JP2007030019A - エレクトロガスアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はエレクトロガスアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】溶接ワイヤをフラックス入りワイヤとし、フィラーワイヤを溶融池に供給する、溶接ワイヤが２本の場合は、前記２本の溶接ワイヤの間隙から、１本のフィラーワイヤを溶融池に供給し、または、其々の溶接ワイヤに対となるフィラーワイヤを使用し、溶融池に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレクトロガスアーク溶接方法に関し、特に極厚鋼板を溶接熱影響部の靭性を低下させることなく高能率で溶接するものに関する。

エレクトロガスアーク溶接は、立向きの突合せ溶接の一種で、開先の表面側に摺動銅板を、裏面側にセラミックスや銅製の裏当て金材を配置し、摺動銅板と鋼板および裏当て金で囲まれる開先内に上方から電極ワイヤを送給してガスシールドアーク溶接を行う溶接方法である。

エレクトロガスアーク溶接法は他の溶接法と比べて高能率であることから、船舶、石油貯蔵タンク及び橋梁など厚鋼板を用いる分野に採用されている。船舶分野でコンテナ船のシャーストレーキ及びハッチコーミング部等、板厚が５０ｍｍ以上となる個所に適用する場合、１電極による１パス溶接では溶接速度が大幅に低下し、融合不良などの欠陥が発生しやすいため、２電極エレクトロガスアーク溶接法が適用される（例えば、特許文献１）。
特開平８−１８７５７９号公報

しかしながら、船舶の大型化などに伴い、高強度鋼の利用が拡大され、最近では板厚６５ｍｍ以上となるＹＰ３９０級以上の鋼板が大型コンテナ船のハッチコーミング部に用いられるようになり、２電極エレクトロガスアーク溶接法の大入熱溶接による溶接熱影響部の靭性低下の防止が課題となっている。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであって、溶接能率と溶接熱影響部の靭性に優れる、厚鋼板の立向き１パス溶接に好適なエレクトロガスアーク溶接法を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成される。
１ 溶接ワイヤをフラックス入りワイヤとし、フィラーワイヤを溶融池に供給することを特徴とするエレクトロガスアーク溶接法。
２ ２本の溶接ワイヤをフラックス入りワイヤとし、前記２本の溶接ワイヤの間隙から、１本のフィラーワイヤを溶融池に供給することを特徴とする２電極エレクトロガスアーク溶接法。
３ ２本の溶接ワイヤがフラックス入りワイヤで、其々の溶接ワイヤに対となるフィラーワイヤを使用し、前記フィラーワイヤが溶融池に供給されることを特徴とする２電極エレクトロガスアーク溶接法。

本発明は、フィラーワイヤを、溶融池の、２本の溶接ワイヤーによるアーク間で高温となる部分、または２本の溶接ワイヤによるアークのそれぞれの直下で高温となる部分に供給するので、フィラーワイヤが効率的に溶融され、溶着量が増大し、溶接速度を速くして溶接入熱を低下させることができる。また、溶融池の温度も低下するので溶接熱影響部組織の粗大化を抑制する。

本発明はエレクトロガスアーク溶接においてフィラーワイヤを使用することを特徴とする。
図１は、本発明に係るエレクトロガスアーク溶接方法を説明する図で、溶接中の溶接部近傍の側断面を模式的に示す。

図において１は溶接ワイヤ、２はアーク、３はフィラーワイヤ、４は溶融池、５は溶接部をシールドするシールドガス供給口を有する摺動銅板、６は溶接金属（溶接ビード）、７は裏当て材、ａは被溶接材の表面側、ｂは被溶接材の裏面側を示す。

溶接ワイヤ１と被溶接材の間にアーク２を発生させ、溶接ワイヤ１を溶融して溶滴とし、被溶接材の表面側ａの摺動銅板５と、被溶接材の裏面側ｂの裏当て材７に囲まれる開先部に溶融池４を形成する。

フィラーワイヤ３は溶融池４中に供給する。フィラーワイヤを溶融池に供給することで溶融池の温度が低下し、またフィラーワイヤが溶着量を増やして溶接速度を上げて、溶接入熱を低下させるので溶接熱影響部の組織粗大化が抑制され、靭性が向上する。

フィラーワイヤ３を溶融池４中に供給する際、アーク２により溶解させ溶滴移行させても、未溶融状態で溶融池４中に供給してもいずれでも良く本発明では特に規定しない。
但し、未溶融状態で溶融池４中に供給すると、より効果的に溶融池の温度を低下させることが可能で溶接熱影響部の組織粗大化が抑制され、靭性が向上して好ましい。図１は未溶融状態で溶融池４中に供給する場合を示す。

