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技術 多電極片面1層サブマージアーク溶接方法

出願人 株式会社神戸製鋼所
発明者 杉山大輔幸村正晴
出願日 2015年3月31日 (5年8ヶ月経過) 出願番号 2015-073651
公開日 2016年11月17日 (4年1ヶ月経過) 公開番号 2016-193444
状態 特許登録済
技術分野 アーク溶接一般
主要キーワード 耐熱カバー 突出し長 公称径 架台フレーム 押上機構 熱影響域 板継ぎ溶接 直流正極性
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

厚板においても高温割れが発生し難く、裏ビードの形状も良好な多電極片面1層サブマージアーク溶接方法を提供する。

解決手段

多数の電極を用いて片面1層の溶接を行う多電極片面1層サブマージアーク溶接方法であって、第1電極の極性直流で電極側マイナス、第1電極15aと第2電極15bとの電極間距離L1:80mm以上160mm以下、第2電極15bと第3電極15cとの電極間距離L2:80mm以上160mm以下、第1電極15aの電圧:25〜40V、第2電極15bの電流:800〜1400Aの条件で溶接を行うことを特徴とする。

概要

背景

電極片サブマージアーク溶接は、板継ぎ溶接として造船を中心に、広い分野に適用されている高能率溶接施工方法である。このような高能率化を図った多電極片面サブマージアーク溶接方法として、種々の溶接方法が開示されている。

例えば、特許文献1には、単一の、または2本以上の電極溶接を行うサブマージアーク溶接方法において、希土類元素を0.01〜1質量%含有する溶接用ワイヤを第1電極で用い、前記電極の極性直流正極性または交流とすることを特徴とするサブマージアーク溶接方法が開示されている。

また、例えば、特許文献2には、3電極以上の多電極溶接において第1電極と第2電極にワイヤ径3.2mm以下のワイヤを適用し、第1電極は800A以上の電流で、かつ溶接電流をワイヤ断面積で除した電流密度が第1電極で145A/mm2以上、第2電極で95A/mm2以上である多電極サブマージアーク溶接方法が開示されている。

概要

厚板においても高温割れが発生し難く、裏ビードの形状も良好な多電極片面1層サブマージアーク溶接方法を提供する。多数の電極を用いて片面1層の溶接を行う多電極片面1層サブマージアーク溶接方法であって、第1電極の極性:直流で電極側マイナス、第1電極15aと第2電極15bとの電極間距離L1:80mm以上160mm以下、第2電極15bと第3電極15cとの電極間距離L2:80mm以上160mm以下、第1電極15aの電圧:25〜40V、第2電極15bの電流:800〜1400Aの条件で溶接を行うことを特徴とする。

目的

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、厚板においても高温割れが発生し難く、裏ビードの形状も良好な多電極片面1層サブマージアーク溶接方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

多数の電極を用いて片面1層の溶接を行う多電極片面1層サブマージアーク溶接方法であって、第1電極の極性直流で電極側マイナス、第1電極と第2電極との電極間距離:80mm以上160mm以下、第2電極と第3電極との電極間距離:80mm以上160mm以下、 第1電極の電圧:25〜40V、第2電極の電流:800〜1400Aの条件で溶接を行うことを特徴とする多電極片面1層サブマージアーク溶接方法。

請求項2

前記第1電極のワイヤ径が4.0〜6.4mmφであることを特徴とする請求項1に記載の多電極片面1層サブマージアーク溶接方法。

請求項3

前記第2電極のワイヤ径が4.0〜6.4mmφであり、前記第3電極のワイヤ径が4.0〜6.4mmφであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多電極片面1層サブマージアーク溶接方法。

請求項4

前記第1電極の電流が1000〜1600Aであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の多電極片面1層サブマージアーク溶接方法。

請求項5

前記第2電極の電圧が40〜50Vであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の多電極片面1層サブマージアーク溶接方法。

請求項6

前記第2電極の極性が交流であり、前記第3電極の極性が交流であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の多電極片面1層サブマージアーク溶接方法。

