JPH10156531A

JPH10156531A - 多電極ガスシールドアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH10156531A
Application number: JP32021996A
Authority: JP
Inventors: Osamu Hirano; 攻平野; Noriaki Uchitomi; 則明内富; Masaharu Sato; 正晴佐藤; Hajime Uchiyama; 肇内山; Tomokazu Morimoto; 朋和森本
Original assignee: Kobe Steel Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接速度が１００乃至２００（ｃｍ／分）の
高速溶接であっても、高温割れの発生を防止することが
できると共に、スパッタ発生量を低減することができ、
これにより、ビードの外観を良好にすることができる多
電極ガスシールドアーク溶接方法を提供する。【解決手段】２枚の板材１及び２の面を対向させてＶ
字型に配置することにより形成された継手の溶接部３
に、例えば、カットワイヤの漏れを防止するための細径
の心線２１をその長手方向が溶接線に一致するように配
置した後、ワイヤ径が１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満
で、ワイヤ長さが１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満である
カットワイヤ４を充填して、３以上の電極で溶接する。
このとき、充填されたカットワイヤが存在する領域の溶
接線に直交する方向の最大幅が５乃至１５ｍｍとなるよ
うにカットワイヤを充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は第１部材と第２部材
が曲面と曲面、曲面と平面又は平面と平面により構成さ
れるフレア状継手等のように、第１部材と第２部材とが
鋭角をなして交叉するような溶接部に適用するのに好適
な多電極ガスシールドアーク溶接方法に関し、特に、鋼
管矢板のＰ型継手部等の部分溶込み溶接に好適であるガ
スシールドアーク溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管矢板Ｐ型継手の溶接においては、従
来、溶着量の確保及び溶接効率の向上を図るために、タ
ンデム２電極で溶接されることが多く、一般的には、溶
接の前に開先部にカットワイヤ等を充填した後、溶接金
属をブリッジさせることにより、継手の溶接を実施して
いる。

【０００３】この場合、開先上部のカットワイヤの一部
は、アーク熱又は溶融池の熱により溶融されるが、開先
深部に充填されているカットワイヤについては、必ずし
も溶融させる必要はない。この理由としては、第１に、
充填されているカットワイヤを全て溶融させるために
は、極めて大きい熱容量が必要となるため、溶接効率が
低下するからである。第２に、開先深部のカットワイヤ
によって、溶接金属の漏れ止めの効果のみが得られると
よいからである。従って、このような部分溶込み溶接を
実施するために、適切な溶接条件を選定する必要があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カット
ワイヤ等の充填材が部分溶込みとなる場合、ブリッジし
た溶接金属は、主に開先の両側から冷却されるので、溶
接速度を上昇させて、例えば、１００（ｃｍ／分）以上
の高速溶接とすると、デンドライトが溶接金属の中央部
で会合されやすくなり、高温割れが発生しやすいと共
に、スパッタの発生量も増加するという問題点がある。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、溶接速度が１００乃至２００（ｃｍ／分）
の高速溶接であっても、高温割れの発生を防止すること
ができると共に、スパッタ発生量を低減することがで
き、これにより、ビードの外観を良好にすることができ
る多電極ガスシールドアーク溶接方法を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る多電極ガス
シールドアーク溶接方法は、第１部材と第２部材との溶
接部にカットワイヤを充填し、第１電極、第２電極及び
第３電極の３以上の電極を使用して溶接する多電極ガス
シールドアーク溶接方法において、前記カットワイヤ
は、ワイヤ径が１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満、ワイヤ
長さが１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満であり、充填され
た前記カットワイヤが存在する領域の溶接線に直交する
方向の最大幅が５乃至１５ｍｍであることを特徴とす
る。