図２は、本発明に係るエレクトロガスアーク溶接方法の他の実施形態で、２電極の場合を示し、溶接中の溶接部近傍の側断面を模式的に示す。図において、８は溶接ワイヤ、９は溶接ワイヤ８による溶接アークを示す（図１と同じ符号は図１と同じものを指す）。
溶融池４で溶接ワイヤ１、８の間隙に相当する領域は、高温の溶滴の移行に加えて、アーク２、９により加熱されるため、極めて温度が高く、フィラーワイヤ３を２本の溶接ワイヤ１、８の間から、供給することで、該領域の温度を効果的に低下させることができる。

フィラーワイヤ３はアーク２、９で溶解させ、溶滴移行させても良いが、上述したように未溶融状態で溶融池４中に供給することが好ましい。図２は後者の場合を示す。
図３は、本発明に係るエレクトロガスアーク溶接方法の他の実施形態で、２電極において２本のフィラーワイヤを用いる場合を示し、溶接中の溶接部近傍の側断面を模式的に示す。図において１０、１１はフィラーワイヤを示す（図１、２と同じ符号は図１、２と同じものを指す）。

本実施形態では、フィラーワイヤは、２電極の溶接ワイヤのそれぞれについて供給される。溶融池４で溶接ワイヤ１の直下近傍にフィラーワイヤ１０を、溶接ワイヤ８の直下近傍にフィラーワイヤ１１を供給する。

フィラーワイヤ１０はアーク２により、フィラーワイヤ１１はアーク９により、溶解させ、溶滴移行させても良いが、上述したように未溶融状態で溶融池４中に供給することが好ましい。図３は前者の場合を示す。本発明において溶接ワイヤの直下近傍とは、アークが溶融池上に発生している範囲をさす。

図１〜３に示したいずれの実施形態においても、フィラーワイヤに通電加熱しホットワイヤとすると、フィラーワイヤの溶融速度が向上し、溶着量が増大し、より好ましい。また、溶接ワイヤをオシレートさせる場合は、フィラーワイヤも同期させてオシレートさせる。以下、本発明の効果を実施例を用いて説明する。

造船用ＹＰ３９０級鋼板（板厚６５ｍｍ、板幅５００ｍｍ、全長６００ｍｍ）に開先角度が２０°、開先ギャップが裏側１０ｍｍの開先を設け、種々の条件でエレクトロガスアーク溶接を行った。

表１に溶接条件（開先形状、ワイヤ径、溶接電流、溶接電圧）および溶接速度実績および溶接速度、溶接電流、電圧から計算される溶接長さあたりの入熱を示す。溶接ワイヤはＦＣＷ（フラックス入りワイヤ：Ｆｌｕｘ Ｃｏｒｅｄ Ｗｉｒｅ）、極性はＤＣＥＮ（直流逆極性）で電極（溶接ワイヤ）側をマイナスとした。

表において記号１は１電極エレクトロガスアーク溶接でフィラーワイヤを1本添加する溶接条件（本発明例）、記号２（比較例）はフィラーワイヤを使用しない１電極エレクトロガスアーク溶接条件（比較例）である。
図４に本発明例（記号１）の電極（溶接ワイヤ１）およびフィラーワイヤ３の配置を示す。溶接ワイヤ１とフィラーワイヤ３との間隔は７ｍｍで一定とし、板厚方向に溶接ワイヤ１とフィラーワイヤ３をオシレート幅Ｗを４２ｍｍとして同期させてオシレートさせた。

図５に比較例（記号２）の電極（溶接ワイヤ１）の開先内の配置を示す。オシレート幅Ｗは本発明例と同じ４２ｍｍとした。

表１より、本発明例（記号１）は比較例（記号２）と比較して１．５倍以上の溶接速度が得られ、さらに溶接入熱は0．6倍に低減している。

造船用ＹＰ３９０級鋼板（板厚８０ｍｍ、板幅５００ｍｍ、全長６００ｍｍ）に開先角度が２０°、開先ギャップが裏側１０ｍｍの開先を設け、種々の条件でエレクトロガスアーク溶接を行った。

表２に溶接条件（開先形状、ワイヤ径、溶接電流、溶接電圧）および溶接速度実績および溶接速度、溶接電流、電圧から計算される溶接長さあたりの入熱を示す。溶接ワイヤはＦＣＷ（フラックス入りワイヤ：Ｆｌｕｘ Ｃｏｒｅｄ Ｗｉｒｅ）、極性は裏側（No.1）はＤＣＥＮ（直流逆極性）で電極（溶接ワイヤ）側をマイナス、裏側（No.2）はＤＣＥＰ（直流正極性）で電極（溶接ワイヤ）側をプラスとした。

