JP4627029B2

JP4627029B2 - 片面サブマージアーク溶接用裏当材

Info

Publication number: JP4627029B2
Application number: JP2005301369A
Authority: JP
Inventors: 克壮小林; 統宣佐藤; 康弘川上
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-10-17
Also published as: JP2007105785A

Description

本発明は、造船、橋梁、鉄骨分野等の鋼構造物の製造に多用されている片面サブマージアーク溶接方法にて使用される裏当材に関する。

通常、裏当材を使用した片面サブマージアーク溶接方法においては、裏当材を被溶接材である鋼板の開先の裏面側にマグネットクランブなどを用いて密着させて固定する。このとき、裏当材の密着性を均一にするため、裏当材の鋼板側の面に緩衝材を設け、更に裏当材における鋼板の反対側の面に鋼又はアルミニウム製の裏当治具を設けて、この裏当治具により裏当材を支持するように構成することが多い。

片面サブマージアーク溶接方法は、被覆アーク溶接及びガスシールドアーク溶接等の溶接方法と比較して、溶接入熱が大きいことから、溶接熱が裏当治具に伝導することにより、熱ひずみが生じ、裏当材と鋼板との密着性が低下し、裏ビードの形状不良及び鋳ばりが発生する場合がある。また、裏当治具は溶接熱を繰り返し受けることにより、損傷しやすく、場合によっては、裏当治具が溶接中に裏当材とともに落下して溶接作業を中断せざるを得なくなるという問題点があった。

いずれの場合も、溶接作業の後にガウジング又はグラインダ等による手直し作業が必要であり、その余分な手直し作業が生産性の低下をもたらす。

また、溶接金属の機械的性能を維持するため、溶融中の溶接金属を大気から遮断する必要性があるが、溶接熱により固形フラックスが反応して、ガスが発生してしまう。このガスは、裏当材に遮断されて溶融金属と裏当材との間に滞留するが、この発生ガスが裏当材中に必要以上に滞留することは、溶接金属中のガス欠陥の原因となる。このため、裏当材としては、ガス抜け性についても考慮することが必要となる。

更に、被溶接鋼板の形状は鋼構造物の部位により異なり、曲面部位を溶接する場合にはその曲面に合わせて裏当材を曲げ密着させる必要があり、このため、裏当材には可撓性も要求される。

このような片面サブマージアーク溶接用裏当材に関する従来技術として、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に開示された片面サブマージアーク溶接用裏当材は、板状の固形フラックスの上面にガラス繊維シートを配置し、下面に緩衝材を配置し、これらを被包材で覆い、更に、上面側の両側部に被溶接材としての鋼板に裏当材を仮固定するための両面接着テープを設け、鋼板に重なる面以外の面（固形フラックスの下面及び両側面）を覆うようにアルミニウム粘着シートを設けたものである。

特開２００２−２６３８９０号公報

しかしながら、この粘着シートは、裏当材本体、即ち、固形フラックス、緩衝材及びガラス繊維シートを被包材で覆ったもののばらけを防止するものであるが、この粘着シートが、裏当材からのガス抜け性を劣化させ、結果として溶接部にガス欠陥を発生させてしまうという問題点がある。

また、緩衝材は固形フラックスの外面側に設けられていて、裏当材を被溶接鋼板の裏側に固定する際に鋼板との密着性と曲面部材に対する可撓性を得るために設けられているが、断熱材としての性能については、考慮されていない。このため、溶接熱が、裏当材の裏面側の裏当治具に伝導し、熱歪みにより裏当治具が損傷することが十分に防止されていない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接熱から裏当治具を十分に保護することができると共に、裏当材のガス抜け性を向上させることができ、断熱性及び可撓性が優れていると共に、被溶接板に対する密着性が優れ、更には緩衝材としての性能も優れた片面ガスシールドアーク溶接用裏当材を提供することを目的とする。

本発明に係る片面サブマージアーク溶接用裏当材は、断熱材及びこの断熱材の上に積層された固形フラックスを具備する裏当材本体と、この裏当材本体の前記断熱材側の表面と裏当材本体の両側面の一部とを覆う粘着シートとを有し、前記断熱材は、単層同士、複層同士又は単層と複層との重ね合わせ構造を有するダンボールからなり、前記固形フラックスの平均厚さが４ｍｍ以上８ｍｍ以下、前記断熱材の厚さが２ｍｍ以上１３ｍｍ以下であり、前記粘着シートは前記裏当材本体の両側面については、前記断熱材側の表面から前記断熱材の厚さｔの１／２（＝１／２ｔ）以上の領域を覆い、前記固形フラックスの前記断熱材の反対側の表面から２ｍｍ以上の領域は前記粘着シートで覆わないことを特徴とする。

