JPS5849352B2 - ヨコムキキヨウカイサキア−クヨウセツホウ オヨビ ソノソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は横向狭開先アーク溶接法に関するものであり
、その目的は母材開先面と溶接金属間に発生する融合不
足あ・よび溶接金属の中央に発生する高温割れを生ずる
ことのない有用な溶接方法を提供することにある。

従来、建築鋼柱間の継手、造船にあ・ける外板の水平継
手、ストレージタンクあるいは鉄塔の円同継手等の横向
姿勢溶接継手の溶接は、一般に上側鋼板に３５〜６０°
の開先角度を設けたＶ形あるいはＫ形形状になしたもの
に手溶接、ノンガス半自動溶接、炭酸ガスアーク溶接等
により行なっていた。

しかし近年の溶接構造物の大型化に伴ってそれらの方法
によるものでは、開先内の断面積が板厚の２乗に比例し
て増加し、したがって溶接量が多くなり、溶接作業に多
犬な時間を費し経済的でないものであった。

この問題を解決するために単位時間当りの溶着金属量を
増大させる大入熱溶接法が開発されている。

しかしながらこの方法では、横向姿勢にかいては溶着金
属が垂れ下りビード外観を損い、かつ母材熱影響部の組
織が粗大となり脆化し、しかも溶接作業は簡便なものと
はいえない。

これらの問題点に対処するための方法としてソリッドワ
イヤ方式による狭開先ガスシールドアーク溶接法が知ら
れている。

これは開先角度をＯ〜１０°と小とし、その開先断面を
小さくし、かつ１パスの溶接人熱を従来と同程度で行な
うものであり、この方法によれば、例えば７０ｍｍの板
厚のものの開先断面積は従来法の約１／３となり能率的
、かつ経済的であり、１た熱影響部の脆化もない。

しかし狭開先溶接では開先が狭いため、母材開先面と溶
接金属との間に融合不足が発生し易〈１たビードの断面
形状が奥深く幅の狭いものになりがちであり、溶接金属
の最終凝固部が溶接金属断面中央に集捷り、そこに凝固
収縮に伴う高温割れが発生し易いという欠点があった。

そこで一般的に用いられる狭開先ガスシールドアーク溶
接方法は、図面第１図に示すように母材下板１１、母材
上板１２かよび裏当材１３とで構成される狭開先間に、
各層について下段パス１４と上段パス１５に振分ける各
層２パス方式により母材方向の溶込みを確保するもので
ある。

しかしこの方法では実験によれば、開先間隔が１５ｍｍ
以下では第２図に示すような上段のパスの溶接の際下段
のビードと上板１２開先面によって形成される開先形状
が極めて狭いものとｉるため、そのアーク発生位置が非
常に限定され、例えば上板１２側のＡ点にアーク発生し
た場合、上板１２への溶込みが極端に犬き〈なり、いわ
ゆる梨の１実形のビード形状にｉり、第８図に示すよう
に上段パス１５のビード中央部に高温割れが発生する。

一方アーク発生点をビード中央側Ｂ点とした場合には上
板１２への溶込みがなくなり、第９図に示すように上板
１２側に融合不足が発生する欠点がある。

最もこの方法に卦いて、開先間隔を１５〜１８間程度に
大きくすればその欠点の解決は可能かもしれないが、開
先間隔がおおきくなるため能率かよび経済性の点で問題
が残り、しかも各層２パスに振り分けるためパスごとに
アーク発生位置を変エねばならず溶接作業は煩雑である
という問題点は依然として残る。

この発明は前述の従来の問題点に対処するために提案さ
れたものである。

以下この発明を図示する実施例によって説明すると、第
４図にあ・いて母材下板１、母材上板２およびこれらの
裏面に取付けた裏当材３とで構成され母材下板１の上面
１ａと母材上板２の下面２ａとがほぼ平行に配置された
狭開先の溶接継手の正面側から、開先間に狭開先アーク
溶接装置のソリッドワイヤ４を連続的に供給する構或を
有する溶″接トーチ５によりシールド′ガスＧを送給し
、ガスシールドアーク溶接を行なう。

その際溶接トーチ５を鉛直線に対して所定の角度、すな
わちウィービンク角α、ウィービング幅Ｗおよびウィー
ビングサイクルのもとに図示するような軌跡Ｌを描くよ
うにし、ウィービング運動を停止することなく連続した
ウィービング溶接を行ない板厚方向に多層で各層１パス
溶接を行なうようにするものである。

ここで、ウィービング角αは、第５図の場合にあ・いて
は時計廻り方向に後退して傾斜した角、すなわち、第５
図に示すように、波形の頂点Ｔと底点Ｂ，Ｂ間の中点と
を結んだ線ｌ０ が鉛直線ｌｏ に対してなす角であり
、このようなウィービング角αで溶接トーチ５を溶接線
Ｌ。

