CN115279528A - 多电极气体保护电弧单面焊方法和多电极气体保护电弧单面焊装置 - Google Patents

多电极气体保护电弧单面焊方法和多电极气体保护电弧单面焊装置 Download PDF

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CN115279528A CN202180019030.5A CN202180019030A CN115279528A CN 115279528 A CN115279528 A CN 115279528A CN 202180019030 A CN202180019030 A CN 202180019030A CN 115279528 A CN115279528 A CN 115279528A
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Abstract

提供一种多电极气体保护电弧单面焊方法，熔透焊道的形状良好，并且能够有效防止热裂纹发生。一种多电极气体保护电弧单面焊方法，是在使一对板材对接而构成的坡口中填充坡口填充剂，并使用沿焊接线方向排成一列的多个电极进行焊接的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，如下而进行焊接：所述多个电极包括先行极和跟随所述先行极的后行极，先行极的极性：DCEP，先行极的焊丝种类：药芯焊丝或实芯焊丝，后行极的极性：DCEN，后行极的焊丝种类：药芯焊丝，后行极的焊接电流：180A以上，先行极与后行极的极间距离：65mm以上且150mm以下，坡口的根部间隙：3mm以上且8mm以下，在与焊接线方向正交的面上，坡口填充剂所占的部位的面积：20mm2以上且50mm2以下。

Description

多电极气体保护电弧单面焊方法和多电极气体保护电弧单面 焊装置
技术领域
本发明涉及多电极气体保护电弧单面焊方法和多电极气体保护电弧单面焊装置。
背景技术
所谓单面焊，是在作为被焊接材的对接接头的坡口背面侧推压耐火性背衬材，从坡口表侧进行焊接，在坡口背面侧也产生熔透焊道的焊接方法。由此，不用使对接接头反转，只从一侧进行焊接就能够得到完全熔透。
单面焊通过进行焊接电流的高电流化和坡口断面积的减少(窄坡口化)，能够使效率提高。但是，伴随高电流化和狭坡口化，焊道容易发生热裂纹。因此提出不使用单一电极，而使用包括先行极和后行极的多电极的多电极气体保护电弧单面焊。
例如在专利文献1中，提出有一种适当规定先行极和后行极的极性，并且恰当调整先行极的焊丝突出长度、焊接电流和焊丝送给量等、以及后行极的金属成分等的多电极气体保护电弧单面焊方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019－13980号公报
发明内容
发明所要解决的问题
附带一句，作为多电极气体保护电弧单面焊方法的热裂纹的评价方法，已知有C形夹具拘束对接焊裂纹试验方法(JIS Z 3155：1993)。在此试验方法中，即便使用专利文献1所述的焊接方法，仍有在弧坑以外的位置发生裂纹的情况。因此，要求有一种能够进一步抑制热裂纹发生的焊接方法。
另外还存在的课题是，在对于具有根部间隙的V形坡口进行焊接时，一般是在进行定位焊后再实施主焊接，但主焊接时，在定位焊的焊接部分，熔透焊道难以产生。
本发明鉴于这样的课题而提出，其目的在于，提供一种多电极气体保护电弧单面焊方法，熔透焊道的形状良好，并且能够抑制热裂纹的发生。
解决问题的手段
现有的多电极气体保护电弧单面焊方法，使先行极与后行极的极间距离为50mm以下，在先行极形成的熔池凝固前，以后行极对熔池再加热，由此防止熔池变成完全的2个熔池，以实现抗热裂纹性的提高。即，可以认为若极间距离高于50mm，则抗热裂纹性降低。
但是，本发明人等反复锐意研究的结果发现，相比现有的焊接方法，特别是使先行极与后行极的极间距离为65mm以上，在先行极焊接熔池完全凝固后，后行极再度熔融，因此熔池不会过大，抗裂纹性显著提高。另外，本发明人等还发现，后行极的极性和焊接电流、以及坡口填充剂的充填量影响热裂纹的发生和熔透焊道形状。
此外，本发明人等还发现，即使先行极与后行极的极间距离为65mm以下时，通过控制先行极的焊接电流、焊接电压、后行极的焊丝种类和极性，抗裂纹性和熔透焊道形状也会显著提高。本发明基于这些发现而提出。
即，本发明的多电极气体保护电弧单面焊方法，如下述[1]的构成。