【０００７】この溶接においては、前記カットワイヤは
ワイヤ径及び長さが異なる２種以上のカットワイヤを混
合したものであることが望ましい。また、第１電極は、
前記充填されたカットワイヤが存在する領域の最上面と
第１部材との境界線をワイヤ狙い位置とし、前記第２電
極は、前記充填されたカットワイヤが存在する領域の最
上面と第２部材との境界線をワイヤ狙い位置とすること
が好ましい。

【０００８】更に、初層溶接金属を形成する前記第１電
極及び第２電極のワイヤとして、ソリッドワイヤを使用
することが好ましく、２層目以降を形成する第３電極以
降のワイヤとして、ソリッドワイヤ及びフラックス入り
ワイヤからなる群から選択されたいずれか一方のワイヤ
を使用することが望ましい。溶接速度は１００乃至２０
０（ｃｍ／分）であることが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明においては、溶接母材であ
る第１部材及び第２部材からなる継手の交叉部、即ち、
溶接部に充填するカットワイヤのワイヤ径及び長さを規
定すると共に、この充填されたカットワイヤが存在する
領域の溶接線に直交する方向の最大幅を適正幅となるよ
うにして、３以上の電極で溶接する。

【００１０】溶接中のアークを安定させ、所望の溶込み
を得ると共に、スパッタの発生を抑制するためには、カ
ットワイヤを溶接部に高密度で充填することが必要であ
る。本発明においては、カットワイヤが充填される密度
を表すものとして、充填されたカットワイヤの見かけの
表面積を利用する。即ち、充填後のカットワイヤの表面
において、カットワイヤが存在する領域の最大面積に対
して、最上層のみのカットワイヤの投影面積の比率によ
って、充填密度を評価する。以下、この面積の比率を占
有面積率といい、この占有面積率が大きいほど、充填率
が高いことを示す。

【００１１】溶接部に充填するカットワイヤのワイヤ径
及び長さが大きくなるほど、占有面積率は小さくなる。
即ち、カットワイヤの充填密度が低下すると共に、充填
後の表面の平滑度も低下する。従って、カットワイヤの
ワイヤ径及び長さ等を規定することにより、占有面積
率、即ち、カットワイヤの充填率を調整することができ
るので、これにより、高速溶接条件においても、高温割
れ及びスパッタの発生を抑制することができる。

【００１２】本発明においては、適切なサイズのカット
ワイヤを混合して溶接部に充填すると、単一サイズのカ
ットワイヤを使用する場合と比較して、より一層、占有
面積率が大きくなり、充填密度を高めることができる。
従って、適切なサイズの２種類以上のカットワイヤを混
合して使用することが好ましい。

【００１３】ところで、充填材を部分的に溶け込ませる
場合、ブリッジした溶接金属は主に母材側から中央に向
かって冷却されて、デンドライトが中央部で会合しやす
い形状となっているので、高温割れが発生しやすくな
る。そこで、初層溶接金属を形成する電極として第１電
極と第２電極の２電極を使用して、第１電極は充填され
たカットワイヤが存在する領域の最上面と一方の母材
（第１部材）との境界線を狙い、第２電極は充填された
カットワイヤが存在する領域の最上面と他方の母材（第
２部材）との境界線を狙うと、デンドライトが溶接部の
中央で会合しにくくなると共に、溶接部両側の母材に対
する溶込みを確保することができる。

【００１４】また、溶接金属の初層を形成するワイヤと
してソリッドワイヤを使用すると、高温割れに影響を及
ぼす初層部分の溶接金属に含有される不純物を低減する
ことができ、高温割れの発生を防止することができる。
しかしながら、ソリッドワイヤのみを使用して高速溶接
する場合、ビード外観は不良になることがある。従っ
て、溶接金属の２層目以降を形成するワイヤとして、フ
ラックス入りワイヤを使用すると、良好なビード外観を
得ることができる。

