JPH10156532A - 多電極ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 溶接速度が１００乃至３００（ｃｍ／分）の
高速溶接であっても、高温割れの発生を防止でき、スパ
ッタ発生量を低減できるようにし、ビードの外観を良好
にする 【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、断面形状が円である太径のコールドワイヤ４を配置
し、このコールドワイヤ４と板材１との接触部分及びコ
ールドワイヤ４と板材２との接触部分を２次的な開先部
５ａ及び５ｂと見なして、これを２以上の電極で溶接す
る。即ち、第１電極６はコールドワイヤ４と板材１との
接触部（２次開先部５ａ）を狙い位置として設定し、第
２電極７はコールドワイヤ４と板材２との接触部（２次
開先部５ｂ）を狙い位置として設定する。

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】図７は従来の鋼管矢板Ｐ型継手の溶接方
法を示す模式図である。図７に示すように、鋼管矢板Ｐ
型継手の開先部を拡大すると、母材３１と母材３２とが
Ｖ開先を形成している。このような鋼管矢板Ｐ型継手の
溶接においては、一般的には、溶接の前に開先部にカッ
トワイヤ３４等を充填した後、溶着量の確保及び溶接効
率の向上を図るために、電極３６としてタンデム２電極
で溶接されることが多く、母材３１と母材３２との間に
溶接金属３５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３４の
一部は、アーク熱又は溶融池の熱により溶融させて溶接
金属３５を形成するが、開先深部に充填されているカッ
トワイヤ３４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３４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、充填材
（カットワイヤ３４等）が部分溶込みとなる場合、ブリ
ッジした溶接金属３５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
属の中央部で会合しやすくなり、溶接金属３５の中央部
で割れ３７が発生しやすいと共に、スパッタ発生量も増
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３００（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
接部を、第１電極及び第２電極を有する２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、前記溶接部にコールドワイヤをその長手方向が
溶接線に一致するように配置し、前記第１電極は前記第
１部材の表面と前記コールドワイヤとの接触部をワイヤ
狙い位置とし、前記第２電極は前記第２部材と前記コー
ルドワイヤとの接触部をワイヤ狙い位置として溶接する
ことを特徴とする。

【０００７】このコールドワイヤは断面形状が円形であ
るとき、ワイヤ径を５乃至１５ｍｍとすることが好まし
い。また、コールドワイヤは断面形状が楕円形又は多角
形であってもよく、断面形状が楕円形である場合は、
（長径＋短径）／２の値を５乃至１５ｍｍ、多角形の場
合には、外接円の直径を５乃至１５ｍｍ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、第３電極又はそれ以上の電極を使
用して２層目以降の溶接金属を形成し、この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。更に
また、溶接速度を１００乃至３００（ｃｍ／分）とする
ことが好ましい。

【０００９】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
太径のコールドワイヤを配置し、このコールドワイヤの
両側に形成された各母材との接触部を２次的な開先部と
見なして、これを狙い位置として溶接する。この２次開
先部は略Ｖ字状となり、デンドライトは斜め上方に向か
って成長するので、デンドライトが母材側とコールドワ
イヤ側の両側から成長しても、その溶接金属の中央部で
会合しにくくなる。従って、溶接金属の割れの発生を防
止することができる。

【００１０】また、この２次開先部を溶接することによ
り、従来のように、コールドワイヤを配置せずに継手溶
接部を溶接する場合と比較して、溶接金属がブリッジす
るために必要である溶着断面積を極めて小さくすること
ができる。従って、第１電極はコールドワイヤと一方の
母材（第１部材）との接触部を狙い位置として設定し、
第２電極はコールドワイヤと他方の母材（第２部材）と
の接触部を狙い位置として設定することにより、従来の
溶接方法と比較して溶接速度の高速化を図ることができ
る。

【００１１】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。
更に、溶接金属の２層目以降を形成するワイヤとして、
例えば、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。

【００１２】なお、本発明において、初層とは、コール
ドワイヤと一方の母材（第１部材）との接触部を狙う第
１電極及びコールドワイヤと他方の母材（第２部材）と
の接触部を狙う第２電極によって形成される溶接金属の
ことである。また、本発明において、３以上の電極を使
用する場合、３番目の第３電極以降は従来と同様に、継
手交叉部を狙うことができる。

