JPH08243750A

JPH08243750A - 多電極サブマージアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH08243750A
Application number: JP5120795A
Authority: JP
Inventors: Tomoharu Kanamaru; 智春金丸; Shuichi Sakaguchi; 修一阪口
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】１パスで板厚６０ｍｍ以上の極厚鋼材を２００
０アンペア以下の低電流で溶接できる多電極サブマージ
アーク溶接方法を提供することを目的としている。【構成】板厚６０ｍｍ以上の極厚鋼材を２０００アンペ
ア以下の低電流で溶接する多電極サブマージアーク溶接
において、先行する第１の電極が発生するアークに該ア
ーク電流に同期した交流磁場を印加し、該アークを後行
極側に向け、後行極から該第１の電極へ向かう溶鋼の流
動を抑制し、１パスで溶接することを特徴とする多電極
サブマージアーク溶接方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サブマージアーク溶接
方法に関し、特に、高層ビルに使用するボックス柱の角
継手等、板厚６０ｍｍ以上の極厚鋼材を１パスで溶接す
る多電極方式のサブマージアーク溶接方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】薄鋼板の溶接を高速で行うには、多電極
式のサブマージアーク溶接法の使用が有利とされ、これ
までに例えば２電極法であれば最高約１５０ｃｍ／ｍｉ
ｎ，３電極法であれば２５０ｃｍ／ｍｉｎまでの高速化
が可能とされている。しかし、多電極式では、溶接が高
速化するにつれて電極後方へ向かうアーク力が増加し
て、溶融池の溶鋼が必要以上に後方へ流され、アンダー
カットやハンピング等の溶接欠陥を生じ易くなる。その
ため、溶融池に作用するアーク力を分散軽減する観点か
ら、従来より溶接ワイヤを機械的に振動させて溶接する
方法が行われていた。ところが、この溶接ワイヤ振動法
では、ワイヤ先端の溶滴が強制的にふり落され、それが
ビートエッジのばりとして残ったり、ワイヤがフラック
スをかきわけるため、溶鋼に有害な窒素が入り込むとい
う問題があった。そこで、特開昭６０−２４０３８２号
公報に開示されたように、「少なくとも第２位以後の電
極ワイヤ下方に磁界を付与すると共に、該電極ワイヤ下
方で測定される磁束密度値（ガウス）が、隣接先行する
電極ワイヤの溶接電流値（アンペア）の少なくとも１／
４以上の値となるように、前記磁界の強度を維持しつつ
サブマージアーク溶接する」方法が提案された。また、
特開昭６０−１４８６７９号公報は、アンダーカット等
の溶接欠陥を発生させず、さらに高速の溶接を行う方法
として「水平サブマージアーク溶接において溶接中に生
成する溶融金属に対して移動磁界による電磁推力を作用
させる」ことを提案している。

【０００３】そして、これらの技術は共に高速溶接であ
ることによる欠点、つまり溶融金属が溶接進行方向の後
方に流れ、溶接位置で不足してアンダーカット等が生成
するのを防止するため、該溶融金属を磁力で溶接位置へ
押し戻すようにしたものである。一方、超高層ビルの建
設に現在多用されているボックス柱の角継手を施工する
には、サブマージアーク溶接による２電極１パス施工法
が定着しており、板厚６０ｍｍクラスのボックス柱用鋼
材が溶接できるようになっている。従来、サブマージア
ーク溶接では、溶接可能な板厚限界を決定する要因は溶
込み深さであったが、上記板厚６０ｍｍクラスでの成功
は、該溶込み深さを電流の大きさ、フラックス組成選定
等の溶接条件を適切にして対処した結果であった。

【０００４】しかしながら、施工場所での電源容量や溶
接設備等の制約によっては、大電流（２０００アンペア
超）での溶接ができず、低電流（２０００アンペア以
下）でしか溶接できない時があり、現在の２電極１パス
施工法の板厚限界は５０ｍｍ程度が妥当なところであ
る。すなわち、低電流（２０００アンペア以下）による
２電極サブマージアーク溶接法では、板厚６０ｍｍ以上
の極厚材を溶接しようとしても、十分な溶け込み深さが
確保できず、必ず多層盛りサブマージアーク溶接、又は
ＣＯ₂ ガス溶接による下盛り溶接を施した上にサブマー
ジアーク溶接を行う必要があった。しかも、上記特開昭
６０−２４０３８２号公報及び特開昭６０−１４８６７
９号公報記載の磁力を利用する技術は、比較的薄い鋼材
には良いが、かかる極厚鋼板継手の１パス溶接のような
溶込み深さを十分に確保したい場合、全く逆の処置をす
るので、利用できなっかった。さらに、上記した多層盛
り又はＣＯ₂ ガス溶接下盛りを加えたサブマージアーク
溶接では、溶接作業における電力原単位の上昇、施工能
率の低下といった問題もあり、改善技術の出現が切望さ
れていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑み、１パスで板厚６０ｍｍ以上の極厚鋼材を２００
０アンペア以下の低電流で溶接できる多電極サブマージ
アーク溶接方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、サブマージアーク溶接方法の特性を板厚６
０ｍｍ以上の極厚鋼材で十分に観察したところ、１電極
のみの溶接では、図３に示すように、溶込み深さ９は十
分深いが、２電極にすると後行極のアークによって溶鋼
が先行極側に押し戻されて、先行極直下に油溜りがで
き、先行極のアークによる母板のガウジング（溶込み）
が低下し、溶込み深さ９が浅くなる現象を見いだした。
そこで、発明者はこの現象を防止することに鋭意努力
し、本発明を完成させたのである。