本発明によれば、粘着シートの端部位置を、前記固形フラックスの被溶接鋼板側の表面、即ち、固形フラックスにおける断熱材の反対側の表面から２ｍｍ以上はなれた位置とし、この固形フラックスの被溶接鋼板側の表面と粘着シートの端部との間は、粘着シートに覆われていないようにしたので、固形フラックスにて溶接熱によりガスが発生しても、このガス抜け性は良好である。

また、固形フラックスの平均厚さを４ｍｍ以上８ｍｍ以下としたので、曲面部位の溶接時に必要とされる裏当材自体の可撓性も十分であり、鋼構造物の製造に不可欠な溶接工程における生産性低下を防止し、健全なビード形状と機械的性能を確保できる。

更に、断熱材の厚さが２ｍｍ以上１３ｍｍ以下であるので、固形フラックスと裏当治具との間に、十分な断熱性が得られる。よって、裏当治具の熱歪みによる損傷を防止することができる。

次に、本発明の実施形態の片面サブマージアーク溶接用裏当材について、図１を参照して具体的に説明する。

本実施形態に係る裏当材においては、裏ビードの余盛高さを調整するための板状の固形フラックス１と、この固形フラックス１の被溶接鋼板側の面に重ねられ、裏ビードを形成するためのガラス繊維シート２と、裏当治具への断熱材と緩衝材として機能する断熱材３とを積層して、裏当材本体が構成されている。そして、これらの固形フラックス１、ガラス繊維シート２及び断熱材３からなる裏当材本体は、被包材４により一体的に被覆されている。

また、この裏当材本体の被溶接鋼板の反対側の表面と、その両側面の一部を覆うようにして、アルミニウム製等の粘着シート５が設けられている。即ち、この粘着シート５は、裏当材本体の断熱材３側の表面（被溶接鋼板の反対側の表面）の全域を覆い、更に、裏当材本体の角部で折れ曲がって、裏当材本体の両側面の一部を覆うように配置されている。この粘着シート５の両端部は、裏当材本体の断熱材３側の表面から、断熱材３の厚さｔの１／２（＝１／２ｔ）以上であって、固形フラックス１における断熱材３の反対側の表面から２ｍｍ以上離れた位置まで延びている。即ち、粘着シート５は、裏当材本体の側面の断熱材３側の部分において、断熱材３の厚さｔの１／２（＝１／２ｔ）以上の領域を覆い、固形フラックス１における断熱材３の反対側の表面から２ｍｍ以上離れた位置までの領域は、粘着シート５に覆われていない。この粘着シート５は、溶接後に、マグネットクランプを外した際においても、裏当材がばらけないように、裏当材の両側面の一部と裏面を覆うものである。また、裏当材本体の被溶接鋼板側の面、即ち、ガラス繊維シート２側の面の両側部には、裏当材をマグネットクランプにより固定する際に、裏当材を被溶接鋼板に仮付けするための両面テープ６が設けられている。

固形フラックス１の平均厚さは４ｍｍ以上８ｍｍ以下、断熱材３の厚さは２ｍｍ以上１３ｍｍ以下である。この断熱材３の厚さは複数層の場合は、全体の厚さである。断熱材３の材質としては、ダンボール等があるが、このダンボールは、単層同士、複層同士又は単層と複層の重ね合わせ構造とする。ダンボールは、表ライナーと、裏ライナーと、これらのライナー間に設けられた波形の中芯とから構成された単層のものと、表ライナーと、裏ライナーと、中心ライナーと、これらの表ライナー及び中心ライナー間並びに裏ライナー及び中心ライナー間に夫々設けられた波形の中芯とから構成された２層のものと、更に３層以上にしたものとがあり、これらの単層又は複層（２層以上のもの）が市販されている。本実施形態においては、単層と単層とを組み合わせたもの（単層のダンボールと単層のダンボールとを２枚以上使用すること）、複層と複層とを組み合わせたもの、及び単層と複層とを組み合わせたもののいずれかを使用する。しかし、ダンボールの枚数は、生産性を考慮すると、少ない方が良い。

