JPH10314946A - ボックス柱角継手の2電極サブマージアーク溶接方法 - Google Patents

ボックス柱角継手の2電極サブマージアーク溶接方法

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JPH10314946A
JPH10314946A JP13747697A JP13747697A JPH10314946A JP H10314946 A JPH10314946 A JP H10314946A JP 13747697 A JP13747697 A JP 13747697A JP 13747697 A JP13747697 A JP 13747697A JP H10314946 A JPH10314946 A JP H10314946A
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JP
Japan
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welding
sealing
arc welding
groove
penetration
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JP13747697A
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Naoaki Matsutani
直明 松谷
Masami Yamaguchi
將美 山口
Ryuichi Motomatsu
隆一 元松
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ボックス柱角継手溶接で溶込み不良がなく、か
つ、耐高温割れ性に優れた溶接部を得ることができるサ
ブマージアーク溶接方法を提供する。 【解決手段】 角度40゜以下のY型開先の溶接に際し
て、予め、開先内全線にシーリング溶接を行い、シーリ
ング溶接ビード表面の開先幅W(mm)と先行電極のワ
イヤ径D(mm)との比W/Dを0.4〜1.5とする
ことを特徴とするボックス柱角継手の2電極サブマージ
アーク溶接方法にあり、また、シーリング溶接を、フラ
ックス入りワイヤあるいはソリッドワイヤを用いた炭酸
ガスシールドアーク溶接で行うことにある。 【効果】本発明の溶接方法によれば、溶け込み不良が無
く、かつ耐高温割れ性にも優れた健全な溶接部を得るこ
とができるため、ボックス柱の高能率な製造ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建築構造物の柱部
材の製造に適用する溶接方法に係わり、更に詳しくはボ
ックス柱の角継手溶接で、溶込み不良がなく、かつ、耐
高温割れ性に優れる溶接部を得るサブマージアーク溶接
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ボックス柱角継手のサブマージア
ーク溶接は、ビル等の超高層化に伴い、板厚40〜10
0mmの極厚鋼板への適用が多くなってきた。
【0003】ボックス柱の製造は、図2に示すスキンプ
レート1、2の合わせ部、即ち箱型の4辺の角の部分を
溶接して中空の柱とする。角継手の開先形状は板厚によ
って異なり、図3(a)に示すY型開先および図3
(b)に示すレ型開先などが用いられる。通常その使用
区分は、板厚が40mm程度までは、図3(b)に示す
横板のスキンプレート2の端部のみに開先加工を施した
レ型開先とし、板厚40mm程度以上では、図3(a)
に示す横板のスキンプレート2および縦板のスキンプレ
ート1の両方の端部に開先加工を施したY型開先を採用
している。
【0004】サブマージアーク溶接前のボックス柱の仮
組では、サブマーマージアーク溶接時の熱歪みによるス
キンプレート1、2と裏当金4との分離を防ぎ、湯漏れ
等の問題が生じないよう開先内には炭酸ガスアーク溶接
などによってピッチ200〜250mm程度、ビード長
さ50mm程度、のど厚が7〜8mm程度の仮付け溶接
を行っている。
【0005】このような仮組工程の後、板厚60mm程
度までは2電極のサブマージアーク溶接によって角継手
部を1パスで仕上げる方法が一般に採用されている。こ
の溶接方法として例えば、特開平1−241380号公
報に、開先形状、溶接条件、フラックスの組成等を限定
し、板厚が40mm以上の溶接を可能とした角継手部の
サブマージアーク溶接方法が開示されている。また、特
開平2−258191号公報には、主にフラックスの組
成および粒度分布を規定し、さらに溶接電流や開先形状
についても限定することで良好な溶接作業性を得るとと
もに溶接欠陥を防止する技術が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によるボックス柱角継手の溶接においても、溶接
欠陥が皆無ではなく、溶接部の補修を行っているのが実
状である。サブマージアーク溶接によるボツクス柱角継
手溶接で発生する溶接欠陥のひとつは、図4に示すスキ
ンプレート2の板厚に溶接金属6が達せず、十分な溶込
みPを得ることができない溶込み不良である。
【0007】溶込みPの検査は、超音波探傷により調べ
られるが、検査精度を考慮して3mm程度以下の溶込み
Pは欠陥として判定し、補修の対象とする場合もある。
また、重大な溶接欠陥として溶接ビード断面中央部に発
生する高温割れがある。高温割れは、溶込みPが過大と
なつた場合溶接金属の凝固方向がビード中央に向かって
水平に近くなり、最終凝固部に発生する。
【0008】これら溶接欠陥が発生した場合の補修は、
溶接部の最深部までガウジングにより溶接欠陥を除去し
た後、炭酸ガスアーク溶接などによって多層盛り溶接を
行っている。このような補修作業は、板厚が大きいため
多大な工数増加となり、作業能率の大幅な低下をきたし
ている。このため、ボックス柱角継手溶接での適正な溶
込みの安定化は極めて重要な課題となっている。
【0009】本発明の目的は、ボックス柱角継手溶接で
溶込み不良がなく、かつ、耐高温割れ性に優れた溶接部
を得ることができるサブマージアーク溶接方法を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ボックス
柱角継手のサブマージアーク溶接で安定した溶込みを得
ることを目的に鋭意研究を進めてきた。
【0011】その結果、開先内全線をシーリング溶接す
ることにより、溶込みPの変動が極めて小さくなること
を見いだした。さらに、シーリング溶接条件の詳細な検
討の結果、本発明法を得た。ここで、シーリング溶接を
行うことによる2電極サブマージアーク溶接の溶込みP
への影響を調査した一例を述べる。
【0012】表1の記号M1に示す板厚50mmのSM
490B鋼をスキンプレート1、2に用い、図3(a)
に示す開先角度θが35゜、ルート面Rが2mmのY型
開先で、長さ2000mmの角継手試験体を作成した。
開先内のシーリング溶接は、表2の記号W1に示す1.