【０００７】すなわち、本発明は、板厚６０ｍｍ以上の
極厚鋼材を２０００アンペア以下の低電流で溶接する多
電極サブマージアーク溶接において、先行する第１の電
極が発生するアークに該アーク電流に同期した交流磁場
を印加し、該アークを後行極側に向け、後行極から該第
１の電極へ向かう溶鋼の流動を抑制し、１パスで溶接す
ることを特徴とする多電極サブマージアーク溶接方法で
ある。また、本発明は先行する第１の電極が発生するア
ークに交流磁場を印加するに代えて、先行する第１の極
と後行極との間で生じた溶鋼に直流磁場を印加すること
を特徴とする多電極サブマージアーク溶接方法である。

【０００８】

【作用】本発明では、板厚６０ｍｍ以上の極厚鋼材を２
０００アンペア以下の低電流で溶接する多電極サブマー
ジアーク溶接において、先行する第１の電極が発生する
アークに該アーク電流と同期した交流磁場を印加し、該
アークを後行極側に向け、後行極から該第１の電極へ向
かう溶鋼の流動を抑制し、１パスで溶接するようにした
ので、後行極側からの溶鋼の押戻しが適度に抑制される
ようになり、１パスのみで溶込み深さが十分に確保でき
るようになる。つまり、理解の便のため２電極サブマー
ジアーク溶接の例で説明すると、通常、サブマージアー
ク溶接を２０ｃｍ／ｍｉｎ程度の速度で行うと、溶鋼が
先行する第１の電極側へ流れ込み、溶込みが安定して得
られなくなる。この第１の電極に対して真横に印加コイ
ルを配置し、アーク電流に同期させた交流磁場（アーク
電流が直流の場合は直流磁場）を印加する。その結果、
フレミング左手の法則に従ってローレンツ力が発生し、
第１電極のアークを後行極側に向かせることにより、後
行極側からの溶鋼の押し戻しを抑制できるようになり、
第１電極直下の溶鋼溜り量を低減するのである。また、
本発明では、先行する第１の電極が発生するアークに交
流磁場を印加するに代えて、先行する第１の電極と後行
極との間で生じた溶鋼に直流磁場を印加するようにした
ので、上記と同一効果が得られるようになる。つまり、
第１の電極と後行極との間に配置された外部磁場印加コ
イルにより、後行極側から第１の電極側へ流入する溶鋼
に磁場を印加する。その結果、該磁界内で導体が移動
し、フレミング右手の法則に従い、誘導電流が発生す
る。磁界内に電流が流れると、フレミング左手の法則に
よりローレンツ力が発生し、後行極側からの溶鋼流動に
ブレーキがかかることになる。従って、後行極側からの
溶鋼の押戻しを防止し、先行極直下の溶鋼溜りを低減
し、第１の電極のアークによるガウジング効果を増大さ
せ、十分な溶込み深さが確保できるのである。

【０００９】以下、実施例において、図１〜９に基づ
き、本発明の内容を具体的に説明する。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）まず、２枚の板厚６０ｍｍの極厚鋼板１を
直角に連接し、図２に示すＶ形状と寸法の開先２と裏当
材３を設け、溶接進行速度２０ｃｍ／ｍｉｎで２電極式
サブマージ溶接を行った。電極４、５及び磁場印加コイ
ル６の配置は、図１に示す通りであり、２極間の距離を
１２０ｍｍとし、該コイル６の配置角度を第１の電極４
に対して溶接進行方向から４５°とした。その際、電極
４、５には直径６．４ｍｍの２重量％Ｍｎ鋼を用い、ア
ーク電流は、第１の電極４を１９００アンペア、後行極
５を１７００アンペアであった。また、フラックスとし
ては、市販の鉄粉添加フラックス（表１参照）を使用
し、磁場印加コイル６は、ターン数４００回でそこに４
アンペアのアーク電流と同期させた交流を用いた。その
結果、第１の電極４から発生しているアーク７には、図
７に→で示す方向に磁場と力が作用した。なお、本実施
例では、該コイル６の配置角度を４５°としたが、本発
明ではそれに限らず、適切なものであれば如何なる角度
でも良い。

