WO2018092647A1 - ガウジングレス完全溶込み溶接方法及び溶接継手 - Google Patents

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浩久 岸川
大介 梅川
篤人 高田
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a gouging-less full penetration welding method and a welded joint for welding a lave groove or a K-shaped groove by gouging less.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a gouging-less complete penetration welding method.
  • Patent Document 1 is a gouging-less complete penetration welding method for a T-type joint having a I-type groove, a L-type groove, or a K-type groove by a high-current pulse MAG, and includes welding heat input, back bead leg length, welding
  • the current, welding speed, pulse conditions, wire aiming position, moving angle, and shield gas flow rate By defining the current, welding speed, pulse conditions, wire aiming position, moving angle, and shield gas flow rate, the work can be welded without defects and the working efficiency is improved.
  • Patent Document 2 discloses a double-sided groove welding method in which both sides of the K-type groove joint can be welded by automatic welding without performing gouging, and the first thick plate and the K-type groove are formed.
  • the second thick plate is welded from both sides using a pair of welding torches.
  • the width of the root face at the groove portion is set to a range of 2 to 4 mm, and the welding current is set within a range of 280 to 320 A. Are welded at once to shorten the welding time.
  • Patent Document 1 when welding conditions are restricted and the root gap is vacant or when the root gap is not uniform, it is not possible to cope with it, and there is a possibility that voids due to dropout may occur. is there. Further, the problem that it becomes difficult to set the target position on the back side that occurs when welding is performed by a welding robot has not been solved. Further, according to Patent Document 2, there is a room for improvement because the degree of freedom with respect to the groove shape is low, such as being inapplicable to a lave groove.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to suppress welding defects even when the root gap is empty or when the assembly accuracy is low and the root gap is uneven. It is to provide a gouging-less full penetration welding method and a welded joint capable of applying semi-automatic welding and automatic welding to any joint of a lave groove and a K-shaped groove.
  • a gouging-less full penetration welding method for welding a first steel plate and a second steel plate forming a lave groove or a K-type groove without performing gouging When the side having the groove of the mold groove or the side having a smaller groove angle of the K-shaped groove is the front side, When the welding torch is moved from the front side to the weaving end of the second steel plate toward the front of the welding progress direction between the first steel plate and the second steel plate, and arrives at the weaving end of the second steel plate.
  • the weaving that moves backward to the weaving end of the first steel plate with respect to the welding progress direction is repeated between the first steel plate and the second steel plate, Forming a continuous one-layer or multiple-layer initial weld bead between the first steel plate and the second steel plate;
  • a gouging-less complete penetration welding method characterized by comprising: (2)
  • the initial weld bead is formed by welding with a consumable electrode fed from the welding torch, The gouging-less complete penetration welding method according to (1), wherein a torch angle of the welding torch is in a range of front side groove angle / 2 to front side groove angle / 2 + 5 °.
  • the initial weld bead is formed by welding with a consumable electrode fed from the welding torch, The gouging-less complete penetration welding method according to (1) or (2), wherein the weaving is performed by controlling so that a protruding length of the consumable electrode from the welding torch is constant.
  • a forward movement angle ⁇ which is an angle formed by the track of the welding torch and the welding progress direction, is 185. Not less than 250 ° and not more than
  • the backward movement is an angle formed by the trajectory of the welding torch and the direction opposite to the welding progress direction.
  • the angle ⁇ is not less than 5 ° and not more than 85 °
  • At least one of the first arc voltage at the weaving end of the first steel plate and the second arc voltage at the weaving end of the second steel plate is higher than the arc voltage at an intermediate position between the two weaving ends.
  • the gouging-less full penetration welding method according to any one of (1) to (4), wherein the first arc voltage is lower than the second arc voltage.
  • the back side welding current of the single-layer or multi-layer welding performed from the back side is 280 to 450 A,
  • the ratio of the backside welding current and the welding current of the initial welding bead (backside welding current / welding current of the initial welding bead) is 1.2 to 2.6 (1) to (5)
  • (9) At least the step of forming the initial weld bead, Using a welding robot to detect a root gap by sensing before welding; Adjusting the welding current of the initial welding bead in accordance with the route gap; The gouging-less complete penetration welding method according to any one of (1) to (8), wherein: (10) The welding current of the initial welding bead is controlled so that the ratio of the value of the root gap and the welding current of the initial welding bead is 0.050 or less when the root gap is provided.
  • (11) A welded joint which is welded by the gouging-less full penetration welding method according to any one of (1) to (10).
  • the welding torch is moved forward in the welding direction between the first steel plate and the second steel plate in the welding of the ladle groove or the K-type groove. 2.
  • Welding current of the initial welding bead of 130 to 300 A while being repeatedly moved to the weaving end of the steel plate and repeatedly moving from the weaving end to the weaving end of the first steel plate toward the welding progress direction.
  • the welded joint of the present invention since it is welded by the gouging-less complete penetration welding method, a welded joint free from welding defects such as dropout can be obtained efficiently.
  • the welded joint 10 of this embodiment arrange
  • FIG. 1 shows a welding procedure in the case where a ladle groove is formed between the end surface 13 of the first steel plate 11 and the flat surface 14 of the second steel plate 12, and FIG. 2 shows the end surface 13 of the first steel plate 11.
  • the welding procedure in the case where a K-shaped groove is formed between the flat surface 14 of the second steel plate 12 and the second steel plate 12 is shown.
  • the side having a groove will be described, and in the case of a K-type groove, the side having a smaller groove angle will be referred to as the front side, and the opposite side will be described as the back side.
  • either side may be the front side.
  • the front side groove angle ⁇ 1 of the lave groove and the K type groove and the back side groove angle ⁇ 2 of the K type groove are arbitrarily set.
  • gas shielded arc welding in which welding is performed while feeding the consumable electrode 32 from the welding torch 31 is adopted as the arc welding method for each welding pass of the groove portion. That is, when a voltage from a welding power source (not shown) is applied between the consumable electrode 32 and the groove, an arc current flows, an arc is generated, and welding is performed.
