JPS6247111B2 - - Google Patents

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JPS6247111B2
JPS6247111B2 JP56096615A JP9661581A JPS6247111B2 JP S6247111 B2 JPS6247111 B2 JP S6247111B2 JP 56096615 A JP56096615 A JP 56096615A JP 9661581 A JP9661581 A JP 9661581A JP S6247111 B2 JPS6247111 B2 JP S6247111B2
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JP
Japan
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welding
insert
arc
weld metal
metal
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JP56096615A
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JPS58377A (ja
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Kozo Akahide
Osami Hashimoto
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/02Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/0203Inserts

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、厚肉鋼材の多電極深溶込みアーク
溶接法に関し、とくに厚肉大径鋼管のシーム溶接
や、圧力容器胴壁の長手方向または周方向にわた
る突合わせ溶接などに適用して有用な、多電極の
サブマージアークまたはガスシールドアーク溶接
の改良方法を提案しようとするものである。
多電極溶接の先行電極または多層盛り溶接の第
1層に、うもれアークを利用すると、アークが母
材内にうもれるため、小入熱で効果的に溶込みが
確保でき、第1図に溶接継手の開先形状を示した
ように、厚肉母材1,1′間の、突合わせ面2が
大きく、開先面積の小さいものとなし得る。従つ
て溶接の層数を著しく減少させることができて厚
板の突合わせ溶接が、極めて高能率に、しかも、
入熱量が板厚の割には少ないため熱影響部の特性
にすぐれた高品質に実現されることが期待され
る。
しかし実際上は、かゝる溶接を適用したときし
ばしば第2図に示すように、溶接金属部3に、微
小な割れが発生することがあり、これは通常のサ
ブマージアーク溶接や、ガスシールドアーク溶接
で得られる溶接金属には、従来認められなかつた
特異の挙動であり、現象的には、溶接金属の板厚
方向の大きさ、すなわち厚さが大きい程発生し易
く、この割れは一般に板厚方向の開口、つまり母
材表面に沿うものとして現れることが多い。
このうもれアークを利用した深溶込み溶接に特
有な溶接欠かんとも云うべき割れの発生原因とし
て次のことが考えられる。
一般的に溶接金属には、その凝固冷却に伴つて
生じる応力により、横割れ、縦割れなどが発生す
るところ、とくにうもれアークにより深溶込みを
得て形成される溶接金属では、収縮が厚さ方向に
対して無視し得ないような大きさになることが、
第2図の事実から予想され、加えて溶接金属の厚
さが大きい程、割れの発生する確率が増大するこ
との経験によつて示唆されたのである。
進んでこの種の微小割れの防止に関して実験を
繰り返し行つたところ、割れの発生傾向は上記の
母板板厚のほか、その化学成分にも依存すること
が明らかになつた。
母材の化学成分についてはそのうちでもとくに
C量との相関がことに著しく、これにつき、Si−
Mn系の軟鋼と、HT−50鋼とを用いて実験的に求
めた割れ発生限界の一例を第3図に示した。
第3図では横軸に母材の炭素含有量(%)を、
また縦軸に、1層での溶接金属の溶込み深さ
(P)をとり、割れなしを〇、割れありを×であ
らわしてある。第3図によれば、この実験から母
材のC量が0.20%以上で溶接金属の厚さつまり溶
込み深さが大きいほど割れが発生し易いことがわ
かる。なお、溶込み深さに対してビード幅が極め
て小さくなるような溶接、たとえば片側2層以上
で開先内ビードとなるような場合には、溶込み深
さが小さい範囲から割れが発生するようになる。
以上のべたような割れ発生傾向についてうもれア
ークを利用する深溶込み溶接では次のような現象
が関係する。この溶接では母板を深さ方向に多量
に溶融するため溶接金属中に占める母材溶融金属
の割合(母材希釈率)が60〜70%と高くなり、換
言すると溶接金属の組成が母板成分に大きく影響
される。すなわち、溶接金属の微小割れ発生傾向
が母板成分によつて著しく変化すると考えられ
る。したがつて割れ防止には母板の組成を調整す
ればよいが、強度などの特性を確保するために
も、また経済性からもそれが制限される。
この発明は鋼板の種類にかかわらず微小割れの
発生しない溶接方法を提供しようとするものであ
る。さて第4図にこの発明に従うサブマージアー
ク溶接に用いる溶接継手の開先を示した。溶接し
ようとする鋼板1,1′の突合わせ面に鋼ブロツ
クよりなるインサート5をはさむ。そしてフラツ
クス6内でワイヤ7とインサート5との間にアー