【００１５】以下、本発明方法において使用するカット
ワイヤのワイヤ径、長さ及び溶接速度について、更に説
明する。

【００１６】カットワイヤ径：１．２ｍｍ以上２．５ｍ
ｍ未満、長さ：１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満前述の如く、カットワイヤのワイヤ径及び長さは占有面
積率を決定するものである。ワイヤ径及び長さが２．５
ｍｍ以上であると、充填されたカットワイヤが存在する
領域の最上面の凹凸が大きくなると共に、充填率が低下
するので、溶接中のアークが不安定になって、溶滴移行
状態が常に変化していく。これにより、適切な溶込みを
確保することができないと共に、スパッタ発生量も増加
する。一方、ワイヤ径及び長さが１．２ｍｍ未満である
と、カットワイヤの粒が小さくなりすぎて、アーク力に
よる反発又はシールドガス流による飛散が発生する。ま
た、飛散したカットワイヤ分だけ最上面に凹凸が形成さ
れ、これによりアーク安定性が低下すると共に、溶滴移
行状態が変化する。これらのことが二次的に作用して、
溶込み不良及びスパッタが発生する。従って、溶接部に
充填するカットワイヤのワイヤ径及び長さは１．２ｍｍ
以上２．５ｍｍ未満とする。なお、必要な溶着量を確保
するために、３以上の電極を使用して溶接するものとす
る。

【００１７】充填されたカットワイヤが存在する領域の
溶接線に直交する方向の最大幅：５乃至１５ｍｍ第１部材と第２部材との溶接部にカットワイヤを充填す
ると、この溶接部には、カットワイヤにより第１部材と
第２部材とに挟まれる平面が形成される。本発明におい
ては、充填されたカットワイヤが存在する領域の溶接線
に直交する方向の最大幅を規定することにより、必要な
溶込み深さを得ると共に、第１部材と第２部材との間に
良好な溶接金属のブリッジを形成することができる。こ
の最大幅が５ｍｍ未満であると、溶接ワイヤを所望の位
置に向けてトーチを配置することが困難になる。一方、
最大幅が１５ｍｍを超えると、本発明方法によって、例
えば、第１電極及び第２電極の狙い位置を適切に規定し
ても、第１部材と第２部材との間にブリッジを形成する
ことができなくなる。従って、充填されたカットワイヤ
が存在する領域の溶接線に直交する方向の最大幅は５乃
至１５ｍｍとする。

【００１８】溶接速度：１００乃至２００（ｃｍ／分）溶接速度が１００（ｃｍ／分）未満であると、溶接金属
がブリッジするために必要とされる溶着量が減少するの
で、本発明を適用する必要はない。一方、溶接速度が２
００（ｃｍ／分）を超えると、初層ビードの両端の母材
とのなじみが不良になるので、最終層のビード外観にも
悪影響を及ぼす。従って、溶接速度は１００乃至２００
（ｃｍ／分）とすることが好ましい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明に係る多電極ガスシールドアー
ク溶接方法の実施例についてその比較例と比較して具体
的に説明する。

【００２０】図１はカットワイヤを充填した継手を示す
断面図である。本実施例及び比較例においては、溶接母
材として、２枚の板材（第１部材及び第２部材）１及び
２を使用し、その面を対向させてＶ字型に配置すること
により継手を形成した。そして、板材１及び２からなる
継手溶接部３に、例えば、カットワイヤの漏れを防止す
るための細径の心線２１をその長手方向が溶接線に一致
するように配置した後、種々のワイヤ径及び長さのカッ
トワイヤ４を充填して、２乃至４電極で溶接を実施した
後、スパッタ発生量、高温割れ及びビード外観について
評価した。

【００２１】図２は本実施例において使用した板材（第
１部材及び第２部材）１及び２のサイズを示す断面図で
ある。図２に示すように、本実施例においては、板材１
及び２として、板厚が１２ｍｍ、溶接線に直交する板幅
が７５ｍｍ、溶接線方向の長さが１０００ｍｍであるＳ
Ｍ４９０鋼板を使用し、溶接部３の最上端における板材
１と板材２との距離を３５ｍｍとした。