図２（ａ）、（ｂ）は、裏当材をその長手方向に平行な断面で見た断面図であり、図１に直交する方向の断面図である。但し、図２において、図１に示す被包材４、粘着シート５及び両面テープ６は図示していない。裏当材は、固形フラックス１と断熱材３とを重ね合わせたものに対し、固形フラックス１上のガラス繊維シート２が、裏当材の長手方向の両端部で、断熱材３の裏側まで回り込むように延びている。この場合に、図２（ｂ）に示すように、断熱材３の下面上において、ガラス繊維シート２の段差が生じる。そこで、図２（ａ）に示すように、この断熱材３の下面にガラス繊維シート２の厚さに見合う厚さの他の断熱材３を重ねて配置するようにすることが好ましい。これにより、裏当材の背面をアルミニウム製等の裏当治具で支持する際に、均一に裏当力が裏当材に印加される。なお、ガラス繊維シート２の厚さは通常１．５ｍｍ程度である。そこで、段差を解消するために設けられる断熱材としては、２〜３ｍｍ程度が好ましい。

本発明者らは、片面サブマージアーク溶接用裏当材における断熱性の改善、裏当材本体のばらけ防止、ガス抜け性及び可撓性といった諸問題を解決するため、種々検討した結果、固形フラックスと断熱材の厚さには最適値範囲があること、及び裏当材本体をまとめる粘着シート５の配設位置には最適範囲があることを見出し、本発明を完成したものである。

固形フラックス１の平均厚さ：４ｍｍ以上８ｍｍ以下
固形フラックス１の平均厚さは、裏当材幅方向の両端における固形フラックス１の厚さの平均値であり、板厚が異なる継手部の溶接等の用途の場合に、固形フラックス１の幅方向の両端の厚さが異なる場合がある。このため、固形フラックス１の厚さは、平均値とした。

固形フラックス１の平均厚さが４ｍｍ未満であると、大入熱溶接である片面サブマージアーク溶接に耐えることができず、溶接アークが固形フラックス１を貫通し、溶接金属が溶け落ちるため、作業を中断せざるを得ない。また、固形フラックス１の平均厚さが８ｍｍを超えると、固形フラックス１の可撓性が劣化し、被溶接鋼板が曲面部材である場合の裏当材の固定が困難となる。

固形フラックス１は、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ又はＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２を主成分とするフラックスを固化形成したものであり、ガラス繊維シート２は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、又はＮａ_２Ｏ等を主成分とするガラス繊維からなるものである。更に、被包材４は、ポリプロピレン等の熱収縮性フィルムを使用できる。

断熱材３の厚さ：２ｍｍ以上１３ｍｍ以下
断熱材３の厚さが２ｍｍ未満であると、断熱性が乏しく、結果として裏ビード形状の不良及び手直し作業の発生、並びに裏当治具の脱落により生産性の低下につながる。また、断熱材３の厚さが１３ｍｍを超えると、可撓性が劣化し、裏当材の曲面部材への固定が困難となるだけでなく、マグネットクランブによる押上圧力が不安定となることで、鋼板との密着性が劣化し、裏ビードの形状不良が生じる。

粘着シート５の端部位置
粘着シート５の端部は、裏当材本体の側面における断熱材３側の裏当材本体表面から断熱材３の厚さｔの１／２（＝１／２ｔ）離れた位置と、固形フラックス１における断熱材３の反対側の表面から２ｍｍ離れた位置との間に、位置する。従って、裏当材本体の側面は、固形フラックス１における断熱材３の反対側の表面から２ｍｍ以上の領域は、粘着シート５で覆われていない。また、断熱材３側の裏当材本体表面から、断熱材３の厚さｔの１／２（＝１／２ｔ）以上の領域は、粘着シート５に覆われている。

裏当材本体をばらけないように固定する粘着シート５の端部位置が断熱材３の厚さの１／２未満であると、裏当材本体の固定が不十分であり、ばらけが発生する。一方、粘着シート５の端部位置が固形フラックス１の上面から２ｍｍ未満であると、ガス抜け性が劣化し、溶接部にガス欠陥が発生する。

