JPH03268876A - 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、４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、いずれも溶接速度は１
００ｃｍ／ｍｉｎ未満である。

一方、鋼板を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、溶接速度が１００ｃｍ／　ｍ　ｉ
　ｎ以上の多電極溶接が、数多く開示されている。しか
しながら、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、高電流を用い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
ことが必要であり、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。

また、溶接速度が速いとビード幅が狭くなり、裏ビード
端部にアンダーカットが発生し易くなる。更に、高速溶
接ゆえに溶接金属の凝固が速く、第６図（ａ）に示すが
如（、結晶の成長方向（デンドライト）が突合せになり
、溶接金属中央に梨割れが生じ易（なる。従って溶接速
度１００ｃｍ　／　ｍｉｎ以上の高速片面サブマージア
ーク溶接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、突き合わされた被溶
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
ドをも形成し得る溶接法を提供することを目的としたも
のである。

（課題を達成するための手段） 本発明者らは上記事情に鑑み、種々検討を行い、以下の
知見に基づき、溶接速度１００α／ｍｉｎ以上の高速片
面サブマーシア〜り溶接を既に従案している。

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）裏ビード形成
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ーク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。

しかしながら、本発明者らがその後も検討を重ねた結果
、板厚が比較的厚い鋼板の溶接速度１００ｃｍ／ｍｉｎ
以上の高速片面サブマージアーク溶接において第１．第
２および第３電極を用いて裏ビードを形成した方がより
容易であることを知見した。

即ち、 （１）第１．第２および第３電極を用いて電流を分散さ
せ、かつ所定以上の太さを有するワイヤを用いて高電流
においても電流密度を小さくし、（２）第１．第２およ
び第３電極の電流和と溶接速度が特別な関係を満足し、 さらに、 （３）第１．第２および第３電極を適正電極間距離に配
置する、 の３点が重要であることを見い出した。

即ち、本発明の要旨とするところは、４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、第２電極および第３電極のワイヤ径を４．０　ｍｍ
φ以上とし、これら第１電極から第３電極までの３本の
電極を極間距離の合計１５０鴫以内に配置し、かつ、第
１電極、第２電極および第３電極の電流をそれぞれＩ１
（Ａ）、Ｔ１（Ａ）。

１３（Ａ＞、溶接速度をＳ　（ｃｍ／ｍｉｎ）とした時
、１００≦Ｓ≦２００で、かつ、４　Ｓ　＋３１００≦
１．＋Ｉ２　＋１３≦４３　＋３６００であることを特
徴とする高速片面サブマージアーク溶接法にある。

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３電極と第４電極との距離を１５０〜３００圓
とし、かつ、第４電極の電流を１１（Ａ）とする時、Ｉ
ａ／　（１＋　＋　Ｉｚ　十Ｉｓ　）≦０゜４５である
か、またはワイヤ径が１．２〜２．４　ｍｍφ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
４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４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および第３電極で
裏ビードを形成し、第４電極以降で表ビートを形成し、
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および第３電極のワイヤ径について述
べる。第１．第２および第３電極で良好な裏ビードを形
成する必要がある。一方、高速溶接では溶着量を確保す
ることが必要である。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。しかしながら、本発明の如く溶
接速度が１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速の片面溶接の場
合、裏ビードが非常に細くなり易い。また、細径ワイヤ
の場合アークが集中し、ビードが凸になり、アンダーカ
ントが発生し易い。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および第３電極のワイヤ径
を太くする必要がある。この場合、４．０画未満では効
果がなく、４．０肛以上にする必要がある。

［溶接速度と第１．第２および第３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、裏ビード
が過大な場合ビード表面に横割れが発生し易くなる。一
方、速度が速くなると溶融池が細長くなるが、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。

また、従来の片面溶接では第１電極のみあるいは第１お
よび第２電極で裏ビードを形成することが通常であった
が、これを本発明の如く溶接速度が１００ｃｍ／ｍｉｎ
以上の高速片面溶接に用いた場合、第１．第２電極で良
好な裏ビードを得ることは可能である。しかしながら、
良好な表ビードの形成をも考慮した場合、１６ｎｍ程度
以下の比較的薄板では電極数も少なく比較的容易に達成
できるが、この方法では第３電極目では電流を小さく、
かつ極間距離を大きくすることが必要であり、これを越
える板厚の溶接に適用した場合には、電極数が急激に増
加し装置も大型化し効率よく溶着量を確保することが困
難となる。

そこで、この様な高電流・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．
第２および第３電極の電流和と溶接速度が特別な関係を
満足し、かつ、第１から第３電極までの３本の電極を極
間距離の合計１５０胴以内に配置した時のみ良好な裏ビ
ードを形成出来ることが判明した。

第１図は溶接速度が１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速片面
溶接において第１．第２および第３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１表〜第４表に示す鋼板、ワイヤ、表フラッ
クス、及び裏フランクスを用い、第４図に示す板厚ｔ＝
２０ｍｍ、ルートフェースｄ＝５ｍｍ、開先角度θ＝５
０°開先で実施した。また、ワイヤ径は第１電極に４．
８■、第２．第３電極は６．４　ＭＢを用い、第１．２
電極の距離は３０薗、第２．３電極の距離は１１０口と
した。この場合、余盛高さ１．０〜４．０　ｍｍを良好
な範囲とし、１．０■未満を余盛不足、４．０　ｔｒｍ
超は出すぎと判断した。第１図ムこおいて、○に付属し
た数字は裏ビードの余盛高さを表し、・は全く裏ビード
が出ていない場合である。溶接速度が２００ｃｍ／ｍｉ
ｎを超えると電流の如何にかかわらず良好な裏ビードを
得る事は出来なかった。

