JPH03238174A - 高速片面サブマージアーク溶接法 - Google Patents

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、３電極以上の多電極を用いて行う片面サブマ
ージアーク溶接法に係わり、更に詳しくは、溶接速度１
００ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速で行う高能率な片面サブマ
ージアーク溶接法に関するものである。

（従来の技術） 従来より、厚板の高能率溶接法として、片面サブマージ
アーク溶接法が造船を中心にさかんに適用されてきた。

ところが、効率化追求のレベルは増々高くなり、従来の
溶接速度に比べ１．５〜２倍の高速性を加味した溶接法
が要望されている。

しかしながら、従来の片面サブマージアーク溶接法は、
特公昭４８−２２５７２号公報や特公昭４９−３８４２
０号公報等に開示されているが如く、いずれも溶接速度
１００ｃｍ／ｍｉｎ未満である。

一方、表側および裏側より、各々溶接する通常の継手溶
接においては、溶接速度１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の多電
極溶接が、数多く開示されているが、この技術をそのま
ま片面サブマージアーク溶接法に適用することは困難で
ある。通常の多電極溶接においては、溶は込みおよび溶
着量を確保するため、かなり強引に電流を上げても溶は
落ちの心配がなく、また、裏ビード形成のための特別の
配慮が必要でないため、高速化も比較的容易に達成でき
る。

しかし、片面サブマージアーク溶接においては、表ビー
ドはもちろんのこと、健全な裏ビードをも同時に形成す
ることが要求されるので、高速化を達成するために、い
たずらに電流を上げると、裏ビードが出すぎてビードが
不均一になり、極端な場合には横割れが発生することに
なる。さらに、溶接速度が速いとビードか細くなり、裏
ビード端部にアンダーカットが発生し易くなる。加えて
、高速ゆえに溶接金属の凝固が速く、第６（ａ）図に示
すが如く、結晶の成長方向（デンドライト）が突合せに
なり、非常に割れ易い組織となる。

従って、片面サブマージアーク溶接においては、溶接速
度１００ｃｍ／ｍｉｎ以上に踏み込んだ技術は、未だ達
成されていないのが現状である。

尚、ここでいう片面サブマージアーク溶接法とは、第５
図（ａ）　、　（ｂ）に示すように、突合された被溶接
材１．１′の裏面から、銅当金２上に層状に散布したバ
ッキングフラックス４、または耐火性キャンバスフ内に
収納されたバッキングフラックス４をエアーホース５等
の押上機構により被溶接材１，１′の裏面に押圧してお
き表側よりワイヤ３、フラックス６を用いてサブマージ
アーク溶接を行い、被溶接材の表側と裏側に同時にビー
ド形成する溶接方法である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記高速片面サブマージアーク溶接法におい
て、健全な裏ビードを形成する溶接法を提供することを
第１の目的とするとともに、あわせて満足できる表ビー
ドをも形成する溶接法を提供することを目的としたもの
である。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記事情に鑑み、種々検討した結果、以下
の知見を得た。即ち、高電流・高速の片面サブマージア
ーク溶接において健全な裏ビードを得るためには、 （１）裏ビードは、第１．第２電極によってのみ形成し
、高電流による電流密度増加に伴うア−りの集中性をソ
フトにするため、所定以上の太さを有するワイヤを用い
ること。

（２）第１．第２電極の電流和と溶接速度が、特別な関
係を満足した時のみ裏ビードが形成できること。

の２点が重要である。

即ち、本発明の要旨とするところは、「３電極以上を用
いる片面多電極サブマージアーク溶接法において、第１
電極および第２電極のワイヤ径を４．０ｍｍφ以上とし
、かつ、第１電極の電流をＩ。

（Ａ）、第２電極の電流をＩ２　（Ａ）、溶接速度をＳ
　（ａｍ／ｍ１ｎ）とした時、 １００≦Ｓ≦２００、かつ ４　（Ｓ＋５７５）≦ＩＩ　＋Ｉ２≦４　（Ｓ＋７２５
）を満足することを特徴とする高速片面サブマージアー
ク溶接法」である。

