JPH11267843A

JPH11267843A - 片面溶接方法

Info

Publication number: JPH11267843A
Application number: JP7471498A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Sato; 正晴佐藤; Tomokazu Morimoto; 朋和森本; Yoshikazu Kawamata; 禎和川俣
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融池の垂れ落ち及び融合不良を防止し、ま
た耐高温割れ性が高いと共に、溶接能率を向上させるこ
とができる片面溶接方法を提供する。【解決手段】フラックス中の成分のうち、Ａｌ及びＭ
ｇがワイヤ全重量に対してＡｌ：２乃至３．５重量％、
Ｍｇ：０．１乃至０．９重量％であり、フラックス率が
１０乃至２０重量％であるフラックス入りワイヤを使用
する。そして、このフラックス入りワイヤを負極とする
直流正極性によりガスシールドアーク溶接するか、この
フラックス入りワイヤを負極とし、負極の時間比率が６
０％以上である交流電源によりガスシールドアーク溶接
するか、又はこのフラックス入りワイヤを負極とし、周
波数領域が１００乃至３６０Ｈｚである直流パルスによ
りガスシールドアーク溶接する。これによって、溶着金
属中の酸素含有量を２００ｐｐｍ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフラックス入りワイ
ヤを使用してガスシールドアーク溶接により溶接する片
面溶接方法に関し、特に、鋼材を上向、横向及び立向の
姿勢で片面溶接施工する場合に好適の片面溶接方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】造船等の分野においては、全姿勢の片面
溶接が使用されているが、この片面溶接においては、主
に、直径が１．２ｍｍ及び１．４ｍｍのチタニヤ系フラ
ックス入りワイヤを使用し、半自動溶接又は台車と組み
合わせた自動溶接により溶接されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上向溶
接においては、溶融池が垂れやすく、約２５０Ａを超え
る高電流では溶接できない。溶融池が垂れると、ビード
が凹凸状になり、ビードとビードとの間に融合不良等の
欠陥が生じ、著しい場合には、溶融金属が垂れ落ちてし
まうという問題点がある。また、高電流で溶接しようと
すると、パスとパスとの間、及び溶着金属の中に、スラ
グが残存するという所謂スラグ巻き欠陥が発生しやす
い。

【０００４】大電流で溶接できないために、初層で裏波
ビードを形成するためには、開先に適当なギャップを設
ける必要がある。この開先ギャップは、開先角度が４０
乃至５０゜のＶ開先の場合には、５乃至１０ｍｍと極め
て大きなものであり、溶接能率が低下するという難点が
ある。

【０００５】一方、横向溶接及び立向溶接においては、
ビードが垂れやすく、オーバーラップになって融合不良
等の欠陥が生じやすい。また、各溶接姿勢に共通して、
片面溶接の初層溶接においては、耐高温割れ性が品質の
最重要ポイントであるが、チタニヤ系フラックス入りワ
イヤは溶融池内の酸化物がビード中央の最終凝固域に集
中し、ソリッドワイヤに比較して耐割れ性が低いという
欠点がある。

【０００６】この耐割れ性と溶融池の垂れを改善するた
めに、例えば、固定管の全姿勢溶接では、ソリッドワイ
ヤによる溶接が適用されている。しかし、この場合は、
溶接電流を１２０乃至１８０Ａというように低電流にす
る必要があり、溶接能率が低いという難点がある。ま
た、ソリッドワイヤによる溶接においては、スパッタの
影響を少なくするために、アルゴン混合ガスを使用する
必要があり、溶接コストが高くなる。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、溶融池の垂れ落ち及び融合不良を防止し、
また耐高温割れ性が高いと共に、溶接能率を向上させる
ことができる片面溶接方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る片面溶接方
法は、フラックス中の成分のうち、Ａｌ及びＭｇがワイ
ヤ全重量に対してＡｌ：２乃至３．５重量％、Ｍｇ：
０．１乃至０．９重量％であり、フラックス率が１０乃
至２０重量％であるフラックス入りワイヤを使用する。
そして、本願第１発明においては、溶接電源の出力とし
て、このフラックス入りワイヤを負極とする直流正極性
によりガスシールドアーク溶接することによって溶着金
属中の酸素含有量を２００ｐｐｍ以下とする。また、本
願第２発明においては、フラックス入りワイヤを負極と
し、負極の時間比率が６０％以上である交流電源により
ガスシールドアーク溶接することによって溶着金属中の
酸素含有量を２００ｐｐｍ以下とする。本願第３発明に
おいては、フラックス入りワイヤを負極とし、周波数領
域が１００乃至３６０Ｈｚである直流パルスによりガス
シールドアーク溶接することによって溶着金属中の酸素
含有量を２００ｐｐｍ以下とする。