  • the wire as the consumable electrode 32 may be a solid wire or a flux-cored wire (FCW).
  • FCW flux-cored wire
  • any gas such as CO 2 gas or a mixed gas of Ar and CO 2 is used.
  • the root gap G is first bridged by forming a continuous initial weld bead 21 between the first steel plate 11 and the second steel plate 12 from the front side. Close the groove.
  • the initial weld bead 21 is formed while the welding torch 31 is weaved, and the welding current is set to 130 to 300A.
  • production of the welding defect of the initial welding beads 21, such as a blowhole and a slag winding is suppressed, and also the malfunction of a back side bead shape, such as generation
  • the minimum of the welding current of the initial welding bead 21 is 150 A or more, and an upper limit is 280 A or less. Even if the root gap G is 0, it is preferable to form the initial weld bead 21.
  • the welding current referred to here represents an average current including the remaining welding current on the front side and the welding current on the back side, which will be described later, and may be a direct current or a pulse waveform current.
  • the initial welding bead 21 by weaving advances the welding torch 31 between the first steel plate 11 and the second steel plate 12 from the front side so as to substantially follow the groove shape.
  • the rear moving angle ⁇ from the weaving end P2 toward the rear in the welding progress direction.
  • the first steel plate 11 is formed by welding while repeatedly moving to the weaving end P1 of the first steel plate 11.
  • the forward movement angle ⁇ is the trajectory of the welding torch 31 when moving from the first steel plate 11 side (weaving end P1) to the second steel plate 12 side (weaving end P2) (moving downward).
  • the backward movement angle ⁇ moves from the second steel plate 12 side (weaving end P2) to the first steel plate 11 side (weaving end P1) (upward movement). This is an angle formed between the track of the welding torch 31 and the welding progress direction Y and the opposite direction.
  • the forward movement angle ⁇ is preferably 185 ° or more and 250 ° or less, and more preferably 185 ° or more and 215 ° or less. Further, the backward movement angle ⁇ is preferably 5 ° or more and 85 ° or less, and more preferably 10 ° or more and 45 ° or less.
  • ⁇ > ( ⁇ 180) is established between the backward movement angle ⁇ and the forward movement angle ⁇ . If ⁇ > ( ⁇ -180), the welding torch 31 can be welded while being advanced in the welding progress direction Y while weaving.
  • the welding torch 31 is moved in an oblique zigzag manner between the first steel plate 11 and the second steel plate 12 and weaving, the first layer formed by the movement from the first steel plate 11 to the second steel plate 12 is performed.
  • the initial weld bead 21 is formed on the initial weld bead 21 in a state where the second initial bead formed by the movement from the second steel plate 12 to the first steel plate 11 is overlapped.
  • the groove portion can be closed, and a good initial weld bead 21 that does not fall off is formed.
  • the welding current of the initial welding bead is set to 130 to 300 A, but the first arc voltage V1 at the weaving end P1 of the first steel plate 11 is the second arc voltage V2 at the weaving end P2 of the second steel plate 12. Is preferably lower (V1 ⁇ V2).
  • the relationship between the first and second arc voltages V1 and V2 described above is that either one of the first and second arc voltages V1 and V2 is determined from the arc voltage Vm at the intermediate position P3 between the weaving ends P1 and P2. Is also achieved by controlling the height to be higher or lower.
  • the weaving end of the first steel plate 11 is controlled by controlling the first arc voltage V1 at the weaving end P1 located on the end surface 13 of the first steel plate 11 facing downward to be lower than the arc voltage Vm at the intermediate position P3. Undercut at P1 is suppressed. Further, by controlling the second arc voltage V2 at the weaving end P2 located on the flat surface 14 of the second steel plate 12 facing upward to be higher than the arc voltage Vm at the intermediate position P3, the weaving end P2 of the second steel plate 12 is achieved. Overlap is suppressed. As a result, a good-shaped initial weld bead 21 is formed.
  • the weaving while controlling the protruding length L of the consumable electrode 32 from the welding torch 31 to be constant.
  • the welding torch 31 is separated from the front side (X direction) by the leg length b of the bead formed by welding from the first steel plate 11 to the second steel plate 12 (weaving ends P1 to P2) at the forward movement angle ⁇ .
  • the protruding length L of the consumable electrode 32 can be kept constant by welding from the second steel plate 12 to the first steel plate 11 (weaving end P2 to P1) at the rearward movement angle ⁇ .
  • the arc is stabilized and spatter is reduced, and the effect of arc copying is obtained.
  • the upper side of the welding torch 31 By welding from the weaving end P2 to P1, the root gap G is filled with the weld metal, and an arc is applied to the first steel plate 11 to melt the base material of the first steel plate 11, so that the first with the root gap G is provided.
  • the steel plate 11 and the second steel plate 12 are cross-linked.
  • the torch angle ⁇ of the welding torch 31 is determined from the front side groove angle ⁇ 1 / 2 to the front side groove angle from the viewpoint of suppressing welding defects in the initial weld bead 21 and suppressing defects in the back side bead shape. It is preferably set in the range of ⁇ 1 / 2 + 5 °.
  • the protrusion amount a from the position defining the route gap G between the first steel plate 11 and the second steel plate 12 to the back side of the initial weld bead 21 is less than 4 mm. If the protrusion amount a is less than 4 mm, the back side bead shape is not affected, and complete welding can be performed by welding from the back side.
  • the root gap G of each groove is preferably 10 mm or less, more preferably 5 mm or less, from the viewpoint of surely bridging by the initial weld bead 21.
  • the weld bead 22 is formed by overlay welding of a single layer or multiple layers (six layers in the embodiment shown in the figure) with a welding current of 280 to 400 A from the front side.
  • the weld bead 23 is formed by overlay welding of three layers).
  • the ratio of the back side welding current and the welding current of the initial welding bead is preferably 1.2 to 2.6.
  • the gouging-less complete penetration welding method described above is not limited to manual welding, but can also be applied to semi-automatic welding and automatic welding using a welding robot.