【００１３】以下、本発明方法において使用するコール
ドワイヤの径及び溶接速度について、更に説明する。

【００１４】コールドワイヤ径：５乃至１５ｍｍ 本発明においては、溶接母材の溶接部にコールドワイヤ
をその長手方向が溶接線に一致するように配置して、こ
のコールドワイヤの両側に形成された２次開先部を溶接
する。コールドワイヤの断面形状としては、円、楕円又
は多角形のものを適用することができるが、断面形状が
円であるコールドワイヤを使用する場合、その径が５ｍ
ｍ未満であると、２次開先部が小さくなりすぎてワイヤ
が入らないため、この開先部をワイヤで狙うことが困難
となる。一方、コールドワイヤの径が１５ｍｍを超える
と、２次開先部が大きくなりすぎるので、１電極のみで
溶接金属をブリッジさせることが困難となる。従って、
断面形状が円であるコールドワイヤを使用する場合、そ
のワイヤ径は５乃至１５ｍｍとすることが好ましい。

【００１５】溶接速度：１００乃至３００（ｃｍ／分） 溶接金属がブリッジするために必要とされる溶着量はそ
れほど多くないため、溶接速度が１００（ｃｍ／分）未
満の範囲では、本発明を適用する必要はない。一方、溶
接速度が３００（ｃｍ／分）を超えると、初層ビードの
ハンピングが過大になるため、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３００
（ｃｍ／分）とすることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明方法の実施例につい
て添付の図面を参照して具体的に説明する。

【００１７】図１は本発明の実施例に係る多電極ガスシ
ールドアーク溶接方法を示す断面図である。溶接母材と
しては、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
より継手が形成されている。本発明においては、板材１
及び２からなる継手の溶接部３に、断面形状が円である
太径のコールドワイヤ４を配置し、このコールドワイヤ
４と板材１との接触部及びコールドワイヤ４と板材２と
の接触部分を２次的な開先部５ａ及び５ｂと見なす。即
ち、第１電極６はコールドワイヤ４と板材１との接触部
（２次開先部５ａ）を狙い位置として設定し、第２電極
７はコールドワイヤ４と板材２との接触部（２次開先部
５ｂ）を狙い位置として設定して、２電極以上の電極で
溶接する。

【００１８】このように、第１電極６及び第２電極７
が、夫々、２次開先部５ａ及び５ｂを溶接して初層溶接
金属を得ることにより、本来の継手溶接部３を溶接する
場合と比較して、溶接金属がブリッジするために必要で
ある溶着断面積を極めて小さくすることができる。従っ
て、従来の溶接方法と比較して溶接速度の高速化を図る
ことができる。

【００１９】図２は本実施例方法により溶接した後の溶
接金属の状態を拡大して示す模式図である。本実施例方
法により溶接を実施すると、コールドワイヤ４と板材１
とにより構成された２次開先部５ａ、及びコールドワイ
ヤ４と板材２とにより構成された２次開先部５ｂは略Ｖ
字状となり、これらの開先部５ａ及び５ｂに溶接金属２
１及び２２が形成される。この溶接金属２１及び２２が
冷却されるとき、デンドライトは溶接金属２１及び２２
の斜め上方に向かって成長するので、デンドライトが溶
接金属中で会合しにくくなる。従って、本実施例方法に
よると、溶接金属２１及び２２の割れの発生を防止する
ことができる。

【００２０】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。

【００２１】図３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３（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３（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３（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が形成されている。

【００２２】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にコールドワイ
ヤを配置することにより、図１に示す溶接方法と同様に
溶接を実施することができる。

【００２３】また、図１においては、コールドワイヤ４
として断面形状が円のものを使用した溶接の例について
示したが、本発明方法において使用することができるコ
ールドワイヤは、これに限られるものではない。

【００２４】図４は本発明において使用することができ
るコールドワイヤの形状の例を示す断面図である。本発
明においては、例えば、板材１と板材２との間に形成さ
れた溶接部３に、図４（ａ）に示すように断面形状が六
角形であるコールドワイヤ４ａ、又は図４（ｂ）に示す
ように断面形状が楕円であるコールドワイヤ４ｂ等を配
置して２次開先部１７及び１８を形成し、これを狙って
溶接することができる。このように、本発明において
は、コールドワイヤと、その両側に接触している板材１
及び２との間に２次的な開先部が形成されるものであれ
ば、種々の断面形状のコールドワイヤを使用することが
できる。