【００２２】図３は本実施例において使用した電極の狙
い位置を示す斜視図である。電極の狙い位置としては、
例えば、図３（ａ）に示すように、第１電極（Ｌ）６ａ
は充填されたカットワイヤ４の最上面４ａと板材１との
境界線５ａを狙い位置として設定し、第２電極（Ｔ１）
７ａは充填されたカットワイヤ４の最上面４ａと板材２
との境界線５ｂを狙い位置として設定して、第３電極
（Ｔ２）１９ａ及び第４電極（Ｔ３）２０ａは、板材１
と板材２との交叉部２２を狙う方法がある。このように
狙い位置を規定すると、より一層、良好な溶込みを得る
ことができる。

【００２３】他には、図３（ｂ）に示すように、第１電
極（Ｌ）６ｂ及び第２電極（Ｔ１）７ｂは、板材１と板
材２との交叉部２２を狙い位置として設定する方法もあ
る。

【００２４】各実施例及び比較例において使用した条件
を下記表１に、変化させた条件を下記表２乃至５に示
し、評価基準を下記表６に、評価結果を下記表７及び８
に示す。但し、表中のカットワイヤ径及び長さの欄にお
いて、混合とは、径が１．２ｍｍ、長さが１．２ｍｍの
カットワイヤと、径が１．４ｍｍ、長さが１．４ｍｍの
カットワイヤとを、夫々、約５０重量％ずつ混合したも
のであることを示す。また、表中の散布面の幅とは、カ
ットワイヤが存在する領域の溶接線に直交する最大幅を
示す。更に、表中のＬ−Ｔ１狙い位置の欄においては、
図３（ａ）に示す方法で狙い位置を設定したものを両端
と記載し、図３（ｂ）に示す方法で狙い位置を設定した
ものをセンターと記載する。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】

【表５】

【００３０】

【表６】

【００３１】

【表７】

【００３２】

【表８】

【００３３】上記表２乃至８に示すように、実施例Ｎ
ｏ．１乃至１８は、充填材として使用したカットワイヤ
の径及び長さが本発明の好ましい範囲内であるので、１
００乃至２００（ｃｍ／分）の範囲のいずれの溶接速度
においても、スパッタ及び高温割れの発生を抑制するこ
とができると共に、十分な溶込みで良好な外観の溶接ビ
ードを得ることができた。

【００３４】一方、比較例Ｎｏ．１９〜２２は、充填材
として使用したカットワイヤの径及び長さが本発明範囲
の下限未満であるので、スパッタ及び高温割れが発生し
たり、溶込みが不足するものがあった。また、比較例Ｎ
ｏ．２３は２電極を使用したタンデム溶接であるので、
高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．２４〜２６は充填材
として使用したカットワイヤの径及び長さが本発明範囲
の上限を超えているので、評価結果が不良となり、特
に、溶接速度を上昇させるにつれて高温割れが発生し、
ビード外観も不良となった。

【００３５】比較例Ｎｏ．２７〜２９は散布面の幅が本
発明範囲の上限を超えているので、第１及び第２電極に
よる溶接ビードのブリッジ不足が生じ、これにより、溶
込みが不足すると共に高温割れが発生し、ビード外観が
やや不良になったものがあった。また、比較例Ｎｏ．３
０は散布面の幅が本発明範囲の下限未満であるので、ト
ーチを挿入することが困難になり、溶接を実施すること
ができなかった。

【００３６】図１に示す実施例においては、溶接母材と
して２枚の板材１及び２を使用し、平面と平面からなる
継手の溶接の例について示したが、本発明が適用される
継手形状は、これに限られるものではない。