  • gouging-less full penetration welding is semi-automatic welding or automatic welding
  • the formation of the initial weld bead 21 from the front side is detected by sensing the root gap G by sensing before welding, and initializing according to the detected root gap G This is done by controlling the welding current of the welding bead.
  • touch sensing, laser sensing, etc. are mentioned as sensing before welding.
  • the initial welding bead 21 is formed by controlling the welding current so that the ratio of the welding current between the root gap G and the initial welding bead is 0.050 or less.
  • the appropriate initial welding bead 21 can be formed with a semi-automatic welding machine and an automatic welding machine, and gouging-less complete penetration welding without a welding defect is attained.
  • the detection of the root gap G is performed by a conventionally known method using a welding torch 31 that supports a consumable electrode 32 having a predetermined protruding length.
  • the welding torch 31 between the first steel plate 11 and the second steel plate 12 in the welding of the lave groove or the K-type groove. Is moved to the weaving end P2 of the second steel plate 12 toward the front in the welding direction, and the weaving is moved from the weaving end P2 to the weaving end P1 of the first steel plate 11 toward the rear in the welding progress direction.
  • a single-layer or multi-layer welding is performed from the front side, and a single-layer or multi-layer welding is further performed on the back side, so that a root gap G exists. Even so, the occurrence of welding defects such as drop-off can be suppressed, and complete penetration welding can be performed efficiently without performing gouging work (gouging-less).
  • this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation
  • the initial weld bead 21 is formed, the weld bead 22 is formed on the front side, and then the weld bead 23 is formed on the back side.
  • the present invention is not limited thereto, and after the initial weld bead 21 is formed, the back side is formed.
  • the weld bead 23 may be formed, and the weld bead 22 may be further formed on the front side.
  • a T-type joint was described as an example in the above embodiment, it can be applied to a butt joint of any shape such as an I-type joint in which the end faces of the first steel plate and the second steel plate are faced to each other. It is. Furthermore, in the said embodiment, although the end surface 13 of the 1st steel plate 11 and the flat surface 14 of the 2nd steel plate 12 were faced
  • groove shape (groove angle, groove depth), root gap, welding posture, torch angle, welding current of initial welding bead, backside welding current, shielding gas, initial welding bead State (back side protrusion amount, number of bead layers), presence / absence of weaving, weaving conditions (backward movement angle ⁇ , forward movement angle ⁇ ), presence / absence of protrusion length control of consumable electrode, presence / absence of arc voltage control at weaving end)
  • weaving tests were conducted under various welding conditions with various changes. For the purpose of comparison, weaving was performed without welding, and welding was performed with normal weaving, which is a method of alternately moving the torch approximately at right angles to the welding direction.
  • the groove angle was set to 40 ° or 45 °.
  • the front side groove angle was 40 °
  • the front side groove depth was 21 mm
  • the back side groove angle was 50 °
  • the back side groove depth was 11 mm.
  • the weld quality was evaluated by visual inspection of the crosslinkability (gap resistance), the first layer weld defects (undercut, lap), and the backside bead shape after the initial weld bead.
  • the cross-linking property the cross-linked and bead appearance was good (circle), the incomplete but cross-linked one was ⁇ , and the one that could not be cross-linked was x.
  • the first layer welding defects “O” indicates that there is no defect, “ ⁇ ” indicates that the defect is acceptable, and “X” indicates that there is an undercut and lap.
  • the back side bead shape after the initial weld bead (hereinafter simply referred to as the back side bead shape), ⁇ when there is no problem, ⁇ when the uneven shape of the acceptable level is ⁇ , when gaps are generated by dropping, and when the unevenness is large, ⁇ did.
  • the test results are shown in Tables 1 and 2 together with various welding conditions.
  • the crosslinkability, the first layer weld defect, and the backside bead shape satisfied the pass level in any groove shape, welding posture, and type of shield gas.
  • test No. 130A in which the welding current of the initial weld bead was outside the range specified in the present invention.
  • 35 the crosslinkability, the weld defect of the first layer, and the backside bead shape are all evaluated as ⁇ , which is a pass level.
  • Test No. 34 and 35 although the welding current of the initial weld bead was outside the range defined in the present invention, the crosslinkability, the first layer weld defect, and the backside bead shape remained in the ⁇ evaluation due to weaving. Inferred to be effective.
  • test No. in which welding by weaving was not performed In No. 36, the crosslinkability, the weld defect of the first layer, and the backside bead shape all did not reach the acceptable level due to undercut, poor penetration, and voids. Test No. in which welding by weaving was not performed. In No. 37, both the weld defect of the first layer and the backside bead shape did not reach the acceptable level due to undercut and large unevenness.
  • test No. welded by normal weaving In No. 38, both the weld defect in the first layer and the backside bead shape did not reach the acceptable level due to undercut and unevenness. In addition, test No. which was normal weaving and voltage control was not performed at both ends of the weaving. In No. 39, both the weld defect in the first layer and the backside bead shape did not reach the acceptable level due to undercut and unevenness.
  • test no. Whose torch angle is less than the front groove angle / 2.
  • the crosslinkability and the backside bead shape were evaluated as ⁇ , and the torch angle exceeded the front side groove angle / 2 + 5 °.
  • the weld defect of the first layer was evaluated as ⁇ .
  • test No. in which the protruding length control of the consumable electrode 32 is not performed.
  • the crosslinkability and the backside bead shape were evaluated as ⁇ .
  • test No. 9 in which arc voltage control was not performed at both weaving ends.
  • the crosslinkability was evaluated as ⁇ .
  • test No. in which the protruding amount to the back side of the initial weld bead is 4 mm. 28, both crosslinkability and backside bead shape were evaluated as ⁇ .
  • test No. in which the root gap exceeds 10 mm and the root gap value / initial welding bead welding current exceeds 0.050.
  • the crosslinkability, the weld defect of the first layer, and the backside bead shape were all evaluated as ⁇ .
  • the present invention is based on a Japanese patent application (Japanese Patent Application No. 2016-225962) filed on November 21, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.

