JP3186885B2 - 片面サブマージアーク溶接方法 - Google Patents

片面サブマージアーク溶接方法

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JP3186885B2
JP3186885B2 JP04411493A JP4411493A JP3186885B2 JP 3186885 B2 JP3186885 B2 JP 3186885B2 JP 04411493 A JP04411493 A JP 04411493A JP 4411493 A JP4411493 A JP 4411493A JP 3186885 B2 JP3186885 B2 JP 3186885B2
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行伸 松下
和雄 田中
正晴 幸村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は3本又はそれ以上の電極
を使用し、裏当にフラックスを使用して行う片面サブマ
ージアーク溶接方法に関し、特に溶接速度が100乃至200
cm/分の高速で行う高能率な片面サブマージアーク溶接
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】両面溶接においては、溶接速度が100cm
/分以上の多電極溶接方法が多数提案されており、施工
実績の報告も多い。通常の両面1層の多電極溶接では、
溶込み深さも板厚の約半分程度を確保すればよく、主に
溶着量の適量確保及び表ビードの安定形成のための溶接
材料並びに溶接条件の選定を行うことにより比較的容易
に高速溶接が可能である。
【0003】しかし、片面溶接における溶接速度の高速
化は極めて困難である。片面溶接においては、表ビード
の安定形成は勿論のこと、健全な裏ビードを確保する必
要があることと、また、表側から溶接して裏ビードまで
同時に形成する必要があることから、溶込み形状が縦長
(梨型)になり易い。特に、高速溶接になると、冷却速
度が大きく、凝固速度がくなることから、図1に示す
ように、結晶の成長方向が突き合わせ状態になり、縦割
れが発生し易くなる。
【0004】また、裏ビードを形成するための先行電極
と、表ビードの形成を主たる役割とする後行電極との距
離を大きくすると、図2に示すように凝固組織は比較的
改善されるものの、先行電極によって生成されたスラグ
の凝固が速いために、十分に再溶解できないで、スラグ
巻き込み及び融合不良等の不都合が発生する等、多くの
問題点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の片
面溶接においては、両面溶接の場合と異なり、高速溶接
が極めて困難である。このため、図3に示すような健全
な溶接継手が得られる高速片面サブマージアーク溶接技
術の確立が望まれていた。
【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、フラックスを裏当に使用するフラックスバ
ッキングの高速片面サブマージアーク溶接方法におい
て、安定且つ健全な裏ビードを得ることができる片面サ
ブマージアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る片面サブマ
ージアーク溶接方法は、フラックスを裏当に使用し、3
本又はそれ以上の電極を使用して行う片面サブマージア
ーク溶接方法において、少なくとも第1電極に直流電流
を流し、この第1電極のアーク電圧を23乃至34Vに設定
し、第1電極と第2電極との極間距離を30乃至80mmと
し、第2電極のアーク電圧を43乃至53Vに設定すると共
に、溶接速度を100乃至200cm/分にして溶接することを
特徴とする。
【0008】また、前記第1電極のワイヤ径は4.0乃至
4.8mm、この第1電極に流す電流は1200乃至1450A、前
記第2電極はワイヤ径が4.8乃至6.4mm、この第2電極に
流す電流は前記第1電極に流す電流の0.65乃至1.00倍で
あることが好ましい。
【0009】
【作用】本願発明者等は、高速片面サブマージアーク溶
接において、図3に示す健全な溶接継手を得るべく、種
々実験研究を繰り返した結果、以下の知見を得た。
【0010】即ち、フラックスバッキング方式において
安定且つ健全な裏ビードを得るためには、第1電極の役
割として、余盛高さの安定した裏ビードを確保する必要
がある。裏ビードの余盛高さは、フラックスバッキング
