JPH03238173A

JPH03238173A - 片面サブマージアーク溶接法

Info

Publication number: JPH03238173A
Application number: JP3188990A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Oyama; 繁男大山; Ikuo Asada; 浅田　育雄; Nobuyuki Ohama; 大浜　展之; Ryuichi Motomatsu; 元松　隆一; Yukiyoshi Kitamura; 北村　征義
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 1991-10-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はＩ開先多電極片面サブマージアーク溶接法に係
わり、特に板厚２０ｍｍ以下の片面１層溶接において、
高速でしかも溶接欠陥発生の無い良好なビードを得る片
面溶接法に関するものである。

（従来の技術）従来、フラックス銅バッキングあるいはガラステープ＋
固型剤を裏当材として用いた片面サブマージアーク溶接
法は、その高能率性が認められ、特に造船の分野で広く
用いられてきたが、更なる能率の向上が望まれている。

この要求を満たすため解決しなければならない問題とし
て、開先形状がある。即ち、片面溶接では、Ｖ、Ｙ、Ｕ
開先を用いて施工するのが通例であり、そのためにわざ
わざ開先加工を施す必要がある。被溶接物端面を垂直切
りし、突合わせる■開先片面溶接を用いれば、開先加工
工程が省略化されるばかりでなく、溶着断面積を小さく
することが可能となり、施工能率を著しく向上させるこ
とができる。

しかしながら、従来の１開先片面溶接では、大径ワイヤ
を用いるため電流密度は小さく、また、アークは被溶接
物上方で発生し、表面熱源となるため深い溶込みは得ら
れず裏ビードが出にくく、安定した裏ビーが得られない
。また、裏ビードを出すため溶接電流を高電流にすると
表ビードの余盛が過多になり、さらに裏ビードが出たと
しても高電流によるアークプラズマ気流の増大によって
アンダーカット、スラグ巻込み等の溶接欠陥が発生し易
く、かつビード形状が梨型ビードになり耐割れ性が劣る
。

これらの問題点の改善を目的として、種々の施工方法が
試みられてきた。特開昭５０−８４１３３号公報では、
■型開光の下向多電極溶接において後行の電極位置を溶
接線上からずらし、第１電極は高電流◆低電圧、後行電
極は低電流・高電圧の条件で溶接を行う方法が提案され
ている。

即ち、第１電極を高電流・低電圧として深い溶込みを得
、後行電極を溶接線よりずらすことにより、先行電極に
よりできた余盛高さを横に広げて低くし、融合線が梨型
となるのを防ぐ方法である。

しかしながら、溶接電流を高電流にすると、裏ビードと
余盛のバランスの取れたビード形状が得られる適正条件
範囲が極端に狭くなるばかりでなく、後行の電極位置を
溶接線上からずらすため、適正な電極位置にしなければ
２段ビードになる問題が発生する等実用的とは良い難い
。

また、特開昭５３−１２７３４８号公報ではＩ開先に適
当な間隙を設け、先行電極の溶融先端を被溶接物の表面
より下部に潜行させ、かつ先行電極は高電流・低電圧の
条件で溶接を行う方法が提案されている。即ち、間隙を
設けたＩ開先を用い、先行電極の溶接条件を高電流・低
電圧とすることによりアーク発生位置を被溶接物の表面
より下部にし、溶込みを得る方法が提案されている。

しかしながら、この方法も先行電極溶接電流を高電流に
するため、裏ビードと余盛のバランスの取れたビード形
状が得られる適正条件範囲が極端に狭くなるばかりでな
く、先行電極の電圧が極端に低いため、良好なビード外
観を得る条件は極端に狭くなり、実用性の面で大きな問
題となる。

（発明が解決しようとする課題）本発明はＩ開先多電極片面サブマージアーク溶接に関し
、特に板厚２０恥以下の片面１層溶接において、１．０
ｍ／ｍ１ｎ以上で高速溶接する際に、ハンピングビード
やアンダーカット等の欠陥が生じず、良好なビード形状
を得ることができるサブマージアーク溶接法を提供する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明が要旨とするところは、■開先多電極片面サブマ
ージアーク溶接法において、ワイヤ径ｄが１．０〜３．
５ｍｍφである溶接ワイヤ２本を溶接線と並行に配置し
、かつ同一の溶接電源とワイヤ送給機構を共有させて１
つの電極とし、これを少なくとも第１電極に用い、開先
間隙をワイヤ径の１．２倍〜１．５倍とすることを特徴
とする片面サブマージアーク溶接法にある。