[1]一种多电极气体保护电弧单面焊方法，是在使一对板材对接而构成的坡口填充坡口填充剂，并使用沿焊接线方向排成一列的多个电极进行焊接的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，如下而进行焊接，
所述多个电极，包括先行极和跟随所述先行极的后行极，
所述先行极的极性：DCEP，
所述先行极的焊丝种类：药芯焊丝或实芯焊丝，
所述后行极的极性：DCEN，
所述后行极的焊丝种类：药芯焊丝，
所述后行极的焊接电流：180A以上，
所述先行极与所述后行极的极间距离：65mm以上且150mm以下，
所述坡口的根部间隙：3mm以上且8mm以下，
在与所述焊接线方向正交的面上，所述坡口填充剂所占的部位的面积：20mm2以上且50mm2以下。
另外，本发明的另一多电极气体保护电弧单面焊方法，如下述[2]的构成。
[2]一种多电极气体保护电弧单面焊方法，是在使一对板材对接而构成的坡口填充坡口填充剂，并使用沿焊接线方向排成一列的多个电极进行焊接的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，如下而进行焊接，
所述多个电极，包括先行极和跟随所述先行极的后行极，
所述先行极的极性：DCEP，
所述先行极的焊丝种类：实芯焊丝，
所述先行极的焊接电流：500A以下，
所述先行极的焊接电压：40V以下，
所述后行极的极性：DCEP，
所述后行极的焊丝种类：药芯焊丝，
所述后行极的焊接电流：180A以上，
所述先行极与所述后行极的极间距离：65mm以下，
所述板材的板厚：16mm以下，
所述坡口的根部间隙：2mm以下，
在与所述焊接线方向正交的面上，所述坡口填充剂所占的部位的面积：10mm2以下。
多电极气体保护电弧单面焊方法的本发明的优选实施方式，涉及以下的[3]和[4]。
[3]根据[1]或[2]所述的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，所述一对板材的坡口形状为V形，坡口角度为25°以上。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，所述后行极的焊接电流为300A以下。
另外，本发明的上述目的，可通过多电极气体保护电弧单面焊装置的下述[5]的构成达成。
[5]一种多电极气体保护电弧单面焊装置，其被用于[1]～[4]中任一项所述的多电极气体保护电弧单面焊方法。
发明效果
根据本发明，能够提供一种多电极气体保护电弧单面焊方法，熔透焊道的形状良好，并且能够有效地防止热裂纹发生。
附图说明
图1是示意性地表示热裂纹和熔透焊道形状的评价试验用的供试钢板的顶视图。
图2是图1的A－A箭头剖面的概略说明图。
图3是发明例No.14的焊接金属的截面照片。
图4是比较例No.7的焊接金属的截面照片。
图5是比较例No.9的焊接金属的截面照片。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式详细说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定。另外在本说明书中，表示数值范围的所谓“～”，是在包括其前后所述的数值作为下限值和上限值的意思下使用。
首先，对于第一发明的多电极气体保护电弧单面焊方法(以下，简称为“第一焊接方法”。)进行详细说明。
[第一焊接方法]
第一发明的多电极气体保护电弧单面焊方法，是在使一对板材对接而构成的坡口中填充坡口填充剂，并使用沿焊接线方向排成一列的多个电极进行焊接的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，如下而进行焊接，
多个电极包括先行极和跟随先行极的后行极，
先行极的极性：DCEP，
先行极的焊丝：药芯焊丝或实芯焊丝，
后行极的极性：DCEN，
后行极的焊丝：药芯焊丝，
后行极的焊接电流：180A以上，
先行极与后行极的极间距离：65mm以上且150mm以下，
坡口的根部间隙：3mm以上且8mm以下，
在与焊接线方向正交的面上，坡口填充剂所占的部位的面积：20mm2以上且50mm2以下。
在本实施方式中，板材是钢板，例如是软钢系钢板。另外，本实施方式的多电极气体保护电弧单面焊方法，是对于被焊接材之间进行焊接时的初层焊。
〔先行极〕
＜先行极的极性＞
第一焊接方法中的先行极，是极性为DCEP(直流电极正极：Direct CurrentElectrode Positive)的消耗性电极。
