JPH049279A - 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、（容接速度
１００ｃｍ／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１５〜２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瀉接法は、特
公昭４８−２２５７２号公報や特公昭４９−３８４２［
１号公報等に開示されているが如く、いずれも溶接速度
はＩＤ０ｃｍ／ｍｉｎ未満である。

刃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／ｍｉｎ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事は困難である。即ち通常の多電極
溶接においては、溶は込みおよび溶着量を確保するため
、かなりの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に
、高速化も比較的容易に達成できる。

（発明が解決しようとする課題） しかし片面サブマージアーク溶接においては５表ビード
はもちろんの事、健全な裏ビードをも同時に形成する事
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事になる。さらに溶
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ばかりか、開先残りが発
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（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、溶接金属１０の中央に梨割れが生じ易くな
る。従って溶接速度１１００ａ／ｍｉｎ以上の高速片面
サブマージアーク溶接技術は、未だ達成さねていないの
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
（ａｌ　、　（ｂｌ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ｌ、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１，１′の表側と裏
側に同時にビード形成する溶接方法である。

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事を第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事を目的とする。

（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１００　（ａｍ／　ｍ１ｎ）以上
の高速片面サブマージアーク溶接を既に提案している。

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、ｆａ）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に
、所定以上の太さを有するワイヤを用いる事 （ｂ）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事 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１０１００（／ｍ１ｎ
）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電極のうち少なくとも１極にメタルコアードワイ
ヤを用いることにより、より良好な裏ビードが形成され
ることを知見した。

即ち裏ビードを形成する第１．第２電極のうち少なくと
も１電極をメタルコアードワイヤとすることにより、板
厚方向へのアークの集中性が低くなり、アークが広がる
ことにより裏ビードが幅広くかつ高さも均一に出来、さ
らに端部のアンダーカットが発生し難くなる事を知見し
た。

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
、第２電極のワイヤ径を４０闘φ以上とし、かつ、その
うちの少なくともｌ電極にメタルコアードワイヤを用い
、さらに第１電極の電流をＩ１（Ａ）、第２電極の電流
をｈｚｆＡ）、溶接速度をＳ　（ａｍ／ｍｉｎ　）とし
た場合１００≦Ｓ≦２５０ で、かつ ４　　（Ｓ＋６００　　）　　≦Ｉｌ＋１２　　≦４　
　（Ｓ＋７５０　　）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を極と第３電極との距離を１２　（ｍｍ）　、
溶接速度をＳ　（ｃｍ／ｗｉｎ　）とした場合１．５　
Ｓ≦！　≦１．５ｓ＋ｌＯ口 で、かつ第３電極の電流をｒｓ（Ａｌとするとき、■、
≦０．６５　（Ｉ　＋　＋　Ｉ　２）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である。

（作　用） 以下に作用ととも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事が必
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
確保する事が可能となる。

ワイヤ径の限定理由について まず第１．第２電極のワイヤ径について述べる。高速溶
接では溶着量を確保することが必要であり、溶着量を増
やすためには電流密度を上げる事が効果がある。そのた
めワイヤ径を小さくする事が考えられる。しかしながら
本発明の如く、溶接速度が１００　（ｃｍ／　ｍｌｎｌ
以上の高速の片面溶接の場合、裏ビードが非常に狭くな
り易い。

また細径ワイヤの場合、アークが集中してビドが凸状に
なり、アンダーカットが発生し易くなる。従ってアーク
をソフトにし、ビードを広げるためには第１　および第
２電極のワイヤ径を太くする必要がある。この場合４０
闘未満ては効果がなく、４．０ｍｍ以上にする必要があ
る。

メタルコアードワイヤ適用の理由について上記の通り良
好な裏ビードを形成するには、アークをソフトにし、ビ
ードを広げることが必要である。メタルコアードワイヤ
の場合、溶接に際しアークは外皮と母材間に発生し、充
填フラックス及び鉄粉はアークの輻射熱により溶融し、
溶融池中へ移行する。このためソリッドワイヤに比べ板
厚方向へのアークの集中性が低くなり、アークがソフト
となる。またアークは、外皮と母材間で発生するため広
がりが出てビードの凹凸が少なくなり、かつアンダーカ
ットの発生がなくなる。

上記のようにメタルコアードワイヤを、裏ビードを形成
する第１．ｉ３よび第２電極の少なくとも１１を極に用
いることにより、健全な裏ビードを得ることができる。

溶接速度と第１．第２電極の電流和の関係につくなる。

従って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（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。徒って単
純に電流を増加し、速度を上げるだけでは裏ビードが８
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。

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電極
の電流１．（Ａ）と第２電極の電流１．（Ａｌとの和（
Ｉｌ＋Ｉ２）と、溶接速度Ｓ　（ｃｍ／ｍｉｎ　）が特
別な関係を満足した場合のみ、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、溶接速度が１
００　ｆｃｍ／　ｍｌｎｌ以上の高速片面溶接において
、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１表〜第４表に示す鋼板、ワイヤ。

フラックス、及び裏フラックスを用い、第４図に示す板
厚ｔ＝１６ｍｍ　　ルートフェースｄ　＝　５　ｍｍ開
先角度θ＝５０°開先で実施した。またワイヤは、第１
電極に４．８ｍｍソリッドワイヤ、第２電極は６．４ｍ
ｍメクルコアードワイヤを用い、第１゜２電極の距離は
３０ｍｍとした。この場合余盛高さ１．５〜３．５ｍｍ
を良好な範囲とし、　１．５門未満を余盛不足、　３．
５ｍｍ超は出すぎと判断した。