（作　　用）以下本発明の作用について詳細に説明する。

第１図は本発明の一例である３電極サブマージアーク溶
接法を模式化した側面図であり、溶接部は理解を容易に
するため一部を断面図としている。

図中１は第１電極を構成する１、Ｂ〜３．５關φの細径
ワイヤであり、高速回転のワイヤ送給機３に直結された
ツインワイヤ送給ローラ４によって高速送給され、ツイ
ンワイヤ用の電極チップ５によって所定のワイヤ間隔７
を保持させながら並列アーク８を発生させる。

このツインワイヤの間隔は安定かつソフトな溶接アーク
を形成させるに際して影響し、この間隔が小さすぎると
集中性の高い不安定なアークとなり、良好な裏ビード形
成が得られなくなる。一方、この間隔が大きすぎるとそ
れぞれが独立した溶接アークとなるため、裏ビード形成
が幅狭の凸状傾向となり好ましくない。

適切な間隔は溶接条件によって異なるが、ワイヤ径をｄ
ｍｍとするとワイヤ中心間の距離にして２ｄ〜５ｄが適
切である。一方、第２電極および第３電極で使用される
溶接ワイヤ２は、従来法と同様の１本の大径ワイヤを使
用する。なお、この場合第２、第３電極に第１電極と同
様な細径ワイヤ２本による並列アーク方式にしても差し
支えない。

本発明者らはアーク現象につき種々検討した結果、以下
の知見を得た。単位アーク当りのプラズマ気流の強さは
、その溶接電流に比例すると考えられ、並列アークによ
ってアークプラズマ気流がソフトになる。

これは、単位電極に投与された電流がそれぞれの溶接ワ
イヤに分流して並列アークが点弧するため、集中性の低
いプラズマ気流となり、全体としてのアークプラズマ気
流が大径ワイヤに比し小さくなるためであり、アークが
ソフトになることにより裏ビードを形成するに際し、凸
状傾向となり難く、アンダーカット等の欠陥の無い良好
な裏ビード形状を得ることができる。

また、細径ワイヤを２本使用するため、同一溶接電流値
で比較した場合、ワイヤ溶融効率が大径に比べ高く十分
な溶着量が得られるため、高速化が可能となるばかりで
なく、同一溶着量を得るのにより低い電流値ですむこと
になり、アークプラズマ気流をより低く抑制できる効果
もある。

ツインワイヤの径を１．０〜３．５ｍｍとしたのは、１
．０ｍｍ未満ではワイヤ突出し部分でのジュール熱効果
が著しく、溶接チップと母材間でワイヤのヒユーズ現象
が発生し、アーク長が一定せず溶接電圧変動が大きくな
り、安定した溶接か維持できない。また、ワイヤか細す
ぎてツインワイヤを高速送給する上において、ワイヤの
全屈など送給不良を起こし易く、安定な溶接が困難にな
る。

一方、３．５ｍ■超ではワイヤが太いため各ワイヤでの
電流密度が小さくなり、安定した並列アークの維持が困
難となるばかりでなく、ワイヤ溶融効率も低くなり、同
一溶接電流における高溶着量確保の効果が失われる。

上記のような効果の得られる方法を、第１電極に用いる
ことにより良好な裏ビード形状が得られる。

第２図は本発明の開先形状を示す正面図である。

第１電極のワイヤ１は■開先の左右の被溶接物１２−１
．　１２−２間に設けられたワイヤ径の１．２倍〜１．
５倍の間隔を有す間隙中にあり、アークはこの間隙中、
被溶接物の表面より下部で発生する。

開先に間隙を有し、かつ第１電極のアークはこの間隙中
、被溶接物の表面より下部で発生させることにより深い
溶込みが得られる。この場合、開先に設けた間隙をワイ
ヤ径の１．２倍〜１．５倍としたのは、１．２倍未満で
は間隙か狭くなり、アークが被溶接物上方で発生し深い
溶込みが得られなくなる。

一方、１．５倍超では間隙の幅が広くなりすぎ、間隙を
挟んだ被溶接物の一方でアークが発生する片側溶融にな
るばかりでなく、アークがふらつく等不安定になり、良
好な裏ビードが得られない。