技術分野

0001

本発明は、多数の電極を用いて片面1層の溶接を行う多電極片面1層サブマージアーク溶接方法に関する。

背景技術

0002

多電極片面サブマージアーク溶接は、板継ぎ溶接として造船を中心に、広い分野に適用されている高能率溶接施工方法である。このような高能率化を図った多電極片面サブマージアーク溶接方法として、種々の溶接方法が開示されている。

0003

例えば、特許文献1には、単一の、または2本以上の電極で溶接を行うサブマージアーク溶接方法において、希土類元素を0.01〜1質量%含有する溶接用ワイヤを第1電極で用い、前記電極の極性直流正極性または交流とすることを特徴とするサブマージアーク溶接方法が開示されている。

0004

また、例えば、特許文献2には、3電極以上の多電極溶接において第1電極と第2電極にワイヤ径3.2mm以下のワイヤを適用し、第1電極は800A以上の電流で、かつ溶接電流をワイヤ断面積で除した電流密度が第1電極で145A/mm2以上、第2電極で95A/mm2以上である多電極サブマージアーク溶接方法が開示されている。

先行技術

0005

特開2010−221296号公報
特開2007−268564号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1に記載されている溶接方法は、交流(Alternating Current;AC)で溶接を行うと、定電圧特性の影響でワイヤ送給速度が一定とならない。そのため、特許文献1に記載されている溶接方法には、厚板での裏ビードの形状安定性を確保することが困難であるという問題があった。また、特許文献1に記載されている溶接方法には、電極間距離の定義がないため、高温割れが発生し易いという問題がある。

0007

また、特許文献2に記載されている溶接方法は、第1電極のワイヤ径と第2電極のワイヤ径が細いため、入熱は抑えられ、熱影響部靭性劣化熱影響域(Heat Affected Zone;HAZ)の軟化(HAZ軟化)の低減が期待できるが、ルート部の溶込み幅が狭くなり、高温割れが発生し易いという問題がある。また、特許文献2に記載されている溶接方法も電極間距離の定義がないため、特許文献1に記載されている溶接方法と同様に高温割れが発生し易いという問題がある。

0008

さらに、前記した特許文献1、2を含め、従来の多電極片面1層サブマージアーク溶接には、一般的に、厚板になるにつれて裏ビードの形状がなし型となり易く、高温割れの発生率が上昇するという問題がある。そこで、多電極片面1層サブマージ溶接を行う際は、厚板側における高温割れの発生率を低下させるため、裏ビードの形状を犠牲にした条件を採用せざるを得なかった。

0009

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、厚板においても高温割れが発生し難く、裏ビードの形状も良好な多電極片面1層サブマージアーク溶接方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0010

前記課題を解決した本発明に係る多電極片面1層サブマージアーク溶接方法は、多数の電極を用いて片面1層の溶接を行う多電極片面1層サブマージアーク溶接方法であって、第1電極の極性:直流で電極側マイナス、第1電極と第2電極との電極間距離:80mm以上160mm以下、第2電極と第3電極との電極間距離:80mm以上160mm以下、第1電極の電圧:25〜40V、第2電極の電流:800〜1400Aの条件で溶接を行うことを特徴としている。

0011

このように、本発明に係る多電極片面1層サブマージアーク溶接方法は、第1電極の極性と、第1電極と第2電極との電極間距離と、第2電極と第3電極との電極間距離と、第1電極の電圧と、第2電極の電流と、を特定の条件としているので、高温割れが発生し難く、裏ビードの形状を良好とすることができる。

0012

本発明に係る多電極片面1層サブマージアーク溶接方法は、前記第1電極のワイヤ径が4.0〜6.4mmφであるのが好ましい。

0013

このような溶接方法とすると、安定した溶け込みが実現され、裏ビードがより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。

0014

本発明に係る多電極片面1層サブマージアーク溶接方法は、前記第2電極のワイヤ径が4.0〜6.4mmφであり、前記第3電極のワイヤ径が4.0〜6.4mmφであるのが好ましい。

0015

このような溶接方法とすると、安定した溶け込みが実現され、裏ビードがより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。

0016

本発明に係る多電極片面1層サブマージアーク溶接方法は、前記第1電極の電流が1000〜1600Aであるのが好ましい。

0017

このような溶接方法とすると、第1電極が高電流となり過ぎず、電流値が適切な範囲にあるので、裏ビードがより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。