【０００９】この場合に、溶接すべき継手のギャップ範
囲が０乃至３ｍｍ、ワイヤの直径が１．４乃至１．８ｍ
ｍであり、セラミックス系裏当材を使用することが好ま
しい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳細に
説明する。本発明方法にて使用する溶接ワイヤは、フラ
ックス中の成分のうち、Ａｌ及びＭｇがワイヤ全重量に
対してＡｌ：２乃至３．５重量％、Ｍｇ：０．１乃至
０．９重量％であり、フラックス率が１０乃至２０重量
％であるフラックス入りワイヤである。以下、このフラ
ックス入りワイヤの組成限定理由について説明する。

【００１１】（１）Ａｌ含有量：２乃至３．５重量％フラックス中のＡｌはアークを安定させ、強脱酸剤とし
て作用する。而して、溶融金属中の酸素は溶融金属の粘
度を低下させる作用を有する。そして、アルミニウムが
脱酸剤として作用するので、この強脱酸剤の添加によ
り、溶融金属の酸素が低下し、粘度が高まる。これによ
り、溶融金属の垂れ落ちが防止され、Ａｌは安定した全
姿勢溶接を可能とするために重要な成分である。

【００１２】フラックス中のＡｌ含有量が２％以下にな
るとアークの安定性が悪くなり、スパッタが多発して溶
接作業性も悪くなる。一方、フラックス中のＡｌ含有量
が３．５重量％を超えると、溶接金属の衝撃靱性が低く
なる。このため、フラックス中のＡｌ含有量はワイヤ全
重量に対して、２乃至３．５重量％とする。

【００１３】（２）Ｍｇ含有量：０．１乃至０．９重量
％フラックス中のＭｇも強力な脱酸剤であり、Ｍｇの添加
により、溶融金属の粘度を高める。また、フラックス中
のＭｇはＤＣＥＮ（直流正極性）でのアーク安定を高め
ることができる。

【００１４】フラックス中のＭｇ含有量が０．１％より
少ないと、アークの安定性が悪くなり、スパッタが増大
する。一方、フラックス中のＭｇ含有量が０．９％を超
えると、アークの集中性が悪くなり、溶込みが少なくな
って溶込み不良などの欠陥が発生しやすくなり、スパッ
タが多く発生するようになる。このため、フラックス中
のＭｇはワイヤ全重量に対して、０．１乃至０．９重量
％とする。

【００１５】（３）フラックス率（ワイヤ全重量に対す
るフラックス重量％）：１０乃至２０重量％フラックスは溶接アークを安定させる作用がある。ワイ
ヤ全重量に対するフラックスの重量％（フラックス率）
が１０％未満になるとアークが不安定になる。また、フ
ラックス率が少ないということは脱酸剤の量も少なくな
るので、脱酸不足による気孔欠陥が生じる場合がある。
一方、ワイヤ全重量に対するフラックスの重量％が２０
％を超えると、発生するスラグの量が多くなり、アーク
が不安定になる。

【００１６】上述の組成のフラックス入りワイヤを使用
し、ガスシールドアーク溶接により、溶着金属中の酸素
含有量を２００ｐｐｍ以下とする。

【００１７】（４）酸素含有量：２００ｐｐｍ以下溶着金属中の酸素含有量は、溶融金属の物性、特に粘度
及び表面張力に影響する。溶着金属中の酸素量が２００
ｐｐｍを超えると、溶融金属の粘度及び表面張力が低下
し、ビードが垂れやすくなる。

【００１８】その結果、上向溶接ではビードの垂れ落ち
が発生しやすくなり、横向溶接及び立向溶接ではビード
の垂れによる融合不良等が発生しやすくなる。また、酸
素含有量が２００ｐｐｍを超えると、溶融金属中の酸化
物の量が多く、初層の耐高温割れ性が劣化する。よっ
て、溶着金属中の酸素含有量は２００ｐｐｍ以下とす
る。

【００１９】次に、溶接電源の出力について説明する。
図１はこの溶接電源の種類を示す電源の波形図である。
図１（ａ）はフラックス入りワイヤを負極とする直流正
極性を示す。図１（ｂ）はフラックス入りワイヤを負極
とする交流である。この場合に、ワイヤが正極の期間
と、負極の期間は、負極の時間比率が６０％以上となる
ようにする。図１（ｂ）は交流波形がパルス状のもので
ある。しかし、この交流波形は正弦波形でもよい。ま
た、図１（ｃ）はフラックス入りワイヤを負極とする直
流パルスである。この直流パルスの周波数は１００乃至
３６０Ｈｚである。以下、これらの極性限定理由及び数
値限定理由について説明する。