なお、スタートに際しては間隙にスチールウール、カッ
トワイヤ等を挿入し、スタートさせるものとする。

本発明溶接法はＩ開先片面サブマージアーク溶接法であ
り、溶接材料として表側フラックス、バッキングフラッ
クスおよび電極ワイヤを必要とするが、これら溶接材料
に関しては、目的に応じた溶接金属が得られればその組
成については特に限定されるものではない。即ち、表側
フラックスとしては、Ｓ　１０２　、　　Ａ　Ｄ　２０
　ｓ　１Ｍ　ｇ　Ｏ。

ＭｎＯ，ＴｉＯ等の金属酸化物、Ｃａ　Ｆ　２等の金属
弗化物、Ｃａ　ＣＯＭ　ｇ　ＣＯａ等の金属炭３′ 酸塩、Ｓｔ、Ｍｎ等の脱酸剤、Ｎｉ、Ｍｏ等の合金剤あ
るいは鉄粉を適宜配合してつくられたフラックスを用い
ればよく、その形態もメルト型、ボンド型のいずれかの
フラックスでもよい。バッキングフラックスに関しても
同様である。

電極ワイヤに関しては、目標性能に合わせて選択される
ものであるが、Ｍｎ：０．３〜３．２％、ＭＯ二〇、１
５〜０．７５％の一種または二種以上を含有するワイヤ
が強度を確保する上で好ましい。

（実　施　例）第１表に示す鋼板を用いて、第２表に示すワイヤ、第３
表に示す表側フラックスおよび第４表に示すバッキング
フラックスを用いて、■開先片面サブマージアーク溶接
を行った。

第３表および第４表に示すフラックスは、原料粉を水ガ
ラスで造粒した後焼成したボンドフラックスであり、フ
ラックス粒度は１２Ｘ１００メツシユである。また、第
４表の裏フラックスは銅当金併用型の裏フラックスであ
り、フェノール樹脂はアルコールを溶媒として溶解し、
粘液とした後フラックス粒子に被覆した。

　０第５表に溶接条件および結果を示す。

第表第表第表（ｗｔ、％）Ｓ１０２ＣａＯＣａＦ２丁１０２１０２Ｍ１２Ｏ３鉄粉
　合金　その他第表その他二Ｃ０２゜Ｆｅｄ。

Ｎ　ａ　２０゜Ｋ２Ｏなど１本発明を用いた１〜５ではいずれも良好な溶接部を得る
ことができた。

これに対して比較例６では、本発明例２と同条件である
が、大径ワイヤを用いたことにより溶込みが不十分で裏
ビードが十分に出す、かつ表ビードの余盛りが大きくな
った。比較例７は大径ワイヤを用いて十分な溶込みを得
ようと、第１電極を高電流・低電圧にしたところ裏ビー
ドが凸になり、アンダーカットが発生した。比較例８は
本発明例４と同条件であるが、開先間隙が狭いため被溶
接物上方でアークが発生し、裏ビードが出す、表ビード
の余盛りが大きくなった。比較例９は本発明例５と同条
件であるが、開先間隙が広いため開先内の片側のみにア
ークが発生し、片よりビードとなった。

（発明の効果）本発明は以上のように構成され、従来多電極片面サブマ
ージアーク溶接法において困難であった、Ｉ開先の高速
溶接が容易になり、良好なビードを形成することができ
、工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の模式化した部分断面側面図、第２
図は本発明の開先形状を示す正面図である。１：細径溶接ワイヤ　　　２：太径溶接ワイヤ３：ワイ
ヤ送給機４；ツインワイヤ用送給ローラ５：ツインワイヤ用電極チップ６：大径ワイヤ用電極チップ７：ツインワイヤのワイヤ間隔８：並列アーク　　　　　９；従来アーク１０：溶接フ
ラックス　　　１１；裏フラックス１２、１２−］、、
　］１２−２：被溶接物１３：銅当金　　　　　　１．
４．１５ニスラグ１６：裏スラグ　　　　　　１７．１
８：溶融プール１９．２０：溶接金属　　　　２１：エ
アーホースＷ：溶接方向代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫３４５

Claims

【特許請求の範囲】

Ｉ開先多電極片面サブマージアーク溶接法において、ワ
イヤ径ｄが１．０〜３．５ｍｍφである溶接ワイヤ２本
を溶接線と並行に配置し、かつ同一の溶接電源とワイヤ
送給機構を共有させて１つの電極とし、これを少なくと
も第１電極に用い、開先間隙をワイヤ径の１．２倍〜１
．５倍とすることを特徴とする片面サブマージアーク溶
接法。