＜先行极的焊丝种类＞
作为先行极的焊丝，使用药芯焊丝或实芯焊丝(以下，简称为“焊丝”。)。作为先行极的药芯焊丝，优选使用铁系的药芯焊丝。所谓药芯焊丝，就是在呈筒状的钢制外皮的内侧填充焊剂而成的，能够采用以下任意结构：对钢制外皮的接缝进行了焊接的无缝焊丝(无缝型)；不对接缝进行焊接而直接保留间隙的焊丝(有缝型)。另外，也可以在外皮的外侧实施镀铜。
＜先行极的焊丝组成＞
使用药芯焊丝作为先行极时，其组成根据被焊接材的种类和焊接条件而不同，没有特别限定。例如能够使用Fe的含量相对于焊丝总体为80～95质量％的焊丝。作为除Fe以外可以在焊丝中含有的元素，例如，可列举C、Mn、Ti、P、S、Ni、Si、Cr、Cu、Mo、Mg、B、F、Na、K、Nb、V、Zr、Al等。它们有积极添加的情况、和作为不可避免的杂质包含的情况。
另外，使用实芯焊丝作为先行极时，关于焊丝组成也没有限制，但作为一例，可列举的组成为，含有C：0.01～0.18质量％、Si：0～1.00质量％、Mn：0.50～2.80质量％、P：0.030质量％以下、S：0.030质量％以下和Cu：0.50质量％以下，余量是Fe和不可避免的杂质。此外，也可以包含Ti、Ni、Cr、Al、Zr、Mg等。
＜先行极的丝径＞
先行极的药芯焊丝或实芯焊丝的丝径没有特别限制，但从焊接操作性方面出发，优选为1.0mm以上，更优选为1.2mm以上。另外，从焊接操作性方面出发，优选为2.0mm以下，更优选为1.6mm以下。
＜先行极进行焊接时的保护气体＞
先行极进行焊接时所用的保护气体没有特别限制，例如能够使用Ar气、二氧化碳、Ar气与二氧化碳的混合气体、Ar气与氧气的混合气体。气体的流量也没有特别限制，例如能够为15～30L/分钟。
＜先行极的焊丝突出长度＞
先行极的焊丝突出长度没有特别限定，但若为15mm以上，则熔透焊道的稳定性良好，也能够防止烧穿，因此优选。焊丝突出长度更优选为17mm以上，进一步优选为19mm以上。另外，若使焊丝突出长度为35mm以下，则熔透焊道容易形成，因此优选。焊丝突出长度更优选为33mm以下，进一步优选为31mm以下。
＜先行极的焊接电流＞
使用单一电极，例如以400A左右的大电流进行焊接时，焊接金属容易发生裂纹。在第一焊接方法中，通过使用包括先行极、和跟随先行极的后行极在内的多个电极，恰当地控制先行极和后行极的极性和极间距离、填充剂的填充量等，即使在大电流下，也可实现焊接金属的裂纹防止。先行极的焊接电流没有特别限定，但若在350A以上，则熔透焊道容易形成，因此优选。焊接电流更优选为370A以上，进一步优选为400A以上。另外，若使焊接电流在550A以下，则焊道的稳定性良好，也能够防止烧穿，因此优选。焊接电流更优选为530A以下，进一步优选为500A以下。
＜先行极的焊接电压＞
先行极的焊接电压也没有特别限制，但从电弧稳定性方面出发则优选为25V以上，更优选为27V以上。另外，从电弧稳定性方面出发，焊接电压优选为40V以下，更优选为35V以下。
＜先行极的焊丝送给量＞
先行极的焊丝送给量也没有特别限定，但若为5.0m/分钟以上，则熔透焊道容易形成，因此优选。焊丝送给量更优选为5.5m/分钟以上，进一步优选为6.0m/分钟以上。另外，若使焊丝送给量为14.0m/分钟以下，则熔透焊道的稳定性良好，也能够防止烧穿，因此优选。焊丝送给量更优选为13.0m/分钟以下，进一步优选为12.0m/分钟以下。
＜先行极的横摆宽度＞
先行极的横摆宽度没有特别限制，但作为0～7mm则熔透焊道的形成状态提高，因此优选，更优选为1mm以上，另外，更优选为5mm以下。
〔后行极〕
＜后行极的极性＞
第一焊接方法中的后行极，是跟随先行极的电极，是极性为DCEN(直流电极负极：Direct Current Electrode Negative)的消耗性电极。
＜后行极的焊丝种类＞
作为后行极的焊丝，使用药芯焊丝。关于后行极的药芯焊丝，也与先行极的药芯焊丝同样，是在呈筒状的钢制外皮的内侧填充焊剂而成的，能够采用以下任意结构：对钢制外皮的接缝进行了焊接的无缝焊丝(无缝型)；不对接缝进行焊接而直接保留间隙的焊丝(有缝型)。另外，也可以在外皮的外侧实施镀铜。
＜后行极的焊接电流＞