方式の場合、アークの集中性及びアーク電圧の安定性に
大きな影響を与える。
【0011】第1電極にこのような特性をもたせるため
には交流ではなく、直流電流を流すことが必要である。
また、アークの集中性を確保する目的から、第1電極の
アーク電圧を23乃至34Vにする必要がある。
【0012】第1電極で上述した条件を満足すると余盛
高さが安定した裏ビードを確保できるが、溶接速度が速
いために、ビード幅が十分に得られない。そこで、第2
電極の役割は、裏ビード幅を広げ、且つアンダーカット
等がない健全な裏ビードに仕上げることにある。第2電
極において、アークの集中性が良過ぎたり、アーク電圧
が低過ぎると、裏ビードを更に掘り下げてしまい、裏ビ
ードの余盛高さ及びビード幅が不安定になる。このよう
な不都合を回避するため、第2電極のアーク電圧を43〜
53Vにする必要がある。
【0013】また、第1及び第2の電極の位置が相互に
近過ぎると、第2電極による溶け込みが深くなり、裏ビ
ードが更に掘り下げられる。反対に、第1及び第2の電
極が相互に離れ過ぎると、裏ビード幅が十分確保できな
くなる。このような不都合を回避できる適切な電極間隔
は、30〜80mmの範囲である。
【0014】次に、上述の各溶接条件の限定理由につい
て説明する。(1)第1電極の電流特性及びアーク電圧 フラックスバッキング方式による片面サブマージアーク
溶接では、裏当の銅板により裏ビードの余盛高さをある
程度矯正できる銅バッキング方式及びフラックス−銅バ
ッキング方式と異なり、従来の溶接速度レベルの比較的
低い溶接速度においても、裏ビードの余盛高さを安定さ
せることが困難である。即ち、第1電極のアークによる
鋼板裏面側への掘り下げ力の強弱がそのまま裏ビードの
余盛高さに影響する。本願発明者らによる実験研究の結
果、アークによる掘り下げ力を安定させ、第1電極によ
り、余盛高さが十分で且つ安定した裏ビードを得るため
には、アークの集中性及び電圧の安定化が最も有効であ
ることが分かった。このような作用は、交流特性では得
られず、直流であることが必要であると共に、特に高速
溶接はアーク電圧を23〜34Vにすることによって、初め
て達成できる。アーク電圧が23V未満では面内仮付等が
あった場合、溶接速度が速いために、その部分で急激に
アーク長が短くなり、また反対に34Vを超えるアーク電
圧では、開先の横方向にアークがとび易くなって、いず
れも安定した掘り下げ力が得られなくなる。
【0015】(2)第1電極と第2電極の極間距離及び
第2電極のアーク電圧 前述したように、第1電極によって、余盛高さが十分且
つ安定した裏ビードを得ることができるが、本発明にお
いては溶接速度が速いために、十分なビード幅が確保で
きないという難点がある。そこで、第2電極の役割は前
述したように裏ビードの幅を広げ、且つアンダーカット
等がない健全な裏ビードに仕上げることにある。それに
は、第1電極と第2電極との極間距離を30乃至80mmにす
る必要がある。この極間距離が30mm以下では第1電極に
よって裏ビードが形成できていないことから、いかに第
2電極の電流及び電圧をコントロールしても、第2電極
によるアークが鋼板裏面側を更に掘り下げてしまい、裏
ビードの余盛が過大となってしまう。また、逆に極間距
離が80mmを超えると、第2電極による溶け込み深さが不
十分となって、裏ビード幅を広げる効果が得られない。
また、第2電極の電流を高めて溶け込み深さを確保しよ
うとすると、溶け込み深さが不安定となり、健全な裏ビ
ードが得られなくなる。
【0016】第2電極のアーク電圧は高速溶接の場合、
第1電極による溶融プールが薄く、且つ長くなるため
に、従来速度(100cm/分以下)のような低速度レベル
でのアーク電圧のように低電圧(43V以下)にすると、
アーク集中性が増し、鋼板裏面側への掘り下げ力が強く
なり過ぎ、裏ビードの余盛高さが過剰となる。また、反
対に、アーク電圧が53Vを超えるような高電圧になる
と、裏ビード幅が広くなり過ぎたり、アークの安定性が
悪くなることから、アンダーカットが発生し易くなる。
このため、第2電極のアーク電圧は43乃至53Vにする。
【0017】(3)第1電極及び第2電極のワイヤ径及びアーク電流 更に、第1電極として、ワイヤ径が4.0乃至4.8mmのもの
を使用し、この第1電極に1200〜1450Aの電流を流す
と、面内仮付などの影響も極めて少なく、一層余盛高さ
が安定した裏ビードが得られる。また、第2電極とし
て、4.8〜6.4mmのワイヤ径のものを使用し、この第2電
極に流す電流(I2)を第1電極に流す電流(I1)の0.
