JP3741402B2 - Two-electrode electrogas welding method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2電極エレクトロガス溶接用裏当材および溶接方法に係り、特に、厚鋼板の2電極エレクトロガス溶接において優れた溶接作業性と良好な溶け込み形状が得られる2電極エレクトロガス溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
立向自動溶接方法としてエレクトロガス溶接が、造船,円筒形貯油タンクをはじめ鉄骨,橋梁,重電機器,製鉄設備等の鋼壁溶接に主として用いられている。エレクトロガス溶接において、電圧,電流を上昇して入熱を上げると、高能率であるが、高張力鋼の溶接には溶接入熱量が大きいために、溶接金属や母材熱影響部等の切欠靭性を劣化させる要因となる。
【0003】
特に最近は、熱影響部の健全性を保つために低入熱溶接が強く要求される傾向にあり、このような要求に対して、細径フラックス入りワイヤを用い板厚方向に高速振動でアーク点を移動させるエレクトロガス溶接は、開先断面積を極力小さくした狭開先溶接を、低入熱で高能率に行えるため、鋼板の立向溶接に適している。
【0004】
このようなエレクトロガス溶接を行う装置の概略を説明すると、垂直に立てられ隣り合う2鋼板の間の開先の裏面に、水冷銅当金あるいは固形裏当材を当接し、表面には水冷の摺動銅当金を当てて、この摺動銅当金の溝(開先に対向)と開先で囲まれる空間に、扁平な溶接トーチを挿入し、これを板厚方向に高速振動させながら、溶接トーチを通して細径フラックス入りワイヤを該空間に連続的に供給し、かつ溶接トーチおよび摺動銅当金を連続的に上方に駆動しながら、開先の立向溶接を行う。
【0005】
前記エレクトロガス溶接が適用できる板厚(開先の深さ)は、60mm程度までであり、板厚がこれ以上の極厚鋼板になると、開先部の端縁部に溶け込み不良が生じるなど、部分的な溶け込み不良を生じやすい。
【0006】
そこで、本発明者らは、溶け込み不良等の欠陥がなくかつ高能率な、極厚鋼板の溶接が可能な2電極エレクトロガス溶接装置を提案した(特開平10−118771号公報)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
前記2電極エレクトロガス溶接装置での極厚鋼板の溶接は、アークの安定性および溶接金属の切欠靭性の確保から、細径フラックス入りワイヤが用いられる。しかし、フラックス入りワイヤの溶融によって生成されるスラグは、摺動銅板側ワイヤのアークによってせき止められ、摺動銅板のスラグ逃がしから排出できず、溶融プールの摺動銅板側電極と裏当材側電極との間(ワイヤ極間)、および、裏当材側電極と裏当材の間、にスラグが滞在してスラグ跳ねが発生する。跳ねたスラグは、開先面および溶接トーチに付着して、開先幅が狭い裏当材側で電極が接触して溶接を中断したり、溶融プールにスラグが多く溜まって、溶接アーク熱が開先面に十分伝わらず、融合不良の発生や、良好な裏波ビードが得られない、という問題があった。
【0008】
本発明は、極厚鋼板の2電極エレクトロガス溶接において、スラグ跳ねがなくアークが安定して溶接作業性が良好で、裏波ビードが良好で融合不良のない健全な溶接部が得られるとともに、溶接を中断することなく高能率に溶接できる、2電極エレクトロガス溶接方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
(1)厚鋼板の2電極エレクトロガス溶接において、開先形状が開先ギャップを有するV開先の、板厚が40〜100mmの鋼板の開先裏面に、開先幅方向xの幅W1が裏面側開先ギャップよりも広いスラグ溜まり用の第1の溝さらに該第1の溝の中央部に幅W2が前記幅W1よりも狭く裏面側開先ギャップよりも広く第1の溝の底面から前記板厚の方向yに堀り下げた裏ビード形成用の第2の溝を設けた、前記開先幅方向xおよび板厚の方向yに直交する垂直方向zに延びる固形裏当材を当接して、前記開先内で前記板厚の方向yに分布する2電極を該板厚の方向yに揺動駆動して裏面側開先ギャップ側の溶融スラグを前記固形裏当材のスラグ溜まり用の第1の溝に流出させながら溶接することを特徴とする2電極エレクトロガス溶接方法。
【0010】
(2)裏面側開先ギャップの開先幅方向の幅は8〜15mm、第1の溝の幅W1は20〜45mm、かつ、第2の幅W2は12〜23mmであることを特徴とする上記(1)に記載の2電極エレクトロガス溶接方法。
【0011】
(3)第1の溝は深さ1.0〜2.0mm、かつ、第2の溝は深さが第1の溝底面から1.0〜2.0mmであることを特徴とする上記(1)又は(2)記載の2電極エレクトロガス溶接方法。
【0012】
なお、上記裏当材とは、金属酸化物や弗化物等を焼成または焼結した固形裏当材をいう。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1に、2電極エレクトロガス溶接装置を用いて溶接する状態の模式図を示す。溶接トーチ2の裏当材3側に裏当材側電極5を、溶接部をシールドするシールドガスのガス供給口9を有する摺動銅板10側に摺動鋼板側電極4を備え、ワイヤ極間距離11を一定に保ち、かつ裏当材3と摺動銅板10との間で電極を、揺動方向1に示すように、溶接開先の裏面と表面間を揺動しながら、アーク6により溶接金属8を形成して溶接する。
【0014】
