JPS6339350B2

JPS6339350B2 -

Info

Publication number: JPS6339350B2
Application number: JP57177586A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yatake; Shigeo Fujimori; Yukyoshi Kitamura
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-10-12
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1988-08-04
Also published as: JPS5966978A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は多電極潜弧溶接法に関し、特にスパイ
ラル造管溶接等の潜弧溶接、就中厚肉材の溶接に
好適な高能率溶接法に係るものである。（従来の技術）従来、造管溶接等を代表的対象例とする高能率
溶接法として潜弧溶接が広く用いられている。第
１〜２図はかかる方法の実施態様をスパイラル造
管内面溶接について示したもので、第１図は側面
図、第２図は正面図である。被溶接材１の開先内
および、その上部をフラツクス２にて覆い、溶接
線方向に消耗電極３〜４を直列に配置し、アーク
５を発生させ被溶接材１および消耗電極３〜４を
溶融・混合し、溶融プール６を形成し潜弧溶接を
行なうものである。なお、７は溶融スラグであ
る。しかしながら、被溶接材１の板厚増大ととも
に、所要溶込み深さの確保と溶込み形状を整える
ため、開先形状を大きくする必要があり、この開
先を溶加材や消耗電極３〜４で充填せねばなら
ず、溶接単位長さ当りの溶着金属量が著しく増加
する。これがため、厚肉材では溶接速度が薄肉材
に比し、大幅に低下し生産性も劣る。特に成形・溶接が連続するスパイラル造管方式
においては溶接速度が律速であり、溶接高能率化
が生産性向上に大きく寄与する。この溶接速度の
向上手段として、高速化によつて減少する溶込み
深さおよび、溶着金属量の確保を各電極の高電流
化、あるいは多電極化といつた溶接入力を増大さ
せる手法が試みられている。しかし、高電流使用
では、電極の掘り下げ作用が過大となり、後行電
極アークも板面下に潜り込み、第３図に示す如き
ビード幅の小さい梨形状の溶込み形状となる。こ
のような形状では高温割れを発生し易いことはよ
く知られており、この梨形形状の程度を溶込み比
（同図中の溶込み深さｄに対する1/3溶込み深さ位
置における溶融幅Wxの比）Wx／ｄで表わすと、
Wx／ｄが0.70未満で高温割れが発生することを
経験している。このため、溶接電圧を大にしてビ
ード幅を大としWx／ｄ＝0.7以上を満足しようと
すると、溶接入力増大によつて溶接プールが長大
化するため、スパイラル造管内面溶接の如き軽斜
面を含む溶接においては、第４図にみられるよう
なビード中央部が凹んだいわゆるコンケーブと称
せられる形状を呈し、ビード形状が不良となる。一方、多電極化した場合には電極の掘り下げ作
用の制御は可能となるが、溶接入力の増大はさけ
られず溶融プールが長大化し、第４図に示す如き
コンケーブを形成する。このコンケーブ深さが１
mmを超えるようになると、余盛部が板厚より小さ
いマイナスビードと称せられるビードになり易
く、強度面で問題となる。また、スパイラル外面溶接でも、溶融プール長
大化に伴ない、パイプ頂部で前後に振り分けられ
た溶融プールおよびスラグがスラグ凝固シエルを
破つて流失する現象を生じ、溶接が困難となるた
め、例えば板厚32mmｔでは外径1000mmφ前後の溶
接入力は60KW程度に制限されている。（問題点を解決するための手段）本発明はこれらのことに鑑み、種々検討を加え
た結果なされたものであつて、その要旨とする所
は、３電極以上を用いる両面一層盛潜弧溶接法に
おいて、最終電極を２電極とし、当該電極を溶接
線とほぼ直交してパラレルに配置し、当該電極と
当該電極直前の電極との間隔を５〜40mm、パラレ
ルに配置された電極間隔を５〜20mmとし、該電極
に位相差90゜〜120゜とした交流電源を用い、かつ、
該電極の溶接電圧をそれぞれ28〜34Vに保つて溶
接することを特徴とする多電極潜弧溶接法にあ
る。（作用）以下に本発明を詳細に説明する。第５図は本発明の実施態様を模式的に示した側
面図で、第６図はその正面図である。図において
４，４′は最終電極群、また３は当該電極直前に
設けられた直前電極であり、第５図の態様におい
ては、先行電極が最終電極群４，４′の直前電極
３に該当する。この場合、本発明において最終電極群とその直