65乃至1.00倍、即ちI2/I1=0.65〜1.00にすると、広
い溶接速度及び板厚範囲において、最も安定した裏ビー
ド幅を得ることができ、アンダーカット等がない健全な
裏ビードが得られる。
【0018】(4)第3電極以降 上述の如く、フラックスバッキング方式による高速片面
サブマージアーク溶接では、裏ビードの安定形成を確保
するための先行電極(第1、第2電極)の役割は重要で
ある。また、次の後行電極(第3電極以後の電極)にお
いては、特に第3電極が溶接ビードの縦割れを防止して
健全な溶け込み形状を確保する上で重要である。特に、
第2及び第3電極間の距離が短か過ぎる(150mm以下)
と、第3電極の電流及び電圧をコントロールしても、1
プールになってしまい、溶け込み形状が縦長になって、
縦割れが発生する危険性がある。また、第2及び第3電
極間の距離が200mm以上になると、第3電極による健全
な溶け込み深さを確保できなくなると共に、第1及び第
2電極によって生成されたスラグが完全に凝固してしま
うために、融合不良及びスラグ巻込み等が発生し易くな
る。このため、第2及び第3電極間の距離は150乃至200
mmにすることが好ましい。更に、第3電極以降の電極に
ついては、裏ビード及び溶け込み形状の健全性への影響
が殆どなくなることから、板厚と目的の溶接速度に応じ
て、主に溶着量及び表ビードの健全性を確保することを
目的として、電極数及び溶接条件を選択すればよい。
【0019】(5)その他 本発明は片面サブマージアーク溶接であり、溶接材料と
して表側フラックス、裏当フラックス及び電極ワイヤが
必要である。しかし、これらの溶接材料については、適
正な作業性及び溶接金属が得られるものであれば、特に
限定されるものではない。
【0020】
【実施例】次に、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。
【0021】下記表1に示す鋼板を、下記表2に示すワ
イヤ及び下記表3に示すフラックスを使用して、片面サ
ブマージアーク溶接した。その溶接試験条件を下記表4
に、またその試験結果を下記表5に示す。但し、表3に
おいて、その他の欄は、CO2、B23、Fe−Si、
Fe−Mn等である。また、表4における開先の欄の角
度θはV字形をなす開先の各開先面がなす角度、即ち開
先角度のことであり、S(mm)は開先のV字尖端(下端)
と鋼板下面との距離であり、鋼板の突合せ面の幅に相当
する。更に、表5において、◎は極めて良好な場合、○
は良好な場合、△はやや良好な場合、×は不良な場合で
ある。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】
【表5】
【0027】この表5に示すように、本発明の実施例の
場合には、裏ビード、表ビード及び第3電極の溶け込み
深さのいずれも極めて良好又は良好であり、図3に示す
ような健全な溶接部が得られた。これに対し、比較例の
場合には、表ビードは比較的良好であるものの、裏ビー
ドの状況が悪く、安定して健全な裏ビードを得ることが
できなかった。特に、比較例17は裏ビードの余盛が不
安定で過大であり、裏ビードの幅も不足し、不安定であ
った。比較例18は裏ビードの余盛が不足すると共に、
幅が不安定であった。比較例19は余盛及び幅が不安定
であった。比較例20は余盛が不安定であった。比較例
21は幅が不安定であった。比較例22は余盛が過大で
あると共に、幅が不安定であった。比較例23は余盛が
不安定であった。比較例24は余盛及び幅が不安定であ
った。なお、本実施例はフラックスのみを裏当に使用し
たものであるが、フラックス−銅裏当法に本発明を適用
しても、表裏ビードが良好で、且つ健全な継手が得られ
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、フラック
スを裏当に使用し、3本以上の電極を使用して行う片面
サブマージアーク溶接方法において、第1電極及び第2
電極のアーク電圧及び極間距離を適切に設定することに
よって、高速で溶接しても安定した健全な裏ビードを形
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶接ビードの形状を示す図である。
【図2】同じく融合不良等が生じた場合の溶接ビードの
形状を示す図である。
【図3】健全な溶接ビードの形状を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 織田 芳宏 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番1 株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (56)参考文献 特開 平4−84676(JP,A) 特開 平4−147770(JP,A) 特開 昭50−117656(JP,A) 特開 昭48−92243(JP,A) 特公 昭40−26167(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/18 B23K 9/035

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フラックスを裏当に使用し、3本又はそ
    れ以上の電極を使用して行う片面サブマージアーク溶接
    方法において、少なくとも先行の第1電極に直流電流を
    流し、この第1電極のアーク電圧を23乃至34Vに設定
    し、第1電極とこの第1電極の後行の第2電極との極間
    距離を30乃至80mmとし、前記第2電極のアーク電圧を43
    乃至53Vに設定すると共に、溶接速度を100乃至200cm/
    分にして溶接することを特徴とする片面サブマージアー
    ク溶接方法。
  2. 【請求項2】 前記第1電極のワイヤ径が4.0乃至4.8mm
    であり、この第1電極に1200乃至1450Aの電流を流すと
    共に、前記第2電極はワイヤ径が4.8乃至6.4mmであり、
    この第2電極に流す電流は前記第1電極に流す電流の0.
    65乃至1.00倍であることを特徴とする請求項1に記載の
    片面サブマージアーク溶接方法。
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