在第一焊接方法中，通过恰当地控制后行极的焊接电流、和先行极与后行极的极间距离，从而将熔池保持在适当的大小，减少焊接金属中的应变，防止热裂纹的发生。通过使后述的先行极与后行极的极间距离处于150mm以下，并且使后行极的焊接电流为180A以上，能够防止先行极进行焊接时所形成的熔渣完全凝固，使电弧确实地发生，因此能够形成良好的熔透焊道形状。因此，后行极的焊接电流为180A以上，优选为200A以上，更优选为220A以上。
另一方面，若后行极的焊接电流为320A以下，则焊接操作性良好，因此优选。另外，后行极的焊接电流更优选为300A以下，进一步优选为280A以下。
还有，在本实施方式中，电极数可以为3个电极或4个电极等的多电极。
＜后行极的焊丝组成＞
作为后行极使用的药芯焊丝的组成，根据被焊接材的种类和焊接条件而不同，没有特别限定。例如能够使用Fe的含量相对于焊丝总体为80～95质量％的焊丝。作为Fe以外可以在焊丝含有的元素，例如，可列举C、Mn、Ti、P、S、Ni、Si、Cr、Cu、Mo、Mg、B、F、Na、K、Nb、V、Zr、Al、N、О等。它们有积极添加的情况、和作为不可避免的杂质包含的情况。
＜后行极的丝径＞
作为后行极使用的药芯焊丝的丝径没有特别限制，但从焊接操作性方面出发，优选为1.0mm以上，更优选为1.2mm以上。另外，从焊接操作性方面出发，优选为2.0mm以下，更优选为1.6mm以下。
＜后行极进行焊接时的保护气体＞
后行极进行焊接时所用的保护气体没有特别限制，例如能够使用Ar气、二氧化碳、Ar气与二氧化碳的混合气体、Ar气与氧气的混合气体。气体的流量也没有特别限制，例如能够为15～30L/分钟。
＜后行极的焊丝突出长度＞
后行极的焊丝突出长度没有特别限定，但若为15mm以上，则电弧力充分，能够使呈现杂质偏析的幻影线完全消失，因此优选。焊丝突出长度更优选为17mm以上，进一步优选为19mm以上。另外，通过使焊丝突出长度为35mm以下，除了电弧力充分而能够使幻影线完全消失以外，电弧也稳定，还能够减少飞溅的发生量，因此优选。焊丝突出长度更优选为33mm以下，进一步优选为31mm以下。
＜后行极的焊丝送给量＞
后行极的焊丝送给量也没有特别限定，但若为1.0m/分钟以上，则电弧力充分，能够使幻影线完全消失，因此优选。焊丝送给量更优选为1.2m/分钟以上，进一步优选为1.4m/分钟以上。另外，若使焊丝送给量为10.0m/分钟以下，则除了电弧力充分而能够使幻影线完全消失以外，电弧也稳定，还能够减少飞溅的发生量，因此优选。焊丝送给量更优选为9.8m/分钟以下，进一步优选为9.6m/分钟以下。
＜后行极的焊接电压＞
后行极的焊接电压没有特别限制，但从电弧稳定性方面出发，优选为15V以上，更优选为20V以上。另外，从电弧稳定性方面出发，焊接电压优选为40V以下，更优选为35V以下。
＜后行极的横摆宽度＞
后行极的横摆宽度没有特别限制，但作为0～10mm则表焊道的形成状态得到提高，因此优选，更优选为8mm以下。
〔焊接条件〕
＜先行极与后行极的极间距离＞
在第一焊接方法中，使先行极与后行极的极间距离比以往的距离长，从而将熔池保持为适当的大小，减少焊接金属中的应变，防止热裂纹的发生。即使将先行极和后行极的各种条件，调节为上述第一焊接方法所述的条件时，若先行极与后行极的极间距离低于65mm，则熔池还是会变得过大，在焊接金属的表面发生应变，不能有效地防止裂纹的发生。因此，先行极与后行极的极间距离为65mm以上。先行极后行极的极间距离优选为70mm以上，更优选为80mm以上。
另一方面，如上述，通过使后行极的焊接电流在180A以上，并且使先行极与后行极的极间距离在150mm以下，能够防止先行极进行焊接时所形成的熔渣完全凝固，使电弧确实地发生，因此能够形成良好的熔透焊道形状。因此，先行极与后行极的极间距离优选为150mm以下，更优选为120mm以下，进一步更优选为100mm以下。
＜坡口的根部间隙＞
若根部间隙低于3mm，则不能得到优异的熔透焊道形状。因此，根部间隙为3mm以上，优选为5mm以上。
另一方面，若根部间隙高于8mm，则电弧变得不稳定。因此，根部间隙为8mm以下，优选为7mm以下。
＜坡口填充剂的填充量＞
在第一焊接方法中，为了如上述使根部间隙为3mm以上且8mm以下，需要填充适量的坡口填充剂。作为坡口填充剂，有粉体或屑状等，由于形态而比重不同，因此在本发明中，根据在与焊接线方向正交的面上坡口填充剂所占的部位的面积，来规定填充量。在此，坡口填充剂在填充到坡口后，高度设置得大致均匀(参照图2的坡口填充剂所占的部位6)。在坡口填充剂所占的部位，坡口填充剂与坡口填充剂之间形成有间隙。
若上述面积低于20mm2，则不能稳定取得良好的熔透焊道形状。因此，坡口填充剂所占的部位的面积为20mm2以上，优选为30mm2以上。
