠陥もなく、１バスで極めて良好な
大脚長水平すみ肉溶接が可能であった。特に試験例２お
よび３は、溶接入熱で対応する従来例６および７と比較
すると、それぞれ１．５倍程度の高速性能が得られてお
り、さらには従来法によった場合の脚長１０〜１１ｍｍ
に対して１２〜１４ｍｍの大脚長となし得ている。

第３図は試験例２の溶接部断面を示し、等脚かつアンダ
ーカットのない大脚長水平すみ肉溶接が得られているこ
とを明瞭に示しいる。

また、比較例における試験例８は、先行電極りのコンタ
クトチップＬｃにおける電極通過孔５ａ−３ｂ間の間隔
１１ｔが３ｍｍ未満の場合で、このため電極径を細径と
せざるを得す、従って当該電極りへの適正電流が低い電
流値となり、溶着金属量が不足して脚長不足を招来した
。尚、この場合の先行電極りと後行電極Ｔとの電流関係
、＾Ｌ／ＡＴは１．３未満であり、両電極Ｌ−Ｔ間の間
隔ＩＬ−Ｔを１３０ｍｍにとった場合には、スラグ巻込
みの溶接欠陥が生じ、ビード外観形状も悪く、かつ溶接
作業性が著しく低下した。

試験例９は電極通過孔５ａ−３ｂ間の間隔ｌＬが６ｍｍ
を超えた場合で、二段ビードとなり、脚長も不揃いとな
った。

試験例１０は先行電極りの溶接線に対してとる角度θを
９０°±３０°の範囲外とした場合で、充分な脚長が得
られず、不揃いなど一ド外観形状となった。

試験例１１は先行電極Ｌ・後行電極Ｔ間の間隔ＩＬ−Ｔ
を、それぞれ４０ｍｍ未満および１５０ｍｍ超過とした
場合である。前者では、先行ビード（Ｌ）、後行ビード
（Ｔ）それぞれの溶融池が合体し、これがためアンダー
カットを生じ、かつビードがだれて凸形ビードとなり、
溶接作業性が低下した。後者では、後行電極Ｔのアーク
の安定性が著しく低下し、凸形ビード、ポックマークの
発生が見られたばかりでなく、溶接作業性の低下および
スラグ巻込みの溶接欠陥が生じた。

試験例１２は先行電極りと後行電極Ｔとの電流関係ＡＬ
／八Ｔを１．４未満とした場合であるが、垂直板Ｐのビ
ード止端部にアンダーカットを生じ、後行ビードのだれ
によりビード形状が低下するとともに、スラグの剥離性
も低下した。

試験例１３は先行電極りと後行電極ＴＡと′　　の電流
関係、　ＡＬ／ＡＴが２．４を超える場合であるが、不
等脚なビード、かつ二段ビード形状となり、スラグの剥
離性も低下した。

本発明は上記試験例および本発明者が行った他の試験例
から、前記（２）〜（５）として示す構成をなすに至っ
たもので、各種試験例を綜合すると、本発明は以下に記
載する作用を有することが自ずから明確となる。

（発明の作用） 本発明は、先行電極が比較的低い入熱量にも拘わらずア
ークの広がりを大きくし、これにより母材の熔融範囲を
大としてなじみを良好とするとともに、溶着金属量を大
となす作用、適切な時点で先行ビード上に後行ビードを
重ねる作用、さらに」二記両作用が相乗的に働いてコー
ナ部へのスラグ巻込み、融合不良を防止しつつ大脚長サ
イズの水平すみ肉溶接を高速度で行う作用がある。

本発明の上記作用を表示するものとして、第４図および
第５図を示す。

第４図は本発明に従って行った実験結果を、縦軸に溶接
入熱（ＫＪ／ｃｍ）、横軸に脚長（ｍｍ）をとったグラ
フ上にプロットして溶接入熱−脚長関係特性線を得て、
従来法に従った場合と対比したものである。図において
、曲線Ａは本発明法の結果、Ｂは従来法から得られる範
囲であって、本発明は比較的入熱量を増大させることな
く大脚長水平すみ肉溶接をなし得ることが明瞭に酌み取
られる。

また、第５図は本発明に従って行った実験結果を、縦軸
に溶接速度（ｃ　ｍ　７分）、横軸に脚長（ｍｍ）をと
ったグラフ上にプロットして溶接速１７一 度−脚長関係特性線を得て、使用電極径を同一の条件で
従来法に従った場合の結果と対比したものである。図に
おいて曲線Ｃは本発明法の結果９曲線りは従来法に従っ
た結果であって、本発明法は例えば従来法で得られると
同一の脚長を得るとすれば、従来法に対し約１．５倍の
溶接速度で施工可能であり、従来法に比べてより高能率
な施工法であることが証明される。

（発明の効果） 本発明は、タンデムサブマージアーク溶接により水平す
み肉溶接をする場合、従来以上のサイズをもつ大脚長の
水平すみ肉溶接を１パスで実施可能、かつ従来より信頼
性の高い溶着金属が得られ、しかも能率的に行い得るこ
ととなり、顕著な効果を奏するとして賞用される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明法を実施し
た先行電極のコンタクトチップの側面断面図および正面
図、第２図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明性先行
電極が溶接線に対してとる角度を示す平面図および側面
図、第３図は本発明法に従った溶接部の金属組織の断面
図、第４図および第５図はそれぞれ本発明法に従った場
合と従来法に従った場合と対比した溶接入熱−脚長関係
特性線図および溶接速度−脚長関係特性線図、第６図（
ａ）および（ｂ）はそれぞれ従来法の電極の配置位置を
示す側面図および正面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 タンデムサブマージアーク溶接により水平すみ肉溶接を
   する場合において、先行電極のコンタクトチップに３〜
   ６ｍｍの間隔を隔てる２個の溶接電極通過孔を設け、そ
   れぞれの通過孔へ送給する電極を１．２〜２．０ｍｍφ
   の範囲とするとともに、それぞれの通過孔中心線の延長
   と溶接線とのなす角度θが９０°±３０°となるように
   構成し、先行電極と後行電極との間隔を４０〜１５０ｍ
   ｍの範囲内を維持する如く、かつ先行電極に使用する電
   流ＡＬ（アンペア）と後行電極に使用する電流ＡＴ（ア
   ンペア）とが ＡＬ／ＡＴ＝１．４〜２．４ 但し、先行電極径ｄＬと後行電極径ｄＴ との関係は（ｄＬ≧ｄＴ） の条件となる如く設定して溶接することを特徴とする大
   脚長水平すみ肉サブマージアーク溶接方法。