JP2018065152A

JP2018065152A - 多層サブマージアーク溶接方法

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Publication number: JP2018065152A
Application number: JP2016204043A
Authority: JP
Inventors: 篤史石神; Atsushi Ishigami; 早川　直哉; Naoya Hayakawa; 直哉早川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: JP6776798B2

Abstract

【課題】優れた溶接金属靭性を得ながら、低温割れを抑制し、ビード外観が良好であり、溶着量が十分である、高品質な溶接金属を得ることができる厚鋼板用多層サブマージアーク溶接方法を提供する。【解決手段】厚鋼板に多層サブマージアーク溶接を施す際の１パス目の溶接入熱が２００ｋＪ／ｃｍ以上であり、質量％で、鉄粉を２０〜４０％含有するフラックスを使用し、溶接金属が、質量％で、Ｂ：０．００１２〜０．００２５％、Ｍｏ：０．２０〜０．３５％含有し、以下の式（１）で表される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．１６〜０．２３である組成を有する多層サブマージアーク溶接方法。Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｍｎ／２０＋Ｓｉ／３０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５+Ｖ／１０+５Ｂ・・・（１）式（１）中、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂは各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素の含有量は零とする。【選択図】図１

Description

本発明は、多層サブマージアーク溶接方法に関し、具体的には、厚鋼板用の多層サブマージアーク溶接方法に関する。

高層ビルの建築においては、構造物の大型化に伴い厚鋼板が用いられるようになっている。この厚鋼板としては、板厚が５０ｍｍ以上である極厚鋼板が用いられている。厚鋼板で製造される鉄骨ボックス柱の角継手においてはサブマージアーク溶接が広く用いられており、特に、溶接施工能率向上のために多電極溶接が適用されている。

例えば、特許文献１では、２電極１パス溶接で板厚が５０ｍｍ以上である厚鋼板用のサブマージアーク溶接を実施可能な技術が開示されている。

一方、設備上の制約や過大な溶接入熱を回避する観点から多層溶接も適用されている。多層溶接では、特に初層溶接の高温割れが問題となることから、特許文献２では、開先角度や溶接条件の規定により初層溶接金属の高温割れを回避する技術が開示されており、特許文献３では、２パス目の溶接狙い位置の制御によって初層溶接金属の高温割れを回避する技術が開示されている。さらに、大入熱サブマージアーク溶接金属の靭性向上のために、特許文献４では、フラックスおよびワイヤの化学成分を規定して溶接金属の焼入れ性を向上させる技術が開示されている。

特許第２９４７７３１号公報特開平３−１１８９７８号公報特許第３６２４７２７号公報特許第３５５２３７５号公報

しかしながら、前述の従来のサブマージアーク溶接方法では、十分に高品質な溶接金属を得られるとはまだ言えなかった。ここで高品質であるとは、水素割れなどの低温割れを抑制し、ビード外観が良好であり、溶着量が十分であることを指す。

そこで、本発明は、優れた溶接金属靭性を得ながら、低温割れを抑制し、ビード外観が良好であると共に、溶着量が十分である、高品質な溶接金属を得ることができる厚鋼板用多層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。

なお、溶着量が十分であるとは、鋼板に加工した開先において溶着金属が鋼板表層まで十分に充填されていることを指す。

本発明者らは、鋭意検討の結果、厚鋼板の多層サブマージアーク溶接において種々の溶接条件で溶接継手を作製し、溶接品質を評価した。その結果、溶接金属およびフラックスの成分組成を制御することにより、優れた溶接金属靭性を得ながら溶接金属における低温割れを抑制できることを見出した。すなわち溶接金属中のＭｏおよびＢの含有量を制御すること、特定式で表される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍを制御すること、およびフラックス中の鉄粉の含有量を制御することにより、溶接金属中に生じる粒界フェライト組織の低減および粒界析出を抑制して、低温割れの抑制を実現できることを知見した。