0018

本発明に係る多電極片面1層サブマージアーク溶接方法は、前記第2電極の電圧が40〜50Vであるのが好ましい。

0019

このような溶接方法とすると、第2電極が高電圧となり過ぎず、電圧値が適切な範囲にあるので、裏ビードがより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。

0020

本発明に係る多電極片面1層サブマージアーク溶接方法は、前記第2電極の極性が交流であり、前記第3電極の極性が交流であるのが好ましい。

0021

このような溶接方法とすると、溶接金属中にワイヤの化学成分が多く歩留まるようにすることができるため、溶接金属の化学成分の歩留まりがより安定し、機械的性質(具体的には衝撃性能靭性))を良好なものとすることができる。

発明の効果

0022

本発明に係る多電極片面1層サブマージアーク溶接方法は、第1電極の極性などの諸条件を特定しているので、厚板においても高温割れが発生し難く、裏ビードの形状も良好なものとすることができる。

図面の簡単な説明

0023

本発明の多電極片面1層サブマージアーク溶接方法に用いる溶接装置の断面図である。
本発明の多電極片面1層サブマージアーク溶接方法で溶接する鋼板の平面図である。
多電極片面1層サブマージアーク溶接を行う際の様子を示す鋼板周辺の断面図である。
多電極片面1層サブマージアーク溶接を行う際の様子を示す鋼板周辺の断面図である。
本発明の多電極片面1層サブマージアーク溶接方法における電極間距離とワイヤ突出し長さについて説明するための断面図である。
実施例における耐高温割れ性について説明するための鋼板周辺の断面図である。

0024

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る多電極片面1層サブマージアーク溶接方法(以下、単に「溶接方法」ということもある。)は、例えば、3本または4本の電極を用いて片面1層の溶接を行う方法である。そして、本発明に係る溶接方法は、電極の極性、電極間距離、電極の電圧、電極の電流を特定し、好ましい態様として電極のワイヤ径や極性などを特定したものである。

0025

まず、本発明の溶接方法に用いる溶接装置の主要部の概略および鋼板について説明する。
(溶接装置)
図1に示すように、溶接装置100は、架台フレーム11と、溶接機12と、溶接機ビーム13と、を主に備える。

0026

架台フレーム11は、鋼製角材枠組みして、断面視凹状を呈するように形成されており、上方が開放され、内部に図3図4に示す裏当装置50aまたは裏当装置50bが支持されている。そして、裏当装置50aの裏当銅板55または裏当装置50bの耐火性キャンバス56上に鋼板20が載置されている。
溶接機ビーム13は、溶接機12を鋼板20の長手方向に沿って移動させるものである。

0027

溶接機12は、架台フレーム11の上方(鋼板20の上方)に配置され、鋼板20の溶接開先部M(図2参照)の表側から鋼板20を溶接するものである。溶接機12は、多数の電極(溶接トーチ)15を備えている。溶接機12は、溶接機ビーム13に沿って所定速度で移動しながら、溶接開先部Mの表側から電極15によって片面サブマージアーク溶接により鋼板20を溶接する。なお、図1に示す溶接機12は、同図中の矢印で示すように、左から右に移動しながら鋼板20の溶接を行っている。

0028

ここで、本発明が属する多電極片面1層サブマージアーク溶接方法とは、図3図4に示すように、突き合わされた鋼板20と鋼板20の裏面から、裏当銅板55上に層状に散布した裏当フラックス52、または、耐火性キャンバス56内に収容された裏当フラックス52をエアホース59などの押上機構により押圧して1パスで溶接する方法である。多電極片面1層サブマージアーク溶接方法では、鋼板20の表側から表フラックス51を用いてサブマージアーク溶接を行い、鋼板20の表面と裏面に同時にビードを形成する。なお、図3図4において、符号53はスラグ、符号54は溶接金属、符号57は耐熱カバー、符号58は下敷フラックスである。

0029

(鋼板)
鋼板20としては、例えば造船用鋼板が挙げられ、その長さは、例えば、10〜30mである。図2に示すように、この鋼板20には、鋼板20同士を突き合わせ、溶接開先部Mの位置で、断続または連続した面内仮付がなされている。
この鋼板20の始端31および終端32には、クレータを処理するためのタブ21とタブ22が取り付けられている。