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Abstract

レ型開先またはK型開先の溶接において、第1鋼板(11)と第2鋼板(12)の間で、溶接トーチ(31)を溶接進行方向の前方へ向かって第2鋼板(12)のウィービング端(P2)まで移動させ、該ウィービング端(P2)から溶接進行方向に対して後方へ向かって第1鋼板(11)のウィービング端(P1)まで移動させるウィービングを繰り返えしながら、130~300Aの初期溶接ビードの溶接電流で初期溶接ビード(21)を形成した後、表側から単層層盛り溶接し、さらに裏側に280~450Aの裏側溶接電流で単層または多層盛り溶接を行う。これにより、ルートギャップが空いている場合や、組立精度が低く、ルートギャップが不均一の場合においても、溶接欠陥を抑制して、レ型開先、K型開先のいずれでも、半自動溶接および自動溶接を適用可能なガウジングレス完全溶込み溶接方法及び溶接継手を提供する。

Description

ガウジングレス完全溶込み溶接方法及び溶接継手
 本発明は、ガウジングレスによりレ型開先またはK型開先を溶接するガウジングレス完全溶込み溶接方法及び溶接継手に関する。
 従来、裏当金方式を用いないレ型開先継手およびK型開先継手の完全溶込み溶接では、初層の溶接後、初めに溶接した板面の反対側から初層部および初層で発生した溶接欠陥をきれいに除去、清浄(裏はつり、ガウジング)し、溶接箇所(開先)を最適な状態に整えた後、再度溶接を行っていた。
 しかしながら、ガウジングによる完全溶込み溶接は、裏当金方式の溶接と比較して作業能率が劣ることや、ガウジングや再溶接に高度の技量や経験が必要となる。また、ガウジングの精度(深さや表面の形状)が安定せず、低い組立精度によりルートギャップが広い場合には、裏側に抜け落ちが発生しやすくなるため、溶接欠陥の発生やガウジングが困難になるという課題があった。また、溶接ロボットにより溶接する場合には、同様の課題に加えて、裏側の狙い位置の設定が困難となる課題がある。
 特許文献1および特許文献2には、ガウジングレスの完全溶込み溶接方法が開示されている。特許文献1は、大電流パルスMAGによるI型開先、レ型開先またはK型開先を有するT型継手のガウジングレス完全溶込み溶接方法であって、溶接入熱量、裏ビード脚長、溶接電流、溶接速度、パルス条件、ワイヤ狙い位置、移動角、シールドガス流量を規定することにより、裏はつりを行うことなく、欠陥の無い溶接を可能として作業効率の向上を図っている。
 また、特許文献2は、K型開先継手において、ガウジングを行うことなく、両面とも自動溶接により溶接を行い得る両面開先溶接方法であって、第1厚板と、K型開先が形成された第2厚板とを、一対の溶接トーチを使用して両側から溶接を行う。その際に、開先部におけるルートフェイスの幅を2~4mmの範囲にするとともに、溶接電流を280~320Aの範囲内で行うことにより、ガウジングを行う必要がなく、自動溶接にて両側開先を一度に溶接して、溶接時間の短縮化を図っている。
日本国特開2007-38288号公報 日本国特開平11-58001号公報
 しかしながら、特許文献1によると、溶接条件が制約されており、ルートギャップが空いている場合、またはルートギャップが不均一な場合には対応することができず、抜け落ちによる空隙が発生する可能性がある。また、溶接ロボットにより溶接する場合に生じる裏側の狙い位置の設定が困難となる課題は解決されていない。
 また、特許文献2によると、レ型開先には適用できないなど、開先形状に対する自由度が低く、改善の余地があった。
 本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ルートギャップが空いている場合や、組立精度が低く、ルートギャップが不均一の場合においても、溶接欠陥を抑制して、レ型開先、K型開先のいずれの継手でも、半自動溶接および自動溶接を適用可能なガウジングレス完全溶込み溶接方法及び溶接継手を提供することである。
 本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1)レ型開先またはK型開先を形成する第1鋼板と第2鋼板とをガウジングを行わずに溶接するガウジングレス完全溶込み溶接方法であって、
 前記レ型開先の開先を有する側、又は前記K型開先のより小さい開先角度を有する側を表側としたとき、
 前記表側から、前記第1鋼板と前記第2鋼板の間で、溶接トーチを溶接進行方向の前方へ向かって前記第2鋼板のウィービング端まで移動させ、前記第2鋼板の前記ウィービング端に到着すると、前記溶接進行方向に対して後方へ向かって前記第1鋼板のウィービング端まで移動させるウィービングを、前記第1鋼板と前記第2鋼板とで繰り返えしながら、130~300Aの溶接電流で、前記第1鋼板と前記第2鋼板の間に連続した1層または複数層の初期溶接ビードを形成する工程と、
 前記表側から単層または多層盛り溶接を行う工程と、
 裏側から単層または多層盛り溶接を行う工程と、
を備えることを特徴とするガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(2)前記初期溶接ビードは、前記溶接トーチから送給される消耗式電極で溶接することで形成され、
 前記溶接トーチのトーチ角度は、表側開先角度/2~表側開先角度/2+5°の範囲であることを特徴とする(1)に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(3)前記初期溶接ビードは、前記溶接トーチから送給される消耗式電極で溶接することで形成され、
 前記ウィービングは、前記消耗式電極の前記溶接トーチからの突出し長さが一定になるように制御して行うことを特徴とする(1)または(2)に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(4)前記ウィービングにおいて、
 前記溶接トーチを前記溶接進行方向の前方へ向かって前記第2鋼板の前記ウィービング端まで移動させる際、前記溶接トーチの軌道と、前記溶接進行方向とのなす角度である前方移動角度βは、185°以上250°以下であり、
 前記溶接トーチを前記溶接進行方向に対して後方へ向かって前記第1鋼板の前記ウィービング端まで移動させる際、前記溶接トーチの軌道と、前記溶接進行方向と反対方向とのなす角度である後方移動角度αは、5°以上85°以下であって、