クを発生させてインサートを第5図のように部分
的に溶融させて溶接金属3を形成する。その後母
板1,1′を反転させて反対側を同様の方法で溶
接を行い、未溶融のインサート5を完全に溶融さ
せ鋼板1,1′の溶接を完了させる。
この場合にインサート5はたとえばC量を0.07
%以下とした板厚2〜12mm、高さ10mm以上のもの
である。
このような溶接を行えば溶接金属3は鋼板1,
1′すなわち母材の溶融物、インサート5の溶融
物およびワイヤ7が溶融した溶着物が混合して形
成され、そして、溶接金属全体に占める母材溶融
金属の割合は、30〜45%程度となつてインサート
5を用いない従来法よりも約30%低下する。ま
た、インサート5の溶融金属が占める割合は20〜
35%となる。
すなわち、インサート5の併用によつて溶接金
属組成の母材依存度が低下でき、従つてインサー
ト5として、母材よりも低炭素当量成分とした鋼
片を用いることにより耐割れ性に優れた溶接金属
が形成される。
この例でインサートのC量を0.07%以下にした
が、より高いC量では微小割れの発生確率が高ま
る。すなわち0.07%をこえるC量のとき、溶接金
属のC量が0.1%以上になることがあり、溶接時
の拘束が大きい場合に割れが発生することがあ
る。一方インサートの厚みについては2mmより薄
いインサートは熱容量が小さ過ぎて最初に溶接す
る側で溶落ちが発生するおそれがあり、また12mm
をこえるとインサートと母材との間のどちらかの
側に融合不良が発生して完全な継手を形成でき難
いことがたしかめられている。
この発明に従いうもれアークを利用した深溶込
み溶接で、溶接金属中に占める母材溶融金属の稀
釈を低率に制御するには、間先突合せ面に上記の
ような鋼片ブロツクのインサートをはさみ込めば
よい。
これまでにもこの種溶接の能率向上を目指して
開先内に第6図、第7図のごとくあらかじめ鋼粒
や鉄粉8または三角形状の棒鋼9を添加して溶接
する方法が提案されている。しかし、これらの方
法では深溶込み溶接は実施できない。すなわち、
鋼粒や鉄粉8の場合には粒子個々の重量が小さい
ため、また棒鋼9の場合も溶接熱に基づく変形の
ため、これらの添加物が簡単に移動してしまいう
もれアークを安定して発生させることができな
い。したがつて、このような方法ではうもれアー
クを利用して深溶込みを形成するような高能率溶
接は不可能である。一方、この発明の方法では、
鋼片ブロツクのインサートが開先のルート面には
さみ込まれるためしつかりと固定化され、うもれ
アークを安定的に維持できるのである。
以下この発明の実施例についてのべる。
実施例 1 SB−49(C:0.25%、Si:0.25%、Mn:0.85
%、P:0.019%、S:0.012%)板厚50mmの突合
せ溶接をこの発明に従うサブマージアーク溶接を
利用して行つた。
ルート面の高さ30mm、表面、裏面とも溝深さ10
mm、角度90゜のX型に母板端面を加工し、開先の
ルート面に板厚5mm、高さ30mmのインサートをは
さみこんで開先を形成した。このインサートの組
成はC0.06%、Si0.25%、Mn1.45%、P0.014%、
S0.008%の鋼片である。
溶接材料としてはワイヤにC0.09%、Si0.02
%、Mn1.95%のKW−36(4.8mm径)、フラツクス
に高塩基性、焼成型のもの(MgO29%、
CaCO314%、CaF215%、SiO220%、Al2O315%
その他7%:12〜200メツシユ)を用いて裏面
側、表面側ともに先行電極1700A、32V、後行電
極1300A、45V、速度65cm/min、電極間距離60
mmで溶接を行つた。
溶接に際しては溶落ちなどの不具合は発生せ
ず、うもれアークによる深溶込みを確保すること
ができた。
溶接後のX線透過試験の結果、溶接金属には割
れ、気孔、スラグ巻込みなどの内部欠陥は認めら
れなかつた。また継手引張試験では引張強さの規
格値49〜63Kg/mm2に対して55Kg/mm2で溶接金属に
て破断した。さらに側曲げ試験でも曲げ角度180
゜にて欠陥は発生せず十分な延性があつた。
なお溶接金属の化学分析ではC0.10%、Si0.23
%、Mn1.21%、P0.013%、S0.010%で良好なも
のであつた。
以上のように従来法では通常15〜20パスを要す
るような厚肉鋼材の突合わせ溶接がこの発明の方
法によれば2パスで可能となり、その継手の機械
的性質も良好なものであることが立証できた。
実施例 2 SS−41(C:0.23%、Si:0.26%、Mn:0.96
%、P:0.018%、S:0.015%)板厚80mmの突合
せ両側溶接にサブマージアークを利用してこの発
明の方法を適用した。この溶接は表、裏面からそ
れぞれ25mmずつ溶着すればよい部分溶込みの継手
である。開先のルート面の高さを60mm、両側の溝
深さを各15mm、角度60゜のX極に母材端面を加工
し、ルート面に板厚9mm、高さ60mmのインサート
をはさみこんで開先を形成した。インサートの組
成はC0.04%、Si0.15%、Mn0.95%、P0.010%、
S0.004%である。溶接材料としてワイヤにC0.08
%、Si0.02%、Mn1.05%、P0.018%、S0.010%の
KW−43B(4.8mm径)、フラツクスにCaO24%、
MgO12%、SiO234%、Al2O318%、CaF29%、そ
の他3%からなる溶融型フラツクス(20〜200メ
ツシユ)を用い、2電極にて裏面側、表面側とも
に先行電極1650A、32V、後行電極1250A、45V、
速度55cm/min、電極間距離40mmで溶接を完了し
た。
超音波探傷検査の結果、溶接部には割れ、気