本発明はこのような知見に基づいて完成したものであり、その要旨は、以下の通りである。
［１］厚鋼板に多層サブマージアーク溶接を施す際の１パス目の溶接入熱が２００ｋＪ／ｃｍ以上であり、
質量％で、鉄粉を２０〜４０％含有するフラックスを使用し、
溶接金属が、質量％で、Ｂ：０．００１２〜０．００２５％、Ｍｏ：０．２０〜０．３５％含有し、以下の式（１）で表される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．１６〜０．２３である組成を有することを特徴とする多層サブマージアーク溶接方法。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｍｎ／２０＋Ｓｉ／３０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５+Ｖ／１０+５Ｂ・・・（１）
式（１）中、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂは各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素の含有量は０（零）とする。

ここで、本発明では、特に限定はされないが、上記厚鋼板の板厚を５０ｍｍ以上とすることで特に顕著な効果が得られる。また、多層とは、２層以上のことを指す。

本発明によれば、優れた溶接金属靭性を得ながら、低温割れを抑制し、ビード外観が良好であると共に、溶着量が十分である、高品質な溶接金属を得ることができる。

本発明の開先形状を示す模式図である。本発明の各溶接パスの溶接金属形状を示す図である。

以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

本発明の多層サブマージアーク溶接方法は、厚鋼板に多層サブマージアーク溶接を施す際の１パス目の溶接入熱が２００ｋＪ／ｃｍ以上であり、質量％で、鉄粉を２０〜４０％含有するフラックスを使用し、溶接金属が、質量％で、Ｂ：０．００１２〜０．００２５％、Ｍｏ：０．２０〜０．３５％含有し、以下の式（１）で表される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．１６〜０．２３である組成を有することを特徴とし、優れた溶接金属靭性を得ながら、低温割れを抑制し、ビード外観が良好であると共に、溶着量が十分である、高品質な溶接金属を得ることができる。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｍｎ／２０＋Ｓｉ／３０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５+Ｖ／１０+５Ｂ・・・（１）
式（１）中、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂは各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素の含有量は０（零）とする。

ここで、本発明では、特に限定はされないが、上記厚鋼板の厚みを５０ｍｍ以上とすることで特に顕著な効果が得られる。

以下では、本発明の多層サブマージアーク溶接に用いるフラックス、溶接により形成される溶接金属、鋼板（母材）、ワイヤの具体的構成について順に説明する。以下、フラックス、溶接金属、鋼板およびワイヤに含まれる成分組成の含有量についての「％」は、特にことわりのない限り、「質量％」のことを指す。

＜フラックス＞
（鉄粉：２０〜４０％）
本発明では、サブマージアーク溶接用のフラックスに、鉄粉を含有させると高い溶着速度が得られ、これにより溶接入熱を低減させることができる。このような効果は、フラックス全量中、鉄粉含有量を２０％以上とすることで得られる。一方、フラックス全量中、鉄粉含有量を４０％超えとすると、スラグ生成量が少なくなり美麗なビード外観が得難くなる。そのため、フラックス中の鉄粉含有量は２０〜４０％とする。また、本発明では、鉄粉は、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉等、特に限定せずに用いることができる。

また、フラックス中の鉄粉以外の成分組成は、上述したように溶接金属中のＢ含有量、Ｍｏ含有量、Ｐｃｍが所望の範囲にあれば、特に限定されないが、例えば、フラックス中、質量％で、ＳｉＯ_２：１０〜３０％、ＭｇＯ：５〜３５％、ＣａＣＯ_３：５〜１５％、Ａｌ_２Ｏ_３：２〜２０％、ＴｉＯ_２：２〜１０％、ＣａＦ_２：２〜１０％、Ｂ_２Ｏ_３：０．０２〜２．００％、Ｆｅ−Ｍｏ：３．００％以下、残部として鉄粉以外の金属粉からなる組成を使用できる。