【００２５】更に、図１においては、２電極溶接の例を
示したが、本発明においては３以上の電極で溶接するこ
とができ、その場合、３番目の電極（第３電極）以降
は、コールドワイヤ４の中央部を狙うことができる。

【００２６】

【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。

【００２７】図５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
あり、図６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。図５及び６に示すように、板材１
及び２を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、溶接部３に種々の径のコールドワイヤ
４を配置して、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。

【００２８】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７５ｍ
ｍ、溶接線方向の長さが１０００ｍｍのＳＭ４９０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。また、第１電極（Ｌ）６は２
次開先部５ａを狙い、第２電極（Ｔ１）７は２次開先部
５ｂを狙うと共に、第３電極（Ｔ２）１９及び第４電極
（Ｔ３）２０はコールドワイヤ４の中央を狙って溶接し
た。

【００２９】各実施例及び比較例において使用した条件
を下記表１に示し、変化させた条件を下記表２及び３
に、評価結果を下記表４及び５に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】上記表２乃至５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コールドワイ
ヤの径が本発明の好ましい範囲内であるので、１００乃
至３００（ｃｍ／分）の範囲のいずれの溶接速度におい
ても、スパッタ発生量を低減することができ、高温割れ
の発生を抑制することができると共に、優れた外観の溶
接ビードを得ることができた。

【００３６】一方、比較例Ｎｏ．１９は、充填材として
使用したコールドワイヤの径が本発明の好ましい範囲の
下限未満であるので、スパッタ発生量が増加すると共
に、ビード外観が不良となった。また、若干の高温割れ
も発生した。また、比較例Ｎｏ．２０乃至２２は、コー
ルドワイヤの径が本発明の好ましい範囲の上限を超えて
いるので、スパッタ発生量を十分に低減することができ
ず、高温割れが発生すると共に、ビード外観が不良とな
った。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
継手の溶接部にコールドワイヤをその長手方向が溶接線
に一致するように配置し、第１電極及び第２電極により
コールドワイヤの両側の母材（第１部材及び第２部材）
との接触部を狙って多電極溶接するので、溶接速度が１
００乃至３００（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る。コールドワイヤは種々
の断面形状のものを使用することができ、その径を適切
に規定すると、高温割れ及びスパッタ発生量を十分に低
減することができ、良好な外観の溶接ビードを得ること
ができる。

【００３８】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】本発明の実施例に係る多電極ガスシールドアー
ク溶接方法を示す断面図である。

【図２】本実施例方法により溶接した後の溶接金属の状
態を拡大して示す模式図である。

【図３】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。

【図４】本発明において使用することができるコールド
ワイヤの形状の例を示す断面図である。

【図５】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６】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７】従来の鋼管矢板Ｐ型継手の溶接方法を示す模式
図である。

【符号の説明】

１、２；板材 ３、１０、１３、１６、１７、１８；溶接部 ５ａ、５ｂ；開先部 ４、４ａ、４ｂ；コールドワイヤ ６；第１電極 ７；第２電極 ８、１１、１２、１４；管状部材 ９、１５；板状部材 １９；第３電極 ２０；第４電極 ２１、２２、３５；溶接金属 ３１、３２；母材 ３４；カットワイヤ ３６；電極

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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１部材と第２部材との溶接部を、第１
   電極及び第２電極を有する２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
   溶接部にコールドワイヤをその長手方向が溶接線に一致
   するように配置し、前記第１電極は前記第１部材の表面
   と前記コールドワイヤとの接触部をワイヤ狙い位置と
   し、前記第２電極は前記第２部材と前記コールドワイヤ
   との接触部をワイヤ狙い位置として溶接することを特徴
   とする多電極ガスシールドアーク溶接方法。
2. 【請求項２】 前記コールドワイヤは断面形状が円形で
   あるとき、ワイヤ径を５乃至１５ｍｍとすることを特徴
   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。
3. 【請求項３】 前記コールドワイヤは断面形状が楕円形
   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。
4. 【請求項４】 前記コールドワイヤは断面形状が多角形
   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。
5. 【請求項５】 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。
6. 【請求項６】 第３電極又はそれ以上の電極を使用して
   ２層目以降の溶接金属を形成し、この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。
7. 【請求項７】 溶接速度を１００乃至３００（ｃｍ／
   分）とすることを特徴とする請求項１乃至６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。