孔、スラグ巻込みなどの内部欠陥は認められなか
つた。また、溶込み深さが裏側で29mm、表側30mm
あり、設計上の25mmに対して十分大きなものであ
つた。なお、ビート表面形状は良好であり、アン
ダカツトなどの表面欠陥は認められなかつた。溶
接継手表面側から採取したA1号丸棒引張試験片
による引張試験では引張強さ44Kg/mm2、伸び35%
で熱影響部にて破断し、十分なる継手強度と延性
を有していることがわかつた。表面側溶接金属部
から採取した2mmVノツチ衝撃試験では0℃にて
6.2Kg−m(3個の平均値)で良好な靭性を示し
た。溶接金属部の化学成分はC0.08%、Si0.21
%、Mn1.15%、P0.017%、S0.012%であり、イ
ンサートの効果でC量が低下した。
実施例 3 ASTM規格A516−Gr70(C:0.23%、Si:0.31
%、Mn:1.42%、P:0.019%、S:0.014%)板
厚36mmの突合せ両側溶接にガスシールドアークを
利用してこの発明の方法を適用した。
開先としてルート面の高さ10mm、両側の溝深さ
を各13mm、角度40゜のX型に母材端面を加工し、
ルート面に板厚3mm高さ10mmのインサートをはさ
みこんで開先を形成した。
インサートの組成はC0.01%、Si0.08%、
Mn0.45%、P0.006%、S0.008%である。
溶接ワイヤとしてC0.06%、Si0.30%、Mn1.52
%、P0.010%、S0.010の径4.0mmのものを、シー
ルドガスとしてAr80%、CO220%の混合ガスを
用いた。
溶接は裏面側、表面側ともに2層盛として以下
の条件で行つた。
まず、裏面側では第1層目を2電極で先行電極
950A、30V、後行電極850A、30V、速度50cm/
min、極間距離200mmにて、第2層目を単電極で
700A、31V、30cm/minにて溶接した。次に、表
面側を裏面側と同一条件で2層盛溶接を施した。
ビード表面にはアンダカツト、オーバラツプは
なく良好なビードが得られた。X線透過検査では
割れ、気孔、スラグ巻込みなどの内部欠陥は見ら
れなかつた。継手引張試験では54Kg/mm2にて熱影
響部から破断し、強度として十分なものであつ
た。側曲げ試験でも曲げ角度180゜で欠陥は発生
せず、高延性な継手であつた。溶接金属の2mmV
ノツチ衝撃試験では−20℃において表面から2〜
12mmの位置が9.6Kg−m(3個の平均値)板厚中
央位置が14.3Kg−m(3個の平均値)と極めて高
靭性なものであつた。
溶接金属の化学成分はインサートを溶融した部
分に相当する板厚中央でC0.07%、Si0.28%、
Mn1.25%、P0.012%、S0.007%であつた。
以上のようにこの発明の方法によつて耐割れ
性、靭性にすぐれた溶接継手を能率よく形成する
ことが可能となつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の深溶込み溶接法の開先形状を示
す断面図、第2図は従来の深溶込み溶接のビード
横断面図、第3図は従来の深溶込み溶接における
母材の炭素量と微小割れの関係を示すグラフ、第
4図はこの発明の開先形状と溶接の態様を示す断
面図、第5図はこの発明の溶接のビード横断面
図、第6図、第7図は、従来の鋼粒添加溶接法お
よび棒鋼添加溶接法を示す断面図である。 1,1′……鋼板、2……開先ルート面、3…
…溶接ビード、4……微小割れ、5……インサー
ト、6……溶接フラツクス、7……溶接ワイヤ、
8……鋼粒、9……棒鋼。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 多電極のサブマージアークまたはガスシール
    ドアーク溶接における先行電極につき、溶接継手
    の開先ルート面内に母材よりも低炭素当量成分と
    した鋼片ブロツクよりなるインサートを挟み込ん
    で固定した上で、うもれアークとなる溶接条件で
    の深溶込みによりインサートを溶融し、溶接金属
    中に占める母材溶融金属の稀釈を低率に制御する
    ことを特徴とする厚肉鋼材の多電極深溶込みアー
    ク溶接法。 2 インサートの溶融が、厚肉鋼材両面のうち最
    初に溶接する片面側では小部分とし、その後の他
    面側で残りの全部にわたらせる特許請求の範囲1
    記載の溶接法。
JP9661581A 1981-06-24 1981-06-24 厚肉鋼材の多電極深溶込みア−ク溶接法 Granted JPS58377A (ja)

Priority Applications (1)

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JP9661581A JPS58377A (ja) 1981-06-24 1981-06-24 厚肉鋼材の多電極深溶込みア−ク溶接法

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JPS58377A JPS58377A (ja) 1983-01-05
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JP9661581A Granted JPS58377A (ja) 1981-06-24 1981-06-24 厚肉鋼材の多電極深溶込みア−ク溶接法

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JPS58377A (ja) 1983-01-05

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