（ＳｉＯ_２：１０〜３０％）
ＳｉＯ_２は、造滓剤として有効な成分であり、スラグの粘性を調整するために含有することが好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が１０％未満であると、生成するスラグの融点が過剰に高くなり良好なビード外観が得られない場合がある。一方、ＳｉＯ_２の含有量が３０％超えであるとスラグ剥離性が劣化し、また溶接金属の酸素量が増加して溶接金属の靭性が劣化する場合がある。よって、ＳｉＯ_２含有量は１０〜３０％とすることが好ましい。

（ＭｇＯ：５〜３５％）
ＭｇＯは、フラックスの過度の流動を防止する作用を有し、大入熱溶接におけるビード形状を安定化させる効果を有する。また、ＭｇＯは、スラグの塩基度を増加させて溶接金属中の酸素含有量を低減し、溶接金属の靭性を向上させる有用な成分である。しかしながら、ＭｇＯ含有量が５％未満であると、上記した効果が認められない場合がある。一方、ＭｇＯ含有量が３５％超えであると、融点が上昇しすぎてビード外観が劣化する場合がある。よって、ＭｇＯは５〜３５％とすることが好ましい。

（ＣａＣＯ_３：５〜１５％）
ＣａＣＯ_３は、溶接中に分解し、ＣａＯとＣＯ_２とになる。このＣＯ_２ガスにより、溶接金属を外気からシールドするとともに、溶接雰囲気中の水素分圧を低下させ、溶接金属中への水素の侵入を防止することができる。また、ＣａＯは、塩基性成分であり、スラグの融点を上昇させ、溶接金属の靭性を向上させることができる。しかしながら、ＣａＣＯ_３の含有量が５％未満であると、上記したようなＣＯ_２ガスによるシールド効果が認められず、耐水素割れ性が低下する場合がある。一方、ＣａＣＯ_３の含有量が１５％を超えであると、ＣＯ_２ガスの発生量が増加し、溶接作業性、ビード外観が低下する場合がある。よって、ＣａＣＯ_３含有量は５〜１５％とすることが好ましい。

（Ａｌ_２Ｏ_３：２〜２０％）
Ａｌ_２Ｏ_３は、粘性を低下させずにスラグの融点を上昇させるため、スラグの融点の調整に有効な成分である。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が２％未満では、上記した効果が認められない場合がある。一方Ａｌ_２Ｏ_３含有量が２０％超えであると、スラグの融点が上昇しすぎてビード幅の不均一やビード外観の劣化を招く場合がある。よって、Ａｌ_２Ｏ_３含有量は２〜２０％とすることが好ましい。

（ＴｉＯ_２：２〜１０％）
ＴｉＯ_２は、スラグの流動性を向上させ、スラグの剥離性を改善するとともに、アーク空洞内で部分的に還元されてＴｉとして溶接金属中に移行し、溶接金属の靭性を改善することに有効に作用する。しかしながら、ＴｉＯ_２含有量が２％未満であると、上記した効果が認められない場合がある。一方、ＴｉＯ_２含有量が１０％超えであると、ビード外観が劣化する場合がある。よって、ＴｉＯ_２含有量は２〜１０％とすることが好ましい。

（ＣａＦ_２：２〜１０％）
ＣａＦ_２は、融点を上昇させることなくスラグの塩基度を増加させることができ、溶接金属の酸素量の調整に有効である。しかしながら、ＣａＦ_２含有量が２％未満であると、その効果を得にくくなる場合がある。一方、ＣａＦ_２含有量が１０％超えであると、スラグの粘性が低下しすぎてビード外観が悪化する場合がある。よって、ＣａＦ_２含有量は２〜１０％とすることが好ましい。

（Ｂ_２Ｏ_３：０．０２〜２．００％）
Ｂ_２Ｏ_３をフラックスに添加すると還元されたＢが溶接金属中に移行して粒界フェライトの生成を抑制し溶接金属の靭性向上に有効である。Ｂ_２Ｏ_３含有量が０．０２％未満であるとその効果は小さく、一方、２．００％を超えると溶接金属の靭性が劣化しやすくなるため、Ｂ_２Ｏ_３含有量は０．０２〜２．００％とすることが好ましい。