6mm径のソリッドワイヤを用い、電流300A、電圧
35Vで、シーリング溶接ビード幅すなわちシーリング
溶接ビード表面の開先幅Wを種々変化させるため溶接速
度を調整し、CO2 流量30l/minで炭酸ガスシー
ルドアーク溶接により行った。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】試験体は、シーリング溶接条件毎に1体作
成し、2電極によるサブマージアーク溶接を行った。サ
ブマージアーク溶接は、表2の記号W2に示す4.8m
m径ワイヤを先行極、後行極には記号W3の6.4mm
径ワイヤを用い、表3に示す鉄粉含有ボンドフラツクス
との組合わせで、表4の記号N1に示す溶接条件にて1
パス溶接を行った。
【0016】
【表3】
【0017】
【表4】
【0018】溶接終了後、溶接開始側の溶接条件不安定
部300mmとクレータ部の残る、溶接終了側の400
mmを除いた長さ1300mmの溶接ビードから、10
0mm毎に断面マクロ試験片12個を採取し、溶込みP
を測定した。その結果、シーリング溶接ビード表面の開
先幅Wと、サブマージアーク溶接の先行極のワイヤ径D
との比W/Dと溶込みPの最大値と最小値および平均値
(図中で○印)との関連を図1に示す。
【0019】シーリング溶接を行わないW/D=0の場
合の溶込みPは最大値と最小値の差すなわち同一溶接ビ
ードでの溶込みPの変動が9mmであった。これに対
し、シーリング溶接を行うことで、溶込みPの最小値が
大きくなり、最大値と最小値の変動は約半分の4〜5m
mとなった。また、W/D=1.5以下では溶込みPの
平均値の減少も極めて小さく、安定した溶込みPを得る
W/Dの良好な範囲が存在することが判明した。
【0020】即ち、本発明の要旨するところは、角度4
0゜以下のY型開先の溶接に際して、予め、開先内全線
にシーリング溶接を行い、シーリング溶接ビード表面の
開先幅W(mm)と先行電極のワイヤ径D(mm)との
比W/Dを0.4〜1.5とすることを特徴とするボック
ス柱角継手の2電極サブマージアーク溶接方法にある。
【0021】また、シーリング溶接を、フラックス入り
ワイヤあるいはソリッドワイヤを用いた炭酸ガスシール
ドアーク溶接で行うことにより、溶接能率の向上を図る
ものである。なお、シーリング溶接とは、開先のルート
すなわちスキンプレート1および2の合わせ部が残らな
いよう小入熱で溶接することであり、仮付溶接を連続し
て行った溶接ビードをつくることである。
【0022】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて詳細に説明する。まず、開先角度を40゜以下に限
定した理由を述べる。開先角度は、大きくするに従って
深い溶込みを得やすいが、開先断面積も大きくなるた
め、必要な溶着金属を得るための溶接入熱を高めること
が必要となる。大きな溶接入熱での施工は、溶接金属の
靱性を劣化させる傾向にあるため、開先角度は40゜以
下とした。
【0023】なお、開先角度が小さければ溶接能率は高
まるが、過度に狭い開先になると深い溶込みが得にくく
なるとともに、ビード断面形状が細くなりやすいため溶
接ビード断面中央部に高温割れが発生しやすくなる。こ
のため開先角度は40゜以下で、25゜以上とすること
が好ましい。
【0024】次に、シーリング溶接ビード表面幅W(m
m)と先行電極のワイヤ径D(mm)との比W/Dが
0.4未満の場合、溶込みの先端部分の溶接金属を形成
するサブマージアーク溶接の先行電極によるアークは、
開先の下方で発生するため、深い溶込みの溶接部ができ
る反面、左右の開先壁面側にもアークが発生するため、
その部分の溶込みは小さくなる。従って、溶込みの最大
値と最小値の差が大きい溶接ビードとなり、深い溶込み
部では溶接ビード断面中央部に高温割れが発生しやすく
なる一方で、溶込みが不足する部分も生ずる。
【0025】シーリング溶接ビード表面幅W(mm)と
先行電極のワイヤ径D(mm)との比W/Dが1.5を
超える場合、サブマージアーク溶接の先行電極によるア
ークは、シーリング溶接のビード表面との間に安定して
発生する。しかし、シーリング溶接ビードはそのビード
幅の増大に応じてのど厚も大きくなるため、溶込みは小
さくなる傾向となり、溶込み不良が発生しやすい。
【0026】シーリング溶接方法は、被覆アーク溶接法
あるいはガスシールドアーク溶接法が考えられるが、フ
ラックス入りワイヤあるいはソリッドワイヤを用いた炭
酸ガスシールドアーク溶接法が溶接能率に優れており、
本発明ではこれを採用する。
【0027】
【実施例】以下、実施例により本発明の効果をさらに具