に沿って移動させつつウィービング幅Ｗだけ振動させる
ことにより頂点Ｔが溶接進行方向と反対方向にずれた波
形軌跡Ｌが得られる。

第６図は板厚３２ｖｒＬｍ、開先間隔９朋の継手にあ・
いて、ＨｊＴ５０用１．６朋φソリッドワイヤを用いて
３４０Ａ（電流密度の定電流に換算すれば１７０Ａ／間
２ ）、３６Ｖの条件でウィービング幅Ｗ＝３１１１ｍ
，サイクルＣ＝４５サイクル／ｍｉｎｂよび溶接速度３
０ＣＩＩＬ／ｍｉｎでアーク溶接を行ない、ウィービン
グ角αに対するビード高さとビード幅に比Ｈ／Ｗ、溶込
みｄｕ＋ｄＬ）および開先面とビードとのなす角（θＵ
＋θＬ）の関係を示したものである。

この図から、ウィービング角３００．４５°，６０°で
はいずれもウィービング角Ｏ０に比較して、ビード高さ
とビード幅の比Ｈ／Ｗは小さく、母材の溶込み（ｄｕ＋
ｄＬ）は大きく、捷た開先面とビードのなす角（θＵ＋
θＬ）は大きくなっていることが判明する。

このことはそれらの角度では、狭開先溶接にかける高温
割れあ・よび融合不足等の欠陥を生じ難くなり、ウィー
ビング角を保つことが有効であることを示している。

その実際例を第１０図に示したが、前記の傾向が明確に
現われている。

第１０図中Ａ−０，Ａ−３０，Ａ−４５はそれぞれウィ
ービング角が００，３０°あ・よび４５°であることを
表示している。

一方同様に種々のウィービング幅、ウィービングサイク
ルを変えて実験、検討した結果、最適のウィービング幅
は開先間隔によって変化し、開先間隔 Ｇ ＝ ９ ｍｍ−＞ウィービング幅＝１〜４ｍｍ（Ｇ
−Ｗの値が最小５舵０ Ｇ ＝ ｌ ｌ 關→ウィービング幅＝２〜６１ｎ１ｎ
（Ｇ−Ｗの値が最小５闘） Ｇ−１３朋→ウィービング幅−４〜８間 （Ｇ−Ｗの値が最小５ｍｍ） Ｇ＝１４ｍｉ→ウィービング幅＝５〜９ｍｒＩＬ（Ｇ−
Ｗの値が最小５間） ところで、この発明に係る溶接法に訃いて、鉛直線から
溶接進行方向と反対向きにウィービング角を１５〜６０
０としたのは、その範囲であれば上述かよび第６図に示
すように、高温割れかよび融合不足を防止し、良好な溶
接を行なえるためである。

さらに詳述すれば、その範囲内であれば、第１にウィー
ビングを行っているので運動量増大に伴って母材を溶接
する割合が犬き〈なること、第２にウィービング角は溶
接進行方向と反対方向にとっているので、トーチの移動
に伴ってアークが下方から上方に移動する際、垂れがち
な溶接金属を下から上へ押し上げることになりビード形
状が改善できること、第３に逆に下方に進行時立板に対
して進行速度が増すが、その場合の溶込み深さが上記範
囲内にあ・いてのみ良好でビード形状がよいものが得ら
れることの効果がある。

そして１５°未満であると、これらの効果が奏せず、融
合不足卦よび高温割れをもたらす。

捷た６０°以上であると、第１にアークの開先内にかけ
る運動量が過大となり、アークが不安定となる、第２に
溶融金属が大となり、ビード形状が逆に不良となるので
ある。

ところでこの発明の溶接条件は１．６φソリッドワイヤ
では３００〜４ ０ ０ Ａ，溶接速度は２０〜５ ０
ｃｒｎ／ｍ ｉ ｎが良好な溶接を行う上で望１しい範
囲である。

１たウィービングサイクルは２０〜６０サイクル／ｍｉ
ｎが適切であった。

これらの範囲を逸脱すると融合不足あ・よび高温割れが
発生し易くなる傾向が見られた。

１た第７図は、この発明の狭開先ガスシールドウィービ
ング溶接の開先間隔およびアーク電圧Ｖの適用範囲を、
溶接条件Ｈ−Ｔ５０用１．６ｍｍφソリッドワイヤを用
いて３５０Ａ（電流密度１ ７ ５ Ａ／ａｍ２）の定
電流あ・よび速度３ ５ｃｆＩｌ／ｍ ｉ ｎ、ウィー
ビング条件すなわちウィービング条件すなわちウィービ
ング角α＝４５°かよびサイクル４５サイクル／ｍｉ
ｎのもとで溶接して得た結果から求めたものである。