（Ｆｅ−Ｍｏ：３．００％以下）
Ｆｅ−Ｍｏをフラックスに添加することにより溶接金属の焼入れ性を向上させる効果が得られる。溶接金属のＭｏ量が０．２０〜０．３５％となるように、フラックスのＦｅ−Ｍｏ含有量は３．００％以下とすることが好ましい。

（鉄粉以外の金属粉）
上記以外の残部は、鉄粉以外の金属粉からなる成分組成とすることができる。

＜溶接金属＞
溶接金属としては、本発明では、溶接金属中のＭｏとＢの含有量を適正量とし、粒界フェライト組織の低減および粒界析出の抑制により低温割れを抑制できる。そこで、まず、溶接金属中のＢ含有量、Ｍｏ含有量およびＰｃｍについて説明する。

（Ｂ：０．００１２〜０．００２５％）
溶接金属中のＢは、溶接金属の焼入れ性を向上させて粒界フェライトの生成を抑制し靭性を向上させるために有効な成分であるが、溶接金属中のＢ含有量が０．００１２％未満であると、粒界フェライトの生成率が増大し、低温割れが生じる。一方、溶接金属中のＢ含有量が０．００２５％超えであると、次パス溶接によって再熱される溶接金属中に粒界析出物が生じ、低温割れが発生する。以上の理由より、溶接金属中のＢ含有量は、０．００１２〜０．００２５％である。

（Ｍｏ：０．２０〜０．３５％）
溶接金属中のＭｏも、溶接金属の焼入れ性を向上させる成分として有効であり、この効果を得るために、Ｍｏは０．２０％以上の含有が必要である。Ｍｏの含有によって、溶接金属中の粒界フェライト量を低減すると同時に、同様の目的で含有するＢ量を低減することもでき、粒界析出の抑制による低温割れ抑制の効果が得られる。一方、Ｍｏ含有量が０．３５％を超えると、溶接金属中のベイナイトの生成率が増大し、溶接金属が脆化する。そのため、溶接金属中のＭｏ含有量は０．２０〜０．３５％である。

（溶接割れ感受性組成Ｐｃｍ：０．１６〜０．２３）
本発明では、溶接金属中に含まれる成分組成について、以下の式（１）で表されるＰｃｍを０．１６〜０．２３とする。Ｐｃｍが０．１６未満であると、十分な焼入れ性が確保できない。一方、Ｐｃｍが０．２３超えであると、割れ感受性が高くなる。そのため、溶接金属のＰｃｍは０．１６〜０．２３とする。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｍｎ／２０＋Ｓｉ／３０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５+Ｖ／１０+５Ｂ・・・（１）
式（１）中、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂは各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素の含有量は０（零）とする。

また、溶接金属中の成分組成としては、上記の内容以外は、特に限定されないが、例えば、溶接金属中、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０〜０．８０％、Ｍｎ：０．７０〜２．５０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｂ：０．００１２〜０．００２５％、Ｍｏ：０．２０〜０．３５％、Ｃｕ：０．５％以下を含有し、上記式（１）で表されるＰｃｍが０．１６〜０．２３であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成とすることができる。

（Ｃ：０．０３〜０．１５％）
Ｃは、溶接金属の焼入れ性を向上させ、強度を確保するために必要な元素である。しかしながら、Ｃ含有量が０．０３％未満であると、十分な焼入れ性が得られない場合がある。一方、Ｃ含有量が０．１５％超えであると、溶接金属の高温割れが発生するばかりでなく、マルテンサイト相が生成して低温靭性が劣化する場合がある。よって、Ｃ含有量は０．０３〜０．１５％とすることが好ましい。