溶融スラグ7は、摺動銅板10側のスラグ逃がし12より容易に逃がすことができるが、溶接トーチ2のト−チ間や裏当材3側の溶融スラグ7は、外部に逃がすことは困難で、スラグ跳ねが生じる。
【0015】
したがって、2電極エレクトロガス溶接を作業性良く、無欠陥で高能率に実施するには、溶接トーチ2のト−チ間や裏当材3側の溶接スラグ7の量をコントロールする必要がある。
【0016】
図2に、本発明の2電極エレクトロガス溶接用の裏当材3を、また、図3に、該裏当材3を開先裏面16に当接した例を、それぞれ示す。裏当材3表面の長手方向(z方向)中央部に、2段溝(13,14)を設け、2段溝はスラグ溜まり用の第1の溝13、第1の溝13の中央部に第1の溝13から堀り下げた裏ビード形成用の第2の溝14を設けている。
【0017】
鋼板15の板厚Tは、2電極の溶接トーチ2で溶接可能でかつ高温割れの生じない板厚T40mm以上とし、溶接速度の低下に伴う溶接入熱量増での溶接部の切欠靭性低下から100mm以下として、開先形状は開先ギャップを有するV開先で、溶接入熱量を低くするために溶接トーチ2のセット可能な範囲で狭開先とする。
【0018】
なお、裏当材3当接側の開先ギャップは8〜15mm、摺動銅板10側の開先ギャップは20〜30mm程度であることが、溶接作業性および溶接能率から好ましい。
【0019】
このように構成された2電極エレクトロガス用裏当材3を用いる本発明の溶接方法においては、フラックス入りワイヤの溶融によって生成された裏当材側電極5と裏当材3間の溶融スラグ7は、第1の溝13に流出して溶融プールに溜まることがない。また、溶接トーチ2間(ワイヤ4/5間)の溶融スラグ7は、溶融スラグ量の少ない摺動銅板10側および裏当材3側に流出するので溶融プールに溜まることがない。したがって、スラグ跳ねが生じずスラグが溶接トーチ2または開先面に付着することがないので、連続して安定した溶接ができる。さらに、溶接熱が開先面に十分伝わるので、融合不良が生じることがない。
【0020】
なお、裏当材3の開先裏面16への当接は、図3に示すように、アルミ箔,亜鉛箔などの金属箔の耐熱テープ17に接着剤を付けたもの、あるいは裏当材を開先裏面に押し付けるマグネットまたは拘束用治具で行う。また、裏当材3の開先裏面16への当接を良好とするために、裏当材3と開先裏面16との間にガラス繊維シートを挾んでも良い。
【0021】
裏当材3の第1の溝13の深さt1は、1.0〜2.0mmとする。第1の溝13の深さt1が1.0mm未満であると、フラックス入りワイヤの溶融によって生成された裏当材側電極5と裏当材3間の溶融スラグ7が流出しきれず、また、第1の溝13の深さt1が1.0mm未満で幅を広くしても溶融スラグ7は開先裏面16と第1の溝間13に流れていかず、溶接の進行に伴って溶融スラグ7が増加してスラグ跳ねが発生し開先面および溶接トーチ2に付着して、開先幅が狭い裏当材3側で裏当材側電極5が開先壁に接触して溶接が中断したり、溶接アーク熱が開先面に十分伝わらず、融合不良が発生するようになる。
【0022】
第1の溝13の深さt1が2.0mmを超えると、溶融スラグ7は第1の溝13に流出して溶融プールに溜まらずスラグ跳ねがなく良好であるが、図4の(a)に示すように開先裏面16に第1の溝部と第2の溝14部に溶接金属が突出して、裏ビードは二段ビード18となる。
【0023】
裏当材3の第1の溝13の幅w1は、20〜45mmとする。第1の溝13の幅w1が20mm未満であると、フラックス入りワイヤの溶融によって生成された裏当材側電極5と裏当材3間の溶融スラグ7が流出しきれずに、溶接の進行に伴って溶融スラグ7が増加してスラグ跳ねが発生し開先面および溶接トーチ2に付着して、開先幅が狭い裏当材3側で裏当材電極5が開先壁に接触して溶接が中段したり、溶接アーク熱が開先面に十分伝わらず、融合不良が発生するようになる。第1の溝13の幅w1が45mmを超えると、開先裏面16に第1の溝13部と第2の溝14部に溶接金属が突出して二段ビード18となる。
【0024】
裏当材3の第2の溝14の深さt2は、第1の溝13底面から1.0〜2.0mm、幅w2は12〜23mmとする。第2の溝14の深さt2が第1の溝13の底面から1.0未満であると、溶融スラグ7が多いので第2の溝14までスラグで被われて、図4の(b)に示すように、裏ビードが形成されない場合がある。第2の溝14の幅w2が12mm未満であると、裏ビードが良好に形成されず図4の(c)に示すように、アンダーカット19が生じる。第2の溝14の深さt2が、第1の溝13の底面から2mmを超えると、または第2の溝14の幅w2が23mmを超えると、図4の(d)に示すように裏ビードが出すぎてオーバーラップ20が生じる。
【0025】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。表1に示す各寸法の裏当材を試作した。溶接は、表2に示す成分,板厚の鋼板および開先形状として、同表に示す溶接条件で溶接長1000mmを2電極エレクトロガス溶接装置で溶接した。なお、溶接ワイヤ4,5は、JIS Z3319 YFEG−42C 1.6mm径のフラックス入りワイヤを用いた。
【0026】
溶接中のアーク状態および溶接終了後の裏ビード形状の観察をした後、マクロ試験片を各10個採取して溶け込み形状を調べた。それらの結果を表1にまとめて示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