【００１１】

【表１】

【００１２】次に、溶接の実施状況であるが、従来は図
５に示すように、後行極５側から溶融金属８が第１の電
極４側に流れてきて、第１の電極４アークの溶込みを邪
魔していた。そのため、第１の電極４位置での１パスに
よる溶込み深さ９は、図６に示すように、裏当材３の上
面レベルから０〜１ｍｍ程度であった。それが、本実施
例では図４に示すように、６ｍｍと大幅に改善された。
その理由は、本発明の適用で後行極５側からの溶融金属
８の戻りを抑制し、第１の電極４アークでの溶込みを妨
害しないようになったためである。（実施例２）実施例１と同様に２枚の板厚６０ｍｍの極
厚鋼板１を直角に連接し、図２に示すＶ形状と寸法の開
先２と裏当材３を設け、溶接進行速度２０ｃｍ／ｍｉ
ｎで２電極式サブマージ溶接を行った。電極４、５と磁
場印加コイル６の配置は、図８に示す通りであり、２極
間の距離を１２０ｍｍとしたが、該コイル６は電極と平
行にして第１の電極４と後行極５の間に配置した（第１
の電極４から４０ｍｍの距離）。この場合も電極４、５
には直径６．４ｍｍの２重量％Ｍｎ鋼を用い、アーク電
流は、第１の電極４を１９００アンペア、後行極５を１
７００アンペアであった。また、フラックスとしては、
上記同様の市販品を使用し、磁場印加コイル６は、ター
ン数４００回でそこに５０アンペアの直流を流した。そ
の結果、第１の電極４と後行極５の間に存在する溶融金
属８には、図９に示すような→方向に、磁場と力が作用
した。溶接状況に関しては、実施例１と同様であるので
省略するが、低電流の場合、従来不可能であった板厚６
０ｍｍ以上のボックス柱の継手溶接が、本発明により１
パスで行えるようになった。

【００１３】なお、上記実施例は、いずれも２電極式サ
ブマージアーク溶接で説明したが、その効果は、３電極
以上になっても同様であった。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、低
電流（２０００アンペア以下）の多電極サブマージアー
ク溶接でも、先行極直下の溶鋼溜りを後行極側へ押し戻
し、溶け込み深さを確保することができるようになり、
１パス施工で板厚６０ｍｍ以上の極厚材の溶接が可能と
なった。その結果、溶接作業の電力原単位の減少、及び
高能率施工が達成できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多電極サブマージアーク溶接方法
の実施状況を模式的に示した斜視図である。

【図２】図１における開先形状と寸法を示した図であ
る。

【図３】従来技術による１電極サブマージアーク溶接の
１実施例を模式的に示した図である。

【図４】本発明に係る多電極サブマージアークク溶接方
法による溶接状態を模式的に示した図である。

【図５】従来の２電極サブマージアーク溶接方法の１実
施例を模式的に示した図である。

【図６】従来の２電極サブマージアーク溶接方法の溶接
状態を模式的に示した図である。

【図７】本発明に係る多電極サブマージアーク溶接方法
の原理を説明する模式図である（電極は１本のみ図
示）。

【図８】本発明に係る多電極サブマージアーク溶接方法
の別の実施態様を示す斜視図である。

【図９】図８の溶接原理を説明する模式図である。

【符号の説明】

１極厚鋼材２開先３裏当材４第１の電極（先行極）５第２の電極（後行極）６磁場印加コイル７アーク８溶融金属９溶込み深さ１０溶融フラックス１１粒状フラックスＪアーク電流Ｂ磁束Ｆローレンツ力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板厚６０ｍｍ以上の極厚鋼材を２０００
アンペア以下の低電流で溶接する多電極サブマージアー
ク溶接において、先行する第１の電極が発生するアークに、該アーク電流
と同期した交流磁場を印加し、該アークを後行極側に向
け、後行極から該第１の電極へ向かう溶鋼の流動を抑制
し、１パスで溶接することを特徴とする多電極サブマー
ジアーク溶接方法。
【請求項２】先行する第１の電極が発生するアークに
交流磁場を印加するに代えて、先行する第１の電極と後
行極との間で生じた溶鋼に直流磁場を印加することを特
徴とする請求項１記載の多電極サブマージアーク溶接方
法。