（Ｓｉ：０．１０〜０．８０％）
Ｓｉは、脱酸作用を有し溶接金属の酸素低減に有効な元素である。しかしながら、Ｓｉ含有量が０．１０％未満であると、溶融金属の湯流れ性が劣下して溶接作業の効率が低下する場合がある。一方、Ｓｉ含有量が０．８０％超えであると、溶接金属の高温割れが発生する場合がある。よって、Ｓｉ含有量は０．１０〜０．８０％とすることが好ましい。

（Ｍｎ：０．７０〜２．５０％）
Ｍｎは、溶接金属の強度を確保し、かつ焼入れ性を向上させる元素である。しかしながら、Ｍｎ含有量が０．７０％未満であると、十分な焼入れ性が得られない場合がある。一方、Ｍｎ含有量が２．５０％超えであると、溶接金属の高温割れが発生するばかりでなく、上部ベイナイトあるいはマルテンサイト相が生成して低温靭性が劣化する場合がある。よって、Ｍｎ含有量は０．７０〜２．５０％とすることが好ましい。

（Ｐ：０．０３％以下）
Ｐは不純物として鋼中に存在し、低融点の燐化鉄が結晶粒界に偏析して粒界強度を低下させるため、Ｐ含有量は０．０３％以下とすることが好ましい。

（Ｓ：０．０１％以下）
Ｓは不純物として鋼中に存在し、低融点の硫化鉄が結晶粒界に偏析して粒界強度を低下させるため、Ｓ含有量は０．０１％以下とすることが好ましい。

（Ｃｕ：０．５％以下）
Ｃｕは高温割れの原因となり、加えて低温割れ感受性も高めるため、Ｃｕ含有量は０．５％以下とすることが好ましい。

（残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物）
上記以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物とすることができる。

また、上記成分組成として、溶接金属は、Ｎｉ：０．０５〜３．００％以下を含有していてもよい。

（Ｎｉ：０．０５〜３．００％）
Ｎｉは、溶接金属の強度、靭性を向上させる元素である。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．０５％未満であると、強度、靭性を向上させる効果を十分に得られない場合がある。一方、Ｎｉ含有量が３．００％超えであると、低温靭性の劣化、低温割れが発生する場合がある。よって、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉ含有量は０．０５〜３．００％とすることが好ましい。

また、上記成分組成として、溶接金属は、さらに、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％のうちから選ばれる少なくともいずれか１種を含有していてもよい。

（Ｃｒ：０．５０％以下）
Ｃｒは、溶接金属の強度、靭性を向上させる元素である。しかしながら、Ｃｒ含有量が０．５０％超えであると、低温靭性の劣化、低温割れが発生する場合がある。よって、Ｃｒを含有する場合、Ｃｒ含有量は０．５０％以下とすることが好ましい。

（Ｎｂ：０．１０％以下）
Ｎｂは、大入熱溶接において溶接金属の強度を向上させ、かつ組織を微細化して低温靭性を向上させる元素である。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えると、溶接金属の高温割れが発生する。したがって、Ｎｂを含有する場合、Ｎｂ含有量は０．１０％以下とすることが好ましい。

（Ｖ：０．１０％以下）
Ｖは、大入熱溶接において溶接金属の強度を向上させ、かつ組織を微細化して低温靭性を向上させる元素である。しかしながら、Ｖ含有量が０．１０％を超えると、溶接金属の高温割れが発生する。したがって、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０．１０％以下とすることが好ましい。

（Ｔｉ：０．０１〜０．１０％）
Ｔｉは、その酸化物が微細なフェライトの生成核となり，溶接金属の低温靭性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０１％未満では、酸化物が十分に生成しないので低温靭性向上の効果が得られない場合がある。一方、Ｔｉ含有量が０．１０％を超えると、溶接金属が硬化して低温靭性の劣化を招く場合がある。したがって、Ｔｉは０．０１〜０．１０％の範囲内を満足することが好ましい。