【００２０】（５）フラックス入りワイヤを負極とする溶接ワイヤの極性はアークの安定性及びスパッタ発生量
に大きな影響を及ぼす。溶接ワイヤを正極とする極性で
は、アークが不安定で、大粒のスパッタが発生する。こ
れに対し、溶接ワイヤを負極とする極性では、アークは
安定しており、スパッタの発生量も少ない。このため、
図１（ａ）のように、フラックス入りワイヤを負極とす
る直流正極性で溶接するか、図１（ｂ）のように、フラ
ックス入りワイヤが正極となる期間が存在しても、その
期間は４０％未満、即ち、フラックス入りワイヤが負極
となる正極性の期間が全体の６０％以上であるようにす
る。なお、全期間、フラックス入りワイヤが正極性であ
っても、図１（ｃ）に示すように、電源の波形はパルス
であってもよい。

【００２１】（６）正極性比率：ワイヤを負極とする時
間比率が６０％以上溶接ワイヤを負極とする時間比率が６０％以上の交流で
はアークは安定しており、スパッタが少ないが、６０未
満ではスパッタの発生が多く、溶接の作業性は悪化す
る。

【００２２】（７）パルス周波数：１００乃至３６０Ｈ
ｚパルス周波数が１００Ｈｚ未満の場合は特に開先壁面で
のアーク不安定（大粒スパッタ）が起こり、３６０Ｈｚ
を超えるとワイヤが溶融池に突っ込み、溶融プールの吹
き飛び等により作業性が極めて悪くなる。このため、パ
ルス周波数は、１００乃至３６０Ｈｚとする。

【００２３】（８）ギャップ範囲：０乃至３ｍｍ開先ギャップが３ｍｍ以上の大きな値になると、溶接時
間が長くなり、作業能率が低下する。このため、開先ギ
ャップは３ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００２４】（９）ワイヤ径：１．４乃至１．８ｍｍワイヤ径が１．８ｍｍを超える太径になると、溶接電流
が高いため、溶融池が大きくなり、上向姿勢等では溶融
金属の垂れ落ちが発生する。

【００２５】一方、ワイヤ径が１．４ｍｍ未満の細径ワ
イヤでは、溶接電流が低いため、開先ギャップが０乃至
３ｍｍでは裏波ヒ゛ート゛を形成することができない。ま
た、溶接電流を増加させると、ワイヤ溶融量も増加し、
溶融池も増加し、溶融池が過大になってビードの垂れ落
ちが発生する。このため、ワイヤ径は１．４乃至１．８
ｍｍとすることが好ましい。

【００２６】（１０）セラミックス製の裏当材セラミックス製の裏当材は裏波ビードを安定化する作用
を有する。このため、本発明においても、セラミックス
製の裏当材を使用することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について本発明の範囲
から外れる比較例と比較してその特性の評価結果につい
て説明する。下記表１はワイヤ成分、フラックス率、酸
素含有量、ビード垂れ、割れ試験、溶接作業性、アーク
の集中性、衝撃値を示す。但し、ワイヤ径は１．６ｍｍ
である。また、割れ試験は上向溶接により２８０Ａ−２
２Ｖ−２５ｃｐｍで溶接した場合に、板厚が２０ｍｍで
の中央部での割れの発生の有無であり、始端部は除くも
のである。更に、酸素含有量及び衝撃値はいずれも下向
き溶接により２７０Ａ−２４Ｖ−２０ｃｐｍで６層１２
パスで溶接した場合に、試験板（厚さ２０ｍｍ）の中央
から採取した試験片より分析・試験した結果である。こ
れらのいずれの場合も、ワイヤを負極とする正極性で溶
接した。

【００２８】

【表１】この表１に示すように、本発明の実施例は、ビードの垂
れ、割れ、溶接作業性、アークの集中性が優れており、
衝撃値も高い。これに対し、本発明の請求項１から外れ
る比較例のワイヤは上述のいずれかの特性が悪い。

【００２９】次に、極性が溶接作業性に及ぼす影響につ
いて説明する。下記表２はこの極性及び極性比率と、溶
接作業性との関係を示す。使用したワイヤは、表１のＮ
ｏ．１のワイヤである。また、溶接姿勢は下向きであ
る。溶接条件は、溶接電流：２７０〜３００Ａ、溶接電
圧：２５〜２７Ｖ、溶接速度：３０ｃｍ／分、シールド
ガス：ＣＯ₂１００％・２０リットル／分、ワイヤ突出
長：２０ｍｍである。

【００３０】

【表２】この表２に示すように、フラックス入りワイヤを負極と
する時間比率（正極性比率）が６０％以上の場合及び直
流正極性の場合（実施例２４乃至２６）にスパッタが少
なく、溶接作業性が優れている。