更に、断熱性及び可撓性等の裏当材の必要特性を得るためには、断熱材３の材質はダンボールであることが必要であり、その構造は単層と複層との重ね合わせ構造であることが好ましい。

次に、本発明の効果を実証するために行った片面サブマージアーク溶接の結果について説明する。被溶接鋼板は板厚２０ｍｍとし、裏当材の可撓性を評価するため、溶接線方向に曲率半径１００００ｍｍの曲げ加工を施した。

開先形状は図３に示すとおり、Ｖ形開先角度５０°、ルート間隔２ｍｍとし、溶接条件は下記表１に示すとおりである。また、裏当材の標準寸法は、幅が５５ｍｍ、長さが６００ｍｍであり、評価内容は断熱性、可撓性、裏当材本体のばらけの有無、及び裏ビード外観である。この本発明の実施例と比較例の評価結果を下記表２に示す。

但し、表２において、ダンボールの構造の欄において、「単」とはダンボールが単層の場合、「複複」とは複層と複層との組み合わせの場合、「複単」とは複層と単層との組み合わせの場合である。粘着シートの端部位置は固形フラックスの上面（被溶接鋼板側の表面）からの距離である。また、断熱性の欄において、○は裏当治具の変形及び変色がない場合、×は裏当治具の変形又は変色がある場合を示す。更に、可撓性の欄において、○は固形フラックスの破損、及び鋼板との密着性不良による裏ビードの形状不良が発生しなかった場合、×は固形フラックスの破損又は裏ビードの形状不良が発生した場合を示す。更に、総合評価方法の○は良好、×は不良を示す。

実施例Ｎｏ．１〜６は、固形フラックスの平均厚さ（ｍｍ）、断熱材の厚さ（ｍｍ）、粘着シートの端部位置が本発明の範囲内であり、断熱性、可撓性、裏当材本体の耐ばらけ性、及びビード外観の全てが良好であった。

これに対し、比較例７は固形フラックスの平均厚さが本発明範囲の下限未満であるので、溶接中に溶接金属が溶け落ち、溶接作業が中断した。比較例８は固形フラックスの平均厚さが本発明範囲の上限を超えているので、可撓性が乏しく、鋼板との密着性が確保できなかったため、裏面ビード形状不良が発生した。

比較例９は断熱材の厚さが本発明範囲の下限未満であるので、溶接中に裏当治具が変形し、裏面ビード不良が発生した。また、裏当治具は溶接熱により変色していた。比較例１０は断熱材の厚さが本発明範囲の上限を超えているので、可撓性が乏しく、鋼板との密着性が確保できなかったため、裏面ビード形状不良と鋳ばりが発生した。

比較例１１は粘着シートの端部位置が本発明範囲である固形フラックスの上面からの距離の規定値未満であるため、ガス抜け不良となり、ガス欠陥が発生した。

比較例１２は粘着シートの端部位置が本発明範囲である断熱材の底面からの位置の規定値未満であるので、溶接後に裏当材のばらけが発生し、溶接作業の障害となり生産性が劣化した。

なお、本発明に係る裏当材を構成する固形フラックス、ガラス繊維シート、被包材、粘着シート、両面テープは従来周知の材料を使用することができる。また、本発明は、溶接材料、鋼材及び開先形状等により特に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る裏当材を示す断面図である。裏当材の長手方向断面図である。実施例における開先形状を示す図である。

符号の説明

１：固形フラックス
２：ガラス繊維シート
３：断熱材
４：被包材
５：粘着シート
６：両面テープ

Claims

断熱材及びこの断熱材の上に積層された固形フラックスを具備する裏当材本体と、この裏当材本体の前記断熱材側の表面と裏当材本体の両側面の一部とを覆う粘着シートとを有し、前記断熱材は、単層同士、複層同士又は単層と複層との重ね合わせ構造を有するダンボールからなり、前記固形フラックスの平均厚さが４ｍｍ以上８ｍｍ以下、前記断熱材の厚さが２ｍｍ以上１３ｍｍ以下であり、前記粘着シートは前記裏当材本体の両側面については、前記断熱材側の表面から前記断熱材の厚さｔの１／２（＝１／２ｔ）以上の領域を覆い、前記固形フラックスの前記断熱材の反対側の表面から２ｍｍ以上の領域は前記粘着シートで覆わないことを特徴とする片面サブマージアーク溶接用裏当材。