【００３７】図４は本発明方法が適用される種々の継手
形状の例を示す断面図である。例えば、図４（ａ）に示
す継手は、曲面を有する管状部材８と、その曲面の接線
に垂直に配置された平面を有する板状部材９とからなる
ものであり、管状部材８と板状部材９との間に溶接部１
０を形成する。また、図４（ｂ）に示す継手は、曲面を
有する２つの管状部材１１及び１２の曲面同士を接触さ
せたものであり、両者の間に溶接部１３を形成する。更
に、図４（ｃ）に示す継手は、曲面を有する管状部材１
４と、その曲面に接するように配置された板状部材１５
とからなるものであり、管状部材１４と板状部材１５と
の間に溶接部１６を形成する。

【００３８】本発明においては、このように形成された
種々の継手の溶接部１０、１３及び１６にカットワイヤ
を配置して、２枚の板材１及び２を使用する場合と同様
に溶接を実施することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
継手の溶接部に充填するカットワイヤの径及び長さを規
定すると共に、このカットワイヤが存在する領域の溶接
線に直交する方向の最大幅を規定して３以上の電極で多
電極溶接するので、溶接速度が１００乃至２００（ｃｍ
／分）の高速溶接であっても、高温割れの発生を防止す
ることができると共に、スパッタ発生量を低減すること
ができ、十分な溶込みを得ることができる。また、ワイ
ヤ径及び長さが異なるカットワイヤを２種以上混合して
使用すると、これらの効果をより一層向上させることが
できる。

【００４０】更に、第１電極及び第２電極によりカット
ワイヤの最上面と母材との境界線を狙って多電極溶接す
ると、高温割れを防止する効果を更に一層向上させるこ
とができる。更にまた、初層を形成するワイヤとしてソ
リッドワイヤを使用すると、高温割れの発生を更に一層
抑制することができ、２層目以降を形成するワイヤとし
てフラックス入りワイヤを使用すると、より一層、ビー
ドの外観を良好にすることができる。また、溶接速度を
適切に設定すると、更に一層、ビード外観が良好なもの
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カットワイヤを充填した継手を示す断面図であ
る。

【図２】本実施例において使用した板材（第１部材及び
第２部材）のサイズを示す断面図である。

【図３】本実施例において使用した電極の狙い位置を示
す斜視図である。

【図４】本発明方法が適用される種々の継手形状の例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１、２；板材３、１０、１３、１６；溶接部５ａ、５ｂ；境界線４；カットワイヤ４ａ；最上面６ａ、６ｂ；第１電極７ａ、７ｂ；第２電極８、１１、１２、１４；管状部材９、１５；板状部材１９ａ；第３電極２０ａ；第４電極２１；心線２２；交叉部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤正晴神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者内山肇神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者森本朋和神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１部材と第２部材との溶接部にカット
ワイヤを充填し、第１電極、第２電極及び第３電極の３
以上の電極を使用して溶接する多電極ガスシールドアー
ク溶接方法において、前記カットワイヤは、ワイヤ径が
１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満、ワイヤ長さが１．２ｍ
ｍ以上２．５ｍｍ未満であり、充填された前記カットワ
イヤが存在する領域の溶接線に直交する方向の最大幅が
５乃至１５ｍｍであることを特徴とする多電極ガスシー
ルドアーク溶接方法。
【請求項２】前記カットワイヤはワイヤ径及び長さが
異なる２種以上のカットワイヤを混合したものであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の多電極ガスシールドア
ーク溶接方法。
【請求項３】前記第１電極は、前記充填されたカット
ワイヤが存在する領域の最上面と第１部材との境界線を
ワイヤ狙い位置とし、前記第２電極は、前記充填された
カットワイヤが存在する領域の最上面と第２部材との境
界線をワイヤ狙い位置とすることを特徴とする請求項１
又は２に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項４】初層溶接金属を形成する前記第１電極及
び第２電極のワイヤとして、ソリッドワイヤを使用する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項５】２層目以降を形成する第３電極以降のワ
イヤとして、ソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤ
からなる群から選択されたいずれか一方のワイヤを使用
することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に
記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項６】溶接速度を１００乃至２００（ｃｍ／
分）とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
１項に記載の多電極ガスシールドアーク溶接方法。