另一方面，上述面积高于50mm2时，也不能稳定取得良好的熔透焊道形状。因此，坡口填充剂所占的部位的面积为50mm2以下，优选为45mm2以下。
还有，在第一焊接方法中，因为一对板材具有根部间隙，所以为V形坡口，这种情况下，在与焊接线方向正交的面上，坡口填充剂的截面为梯形。因此，通过测量所填充的坡口填充剂的深度，基于根部间隙和坡口角度，能够求得上述面积。
＜焊接速度＞
焊接速度优选为200mm/分钟以上且400mm/分钟以下。通过使焊接速度为200mm/分钟以上，能够得到合适的线能量，因此能够得到良好的熔透焊道形状，不会发生背衬材剥落等问题。焊接速度更优选为230mm/分钟以上，进一步优选为250mm/分钟以上。
另外，通过使焊接速度为400mm/分钟以下，焊接金属的冷却速度不会变得过快，能够更进一步抑制热裂纹的发生。焊接速度更优选为380mm/分钟以下，进一步优选为350mm/分钟以下。
＜板材的板厚＞
若作为被焊接材的板材的板厚为40mm以下，则能够抑制由焊接线能量造成的角变形发生，能够更进一步防止热裂纹的发生。因此，板材的板厚优选为40mm以下，更优选为35mm以下。还有，在本实施方式中，板材是钢板。
＜坡口形状、坡口角度＞
第一焊接方法，能够对于一对板材的坡口形状为V形、I形、レ形、U形、X形、H形等各种各样的形状使用。若坡口形状为V形坡口，则能够得到良好的熔透焊道形状，因此优选。另外，若坡口角度为25°以上，则能够更进一步防止热裂纹的发生，因此优选，更优选为35°以上。
接下来，对于第二发明的多电极气体保护电弧单面焊方法(以下，简称为“第二焊接方法”。)详细说明。
[第二焊接方法]
第二发明的多电极气体保护电弧单面焊方法，是在使一对板材对接而构成的坡口中填充坡口填充剂，并使用在焊接线方向排成一列的多个电极进行焊接的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，如下而进行焊接，
多个电极包括先行极和跟随先行极的后行极，
先行极的极性：DCEP，
先行极的焊丝种类：实芯焊丝，
先行极的焊接电流：500A以下，
先行极的焊接电压：40V以下，
后行极的极性：DCEP，
后行极的焊丝种类：药芯焊丝，
后行极的焊接电流：180A以上，
先行极与后行极的极间距离：65mm以下，
板材的板厚：16mm以下，
坡口的根部间隙：2mm以下，
在与焊接线方向正交的面上，坡口填充剂所占的部位的面积：10mm2以下。
在本实施方式中，板材是钢板，例如是软钢系钢板。另外，本实施方式中的多电极气体保护电弧单面焊方法，是对于被焊接材彼此进行焊接时的初层焊。
〔先行极〕
＜先行极的极性＞
第二焊接方法的先行极是极性为DCEP(直流电极正极：Direct CurrentElectrode Positive)的消耗性电极。
＜先行极的焊丝种类＞
作为先行极的焊丝，使用实芯焊丝(以下，简称为“焊丝”。)。在第二焊接方法中，使根部间隙为2mm以下而进行焊接，因此使用熔透深度深的实芯焊丝。
＜先行极的焊丝组成＞
先行极的实芯焊丝的组成，根据被焊接材的种类和焊接条件而不同，没有特别限定。例如，可列举的组成为，含有C：0.01～0.18质量％、Si：0～1.00质量％、Mn：0.50～2.80质量％、P：0.030质量％以下、S：0.030质量％以下和Cu：0.50质量％以下，余量是Fe和不可避免的杂质。此外，也可以含有Ti、Ni、Cr、Al、Zr、Mg等。
＜先行极的焊接电流＞
在第二焊接方法中，对于板厚为16mm以下的一对板材，使根部间隙为2mm以下而进行焊接时，通过恰当调整先行极的焊接电流和焊接电压，能够将先行极形成的熔池保持在适当的大小，通过使极间距离为合适的条件，从而防止焊接金属的裂纹发生。通过使后述的先行极的焊接电压处于40V以下，并且使先行极的焊接电流处于500A以下，如上述，能够防止焊接金属的裂纹发生。先行极的焊接电流优选为480A以下。
另一方面，关于先行极的焊接电流的下限没有特别限定，但若为350A以上，则熔透焊道容易形成，因此优选。焊接电流更优选为400A以上。
＜先行极的焊接电压＞
如上述，通过恰当调整板材的板厚、根部间隙和先行极的焊接电流，并且使先行极的焊接电压为40V以下，能够使熔透焊道形状良好。因此，先行极的焊接电压为40V以下，优选为36V以下，更优选为33V以下。
另一方面，关于先行极的焊接电压的下限没有特别限定，但若为25V以上，则出于焊接操作性而优选，更优选为28V以上。