前の電極との間隔を規定するという表現を用いた
のは、後述の第１０図イ〜ハにも示すように４電
極以上の溶接法においては、先行電極Ｌと最終電
極群Ｔ，T′との間に中間電極Ｍ，…Mn…を用い
る場合があり、このような場合、電極間隔位置を
規定する必要があるのは最終電極群Ｔ，T′とそ
の直前にある電極、即ち中間電極M₁，…Mn…と
の間隔となるからである。最終電極群４，４′は電極間隔５〜20mmでパラ
レル配置されており、これが開先側面部をガウジ
ングすることにより溶込み幅を制御し、溶込み形
状を整えるとともに、熱源を板幅方向に分散させ
ることによつて溶融プールの長大化を抑制せし
め、高速溶接化を可能ならしめるものである。また、最終電極群４，４′の５〜40mm直前に配
置された電極３では所定溶込み深さを得るに必要
な電流を投入し、溶込み作用を行わしめるもので
ある。この場合、直前電極３と最終電極４，４′
間の距離が５mm未満では、間隔が小さすぎるた
め、直前・最終電極間でアーク発生するようにな
り、同一アークとして作用するので溶込み形状を
悪化させる。一方、その距離が40mmを超えると電
極間隔が大きすぎるために直前電極と最終電極
４，４′との溶込み境界部にスラグ巻き込みが発
生する。このため、直前・最終電極間距離として
は５〜40mmにする必要がある。また、パラレルの最終電極４，４′の配置間隔
が５mm未満では前記効果は小さく、最終電極４，
４′のアークが底部へ達し、側面側の溶込みが少
なくなり、ビード幅の小さい第３図に示した如き
梨形ピードとなる。一方、20mmを超えるとパラレ
ル配置された最終電極４，４′のアークは、それ
ぞれ独立に点弧するようになり、アーク発生が不
安定になるとともに最終電極４，４′による溶込
みが直前電極３の溶込み位置から離れた位置で形
成され、直前・最終電極溶込み境界部にスラグ巻
き込みを生ずる危険が大きくなる。したがつて最
終電極パラレル配置間隔は５〜20mmにしなければ
ならない。なお、本発明において、最終電極群が溶接線と
ほぼ直交するとしたのは、これら電極群が必ずし
も厳密な意味で直交していなくとも、若干の自由
度があることを意味するものである。但し、第７
図に示す如く、溶接線８とほぼ直交する最終電極
群４，４′パラレル位置からの溶接線８方向への
ずれｇが５mmを超えるとアーク圧力のバランスが
崩れ、ビード形成が不安定となり、スラグ巻き込
み・ビード幅の不整一等が発生し好ましくないの
で、直交からのずれｇは５mm以下とすることが望
ましい。また、中間電極Ｍ，…Mn…を使用する場合に
は先行電極Ｌならびに中間電極Ｍ，…Mn…の各
電極間隔は、溶込み深さを効率よく得るためには
その間隔は狭いほど有利であり、一般には各電極
間隔とも40mm以内で使用されるのが好ましい。本発明法においては、かかる構成とすることに
よつて、溶込み深さは直前電極で所定深さを得る
ことが出来、パラレル配置された最終電極群は溶
込み深さには全く作用せず、側面溶込み作用によ
り溶込み形状を整えるため、厚肉材であつても溶
込み形状を整えるための大きな開先形状を必要と
せず、その分溶着金属量を軽減できる。このた
め、同一溶接入力であつても溶接速度を増加させ
ることが可能となり、高速溶接下でも良好なビー
ド形状が得られるものである。さらに、ビード幅は最終電極パラレル配置間隔
で設定でき、従来のようにビード幅を出すための
最終電極での大きな溶接電圧は必要としない。し
たがつて溶接入力を減少させ、溶融プールを短か
くし、ビード形状不良を防止するために、28〜
34Vと低電圧を行う。最終電極群溶接電圧が28V
未満ではワイヤ被溶接材と短絡し、不安定な溶接
となる。一方、34Vを超える溶接電圧を用いるこ
とは、従来法での溶接入力に近ずくため、本発明
の効果がうすくなる。パラレル配置する最終電極群の溶接条件はアー
ク、ビード形成の安定性からほぼ同一条件に設定
して行われることが望ましく、これに用いられる
最終電極溶接電源としては交流電源を使用し、該
電極間の位相を90゜〜120゜とするのが最も有効で
ある。第８図は最終電極を２電極としパラレル配
置したときの各電極間の位相と溶接再点弧電圧の
関係を示したもので、同相（0゜）あるいは逆相
（180゜）では、アーク発生の容易性を示す再点弧
電圧が高く、溶接中にアーク切れを生ずることが
あり、アンダーカツト発生の原因となる。また、
第９図は再点弧電圧と電極間隔の関係を示したも
ので、電極間隔が20mm以下では再点弧電圧が小さ
くなつている。このように各電極の位相が90〜120゜で本発明の
如き電極間隔が小さい範囲では、常に点弧してい
るいずれか一方のアークプラズマを他方の再点弧
時に利用できるため、アーク発生が容易となり、