表1中、試験No.1〜6が本発明の実施例、試験No.7〜14が比較例である。本発明の実施例である試験No.1〜6は、2段溝を設けた裏当材形状の深さおよび幅が適正であるので、フラックス入りワイヤの溶融によって生成した溶融スラグ7は、裏当材3の第1の溝13に流出してコントロールされて溶融プールに溜まることがないので、スラグ跳ねが生じず溶接トーチ2や開先面に付着することがないので、溶接熱が開先面に十分伝わって最後まで融合不良が生じることなく溶接できた。また、裏ビード形状も良好であるなど極めて満足な結果であった。
【0030】
比較例中の試験No.7は、裏当材3の第1の溝13の深さt1が小さいので、また、試験No.9は、第1の溝13の幅w1が小さいので、いずれも生成スラグ7が溶融プールに溜まりスラグ跳ねが生じ、試験No.7は溶接長650mmで、試験No.9は溶接長700mmで、跳ねたスラグが開先面および溶接トーチ2に付着蓄積して、溶接トーチ2の揺動が困難となったので溶接を中止した。また、マクロ断面を調べた結果溶融不良もあった。
【0031】
試験No.8は、第1の溝13の深さt1が大きいので、また、試験No.10は、第1の溝13の幅w1が大きいので、いずれも生成スラグ7の流出は良好でスラグ跳ねは生じず溶接中断および溶融不良は生じなかったが、裏ビードが二段ビードとなった。
【0032】
試験No.11は、第2の溝14の深さt2が小さいので、裏ビードが形成されなかった。
【0033】
試験No.12は、第2の溝14の深さt2が大きく、また、試験No.14は、第2の溝14の幅w2が大きいので、いずれも裏ビードにオーバラップが生じた。
【0034】
試験No.13は、第2の溝14の幅w2が小さいので、アンダーカットが生じた。
【0035】
【発明の効果】
以上のように本発明の2電極エレクトロガス溶接方法によれば、スラグ跳ねがなくアークが安定して溶接作業性が良好で、裏波ビードが良好で融合不良のない健全な溶接部が得られるとともに、溶接を中断することなく高能率に溶接できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 2電極エレクトロガス溶接装置を用いて溶接する状態の模式図であり、開先の縦断面を示す。ただし摺動銅板10は側面を示す。
【図2】 本発明の2電極エレクトロガス溶接で用いる裏当材を示す平面図である。
【図3】 本発明の2電極エレクトロガス溶接で用いる裏当材を開先裏面に当接した例を示す平面図である。
【図4】 (a),(b),(c)および(d)は、2電極エレクトロガス溶接方法によって形成された各種裏ビードの形状を示す平面図である。
【符号の説明】
1:揺動方向 2:溶接トーチ
3:裏当材 4:摺動銅板側電極
5:裏当材側電極 6:アーク
7:溶融スラグ 8:溶接金属
9:ガス供給口 10:摺動銅板
11:ワイヤ極間距離 12:スラグ逃がし
13:第1の溝 14:第2の溝
15:鋼板 16:開先裏面
17:耐熱テープ 18:二段ビード
19:アンダーカット 20:オーバーラップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The
[0002]
[Prior art]
As a vertical automatic welding method, electrogas welding is mainly used for steel wall welding of shipbuilding, cylindrical oil storage tanks, steel frames, bridges, heavy electrical equipment, steelmaking facilities, and the like. In electrogas welding, increasing the heat input by increasing the voltage and current results in high efficiency. However, because welding heat input is large in welding high-strength steel, notches such as weld metal and base metal heat-affected areas are cut off. It becomes a factor which degrades toughness.
[0003]
Recently, in order to maintain the soundness of the heat-affected zone, low-heat-input welding has tended to be strongly demanded. Electrogas welding for moving points is suitable for vertical welding of steel sheets because narrow groove welding with a groove cross-sectional area as small as possible can be performed with low heat input and high efficiency.
[0004]