 前記後方移動角度αと前記前方移動角度βとの関係が、α>(β-180)であることを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(5)前記ウィービングにおいて、
 前記第1鋼板の前記ウィービング端での第1アーク電圧、及び前記第2鋼板の前記ウィービング端での第2アーク電圧の少なくともいずれか一方を、前記両ウィービング端の中間位置のアーク電圧よりも高く、または低くするように制御し、前記第1アーク電圧が前記第2アーク電圧よりも低くなることを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(6)前記裏側から行う前記単層または多層盛り溶接の裏側溶接電流は、280~450Aであって、
 前記裏側溶接電流と前記初期溶接ビードの溶接電流との比(裏側溶接電流/初期溶接ビードの溶接電流)は、1.2~2.6であることを特徴とする(1)~(5)のいずれかに記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(7)前記初期溶接ビードの前記裏側への突出し量は、4mm未満であることを特徴とする(1)~(6)のいずれかに記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(8)前記第1鋼板と前記第2鋼板との間のルートギャップは、10mm以下であることを特徴とする(1)~(7)のいずれかに記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(9)少なくとも前記初期溶接ビードの形成工程は、
 溶接ロボットを用いて、溶接前にセンシングによりルートギャップを検出する工程と、
 前記ルートギャップに合わせて、前記初期溶接ビードの溶接電流を制御する工程と、
を有することを特徴とする(1)~(8)のいずれかに記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(10)前記初期溶接ビードの溶接電流は、前記ルートギャップを有する場合に前記ルートギャップの値と前記初期溶接ビードの溶接電流の比が、0.050以下となるように制御されることを特徴とする(9)に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
(11)(1)~(10)のいずれかに記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法により溶接されることを特徴とする溶接継手。
 本発明のガウジングレス完全溶込み溶接方法によれば、レ型開先またはK型開先の溶接において、第1鋼板と第2鋼板の間で、溶接トーチを溶接進行方向の前方へ向かって第2鋼板のウィービング端まで移動させ、該ウィービング端から溶接進行方向に対して後方へ向かって第1鋼板のウィービング端まで移動させるウィービングを繰り返えしながら、130~300Aの初期溶接ビードの溶接電流で1層または複数層の初期溶接ビードを形成した後、表側における単層または多層盛り溶接と、裏側における単層または多層盛り溶接を行うことで、抜け落ち等の溶接欠陥の発生を抑制し、ガウジング作業を行うことなく、効率よく完全溶込み溶接することができる。
 また、本発明の溶接継手によれば、上述したガウジングレス完全溶込み溶接方法によって溶接されるので、抜け落ち等の溶接欠陥のない溶接継手が効率よく得られる。
本発明に係るレ型開先を有する継手の溶接手順を説明する概略図である。 本発明に係るK型開先を有する継手の溶接手順を説明する概略図である。 K型開先に形成された初期溶接ビードの裏側への突出量を示す断面図である。 ウィービングにより初期溶接ビードを形成する際の溶接トーチの軌跡を示す正面図である。 図4AのIV矢視図である。
 以下、本発明の一実施形態に係るガウジングレス完全溶込み溶接方法を図面に基づいて説明する。
 図1及び図2に示すように、本実施形態の溶接継手10は、第1鋼板11の端面13を、平板状の第2鋼板12の平坦面14に突き合せてT字型に配置することで、レ型開先またはK型開先を形成し、形成された開先部分に対し、裏当材を用いない完全溶込み溶接にすることで形成される。
 また、開先部分の溶接形態は、複数の溶接パスで形成された複数の溶接ビード21、22、23によって構成されている。
 図1は、第1鋼板11の端面13と第2鋼板12の平坦面14との間にレ型開先が形成される場合の溶接手順を示し、図2は、第1鋼板11の端面13と第2鋼板12の平坦面14との間にK型開先が形成される場合の溶接手順を示している。なお、説明の都合上、レ型開先の場合は開先を有する側、K型開先の場合は、より小さい開先角度を有する側を表側とし、反対側を裏側として説明する。ただし、開先角度が同じK型開先の場合には、いずれの側を表側としてもよい。また、レ型開先及びK型開先の表側開先角度θ1、及びK型開先の裏側開先角度θ2は、任意に設定される。
 また、本実施形態では、このような開先部分の各溶接パスのアーク溶接方法には、溶接トーチ31から消耗式電極32を送給しながら溶接するガスシールドアーク溶接が採用されている。即ち、消耗式電極32と開先との間に、溶接電源(図示せず)からの電圧を印加すると、アーク電流が流れてアークが生成され、溶接が行われる。
 消耗式電極32としてのワイヤは、ソリッドワイヤでもよく、フラックス入りワイヤ(FCW)であってもよい。
 また、シールドガスとしては、COガスや、ArとCOの混合ガスなど、任意のものが使用される。
 具体的に、図1及び図2に示すように、まず、表側から、第1鋼板11と第2鋼板12の間に連続した初期溶接ビード21を形成することで、ルートギャップGを架橋して開先部分を閉塞する。その際、初期溶接ビード21の形成は、溶接トーチ31をウィービングしながら行い、その溶接電流は、130~300Aに設定している。これにより、ブローホールやスラグ巻きなどの初期溶接ビード21の溶接欠陥の発生を抑え、また、ルートギャップGがあっても抜け落ちによる空隙の発生など裏側ビード形状の不具合を抑制する。なお、好ましくは、初期溶接ビード21の溶接電流の下限は、150A以上であり、上限は、280A以下である。
 なお、ルートギャップGが0であっても初期溶接ビード21を形成するのが好ましい。 また、ここで言う溶接電流とは、後述する残りの表側の溶接電流や裏側の溶接電流も含めて平均電流を表し、直流電流であっても、パルス波形電流であってもよい。