また、更に満足できる表ビードをも形成する必要がある
場合、 「第２電極と第３電極との距離を１５０〜３００＋ｎｍ
とし、かつ、第３電極の電流を１３（Ａ）とする時、■
３≦０．８５（ＩＩ＋１２）であるか、またはワイヤ径
が１．２〜２．４開φの溶接ワイヤ２本を一対として同
一のワイヤ送給機構によって発生させる並列アークを１
単位の電極とし、この電極を第３電極以降の少なくとも
１つの電極に用いることを特徴とする高速片面サブマー
ジアーク溶接法」である。

（作　　用） 以下に、本発明について詳細に説明する。まず、本発明
においては３本以上の電極を用いることが必要である。

これにより、第１．第２電極で裏ビードを形成し、第３
電極以降で表ビードを形成し、必要な溶着量を確保する
ことが可能となる。

〔ワイヤ径の限定理由〕

まず、第１．第２電極のワイヤ径について述べる。溶着
量を増やすためには電流密度を上げることが効果があり
、そのためワイヤ径を小さくすることが考えられるが、
本発明のように高速の片面溶接の場合、ビードが非常に
細くなり易い。また、細径の場合アークが集中し、ビー
ドが凸になり、アンダーカットが発生し易い。従って、
アークをソフトにし、ビードを広げるために第１．第２
電極のワイヤ径を太くする必要がある。この場合、４．
０ｍｍ未満では効果がなく、４．０ｍｍ以上にする必要
がある。

〔溶接速度と第１．第２電極の電流和の関係〕ところで
、一般に電流が増加すると溶融池（プール）が大きくな
るため、裏ビードが出やすくなるが、極端な場合割れが
発生し易くなる。

方、速度が速くなると溶融池が細長くなるか、溶着量が
減少するので、溶融金属の供給が不足し、その結果裏ビ
ードが出にくくなり、極端な場合はアンダーカットにな
る。従って、単純に電流を増加し、速度を上げるだけで
は裏ビードが出すぎるかあるいは全く出ない状況となり
バランスのよいビード形成は困難であった。

このような高電流・高速片面サブマージアーク溶接の問
題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、第１電極の電
流ＩＩ　　（Ａ）と第２電極の電流■２（Ａ）との和（
Ｉｌ＋１２）と溶接速度Ｓ（ｃｍ／ｍ１ｎ）が特別な関
係を満足した時のみ、非常に良好な裏ビードを形成でき
ることが判明した。

第１図は第１．第２電極の電流和と溶接速度が裏ビード
形成に及ぼす影響を調査したものである。

溶接は、第４図に示すように板厚ｔ　＝　Ｉ　Ｂｍｍ　
％ルートフェースｄ＝５ｍｍ、開先角度θ−５０’で実
施した。また、第１．第２電極の距離は３５＋＋＋＋＊
とじた。

この場合、余盛高さ１．５〜３．５＋ｎｍを良好な範囲
とし、１．５間未満を余盛不足、３．５ｍｔｏ超は出す
ぎと判断した。第１図において、Ｏに付属した数字は裏
ビードの余盛り高さを表し、・は全く裏ビードが出てい
ない場合である。溶接速度が２００ｃｍ／ｍｉｎを超え
ると電流の如何にかかわらず裏ビードを出すことはでき
なかった。その結果、本発明者らは、 １００≦Ｓ≦２００、かつ、 ４　（Ｓ＋５７５）≦１．＋１２≦４　（Ｓ＋７２５）
であれば、アンダーカットも割れもない健全な裏ビード
が得られることを新規に知見した。

本発明においては、以上の如く３電極以上の高連片面サ
ブマージアーク溶接で、特定の太さを有するワイヤを第
１．第２電極に配置し、かつ、この場合の第１．第２電
極の電流和ど溶接速度の関係を特定することが必須条件
である。

第２図に本発明の電極の配置の一例を示した。

図中８は第１電極、９は第２電極、ｌＯは第３電極、１
１は被溶接材１の開先底面、１２は被溶接材１の表面、
１３は第１〜第２電極間距離、１４は第２〜第３電極間
距離を示す。