关于第二焊接方法中的先行极的丝径、先行极进行焊接时的保护气体、先行极的焊丝突出长度、先行极的焊丝送给量、和先行极的横摆宽度的优选条件，与第一焊接方法中的先行极的各条件一样。
〔后行极〕
＜后行极的极性＞
第二焊接方法中的后行极，是跟随先行极的电极，是极性为DCEP(直流电极正极：Direct Current Electrode Positive)的消耗性电极。
还有，在本实施方式中，能够为3个电极、4个电极等的多电极。
＜后行极的焊丝种类＞
作为后行极的焊丝，使用药芯焊丝。后行极的药芯焊丝，是在呈筒状的钢制外皮的内侧填充焊剂而成的，能够采用以下任意结构：对钢制外皮的接缝进行了焊接的无缝焊丝(无缝型)；不对接缝进行焊接而直接保留间隙的焊丝(有缝型)。另外，也可以在外皮的外侧实施镀铜。
＜后行极的焊接电流＞
通过使后行极的焊接电流为180A以上，能够防止先行极进行焊接时所形成的熔渣完全凝固，使后行极的电弧确实地发生，因此能够形成良好的熔透焊道形状。因此，后行极的焊接电流为180A以上，优选为240A以上。
另一方面，若后行极的焊接电流为350A以下，则焊接操作性良好，因此优选。另外，后行极的焊接电压优选为300A以下。
＜后行极的焊丝组成＞
作为后行极使用的药芯焊丝的组成，根据被焊接材的种类和焊接条件而不同，没有特别限定。例如能够使用Fe的含量相对于焊丝总体为80～95质量％的焊丝。作为除Fe以外可以在焊丝中含有的元素，例如，可列举C、Mn、Ti、P、S、Ni、Si、Cr、Cu、Mo、Mg、B、F、Na、K、Nb、V、Zr、Al等。它们有积极添加的情况、和作为不可避免的杂质包含的情况。
关于第二焊接方法中的后行极的丝径、后行极进行焊接时的保护气体、后行极的焊丝突出长度、后行极的焊丝送给量、后行极的焊接电压和后行极的横摆宽度的优选条件，与第一焊接方法中的后行极的各条件一样。
〔焊接条件〕
＜先行极与后行极的极间距离＞
在第二焊接方法中，通过恰当调整上述先行极和后行极的各种条件、板材的板厚和根部间隙，即使先行极与后行极的极间距离在65mm以下，也可完全防止焊接金属的裂纹发生。即使将先行极和后行极的各种条件、板材的板厚和根部间隙调节为上述第二焊接方法所述的条件时，若先行极与后行极的极间距离高于65mm，在先行极上部也可能发生裂纹。因此，先行极与后行极的极间距离为65mm以下。先行极与后行极的极间距离优选为50mm以下，更优选为40mm以下。
另一方面，先行极与后行极的极间距离的下限没有特别限定，但若为20mm以上，则出于电弧稳定性而优选。
＜坡口的根部间隙＞
在第二焊接方法中，在使后述的板厚为16mm以下的条件下，通过使坡口的根部间隙为2mm以下，能够得到良好的熔透焊道形状，能够防止焊接金属的裂纹发生。还有，若坡口的根部间隙为0mm，则能够防止焊接金属的裂纹发生，因此优选。
＜坡口填充剂的填充量＞
在第二焊接方法中，为了如上述使根部间隙为2mm以下，为了形成稳定的熔透焊道形状，需要填充适量的坡口填充剂。作为坡口填充剂，有粉体或屑状等，根据形态而比重各异，因此在本发明中，根据在与焊接线方向正交的面中的坡口填充剂所占的部位的面积，来规定填充量。在此，坡口填充剂在填充到坡口后，高度设置得大致均匀(参照图2的坡口填充剂所占的部位6)。在坡口填充剂所占的部位，坡口填充剂与坡口填充剂之间形成有间隙。
通过使上述面积为10mm2以下，能够稳定取得良好的熔透焊道形状。因此，坡口填充剂所占的部位的面积为10mm2以下，优选为8mm2以下。
另一方面，上述面积为了电弧稳定性而优选为3mm2以上。
还有，在第二焊接方法中，因为一对板材的根部间隙为2mm以下，所以作为V坡口形状的情况下，在与焊接线方向正交的面上的坡口填充剂所占的部位的截面是三角形。因此，通过测量所填充的坡口填充剂的深度，基于坡口角度，能够求得上述面积。
＜焊接速度＞
焊接速度没有特别限制，但若使焊接速度为300mm/分钟以上，则能够得到恰当的线能量，因此能够得到良好的熔透焊道形状，也不会发生背衬材剥落等问题。因此，焊接速度优选为300mm/分钟以上，更优选为320mm/分钟以上。
另外，若使焊接速度为600mm/分钟以下，则焊接金属的冷却速度不会变得过速，能够更进一步抑制热裂纹的发生。因此，焊接速度优选为600mm/分钟以下。
＜板材的板厚＞
若使作为被焊接材的板材的板厚为16mm以下，则能够抑制因焊接能量造成的角变形发生，能够更进一步防止热裂纹的发生。因此，板材的板厚为16mm以下，更优选为12mm以下。