 溶接条件によっては、第1鋼板11と第2鋼板12の間にルートギャップGを設ける必要があるが、そのような場合でも、溶接トーチ31をウィービングしながら初期溶接ビード21を形成することで、ルートギャップGを架橋して抜け落ちのない溶接を行うことができる。
 即ち、ウィービングによる初期溶接ビード21は、図4A及び図4Bに示すように、表側から第1鋼板11と第2鋼板12の間で、開先形状に略沿うように、溶接トーチ31を溶接進行方向(Y方向)の前方へ向かって前方移動角度βで第2鋼板12のウィービング端P2まで移動させた後、該ウィービング端P2から溶接進行方向に対して後方へ向かって、後方移動角度αで第1鋼板11のウィービング端P1まで移動させるウィービングを繰り返しながら溶接して形成される。
 なお、図4Aに示すように、前方移動角度βは、第1鋼板11側(ウィービング端P1)から第2鋼板12側(ウィービング端P2)へ移動する(下方移動)際の溶接トーチ31の軌道と、溶接進行方向Yと、反対方向のなす角度であり、後方移動角度αは、第2鋼板12側(ウィービング端P2)から第1鋼板11側(ウィービング端P1)へ移動する(上方移動)際の溶接トーチ31の軌道と、溶接進行方向Yと反対方向とのなす角度である。
 前方移動角度βは、185°以上、250°以下が好ましく、185°以上、215°以下であることがより好ましい。また、後方移動角度αは、5°以上、85°以下が好ましく、10°以上、45°以下であることがより好ましい。
 また、後方移動角度αと前方移動角度βとの間には、α>(β-180)の関係が成立することが好ましい。α>(β-180)の関係であれば、溶接トーチ31はウィービングしながら溶接進行方向Yに前進して溶接することができる。
 このように、第1鋼板11と第2鋼板12の間で溶接トーチ31を斜めにジグザグ移動させてウィービングすれば、第1鋼板11から第2鋼板12への移動で形成された1層目の初期溶接ビード21上に、第2鋼板12から第1鋼板11への移動で形成される2層目の初期ビードを重ねた状態で初期溶接ビード21が形成され、ルートギャップGがあっても架橋して開先部分を閉塞でき、抜け落ちのない、良好な初期溶接ビード21が形成される。
 また、初期溶接ビードの溶接電流は130~300Aに設定されるが、第1鋼板11のウィービング端P1での第1アーク電圧V1は、第2鋼板12のウィービング端P2での第2アーク電圧V2よりも低いことが好ましい(V1<V2)。上記した第1、及び第2アーク電圧V1,V2の関係は、第1、及び第2アーク電圧V1,V2のいずれか一方を、両ウィービング端P1,P2の中間位置P3でのアーク電圧Vmよりも高く、または低くするように制御することで達成される。
 このように、下向きの第1鋼板11の端面13に位置するウィービング端P1での第1アーク電圧V1を、中間位置P3でのアーク電圧Vmより低く制御することで、第1鋼板11のウィービング端P1でのアンダーカットが抑制される。また、上向きの第2鋼板12の平坦面14に位置するウィービング端P2での第2アーク電圧V2を、中間位置P3でのアーク電圧Vmより高く制御することで、第2鋼板12のウィービング端P2でのオーバーラップが抑制される。これにより、良好な形状の初期溶接ビード21が形成される。
 また、ウィービングは、溶接トーチ31からの消耗式電極32の突出し長さLが一定になるように制御して行うことが好ましい。前方移動角度βでの第1鋼板11から第2鋼板12(ウィービング端P1からP2)への溶接で形成されたビードの脚長b分だけ、溶接トーチ31を表側から離間する方向(X方向)に移動させながら、後方移動角度αで第2鋼板12から第1鋼板11(ウィービング端P2からP1)へ溶接することで、消耗式電極32の突出し長さLを一定に維持することができ、これにより、アークが安定してスパッタが減少すると共に、アーク倣いの効果が得られる。
 このように、ウィービングの溶接トーチ31の下方(ウィービング端P1からP2)への溶接により第2鋼板12にアークを当てて第2鋼板12の母材を溶融させた後、溶接トーチ31の上方(ウィービング端P2からP1)への溶接により、ルートギャップGを溶接金属で満たすと共に、第1鋼板11にアークを当てて第1鋼板11の母材を溶融させることで、ルートギャップGのある第1鋼板11と第2鋼板12とを架橋させる。
 初期溶接ビード21を形成する際、溶接トーチ31のトーチ角度θは、初期溶接ビード21の溶接欠陥抑制、及び裏側ビード形状の不具合抑制の観点から、表側開先角度θ1/2~表側開先角度θ1/2+5°の範囲で設定されるのが好ましい。
 図3に示すように、第1鋼板11と第2鋼板12との間のルートギャップGを規定する位置から、初期溶接ビード21の裏側への突出し量aは、4mm未満であることが好ましい。突出し量aが4mm未満であれば、裏側ビード形状に影響されず、裏側から溶接することで完全溶接することができる。
 また、各開先のルートギャップGは、初期溶接ビード21によって確実に架橋する観点から、10mm以下であることが好ましく、5mm以下がより好ましい。
 次いで、図1及び図2に示すように、表側から280~400Aの溶接電流で単層または多層(図に示す実施形態では6層)の肉盛り溶接により溶接ビード22を形成する。
 また、図1及び図2に示すように、初期溶接ビードの溶接電流より大きな280~450Aの裏側溶接電流で、裏側から単層または多層(図1に示す実施形態では単層、図2に示す実施形態では3層)の肉盛り溶接で溶接ビード23を形成する。その際、裏側溶接電流と初期溶接ビードの溶接電流との比(裏側溶接電流/初期溶接ビードの溶接電流)は、1.2~2.6であることが好ましい。このように、比較的低電流での溶接であり溶込みが浅い初期溶接ビード21に対して、裏側から高い裏側溶接電流で溶接することで、ガウジングレスで抜け落ち、溶込み不良、溶接割れなどの溶接欠陥のない完全溶込み溶接を行う。
 また、上述したガウジングレス完全溶込み溶接方法は、手動溶接に限定されず、溶接ロボットを用いた半自動溶接や自動溶接にも適用することができる。ガウジングレス完全溶込み溶接が、半自動溶接や自動溶接される場合、表側からの初期溶接ビード21の形成は、溶接前にセンシングによりルートギャップGを検出し、検出されたルートギャップGに合わせて初期溶接ビードの溶接電流を制御して行われる。尚、溶接前のセンシングには、タッチセンシングやレーザーセンシング等が挙げられる。