〔第３電極の条件の限定理由〕 次に、表ビード形成を担う第３電極以降について検討し
た。

第３電極以降は、融合不良およびスラグ巻き込み等の内
部欠陥の発生を防止し、必要な溶着量を確保するために
用いるのであるが、同時に第１゜第２電極で形成された
溶接金属を溶融し、第６図（ｂ）に示す如くデンドライ
トの方向を上むきに制御する役割もある。しかし、第１
．第２電極で形成される溶融池（プール）内に第３電極
が配置されると、いわゆるワンプールとなり第３電極に
よるアークが裏ビード下端まで到達し、ビードが出すぎ
、プントライ１トも突合せとなり非常に割れ易い組織と
なる。従って、第３電極は第１．第２電極により形成さ
れるプールの外側に配置する必要がある。

本発明者等は、第１．第２電極で形成されるプールの長
さを第１図斜線で囲まれた領域で調べた結果、プールの
長さは最大約１４０ｍｍであった。

従って、第２電極と第３電極の距離は１５０■以上必要
である。しかし、この長さが８００ｍ＋＋＋を超えると
溶融スラグが完全に凝固して、安定したアークを発生す
ることができない。従って、第２電極と第３電極の距離
は１５０〜３００　ｍｍに限定した。なお、この場合電
極の距離とは、第２図に示すように開先底面１１におけ
るワイヤ中心間の距離１４をいう。

また、溶着量を確保するため、第３電極の電流が高くな
りすぎると溶は込みが深くなり、第１゜第２電極によっ
て形成された裏ビードに悪影響を及ぼす。この場合、第
３電極の電流は第１．第２電極の電流和の６５％を超え
ると裏ビードが出すぎたり、割れが発生する。従って、
第３電極の電流をＩ３　　（Ａ）とした時、■３≦０．
８５（ＩＩ　＋１２　）と限定した。

〔細径ワイヤ適用の理由〕

ところで、片面溶接の適用される板厚は多種多様で板厚
が大きくなると、溶着量の確保が非常に難しくなってく
る。電極数を増やせばよいが、これでは装置が大形化し
、かつコストが上昇するので、自ずから限界がある。従
って、できるだけ効率よく溶着量を確保する工夫が必要
である。

そこで、電流密度を上げ溶着量を増加するため、細径ワ
イヤを適用することが考えられる。しかし、表ビードは
ある程度の広がりが必要であり、単なる細径ワイヤでは
ビードか細く、ビード両端にアンダーカットや融合不良
を引き起こす。

そこで、溶は込みが浅く、ビードが広がり、溶着量を確
保できる方法を検討した結果、細径ワイヤ２本を一対と
して同一のワイヤ送給機構によって並列アークを発生さ
せると効果があることが判明した。

１ このワイヤ送給機構は、第３図（ａ）に示すように２本
のワイヤ１５．１５’を１個の電動式モータ１６で加圧
ローラ（省略）および送給ローラ１７を経てノズル１８
に送給している。本送給機構によれば、電流が２本のワ
イヤに分散され、その結果アークがソフトになり、電流
を増加しても溶込みは深くならない。第３図（ｂ）に本
発明例を第３電極１０１第４電極１９に適用した具体例
を示す。ワイヤは、溶接線に平行に２本配置する。この
場合、ワイヤ径が１．２ｍｍ未満では十分なビード塩が
りが得られず、逆に、２．４ｍｍを超えると電流密度が
低くなり溶着量の確保が困難である。従って、ワイヤ径
は１．２〜２．４ｎ＋ｍに限定した。

ところで、本発明溶接法は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ものであるが、
これら溶接材料に関しては、目的に応じた適正な溶接金
属を得ることのできるものであればそれらの組成につい
ては特に限定されるものではない。

２ 即ち、表側フラックスとしては、５ｉＯ３Ａｎ）２０３
　、ＴｉＯ７，ＭｎＯ，ＭｇＯ等の金属酸化物、Ｃａ　
Ｆ　２　＋　Ｍ　ｇ　Ｆ２等の金属弗化物、ＣａＣＯ３
等の金属炭酸塩、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作製されたフラッ
クスを用いればよい。

フラックスタイプとしては、メルト形、ボンド形フラッ
クスのいずれでもよい。バッキングフラックスについて
も同様である。

電極ワイヤはフラックス組成との関連で選択されるもの
であるが、Ｍ　ｎ　：　０　、３〜８　、２％、ＭＯ：
０．１５〜０．７５％の一種または二種以上を含有する
ワイヤが強度および靭性を確保する上で好ましい。