【００３１】次に、パルス周波数が溶接作業性に及ぼす
影響について説明する。下記表３はパルス周波数と、初
層の作業性及び２層目以降の作業性との関係を示す。溶
接条件は、上向溶接（ピーク電流５００Ａ、ベース電流
７０Ａ）である。溶接条件は、溶接電流：３００Ａ、溶
接電圧：２２Ｖ、溶接速度：２８ｃｍ／分、シールドガ
ス：ＣＯ₂１００％・２５リットル／分、ワイヤ突出
長：１５ｍｍである。パルス周波数はピーク時間を変更
することにより調整した。また、ワイヤを負極とする正
極性で溶接した。この表３に示すように、周波数が本発
明請求項３の範囲に入る実施例３１乃至３３の場合は溶
接作業性が優れているのに対し、比較例３４，３５の場
合は溶接作業性が悪い。

【００３２】次に、開先形状と裏ビード形状との関係を
説明する。下記表４及び５は開先形状及びギャップと欠
陥及び裏ビード形状との関係を示す。溶接条件として
は、溶接姿勢は表４の場合は上向姿勢、表５の場合は立
向上進姿勢であり、板厚１６ｍｍ、板の長さは５００ｍ
ｍであり、４層４パスで溶接した。シールドガスはＣＯ
₂、２５リットル／分、ワイヤ突出し長は１５ｍｍであ
る。これらの表４及び表５に示すように、開先ギャップ
が本発明の請求項４から外れる比較例４４及び５３の場
合は、アークタイムが長い。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】次に、ワイヤ径と裏ビード形状との関係について説明す
る。下記表６はワイヤ径と、上向及び横向溶接時の裏ビ
ード形状を示す。溶接条件は上向は表４のＮｏ．４１の
初層条件と同じであり、立向は表５のＮｏ．５１の初層
条件と同じである。この表６に示すように、ワイヤ径が
本発明の請求項４から外れる比較例６１，６５の場合
は、裏ビード形状が劣るのに対し、本発明の実施例６２
乃至６４の場合は、裏ビード形状が良好であった。

【００３６】

【表６】

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フラックス入りワイヤのＡｌ、Ｍｇ量及びフラックス率
を調整し、フラックス入りワイヤを負極とする正極性に
よる溶接を行うから、上向及び立向姿勢での溶接におい
て欠陥の発生を防止でき、上向及び立向姿勢においてギ
ャップ＝０ｍｍ（溶接面積の減少）での施工が可能であ
り、溶接時間を短縮することができ、溶接能率を向上さ
せることができる。また、パルス電源を使用すれば、溶
接時間を更に一層短縮することができる。更に、安価な
ＣＯ₂溶接が可能である。そして、本発明のワイヤにお
いては、溶着金属の粘性を高めることができるので、溶
着金属が垂れ落ちにくく、高電流での溶接が可能であ
り、酸素含有量が低いため、耐割れ性が優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源波形を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２３Ｋ 9/095 ５０１Ｂ２３Ｋ 9/095 ５０１Ｇ 33/00 33/00 Ｚ 35/02 35/02 Ｄ 35/368 35/368 Ｂ 37/06 37/06 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラックス中の成分のうち、Ａｌ及びＭ
ｇがワイヤ全重量に対してＡｌ：２乃至３．５重量％、
Ｍｇ：０．１乃至０．９重量％であり、フラックス率が
１０乃至２０重量％であるフラックス入りワイヤを使用
し、このフラックス入りワイヤを負極とする直流正極性
によりガスシールドアーク溶接することによって溶着金
属中の酸素含有量を２００ｐｐｍ以下とすることを特徴
とする片面溶接方法。
【請求項２】フラックス中の成分のうち、Ａｌ及びＭ
ｇがワイヤ全重量に対してＡｌ：２乃至３．５重量％、
Ｍｇ：０．１乃至０．９重量％であり、フラックス率が
１０乃至２０重量％であるフラックス入りワイヤを使用
し、このフラックス入りワイヤを負極とし、負極の時間
比率が６０％以上である交流電源によりガスシールドア
ーク溶接することによって溶着金属中の酸素含有量を２
００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする片面溶接方法。
【請求項３】フラックス中の成分のうち、Ａｌ及びＭ
ｇがワイヤ全重量に対してＡｌ：２乃至３．５重量％、
Ｍｇ：０．１乃至０．９重量％であり、フラックス率が
１０乃至２０重量％であるフラックス入りワイヤを使用
し、このフラックス入りワイヤを負極とし、周波数領域
が１００乃至３６０Ｈｚである直流パルスによりガスシ
ールドアーク溶接することによって溶着金属中の酸素含
有量を２００ｐｐｍ以下とすることを特徴とする片面溶
接方法。
【請求項４】溶接すべき継手のギャップ範囲が０乃至
３ｍｍ、ワイヤの直径が１．４乃至１．８ｍｍであるこ
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
片面溶接方法。
【請求項５】セラミックス系裏当材を使用することを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の片面
溶接方法。