そして第３図は従来例による積層状態を示したものであ
るが、そのウィービングを行なわない各層１パス溶接法
による結果も併記したものである。

この第７図は、この発明の溶接方法によれば、開先間隔
が７〜１４關、アーク電圧が３３〜３８Ｖと適正条件範
囲は広範囲であり、極めて実用的であることを示してい
る。

一方、ウィービングを行なわない各層１パス溶接方法は
、開先間隔の適正範囲が狭く実用的でないものである。

１た第１１図、第１２図はこの発明の溶接方法を厚板に
適用した一例を示したものであり、それぞれ断面ｐよび
３回繰返しによる側曲げの結果である。

その溶接にかける条件は次の通りである。

溶接ワイヤ ：Ｈ−Ｔ５０用ソリッドワイヤ（１．６
ｍｍ） シールドガス ：ＣＯ２ 母 材 ：ＳＭ−５ＯＡ，板厚７０ｍｍ開先間隔
：１１７７１７＋！ 溶接条件 ：電流＝３５ＯＡ（電流密度１７５Ａ／
Ｉｎｍ２）の定電流 電圧＝３６Ｖ 溶接速度＝３５ＣＶ′ｍｉｎ ウィービング 条件 ：ウィービング角＝４５° ウィービング幅−４ｍｍ ウィービングサイクルー ４５サイクル／ｍｉｎ この写真では、なんら欠陥゛が認められず、１た熱影響
が極めて小さく、したがって７Ｑｍｍの極厚板１てかい
てもこの溶接方法が有用であることが確認された。

なお以上の実施例はシールドガスとして炭酸ガスを使用
したものであるが、この発明に用いるシールドガスぱこ
れに限定されるものではなく、例えばアルゴンー炭酸ガ
スの混合ガス等も用いることができる。

以上の通り、この発明の溶接方法によれば、開先間隔が
１４ｍｍ以下の狭開先溶接継手にかいて、母材開先面と
溶接金属間に発生する融合不足および溶接金属の中央に
発生する高温割れを生ずることなく、各層１パス溶接が
可能であり、１たその適用範囲は広く、しかも作業能率
も・よび経済性は従来の方法に比して格段と優れたもの
である。

さらに、詳述すれば、本発明にかいて、ウィービング角
を１５°〜６０°とし、かつ、１７０Ａ゛／ｍｉ 〜１
７ ５ Ａ ／ ｍＷ２の高電流密度アークヲ用いて
溶接中に電流値に変化を与えず、連続的にウィービング
を行なうので、第６図に示した通り、ウィービング角１
５°〜６００の範囲では明らかにビード形状を示すＨ／
Ｗ値の低下・開先側壁（母材）への溶込み量（ｄｕ＋ｄ
Ｌ）の増大及び開先面とビードのなす角（θＵ，θＬ）
の増大を得ることができる。

すなわち、これらの効果は高電流密度のアーク力によっ
て溶融金属の押し上げ作用が働いたためであり、これに
よって高温割れの防止、溶込み不良の防止及び次のパス
溶接時の溶込み不良防止効果が高速溶接（３０〜３５ｃ
ｒｒＬ／ｍｉｎ）で期待できる。

さらに、本発明にあ・いては、母材上板下面と下板上面
がほほ平行に近く配置された狭開先に適用されるもので
あって、母材ぱレ形に加工する必要のない溶接開先とさ
れている。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は、従来の狭開先ガスシールド
アーク溶接法を示す断面図、第４図は、この発明の狭開
先アーク溶接法の実施態様を示す断面図、第５図は、そ
のウィービング動作を示す概要正面図、第６図は、ウィ
ービング角が与える特性相関図、第７図はこの発明の溶
接法と従来の溶接法との適用範囲の比較相関図、第８図
、第９図は、従来のアーク溶接法による欠陥を示す断面
写真、第１０図、第１１図、第１２図はこの発明による
溶接を行なった結果を示す断面写真である。 １・・・・・・母材下板、２・・・・・・母材上板、３
・・・・・・裏当材、４・・・・・・シールドワイヤ、
５・・・・・・溶接トーチ、１１・・・母材下板、１２
・・・母材上板、１３・・・・・・裏当材、１４・・・
・・・下段パス、１５・・・・・・上段パス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 母制上板と下板あ・よび裏当材とで構成され、母材
   上板下面と母材下板上面とがほぼ平行に配置された１形
   横向開先溶接継手にあ・いて、該開先間隔を７〜１４ｒ
   ／Ｌ７ＩＬとするとともに、溶接継手の正面より見てウ
   ィービングの頂点が溶接線に対し鉛直線より溶接進行方
   南と反対方向に後退して傾斜した１５−６０°のウイー
   ビンク゛角、１〜９７ｒＬ７／Ｌのウイービンク篇およ
   び２０〜６０サイクル／ｍｉｎのウィービングサイクル
   で運動を停止させることなく連続したウィービングを行
   いつつ、１７０〜１７５Ａ／１Ｉｌｍの高電流密度アー
   クをもって板厚方向に多層で各層１パスのガスシールド
   アーク溶接することを特徴とする横向狭開先アーク溶接
   法。