An outline of an apparatus for performing such electrogas welding will be described. A water-cooled copper metal or a solid backing material is brought into contact with the back surface of a groove between two vertically-adjacent steel plates, and the surface is water-cooled. Applying a sliding copper alloy, a flat welding torch is inserted into the space surrounded by the groove (opposite the groove) and the groove of this sliding copper alloy, and this is vibrated at high speed in the plate thickness direction. The vertical welding of the groove is performed while continuously supplying the small-diameter flux-cored wire to the space through the welding torch and continuously driving the welding torch and the sliding copper plating upward.
[0005]
The plate thickness (groove depth) to which the electrogas welding can be applied is up to about 60 mm, and when the plate thickness is an extra-thick steel plate of more than this, a poor melting occurs at the edge portion of the groove portion, etc. Prone to partial penetration failure.
[0006]
Accordingly, the present inventors have a and high efficiency without defects such as poor penetration welding of very thick steel plate has proposed possible two electrode electro-gas welding device (JP-A 10-118771 JP).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
For the welding of an extremely thick steel plate using the two-electrode electrogas welding apparatus, a thin flux cored wire is used in order to ensure the stability of the arc and the notch toughness of the weld metal. However, the slag generated by the melting of the flux-cored wire is blocked by the arc of the sliding copper plate side wire and cannot be discharged from the slag relief of the sliding copper plate, and the sliding copper plate side electrode and backing material side electrode of the molten pool Slag stays between the wire (between the wire electrodes) and between the backing material side electrode and the backing material, and slag splash occurs. The splashed slag adheres to the groove surface and the welding torch, and the electrode comes into contact with the backing material side with a narrow groove width to interrupt welding, or a lot of slag accumulates in the molten pool, causing welding arc heat to be generated. There was a problem that the groove surface was not sufficiently transmitted, resulting in poor fusion, and a good back bead could not be obtained.