 具体的には、ルートギャップを有する場合に、ルートギャップGと初期溶接ビードの溶接電流の比が、0.050以下となるように溶接電流を制御して初期溶接ビード21を形成する。これにより、半自動溶接機、及び自動溶接機で適正な初期溶接ビード21を形成することができ、溶接欠陥のないガウジングレス完全溶込み溶接が可能となる。
 ルートギャップGの検出は、所定の突き出し長さの消耗式電極32を支持する溶接トーチ31を用いて、従来公知の手法で行われる。
 以上説明したように、本実施形態のガウジングレス完全溶込み溶接方法によれば、レ型開先またはK型開先の溶接において、第1鋼板11と第2鋼板12の間で、溶接トーチ31を溶接進行方向の前方へ向かって第2鋼板12のウィービング端P2まで移動させ、該ウィービング端P2から溶接進行方向に対して後方へ向かって第1鋼板11のウィービング端P1まで移動させるウィービングを繰り返えしながら、130~300Aの溶接電流で初期溶接ビード21を形成した後、表側から単層または多層盛り溶接し、さらに裏側に単層または多層盛り溶接を行うことで、ルートギャップGが存在しても、抜け落ち等の溶接欠陥の発生を抑制し、ガウジング作業を行うことなく(ガウジングレス)、効率よく完全溶込み溶接するができる。
 尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
 上記実施形態では、初期溶接ビード21を形成し、表側に溶接ビード22を形成した後、裏側に溶接ビード23を形成したが、これに限定されず、初期溶接ビード21を形成した後、裏側に溶接ビード23を形成し、さらに表側に溶接ビード22を形成してもよい。
 また、上記実施形態では、T型継手である場合を例に説明したが、第1鋼板と第2鋼板の端面同士が突き合わせて配置されるI型継手など、任意の形状の突合せ継手に適用可能である。
 さらに、上記実施形態では、第1鋼板11の端面13と第2鋼板12の平坦面14を上下方向で突き合わせて横向き溶接としたが、溶接姿勢は限定されない。例えば、第1鋼板11の端面13と第2鋼板12の平坦面14を水平方向で突き合わせて下向き溶接としてもよい。
 本発明の有効性を立証するため、開先形状(開先角度、開先深さ)、ルートギャップ、溶接姿勢、トーチ角、初期溶接ビードの溶接電流、裏側溶接電流、シールドガス、初期溶接ビード状態(裏側突き出し量、ビード層数)、ウィービングの有無、ウィービング条件(後方移動角度α、前方移動角度β)、消耗式電極の突出し長さ制御の有無、ウィービング端でのアーク電圧制御の有無)などを変更した各種溶接条件において、溶接試験を行った。なお、ウィービング実施を基本とし、比較のためにウィービングなし、及び、溶接方向に対してトーチをほぼ直角に交互に動かす方法である通常ウィービングでの溶接を行った。レ型開先の場合、開先角度は40°又は45°とした。また、K型開先の場合、いずれも表側開先角度40°、表側開先深さ21mm、裏側開先角度50°、裏側開先深さ11mmとした。
 溶接品質は、目視により架橋性(耐ギャップ性)、初層の溶接欠陥(アンダーカット、ラップ)、及び初期溶接ビード後の裏側ビード形状について外観検査して評価した。架橋性については、架橋され、且つビード外観も良好は○、完全ではないが架橋されているものは△、架橋できないものは×とした。また、初層の溶接欠陥については、欠陥無しは○、合格レベルの溶接欠陥は△、アンダーカット、ラップ有りは×とした。初期溶接ビード後の裏側ビード形状(以下、単に裏側ビード形状と言う)については、問題無しは○、合格レベルの緩やかな凸凹形状は△、抜け落ちて空隙が発生、及び凸凹が大きいものは×とした。試験結果を、各種溶接条件と共に表1及び表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
 表1及び表2に示すように、ウィービングすると共に表側から形成する初期溶接ビードの溶接電流が本発明で規定する130~300Aの範囲内である各試験No.1~No.33では、いずれの開先形状、溶接姿勢、シールドガスの種類においても、架橋性、初層の溶接欠陥、及び裏側ビード形状が合格レベルを満たした。
 また、ウィービングは行ったものの、初期溶接ビードの溶接電流が本発明で規定する範囲外である130Aの試験No.34、及び300Aの試験No.35では、架橋性、初層の溶接欠陥、及び裏側ビード形状がすべて△評価であり、合格レベルではある。試験No.34、35は、初期溶接ビードの溶接電流が本発明で規定する範囲外であるにも関わらず、架橋性、初層の溶接欠陥、及び裏側ビード形状が△評価に留まったのは、ウィービングによる効果と推察される。
 一方、ウィービングでの溶接が行われなかった試験No.36では、架橋性、初層の溶接欠陥、及び裏側ビード形状が共に、アンダーカット、溶込み不良、空隙により合格レベルに達しなかった。また、ウィービングでの溶接が行われなかった試験No.37では、初層の溶接欠陥、及び裏側ビード形状が共に、アンダーカット、凹凸大により合格レベルに達しなかった。
 また、通常ウィービングで溶接された試験No.38では、初層の溶接欠陥、及び裏側ビード形状が共に、アンダーカット、凹凸大により合格レベルに達しなかった。
 また、通常ウィービングであり、さらにウィービング両端での電圧制御が行われなかった試験No.39では、初層の溶接欠陥、及び裏側ビード形状が共に、アンダーカット、凹凸大により合格レベルに達しなかった。
 また、トーチ角度が表側開先角度/2未満である試験No.21では、架橋性、及び裏側ビード形状が△評価であり、また、トーチ角度が表側開先角度/2+5°を超える試験No.33では、初層の溶接欠陥が△評価であった。
 また、消耗式電極32の突出し長さ制御が行われない試験No.8では、架橋性、及び裏側ビード形状が△評価であった。
 また、後方移動角度α及び前方移動角度βが、それぞれ上限の85°及び250°を超える試験No.6、又、それぞれ下限の5°及び185°未満の試験No.7では、いずれも架橋性が△評価であった。
 また、両ウィービング端でのアーク電圧制御が行われなかった試験No.9では、架橋性が△評価であった。
 また、裏側溶接電流が下限の280A未満であった試験No.25、及び上限の450Aを超える試験No.26では、共に初層の溶接欠陥が△評価であった。また、裏側溶接電流と初期溶接ビードの溶接電流との比(裏側溶接電流/初期溶接ビードの溶接電流)が、下限の1.2未満であった試験No.11では、架橋性、初層の溶接欠陥、及び裏側ビード形状が共に合格レベルではあるが、△評価であった。