＜鋼板（母材）＞
本発明の多層サブマージアーク溶接に用いる鋼板（母材）は、特に限定されないが、例えば、母材中、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成とすることができる。

＜ワイヤ＞
本発明の多層サブマージアーク溶接に用いるワイヤ（溶接ワイヤ）は、上述したように溶接金属中のＢ含有量、Ｍｏ含有量、Ｐｃｍが所望の範囲にあれば、特に限定されないが、例えば、ワイヤ中、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下を含有し、必要に応じて、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：３．００％以下、Ｃｒ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｖ：０．２０％以下から選ばれる少なくとも１種をさらに含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成とすることができる。

溶接ワイヤのワイヤ径は限定しないが、初層溶接金属の高温割れ危険部を２パス目の溶接で溶融するため、第１電極のワイヤ径を５．３ｍｍ以下として電流密度を増大させることが好ましい。

＜溶接条件＞
本発明の多層サブマージアーク溶接では、上述した鋼板に片面Ｙ開先加工を施し、上述したワイヤおよびフラックスを用いて溶接継手を作製することができる。

図１は本発明の開先形状の一例を示す模式図である。図１では、一例として、板厚が７０ｍｍである鋼板を用い、開先角度を３５°として、ルートフェイスを３ｍｍとする場合を示すが、本発明では、この例に限定されない。開先角度については、３０°未満にすると溶接金属の凝固割れが発生しやすくなる。一方、開先角度を５０°より大きくすると開先を充填するために必要となるワイヤ溶着量が増加し、溶接入熱を高く設定する必要が生じる場合がある。よって、開先角度は３０°以上５０°以下とすることが好ましい。

また、ルートフェイスは、３ｍｍ未満にすると、それに伴って開先深さが大きくなり、開先を充填するために必要となるワイヤ溶着量が増加し、溶接入熱を高くする必要が生じる場合がある。一方、ルートフェイスを１５ｍｍよりも大きくすると、深い溶込みを得るために溶接入熱を高くする必要が生じる場合がある。以上のことから、ルートフェイスは３ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることが好ましい。

そして、本発明の多層サブマージアーク溶接では、２層以上の多層サブマージアーク溶接に適用することができ、溶接パス数を適宜変えることができる。

本発明の多層サブマージアーク溶接方法は、溶接施工能率向上のために、１パス目の溶接の溶接入熱は２００ｋＪ／ｃｍ以上とする。好ましくは、１パス目の溶接の溶接入熱は、溶接金属および溶接熱影響部の強度と靭性を確保するため、６００ｋＪ／ｃｍ以下である。

また、特に限定されないが、２パス目以降の溶接の溶接入熱は、高い溶接施工能率を確保するために、１パス目の溶接入熱の０．２５倍以上とすることが好ましい。また、上記の２パス目以降の溶接の溶接入熱は、溶接金属と開先壁の間に融合不良が発生することを防ぐために、１パス目の溶接入熱の０．７５倍以下とすることが好ましい。

また、各溶接パスの電極数は限定されないが、溶接施工能率を向上させるためには２電極以上で溶接を実施することが好ましい。溶接ワイヤのワイヤ径は限定しないが、初層溶接金属の高温割れ危険部を２パス目の溶接で溶融するため第１電極のワイヤ径は５．３ｍｍ以下として電流密度を増大させることが好ましい。溶接金属のＢ含有量、Ｍｏ含有量、Ｐｃｍの調整は、溶接ワイヤおよびフラックスの一方または両方の成分調整によって実施できる。

図２は、本発明の各溶接パスの溶接金属形状を示す図である。図２では、４パスを施した場合の例を示すが、本発明では、この例に限定されず、２パス以上であれば所望の効果を得ることができる。

以上、説明したように、本発明によれば、厚鋼板の多層サブマージアーク溶接においてフラックスおよび溶接金属の化学成分を制御することにより、優れた溶接金属靭性を得ながら、溶接金属の低温割れを抑制し、ビード外観が良好であると共に、溶着量が十分である、高品質な溶接金属が得られるようになる。