安定した良好なビードが得られるものである。また、溶込み深さが直前電極３のみでは不十分
な場合には、第１０図イ〜ハの電極配置例にみら
れるように、最終電極群Ｔ，T′と先行電極Ｌと
の中間に１本以上の中間電極Ｍ，M₁，…Mn…を
設けることによつて、さらに溶込みを得、高速溶
接化が可能である。尚、これまでの説明は主として厚肉スパイラル
鋼管の溶接を対象として説明を行なつたが、これ
にこだわるものでなく、厚肉鋼材の潜弧溶接、例
えばベンデイング管等の円周溶接などの溶接に用
いても極めて有効であることは云うまでもない。以下実施例に基いて本発明の効果を具体的に説
明する。実施例１板厚32mm、外径1200mmφのパイプ内面円周方向
に開先深さ10mm、開先角度60゜の開先形状にて、
溶接電源、位相ならびに先行・最終電極間隔、最
終電極パラレル間隔等の溶接条件を種々変化させ
て、３電極内面一層盛潜弧溶接を行なつた。溶接ワイヤは先行電極に4.8mmφを用いた他は
すべて4.0mmφである。また使用したフラツクス
はMgO−SiO₂−MnO系溶融型フラツクスであ
る。これらの試験条件の詳細については第１表に
示す通りである。また、本発明と比較するため２
電極溶接も含め、第１表の１〜４に示す如き溶接
条件で実施した従来法の内面一層盛潜弧溶接につ
いても合せて示した。なおこの場合開先角度は
70゜とした。その結果を第２表に示すが、従来法では溶接速
度60cm／min、入力54.2KWでは良好なビードが
得られるが、100cm／minに高速化すると２電極
溶接では溶込み比が悪化し、３電極溶接では溶込
み比不足に加え、コンケーブが大きく良好なビー
ドが得られない。また、比較例の試験No.４ではパ
ラレル間隔が小さすぎるため、ビード幅が狭く、
溶込み比が悪化し、アンダカツト等の欠陥が発生
し、逆に大きすぎるNo.５ではスラグ巻き込みを生
じている。直前・最終電極間隔が大きすぎる試験
No.11では、溶込み比は向上するがスラグ巻き込み
が生じ、小さすぎるNo.６では、溶込み比が悪化し
アンダカツトを生じており好ましくない。また、
最終電極の溶接電圧を本発明上限を超える36Vと
した試験No.７では、溶込み比及び溶接安定性は良
好であるが、溶接入力の増大で溶融プール長の尺
度となるクレータ長さ（直前電極から凝固終端部
までの距離）が長くなつてコンケーブが深くな
り、ビード形状が悪化した。逆に、最終電極の溶
接電圧を本発明下限未満の27Vとした試験No.８で
は、クレータ長さが短かくなりコンケーブは発生
しなかつたが、短絡によるアーク消弧が発生し、
溶接安定性がそこなわれ、溶接欠陥が多発した。
さらに最終電極位相を0゜および180゜とした試験No.
９、10では、瞬間的なアーク切れを生じるなどア
ーク安定性が悪く、ビードが不整一となり、一部
アンダカツトを生じた。一方、本発明例では従来法に比し、溶接入力の
低下と、ビード幅が広がることの効果が相まつて
クレータ長さが小さくなつており、いずれの条件
下においても溶接安定性が優れ、溶接欠陥のない
溶込み・外観とも良好なビードが得られている。実施例２板厚25mm、外径1600mmφのパイプ内面円周方向
に開先深さ８mm、開先角度60゜にて４電極内面一
層盛潜弧溶接を行なつた。使用した溶接ワイヤ、
フラツクスは実施例１と同一である。これらの試
験条件の詳細については第３表に示す通りであ
る。なお、本発明との比較として、第３表の試験No.
19、20に示す如き溶接条件で実施した従来法の４
電極潜弧溶接法についても合せ示した。この場合
の開先角度は70゜とした。これらの試験結果を第４表に示す。従来法の試
験No.19ではビード幅が狭く、コンケーブに加え余
盛過大となり、電圧を大きくした試験No.20では、
ビード幅はやや大となるもののコンケーブが大と
なりアンダカツトも発生し、良好なビード形状を
得るには至らなかつた。試験No.21のパラレル電極
位相を180゜とした比較例ではクレータ長さは短く
なり、コンケーブは形成されなくなるものの、ア
ーク切れが散発的に発生し、その部分にアンダカ
ツトを生じた。また、パラレル間隔が小さすぎる
試験No.22では本発明の効果がうすく、従来法の試
験No.19と同様、幅が狭いなどの形状を呈し、コン
ケーブが発生した。しかしながら、本発明例では
いずれの条件下においても安定した溶接ビードが
得られており、４電極化による高速溶接性を十分
発揮できる。（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、厚板に対
し溶接入力を抑えて高能率潜弧溶接を行なうこと
ができ、曲率面を有する厚肉溶接時の溶融プール
を長大化することなく高速溶接化による生産性の
大幅な向上が可能であり、工業的効果は極めて顕
著である。