第１図において、○は良好な裏ビードの範囲を示し、ム
は裏ビードの余盛過多、■は裏ビードの余盛不足を、◆
は裏ビードの形状不良を示す。付属した数字は余盛り高
さを表した。なお溶接速度が２５０ｃｍ／ｍｉｎを越え
ると、電流の如何にががわらずビードの凹凸が太き（、
良好な裏ビードは得られなかった。

以上の結果本発明者らは。

１００≦Ｓ≦２５０ かつ ４　（Ｓ＋６００　）　≦Ｉ、　＋Ｉ２≦４　（Ｓ＋７
５０　）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事を新規に知見した。

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電極に配置
し、かつそのうちの少なくともｉｔ極にメタルコアード
ワイヤを用い、さらにこの場合の第１．第２を極の電流
和と溶接速度の関係を特定することが必須条件である。

溶接速度と第２．第３ｉｉ極の極間の関係につぃで 次に表ビード形成を担う第３を極以降について検討した
。第３４４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、必要な瀉着量を確保するた
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）に示す如く溶接金
属１０の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を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、デンドライトも突合せとなり、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、第２電極
と第３電極の極間距離１２　（ｍｍ）と溶接速度Ｓ　（
ｃｍ／ｍｉｎ　）が特別な関係を満足した時のみ、非常
に良好なビードを形成できることが判明した。

第２図は溶接速度が１０（ｌ　ｉｃｍ／　ｍ１ｎ）以上
の高速片面溶接において、第２．第３電極の極間距離と
溶接速度が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、ワイヤフラックス
、及び裏フラックスを用い、第４区に示す板厚ｔ＝２０
ｍｍ、ルートフェースｄ＝５ｍｍ開先角度θ＝５０°開
先で実施した。またワイヤは、第１電極に４．８ｍｍメ
クルコアードヮイヤ、第２電極は６．４ｍｍソリッドワ
イヤを用い、第１．２電極の距離は３５ｍｍ、第３．第
４電極の距離および第４．第５電極の距離は各々４０ｍ
ｍとした。

第２図において、Ｏは良好なビード形状の範囲を示し、
ムは第１，２電極の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事が出来ないビード、■は第１．第
２および第３電極がワンブールの状態を示す。

以上の結果から本発明者らは、 １５ｓｓｐ≦１．５５＋１００ であれば良好なビードが得られる事を知見した。

本発明では、以上の如＜３を種以上で溶接速度１００ｃ
ｍ／ｍｉｎ以上の高速片面サブマージアーク溶接を行う
にあたり、第２．第３電極の極間距離と溶接速度の関係
を特定することが必須条件である。

なおこの場合電極の距離とは、第３図に示す様に開先底
面１１に於けるワイヤ中心間の距離をいう。同図におい
て、　１２ａは第１電極、　１２ｂは第２電極、１２ｃ
は第３電極である。

第３電極の電流値の限定理由について ｉ＠着量を確保するため、第３電極の電流が高くなりす
ぎると滴は込みが深くなり、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１，２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
を極の電流をｘｘｆＡ）とした場合Ｉ、≦０．６５　（
Ｉ　＋　＋　Ｉ　ｔ　）と限定した。

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、溶剤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・ンクスとしては、ＳｉＯ□、１．Ｏ，。

ＴｉＯ２，ＭｎＯ，ＭｇＯ等の金属酸化物、ＣａＦ２．
　ＭｇＦ２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、溶融型、ポンド型
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１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、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の条件で焼成した
ボンド形フラックスて、粒度は１２　Ｘ　１００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、ボンド型フラックスである。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、　１〜８は本発明効果によりいずれも良
好な溶接部を得ることが出来たが、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出来なかった。

尚第５表において、開先形状は第４区に示す形状を用い
た。ｔは試験板の板厚、ｄはルートフェース、θは開先
角度であり、ワイヤ種類はＭＣはメタルコアードワイヤ
、Ｓはソリッドワイヤである−６ （発明の効果） 以上実施例にて実証したごとく、本発明によれば、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、造船分野等における溶接の高能率化を図
ることができる。

【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図面、第２図は第２．第３
電極の極間距離と溶接速度がビードに及ぼす影響を説明
する図面、第３図は本発明溶接法の実施態様の一例を示
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（ａｔ　、　ｆｂｌ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）　
、　（ｂｌ　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、ｌ’・・・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・・・フラックス、７・・・耐火性キャ
ンパス、ｌＯ・・・溶接金属、１１・・・開先底面、１
２ａ、　１２ｂ１２ｃ・・・第１．第２．第３のそれぞ
れの電極代理人　弁理士　　秋　沢　政　光 信１名 才１図 ７１′２図 慢＃速度（ｃｍ／ｍｉｎ） 第３図 ７？４図 汁５図 （ａ）

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、第２電極のワイヤ径を４．
   ０ｍｍφ以上とし、かつそのうちの少なくとも１電極に
   メタルコアードワイヤを用い、さらに第１電極の電流を
   Ｉ＿１（Ａ）、第２電極の電流をＩ＿２（Ａ）、溶接速
   度をＳ（ｃｍ／ｍｉｎ）とした場合１００≦Ｓ≦２５０ で、かつ ４（Ｓ＋６００）≦Ｉ＿１＋Ｉ＿２≦４（Ｓ＋７５０）
   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ｌ（ｍｍ）、溶接
   速度をＳ（ｃｍ／ｍｉｎ）とした場合 １．５Ｓ≦ｌ≦１．５Ｓ＋１００ で、かつ第３電極の電流をＩ＿３（Ａ）とするとき、Ｉ
   ＿３≦０．６５（Ｉ＿１＋Ｉ＿２） 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。