［第１電極から第３電極までの電極間距離の限定理由］ また、良好な裏ビードを得るためには、裏ビードを形成
する電極の溶融池が合体する必要がある。

このため第１電極から第３電極までの３本の電極を極間
距離の合計１５０　ｍｍ以内に配置することが必要であ
る。電極間距離が１５０ｍｍを越えるとビードが出不足
になったり、あるいはビード中央に凹凸が発生し均一な
裏ビードが得られなくなる。

以上の結果、本発明者らは、 １００≦Ｓ≦２００かつ、 ４　Ｓ　＋３１００≦ＩＩ＋１２＋Ｉ３　≦４３　＋３
６００であり、さらに、第１電極から第３電極までの３
本の電極を極間距離の合計１５０鵬以内に配置すれば、
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４電極以上で溶接速度１
００ｃｍ　／　ｍｉｎ以上の高速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および
第３電極に配置し、かつ、この場合の第１．第２および
第３電極の電流和と溶接速度の関係を特定し、更に、第
１電極から第３電極までの３本の電極を極間距離の合計
１５０圓以内に配置することが必須条件である。

［第４電極の条件の限定理由コ 次に、表ビード形成を担う第４電極以降について検討し
た。第４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および第３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向きに制御する役割もある
。しかし、第１．第２および第３電極で形成される溶融
池（プール）内に第４電極が配置されると、いわゆるワ
ンプールとなり第４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、デンドライトも突合わせと
なりビード中央に梨割れが発生し易くなる。従って、第
４電極は第１．第２および第３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および第３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１４０髄であった。従って、第３電極と第４電極の
距離は１５０口以上必要である。しかし、この長さが３
００皿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出来ない。従って、第３電極
と第４電極の距離は１５０〜３００ｍｍに限定した。な
お、この場合電極の距離とは、第２図に示す様に開先底
面におけるワイヤ中心間の距離をいう。

また、溶着量を確保するため、第４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および第３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４電極の電流は第１．第２および第３電極の電
流和の４５％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４電極の電流を１４（Ａ）とした時、Ｉ４／
　Ｎ、　　＋１２　＋　１３　＞≦０．４５と限定した
。

［細径ワイヤ通用の理由］ ところで、溶接速度が１００ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速片
面溶接の場合、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、装置が大形化し、コストが
上昇し、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ことが必
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、
表面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が細く、ビード両端にアンダーカッ
トや融合不良が生じる。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。このワイヤ送給機構は、第３図に示すように２本の
ワイヤを１個の電動式モータで加圧ローラ（省略）及び
送給ローラにて送給している。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は込みは深くならない。第
３図に本発明例を第５電極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１，２肛未満では十分なビード広がりが得られ
ず、逆に２．４肛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．
４　ｍｍ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
属を得ることの出来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。

即ち、表側フラックスとしては、ＳｉＯ□、　Ａｌ□０
３ＴｉＯ２，ＭｎＯ、ＭｇＯ等の金属酸化物、ＣａＦ２
．　ＭｇＦｚ等の金属弗化物、ＣａＣＯ３等の金属炭酸
塩、Ｓｉ、　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、溶融形、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、Ｍｎ　：　０．３〜３．５％でかつ、ＭＯ＝
０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．５〜５％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、本発明の効果をさらに
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表のハギッキングフランクスを用いて、
２０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°ＣＸ　１２０ｍ１ｎの条件で焼成した
ボンド形フランクスで、粒度は１２Ｘ１００メツシユで
ある。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
ンド形フラックスである。尚、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。

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、　１〜１３は本発明の効果により
いずれも良好な溶接部を得ることが出来た。

方、比較例のＮｏ、　１４〜２０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出
来なかった。

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、実施例にて実証したごとく、本発明を用いれば、
溶接速度１００ｃｍ　／　ｍｉｎ以上の片面サブマージ
アーク溶接が達成でき、造船分野における高能率化に寄
与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１．第２および第３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
：ハソキングフランクス、５：エアーホース、６：フラ
フクス、７：耐火性キャンパス。 ンｇ　拒’ｒｌｔｊｔ　（ｃｍ／７ｇｉ）２）第 ２ 図 第３図 第 図 第 図 （ａ） （ｂ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）４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、第２電極および第３電極の
   ワイヤ径を４．０ｍｍφ以上とし、これら第１電極から
   第３電極までの３本の電極を極間距離の合計１５０ｍｍ
   以内に配置し、かつ、第１電極、第２電極および第３電
   極の電流をそれぞれＩ＿１（Ａ）、Ｉ＿２（Ａ）、Ｉ＿
   ３（Ａ）、溶接速度をＳ（ｃｍ／ｍｉｎ）とした時、１
   ００≦Ｓ≦２００で、かつ、 ４Ｓ＋３１００≦Ｉ＿１＋Ｉ＿２＋Ｉ＿３≦４Ｓ＋３６
   ００であ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. （２）第３電極と第４電極との距離を１５０〜３００ｍ
   ｍとし、かつ、第４電極の電流をＩ＿４（Ａ）とする時
   、Ｉ＿４／（Ｉ＿１＋Ｉ＿２＋Ｉ＿３）≦０．４５であ
   ることを特徴とする請求項１記載の高速片面サブマージ
   アーク溶接法。
3. （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４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
   請求項１記載の高速片面サブマージアーク溶接法。
4. （４）第３電極と第４電極との距離を１５０〜３００ｍ
   ｍとし、かつ、第４電極の電流をＩ＿４（Ａ）とする時
   、Ｉ＿４／（Ｉ＿１＋Ｉ＿２＋Ｉ＿３）≦０．４５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４
   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
   する請求項１記載の高速片面サブマージアーク溶接法。