以上本発明について詳述したが、本発明効果をさらに明
確にするため、以下実施例について述べる。

（実　施　例） 第１表に示す鋼板に対し、第２表のワイヤ、第３表のフ
ラックス、第４表のバッキングフラックスを用いて、１
２種類の片面サブマージアーク溶接を行なった。

第３表のフラックスは、原料粉を水ガラスを用いて造粒
した後、４００℃Ｘ　１２０ｍ１ｎの条件でロータリー
キルンで焼成したボンドフラックスで仕上がりフラック
スの粒度は１２Ｘ１００メツシユで整粒した。また、第
４表のバッキングフラックスは第５図（ａ）に示した銅
当金併用型のバッキングフラックスでボンド形ブラック
スである。尚、フェノール樹脂は水およびアルコールを
それぞれ溶媒として溶解し、粘液とした後、フラックス
粒子に被覆した。

本発明実施例における溶接結果を第５表に示す。

本発明例であるＮｏ、　１〜８は何れも良好な裏ビード
を形成し、いずれもすぐれた溶接部を得ることができた
が、一方、比較例のＮｏ、　９〜１４の場合、溶接結果
の欄に記入しであるように、満足できる裏ビードの形成
ができなかった。

尚、第５表において、開先形状は第４図に示す形状を用
いた。ｔは試験板の板厚、ｄはルートフェース、θは開
先角度である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は高速の片面サブマージア
ーク溶接法によって極めて健全で良好な裏ビードを得る
とともに表ビードも良好に形成でき、高効率溶接が可能
となってその実用的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１．第２電極の電流和と溶接速度が裏ビー
ド形成に及ぼす影響を説明するための図、第２図および
第３図（ａ）　、　（ｂ）は本発明溶接法の実施態様を
示す側面図、第４図は本発明実施例に用いた開先形状を
示す正面図、第５図（ａ）　、　（ｂ）は片面サブマー
ジアーク溶接法を説明するための正面図、第６図（ａ）
　、　（ｂ）は溶接金属のデンドライトの方向を説明す
るための正面図である。 １、　１’　　：被溶接材　　　２：銅当金３：電極ワ
イヤ ４：パッキングブラックス ５：エアーホース　　　　６：フラツクス７；耐火性キ
ャンパス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）３電極以上を用いる片面多電極サブマージアーク
   溶接法において、第１電極および第２電極のワイヤ径を
   ４．０ｍｍφ以上とし、かつ、第１電極の電流をＩ、（
   Ａ）、第２電極の電流をＩ＿２（Ａ）、溶接速度をＳ（
   ｃｍ／ｍｉｎ）とした時、１００≦Ｓ≦２００ かつ ４（Ｓ＋５７５）≦Ｉ＿１＋Ｉ＿２≦４（Ｓ＋７２５）
   を満足することを特徴とする高速片面サブマージアーク
   溶接法。 （２）第２電極と第３電極との距離を１５０〜３００ｍ
   ｍとし、かつ、第３電極の電流をＩ＿３（Ａ）とする時
   、 Ｉ＿３≦０．６５（Ｉ＿１＋Ｉ＿２） であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高
   速片面サブマージアーク溶接法。（３）ワイヤ径が１．
   ２〜２．４ｍｍφの溶接ワイヤ２本を一対として同一の
   ワイヤ送給機構によって発生させる並列アークを１単位
   の電極とし、この電極を第３電極以降の少なくとも１つ
   の電極に用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の高速片面サブマージアーク溶接法。 （４）第２電極と第３電極との距離を１５０〜３００ｍ
   ｍとし、かつ、第３電極の電流をＩ＿３（Ａ）とする時
   、 Ｉ＿３≦０．６５（Ｉ＿１＋Ｉ＿２） であり、かつ、ワイヤ径が１．２〜２．４ｍｍφの溶接
   ワイヤ２本を一対として同一のワイヤ送給機構によって
   発生させる並列アークを１単位の電極とし、この電極を
   第３電極以降の少なくとも１つの電極に用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の高速片面サブマー
   ジアーク溶接法。