体的に示す。表1の記号M2に示す板厚60mmのSM
490B鋼をスキンプレート1および2に用い、図3
(a)に示す開先角度が30゜、ルート面Rが2mmの
Y型開先とした長さ2000mmの角継手試験体を作成
した。
【0028】開先内のシーリング溶接は、表2の記号W
1に示す1.6mm径のソリッドワイヤを用い、電流3
00A、電圧30V、CO2 流量が30l/minの炭
酸ガスシールドアーク溶接により行った。シーリング溶
接ビード幅すなわちシーリング溶接ビード表面の開先幅
Wを溶接速度の調整を行い、W/D比を変化させた。こ
こで、シーリング溶接を被覆アーク溶接で行った場合、
炭酸ガスシールドアーク溶接の約4倍の所要時間であっ
た。
【0029】サブマージアーク溶接は、表2の記号W3
に示す6.4mm径ワイヤを先行極および後行極に用
い、表3に示す鉄粉含有ボンドフラツクスとの組合わせ
で、表4の記号N2に示す溶接条件にて1パス溶接を行
った。 なお、比較例のひとつとして、シーリング溶接
を行わない試験体も準備した。
【0030】サブマージアーク溶接の終了後、溶接開始
側の溶接条件不安定部300mmとクレータ部の残る溶
接終了側の400mmを除いた長さ1300mmの溶接
ビードの中で、100mm毎に断面マクロ試験片12個
を採取し、耐割れ性の評価すなわち溶接ビード断面中央
部に発生する高温割れの有無および溶込みPを測定し
た。
【0031】その結果は表5に示すとおりで、本発明の
要件であるシーリング溶接ビード表面の開先幅と、サブ
マージアーク溶接での先行電極ワイヤ径との比W/Dが
0.4〜1.5の範囲内とした溶接No.1〜No.5
は、高温割れの発生がなく、十分な溶込みも得ることが
できた。
【0032】
【表5】
【0033】しかし、溶接No.6はシーリング溶接を
実施しない場合であり、溶込みの最大値と最小値との差
が大きく、溶込みが大きくなっている溶接部で高温割れ
が発生した。溶接No.7は、シーリング溶接ビード表
面の開先幅が小さいW/D=0.2であるため、溶込み
の最大値と最小値との差が大きく、溶込みが大きくなっ
ている溶接部で高温割れが発生した。溶接No.8は、
シーリング溶接ビード表面の開先幅が大きいW/D=
1.5であるため、溶込み不良が発生した。
【0034】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の溶接法
によれば、溶込み不良がなく、かつ耐高温割れ性にも優
れた健全な溶接部を得ることができるため、ボックス柱
の高能率な製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シーリング溶接ビード表面幅と先行電極ワイヤ
径との比W/Dと、溶込みPとの関係を示す特性図。
【図2】ボックス柱の形状を示す図。
【図3】開先形状を示す図で(a)はY型開先、(b)
はレ型開先。
【図4】溶接ビードの断面マクロ形状、シーリング溶接
を示す図で、図3(a)の開先に対応。
【符号の説明】
1、2−−−スキンプレート 3−−−ダイヤフラム 4−−−裏当金 5−−−シーリング溶接ビード 6−−−溶接金属 θ−−−開先角度 d−−−開先深さ R−−−ルート面 W−−−シーリング溶接ビード表面幅 P−−−溶込み

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 角度40゜以下のY型開先の溶接に際し
    て、予め、開先内全線にシーリング溶接を行い、シーリ
    ング溶接ビード表面の開先幅W(mm)と先行電極のワ
    イヤ径D(mm)との比W/Dを0.4〜1.5とする
    ことを特徴とするボックス柱角継手の2電極サブマージ
    アーク溶接方法。
  2. 【請求項2】 シーリング溶接を、フラックス入りワイ
    ヤあるいはソリッドワイヤを用いた炭酸ガスシールドア
    ーク溶接で行うことを特徴とする請求項1記載のボック
    ス柱角継手の2電極サブマージアーク溶接方法。
JP13747697A 1997-05-13 1997-05-13 ボックス柱角継手の2電極サブマージアーク溶接方法 Withdrawn JPH10314946A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104028878A (zh) * 2013-10-31 2014-09-10 武汉一冶钢结构有限责任公司 一种免清根t型熔透焊接接头的组装与焊接方法
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