【表】

【表】 ○良好 △劣る ×不良

【表】

【表】 ○良好 △劣る ×不良

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法による多電極潜弧溶接の例を示
す側面図、第２図はその正面図、第３図および第
４図は従来法での高速溶接で得られるビード横断
面形状の例を示す模式図、第５図は本発明による
多電極潜弧溶接の例を示す側面図、第６図はその
正面図、第７図はパラレル電極配置の例を示す平
面図、第８図はパラレル電極位相と再点弧電圧の
関係を示す図、第９図は電極間隔と再点弧電圧の
関係を示す図、第１０図イ〜ハは本発明法におけ
る電極配置の２、３の例を示す模式図である。１……被溶接材、２……フラツクス、３……直
前電極、４，４′……最終電極、５……アーク、
６……溶融プール、７……溶融スラグ、８……溶
接線、ｄ……溶込み深さ、Wx……1/3溶込み深
さにおける溶融幅、Ｌ……先行電極、Ｍ，M₁，
M′₁，Mn……中間電極群、Ｔ……最終電極群、
ｇ……直交からのずれ。

Claims

【特許請求の範囲】

１曲率面を有する被溶接物の円周方向溶接で３
電極以上を用いる両面一層盛溶接法において、最
終電極を２電極とし、当該電極を溶接線とほぼ直
交してパラレルに配置し、当該電極と当該電極直
前の電極との溶接線方向の間隔を５〜40mm、パラ
レルに配置された電極の溶接線と直角に交差する
方向の間隔を５〜20mmとし、該電極に位相差90゜
〜120゜とした交流電源を用い、かつ該電極の溶接
電圧をそれぞれ28〜34Vに保つて溶接することを
特徴とする多電極潜弧溶接法。