关于第二焊接方法中的坡口形状、和坡口角度的优选条件，与第一焊接方法的这些条件一样。
还有，在上述第一和在第二焊接方法中记述了关于先行极和跟随先行极的后行极，但本发明不限定为2个电极，也能够适用于3个电极以上的焊接。这种情况下，对于先行极和跟随先行极的后行极以外的电极没有特别限定。
[多电极气体保护电弧单面焊装置]
本发明还涉及用于上述第一发明的多电极气体保护电弧单面焊方法，和上述第二发明的多电极气体保护电弧单面焊方法的多电极气体保护电弧单面焊装置。
实施例
以下列举实施例更具体地说明本实施方式，但本发明不受这些实施例限定，在能够符合本发明宗旨的范围可以加以变更实施，这些均包括在本发明的技术范围内。
＜发明例No.1～21和比较例No.1～27＞
以各种焊接条件，对于软钢系钢板进行气体保护电弧单面焊，评价热裂纹和熔透焊道形状。还有，热裂纹的评价不用一般的C形夹具拘束对接焊裂纹试验方法，通过对于裂纹以更严格的条件的以下的评价方法进行评价。
图1是示意性地表示热裂纹和熔透焊道形状的评价试验用的供试钢板的顶视图，图2是图1的A－A箭头截面的概略说明图。但是，在图1中，省略坡口填充剂的图示。
如图1和图2所示，以规定的根部间隙，配置加工为V形坡口的一对板材1a和1b，在焊接始端部和终端部，分别设置按照与板材1a和1b同样的形状加工的引弧板2a、2b。另外，在板材1a和1b、以及引弧板2a和2b的背面配置背衬材3，在板材1a和1b的背面，在3处配置支承它们的截面为コ形的限制板4，通过焊接将板材1a和1b的背面与限制板4的上表面接合。
此外，在引弧板2a、2b的端部形成2层拘束焊道7，并且在板材1a和1b的纵长方向两端部和纵长方向中央部，形成定位焊道10。其后，在形成于板材1a与板材1b之间、和形成于引弧板2a与引弧板2b之间的V形坡口5填充坡口填充剂而增加高度，调整与焊接线方向正交的面上的坡口填充剂所占的部位6的面积。
还有，关于板材1a和1b，使焊接线方向的长度为600mm，使板材1a与板材1b对接配置的状态下与焊接线正交的方向的宽度为300mm。另外，关于引弧板2a和2b，使焊接线方向的长度为150mm，使两者对接配置的状态下与焊接线正交的方向的宽度为300mm。此外，关于限制板4，使焊接线方向的长度为20mm，宽为300mm，高为200mm，使凹陷的宽度为80mm，凹陷的深度为35mm。
另外，关于拘束焊道7，使焊接线方向的长度为50mm，厚度为10mm，关于定位焊道，使焊接线方向的长度为50mm，厚度为5mm。
其后，以各种条件，通过第一焊接方法和第二焊接方法进行多电极气体保护电弧单面焊。焊接条件显示在下述表1和表2中，以下展示表中所示以外的条件。
＜先行极＞
丝径：1.6mm
保护气体和流量：二氧化碳，25L/分钟
药芯焊丝：依据JIS Z 3313：2009的药芯焊丝
实芯焊丝：含有Fe：90质量％、Mn：2.5质量％、Si：0.5质量％，依据JIS Z 3312：2009的实芯焊丝
焊丝突出长度：30mm
焊丝送给量：10m/分钟
横摆宽度：3mm
＜后行极＞
丝径：1.4mm
保护气体和流量：二氧化碳，25L/分钟
药芯焊丝：依据JIS Z 3313：2009的药芯焊丝
焊丝突出长度：25mm
焊丝送给量：4m/分钟
横摆宽度：8mm
＜评价＞
对于焊接后的焊接物，进行抗裂纹性和熔透焊道形状的评价。以下示出各评价的评价方法，评价结果一并显示在表1和表2中。还有，表1和表2中，所谓FCW表示药芯焊丝，所谓DCEP表示直流电极正极(Direct Current Electrode Positive)，所谓DCEN表示直流电极负极(Direct Current Electrode Negative)。
(熔透焊道形状)
对于焊接物，通过目视评价熔透焊道的形成状态。作为评价标准，能够得到良好的熔透焊道形状的为“〇”(良好)，熔透焊道形状差，以及未产生熔透焊道的为“×”(不良)。
(抗热裂纹性)
对于单道焊接后的焊接金属，通过X射线透射试验，评价弧坑以外的部分。作为评价标准，未发生裂纹的为“〇”(良好)，观察到裂纹的为“×”(不良)。
【表1】
Figure BDA0003831831150000181
【表2】
Figure BDA0003831831150000191