[0008]
In the present invention, in the two-electrode electrogas welding of an extra-thick steel plate, there is no slag splash, the arc is stable, the welding workability is good, the back bead is good, and a healthy weld with no poor fusion is obtained. It can be welded with high efficiency without interrupting the welding, and an object thereof is to provide a two-electrode electro-gas welding how.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) In the second electrode electro-gas welding of thick steel plates, a V groove which groove shape having a groove gap, the groove rear surface of the steel plate thickness is 40 to 100 mm, the width W1 of the groove width direction x is The first groove for slag accumulation wider than the back side groove gap, and the width W2 at the center of the first groove is narrower than the width W1 and wider than the back side groove gap from the bottom surface of the first groove. A solid backing material extending in the groove width direction x and the vertical direction z perpendicular to the plate thickness direction y and provided with a second groove for forming a back bead drilled in the plate thickness direction y is applied. In contact therewith, the two electrodes distributed in the plate thickness direction y in the groove are driven to swing in the plate thickness direction y, so that the molten slag on the back side groove gap side is accumulated in the slag reservoir of the solid backing material. first 2 electrode electro-gas welding direction, characterized by welding while the outflow into the groove of use .
[0010]
(2) The width in the groove width direction of the back surface side groove is 8 to 15 mm, the width W1 of the first groove is 20 to 45 mm, and the second width W2 is 12 to 23 mm. The two-electrode electrogas welding method according to (1) above .
[0011]
(3) the first groove depth 1.0~2.0mm and, of the second groove depth is characterized 1.0~2.0M m Der Rukoto from the first groove bottom The two-electrode electrogas welding method according to the above (1) or (2) .
[0012]
The backing material refers to a solid backing material obtained by firing or sintering a metal oxide, fluoride, or the like.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram showing a state of welding using a two-electrode electrogas welding apparatus. A backing
[0014]
The molten slag 7 can be easily released from the
[0015]
Therefore, in order to perform the two-electrode electrogas welding with high workability and high efficiency without defects, it is necessary to control the amount of the welding slag 7 between the torches of the
[0016]
Figure 2, the
[0017]
The plate thickness T of the
[0018]
In addition, it is preferable from welding workability | operativity and welding efficiency that the groove gap by the side of the
[0019]
Molten slag between the welding in the process, backing
[0020]
Na us, abutment against the groove
[0021]
The depth t1 of the
[0022]
When the depth t1 of the
[0023]
The width w1 of the
[0024]
The depth t2 of the
[0025]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Trial backing materials having the dimensions shown in Table 1 were produced. Welding was performed using a two-electrode electrogas welding apparatus with a welding length of 1000 mm under the welding conditions shown in the table, with the components shown in Table 2, the steel plate having the thickness, and the groove shape. The
[0026]
After observing the arc state during welding and the back bead shape after the end of welding, ten macro test pieces were sampled to examine the penetration shape. The results are summarized in Table 1.
[0027]
[Table 1]
[0028]
[Table 2]
[0029]
In Table 1, test no. 1 to 6 are examples of the present invention, test Nos. 7 to 14 are comparative examples. Test No. which is an example of the present invention. Since the depth and width of the backing material shape provided with the two-step grooves are appropriate for Nos. 1 to 6, the molten slag 7 generated by the melting of the flux-cored wire is formed in the
[0030]
Test No. in the comparative example. 7 has a small depth t1 of the
[0031]
Test No. No. 8 has a large depth t1 of the
[0032]
Test No. In No. 11, since the depth t2 of the
[0033]
Test No. 12, the depth t2 of the
[0034]
Test No. No. 13 had an undercut because the width w2 of the
[0035]
【The invention's effect】
According to the two electrode electro-gas welding how of the present invention as described above, the arc without slag splashing is has good weldability stable, the sound welds without good fusion poor penetration bead As well as being obtained, it is possible to weld with high efficiency without interrupting welding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a state where welding is performed using a two-electrode electrogas welding apparatus, and shows a longitudinal section of a groove. However, the sliding
It is a plan view showing a backing strip that are use in two-electrode electro-gas welding of the present invention; FIG.
3 is a plan view showing an example in which contact with a backing material that are use in two-electrode electro-gas welding groove back surface of the present invention.
4 (a), (b), (c) and (d) are plan views showing the shapes of various back beads formed by a two-electrode electrogas welding method. FIG.
[Explanation of symbols]
1: Swing direction 2: Welding torch 3: Backing material 4: Sliding copper plate side electrode 5: Backing material side electrode 6: Arc 7: Molten slag 8: Weld metal 9: Gas supply port 10: Sliding copper plate 11 : Distance between wire poles 12: Slag relief 13: First groove 14: Second groove 15: Steel plate 16: Groove back surface 17: Heat-resistant tape 18: Two-stage bead 19: Undercut 20: Overlap
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- 1998-10-05 JP JP28216298A patent/JP3741402B2/en not_active Expired - Lifetime
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