以下、実施例に基づき、本発明について説明する。

板厚７０ｍｍの５９０Ｎ／ｍｍ^２級鋼板に片面Ｙ開先加工を施した後、種々の成分組成を持つボンドフラックスを用いて多層サブマージアーク溶接継手を作製した。溶接パス数は４パスとした。表１に鋼板成分を示し、表２にワイヤ成分を示し、表３に溶接条件を示し、表４にフラックス成分を示す。また、作製した溶接継手の３パス目の溶接金属化学成分を表５に示す。また、溶接品質および３パス目の溶接金属のシャルピー衝撃性能を評価した結果を表６に示す。溶接品質は超音波探傷による割れの有無の確認および目視によるビード外観の評価を行った。また、シャルピー衝撃性能については、ＪＩＳＺ２２４２に基づいて測定したｖＥ０（Ｊ）の値を示す。ｖＥ０については、５０Ｊ以上の場合を溶接金属靭性が優れているとした。

低温割れについては、超音波探傷および溶接部断面マクロ観察により低温割れの有無を確認し、低温割れが視認されない場合を合格とした。

また、溶着量については、鋼板に加工した開先を溶着金属が鋼板表層まで充填している場合を十分であるとして合格とした。

また、ビード外観については、目視で確認し、アンダーカット、オーバーラップ、スラグ剥離不良が無い場合を合格とした。

試験Ｎｏ．１〜４は本発明例であり、フラックス中の鉄粉の含有量を制御しつつ、溶接金属のＢ量、Ｍｏ量、Ｐｃｍを制御したため優れた溶接金属靭性を得ながら溶接金属における低温割れを抑制できた。

試験Ｎｏ．５〜１１は比較例である。試験Ｎｏ．５は溶接金属のＢ量が少な過ぎて、溶接金属に粒界フェライトが生成し低温割れが発生した。試験Ｎｏ．６は溶接金属のＢ量が多過ぎて、４パス目の溶接による再熱部に粒界析出物が生じ、低温割れが発生した。試験Ｎｏ．７は溶接金属のＭｏ量が少な過ぎて、溶接金属に粒界フェライトが生成し低温割れが発生した。試験Ｎｏ．８は溶接金属のＭｏ量が多過ぎて、溶接金属中のベイナイトの生成率が増大し、優れた溶接金属靭性が得られなかった。試験Ｎｏ．９は溶接金属のＰｃｍが低いため、十分な焼入れ性が確保できず、優れた溶接金属靭性が得られなかった。試験Ｎｏ．１０はフラックスの鉄粉含有量が過少で低温割れおよび溶着量不足が発生した。試験Ｎｏ．１１はフラックスの鉄粉含有量が過大で、ビード外観不良となった。

なお、ここでは３パス目の溶接金属の化学成分およびシャルピー衝撃性能を評価したが、他の溶接パスについても同様に溶接金属の成分組成を制御できることを確認した。

１第１層（初層、１パス目に形成される溶接金属）
２第２層（２パス目に形成される溶接金属）
３第３層（３パス目に形成される溶接金属）
４第４層（４パス目に形成される溶接金属）

Claims

厚鋼板に多層サブマージアーク溶接を施す際の１パス目の溶接入熱が２００ｋＪ／ｃｍ以上であり、
質量％で、鉄粉を２０〜４０％含有するフラックスを使用し、
溶接金属が、質量％で、Ｂ：０．００１２〜０．００２５％、Ｍｏ：０．２０〜０．３５％含有し、以下の式（１）で表される溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．１６〜０．２３である組成を有することを特徴とする多層サブマージアーク溶接方法。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｍｎ／２０＋Ｓｉ／３０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５+Ｖ／１０+５Ｂ・・・（１）
式（１）中、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂは各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素の含有量は０（零）とする。