图3是拍摄发明例No.14的焊接金属的照片。如图3所示，在板材1a与板材1b之间，由先行极产生的焊接金属8a和后行极产生的焊接金属8b形成焊接金属8，即使依据严格的评价方法，也未发生裂纹，能够得到优异的熔透焊道形状。另外，如表1和2所示，在第一焊接方法和第二焊接方法中，焊接条件全部在本发明范围内的发明例No.1～21，与图3所示的发明例No.14同样，抗裂纹性良好，并且能够得到优异的熔透焊道形状。特别是发明例No.1～18以及No.20和21，因为后行极的焊接电流在本发明优选的范围内，所以焊接操作性也优异。
另一方面，比较例No.1、7和13，因为没有使用后行极，所以抗裂纹性不良。图4是针对比较例No.7的焊接金属拍摄的照片。如图4所示，比较例No.7在焊接金属8发生裂纹9。
比较例No.2～6、8～12和14～18，因为极间距离脱离了第一焊接方法所规的范围，所以抗裂纹性不良。图5是针对比较例No.9的焊接金属拍摄的照片。如图5所示，在比较例No.9中，焊接金属8也发生了裂纹9。
比较例No.19～21中，根部间隙和坡口填充剂量脱离了第一焊接方法所规定的范围，比较例No.19未产生熔透焊道，抗裂纹性不良，比较例No.20其熔透焊道形状和抗裂纹性不良，比较例No.21无法焊接。
比较例No.22～24，分别为先行极与后行极的极间距离、后行极的焊接电流、后行极的极性分别脱离第一焊接方法所规定的范围，因此抗裂纹性均不良。
比较例No.25，因为坡口填充剂量脱离第一焊接方法所规定的范围，因此熔透焊道未出现，抗裂纹性不良。
比较例No.26和27，因为先行极与后行极的极间距离脱离第二焊接方法所规定的范围，所以抗裂纹性不良。
以上，一边参照附图一边对于各种实施方式进行了说明，但本发明当然不受这样的示例限。如果是本领域技术人员，显然能够在专利要求的范围所述的范畴内，想到各种变更例或修改例，关于这些当然也应理解为属于本发明的技术范围。另外，在不脱离发明宗旨的范围内，也可以将上述实施方式中的各构成要素任意组合。
还有，本申请基于2020年3月31日申请的日本专利申请(特愿2020－064921)，其内容在本申请之中作为参考援引。
符号说明
1a、1b 板材
2a、2b 引弧板
3 背衬材
4 限制板
5 V形坡口
6 坡口填充剂所占的部位
7 拘束焊道
8、8a、8b 焊接金属
9 裂纹

Claims (5)

1.一种多电极气体保护电弧单面焊方法，是在使一对板材对接而构成的坡口中填充坡口填充剂，并使用沿焊接线方向排成一列的多个电极进行焊接的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，如下而进行焊接：
所述多个电极，包括先行极和跟随所述先行极的后行极，
所述先行极的极性：DCEP，
所述先行极的焊丝种类：药芯焊丝或实芯焊丝，
所述后行极的极性：DCEN，
所述后行极的焊丝种类：药芯焊丝，
所述后行极的焊接电流：180A以上，
所述先行极与所述后行极的极间距离：65mm以上且150mm以下，
所述坡口的根部间隙：3mm以上且8mm以下，
在与所述焊接线方向正交的面上所述坡口填充剂所占的部位的面积：20mm2以上且50mm2以下。
2.一种多电极气体保护电弧单面焊方法，是在使一对板材对接而构成的坡口中填充坡口填充剂，并使用沿焊接线方向排成一列的多个电极进行焊接的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，如下而进行焊接：
所述多个电极，包括先行极和跟随所述先行极的后行极，
所述先行极的极性：DCEP，
所述先行极的焊丝种类：实芯焊丝，
所述先行极的焊接电流：500A以下，
所述先行极的焊接电圧：40V以下，
所述后行极的极性：DCEP，
所述后行极的焊丝种类：药芯焊丝，
所述后行极的焊接电流：180A以上，
所述先行极与所述后行极的极间距离：65mm以下，
所述板材的板厚：16mm以下，
所述坡口的根部间隙：2mm以下，
在与所述焊接线方向正交的面上所述坡口填充剂所占的部位的面积：10mm2以下。
3.根据权利要求1或2所述的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，所述一对板材的坡口形状是V形，坡口角度为25°以上。
4.根据权利要求1或2所述的多电极气体保护电弧单面焊方法，其中，所述后行极的焊接电流为300A以下。
5.一种多电极气体保护电弧单面焊装置，其被用于权利要求1或2所述的多电极气体保护电弧单面焊方法。
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