 また、初期溶接ビードの裏側への突出し量が、4mmである試験No.28では、架橋性、及び裏側ビード形状が共に△評価であった
 また、ルートギャップが10mmを超え、ルートギャップの値/初期溶接ビードの溶接電流が、0.050を超える試験No.31では、架橋性、初層の溶接欠陥、及び裏側ビード形状が共に△評価であった。
 一方、いずれの溶接条件も本発明の範囲を満足する各試験No.1~5,No.10,No.12~20、No.22~24,No.27,No.29,No.30、No.32では、いずれも良好な結果であった。
 本発明は、2016年11月21日出願の日本特許出願(特願2016-225962)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
11   第1鋼板
12   第2鋼板
13   端面
14   平坦面
21   初期溶接ビード
22,23  溶接ビード
31   溶接トーチ
32   消耗式電極
a     初期溶接ビードの裏面側への突出し量
G     ルートギャップ
L     消耗式電極の溶接トーチからの突出し長さ
P   第1鋼板のウィービング端 
P   第2鋼板のウィービング端
P        中間位置
V   第1アーク電圧
V   第2アーク電圧
Vm   両ウィービング端の中間位置のアーク電圧
Y     溶接進行方向
α     後方移動角度
β     前方移動角度
θ1   表側開先角度
θ     トーチ角度

Claims (11)

  1.  レ型開先またはK型開先を形成する第1鋼板と第2鋼板とをガウジングを行わずに溶接するガウジングレス完全溶込み溶接方法であって、
     前記レ型開先の開先を有する側、又は前記K型開先のより小さい開先角度を有する側を表側としたとき、
     前記表側から、前記第1鋼板と前記第2鋼板の間で、溶接トーチを溶接進行方向の前方へ向かって前記第2鋼板のウィービング端まで移動させ、前記第2鋼板の前記ウィービング端に到着すると、前記溶接進行方向に対して後方へ向かって前記第1鋼板のウィービング端まで移動させるウィービングを、前記第1鋼板と前記第2鋼板とで繰り返えしながら、130~300Aの溶接電流で、前記第1鋼板と前記第2鋼板の間に連続した1層または複数層の初期溶接ビードを形成する工程と、
     前記表側から単層または多層盛り溶接を行う工程と、
     裏側から単層または多層盛り溶接を行う工程と、
    を備えることを特徴とするガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  2.  前記初期溶接ビードは、前記溶接トーチから送給される消耗式電極で溶接することで形成され、
     前記溶接トーチのトーチ角度は、表側開先角度/2~表側開先角度/2+5°の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  3.  前記初期溶接ビードは、前記溶接トーチから送給される消耗式電極で溶接することで形成され、
     前記ウィービングは、前記消耗式電極の前記溶接トーチからの突出し長さが一定になるように制御して行うことを特徴とする請求項1に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  4.  前記ウィービングにおいて、
     前記溶接トーチを前記溶接進行方向の前方へ向かって前記第2鋼板の前記ウィービング端まで移動させる際、前記溶接トーチの軌道と、前記溶接進行方向とのなす角度である前方移動角度βは、185°以上250°以下であり、
     前記溶接トーチを前記溶接進行方向に対して後方へ向かって前記第1鋼板の前記ウィービング端まで移動させる際、前記溶接トーチの軌道と、前記溶接進行方向と反対方向とのなす角度である後方移動角度αは、5°以上85°以下であって、
     前記後方移動角度αと前記前方移動角度βとの関係が、α>(β-180)であることを特徴とする請求項1に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  5.  前記ウィービングにおいて、
     前記第1鋼板の前記ウィービング端での第1アーク電圧、及び前記第2鋼板の前記ウィービング端での第2アーク電圧の少なくともいずれか一方を、前記両ウィービング端の中間位置のアーク電圧よりも高く、または低くするように制御し、前記第1アーク電圧が前記第2アーク電圧よりも低くなることを特徴とする請求項1に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  6.  前記裏側から行う前記単層または多層盛り溶接の裏側溶接電流は、280~450Aであって、
     前記裏側溶接電流と前記初期溶接ビードの溶接電流との比(裏側溶接電流/初期溶接ビードの溶接電流)は、1.2~2.6であることを特徴とする請求項1に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  7.  前記初期溶接ビードの前記裏側への突出し量は、4mm未満であることを特徴とする請求項1に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  8.  前記第1鋼板と前記第2鋼板との間のルートギャップは、10mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  9.  少なくとも前記初期溶接ビードの形成工程は、
     溶接ロボットを用いて、溶接前にセンシングによりルートギャップを検出する工程と、前記ルートギャップに合わせて、前記初期溶接ビードの溶接電流を制御する工程と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  10.  前記初期溶接ビードの溶接電流は、前記ルートギャップを有する場合に前記ルートギャップの値と前記初期溶接ビードの溶接電流の比が、0.050以下となるように制御されることを特徴とする請求項9に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法。
  11.  請求項1~10のいずれか1項に記載のガウジングレス完全溶込み溶接方法により溶接されることを特徴とする溶接継手。
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