表において本発明例（記号３）は２電極エレクトロガスアーク溶接でフィラーワイヤを1本、２電極の中間に添加する溶接であり、比較例（記号４）はフィラーワイヤを使用しない２電極エレクトロガスアーク溶接である。

図６に本発明例（条件３）の溶接ワイヤ１、８とフィラーワイヤ３の配置を示す。溶接ワイヤ１、８とフィラーワイヤ３の相対位置関係を一定に保ち、板厚方向にこれら３本のワイヤを同期してオシレート幅２３ｍｍでオシレートしている。

図７に比較例（記号４）の電極（溶接ワイヤ）の配置を示す。ワイヤ１は固定し、ワイヤ８だけをオシレート幅１３ｍｍでオシレートする。

表２より、本発明例（記号３）は比較例（記号４）と比較して１．８倍の溶接速度が得られ、さらに溶接入熱は0．6倍以下に低減している。

造船用ＹＰ３９０級鋼板（板厚８０ｍｍ、板幅５００ｍｍ、全長６００ｍｍ）に開先角度が２０°、開先ギャップが裏側１０ｍｍの開先を設け、種々の条件でエレクトロガスアーク溶接を行った。

表３に溶接条件（開先形状、ワイヤ径、溶接電流、溶接電圧）および溶接速度実績および溶接速度、溶接電流、電圧から計算される溶接長さあたりの入熱を示す。溶接ワイヤはＦＣＷ（フラックス入りワイヤ：Ｆｌｕｘ Ｃｏｒｅｄ Ｗｉｒｅ）、極性は裏側（No.1）はＤＣＥＮ（直流逆極性）で電極（溶接ワイヤ）側をマイナス、裏側（No.2）はＤＣＥＰ（直流正極性）で電極（溶接ワイヤ）側をプラスとした。

本発明例（記号５）は２電極エレクトロガスアーク溶接でフィラーワイヤを２本、アーク直下近傍に供給する溶接であり、比較例（記号６）は上述の実施例２の記号４と同じ条件でフィラーワイヤを使用しない２電極エレクトロガスアーク溶接である。

図８に本発明例（記号５）の電極（溶接ワイヤ）およびフィラーワイヤの配置を示す。溶接ワイヤ１、８とフィラーワイヤ１０、１１を図のように配置し、溶接ワイヤ８とフィラーワイヤ１１の相対位置関係を一定に保ち、板厚方向にオシレート幅１３ｍｍでオシレートする。比較例（記号６）は図７に準じた。

表３より、本発明例（記号５）は比較例（記号６）と比較して２倍の溶接速度が得られ、さらに溶接入熱は0．５倍に低減している。

本発明に係るエレクトロガスアーク溶接の一実施形態を示す図。 本発明に係るエレクトロガスアーク溶接の他の実施形態を示す図。 本発明に係るエレクトロガスアーク溶接の他の実施形態を示す図。 実施例１の本発明例の電極（溶接ワイヤ）およびフィラーワイヤの配置を示す図。 実施例１の比較例の電極（溶接ワイヤ）の配置を示す図。 実施例２の本発明例の電極（溶接ワイヤ）およびフィラーワイヤの配置を示す図。 実施例２、３の比較例の電極（溶接ワイヤ）の配置を示す図。 実施例３の本発明例の電極（溶接ワイヤ）およびフィラーワイヤの配置を示す図。

符号の説明

１、８ 溶接ワイヤ
２、９ アーク
３、１０、１１ フィラーワイヤ
４ 溶融池
５ 摺動銅板
６ 溶接金属（溶接ビード）
７ 裏当て材
ａ 被溶接材の表面側
ｂ 被溶接材の裏面側

Claims (3)

1. 溶接ワイヤをフラックス入りワイヤとし、フィラーワイヤを溶融池に供給することを特徴とするエレクトロガスアーク溶接法。
2. ２本の溶接ワイヤをフラックス入りワイヤとし、前記２本の溶接ワイヤの間隙から、１本のフィラーワイヤを溶融池に供給することを特徴とする２電極エレクトロガスアーク溶接法。
3. ２本の溶接ワイヤがフラックス入りワイヤで、其々の溶接ワイヤに対となるフィラーワイヤを使用し、前記フィラーワイヤが溶融池に供給されることを特徴とする２電極エレクトロガスアーク溶接法。
   

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