0030

(溶接方法)
本発明の溶接方法は、前記した溶接装置を用い、第1電極の極性:直流で電極側マイナス、第1電極と第2電極との電極間距離:80mm以上160mm以下、第2電極と第3電極との電極間距離:80mm以上160mm以下、第1電極の電圧:25〜40V、第2電極の電流:800〜1400Aの条件で溶接を行う。

0031

なお、サブマージアーク溶接では主にソリッドワイヤが使われており、そのワイヤ径は、4.8mmφ、6.4mmφなど特定の公称径に限定される。そして、実径については、誤差範囲を含むものとして広く解釈されるのが一般的である。ここで、JIS Z 3200:2005では、サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ(3.2mmφ、4.0mmφ、4.8mmφ、6.4mmφ)の許容差は±0.06mmである。そのため、本発明で規定するワイヤ径は、実径として、±0.06mmφの誤差を含むものとする。すなわち、例えば、ワイヤ径が4.0mmφとは、実径として「4.0mmφ±0.06mmφ」、ワイヤ径が4.8mmφとは、実径として「4.8mmφ±0.06mmφ」、ワイヤ径が6.4mmφとは、実径として「6.4mmφ±0.06mmφ」を意味するものとする。なお、各電極に用いるワイヤとしてソリッドワイヤを用いるのが好ましい。このようにすると、溶け込みが深く、耐吸湿性も良好である。

0032

溶接機12の電極15は、例えば、図5に示すように、溶接進行方向(図中、矢印で示す方向)から順に、第1電極15a、第2電極15b、第3電極15cの3本を備えている。なお、電極15は、必要に応じてさらに図5中の破線で示す第4電極15dを含めた4本を備えるようにすることができる。仮に、第4電極15dを備えた場合には、プール溶融池)をさらに盛ることできるようになる。電極15を3本とするか4本とするかは任意に設定することができるが、本発明の効果は、第1電極15a、第2電極15b、第3電極15cを前記した条件とすることで奏することができる。

0033

ここで、電極間距離L1、L2とは、図5に示すように、溶接を行う際の電極15の配置において、各電極15a〜15cから突出しているワイヤ16a〜16cの先端をそれぞれそのまま延長させて鋼板20と接した箇所の距離をいう(なお、図5においては、ワイヤ16a〜16cの先端を延長させた部分をそれぞれ細い破線で示している。)。

0034

ワイヤ16a〜16cの突出し長さA1〜A3は特に制限されるものではなく、一般的な範囲で設定することができる。電極15が第4電極15dを備えた場合におけるワイヤ16dの突出し長さA4も同様である。
以下、各条件について説明する。

0035

(第1電極の極性)
第1電極の極性は、直流で電極側マイナス(Direct Current Electrode Negative;DCEN)とする。
第1電極の極性をDCENとすると、ワイヤ送給速度を一定とすることができるため、裏ビードが安定する。また、同電流におけるワイヤ溶着量が多く、溶接金属中にワイヤの化学成分が多く歩留まることになるため、衝撃性能を得ることができる。

0036

第1電極の極性を交流(AC)とすると、ワイヤ送給速度が一定でないため高電流領域で不安定となり、裏ビードが不安定となる。
第1電極の極性を直流で電極側プラス(Direct Current Electrode Positive;DCEP)とすると、溶け込み幅が狭いため、裏ビードが不安定となる。また、この場合、ワイヤ溶着量が少なく、溶接金属中におけるワイヤの化学成分の歩留まりが少なくなるので優れた衝撃性能を得ることができない。

0037

(第1電極と第2電極との電極間距離)
第1電極15aと第2電極15bとの電極間距離L1は、80mm以上160mm以下とする。電極間距離L1をこの範囲とすると、第1電極15aのアークと第2電極15bのアークが干渉しないため、裏ビードが安定する。また、電極間距離L1をこの範囲とすると、第1電極15aと第2電極15bの間隔が適切であるので冷却時間が適切となり、プールが凝固しないうちに第2電極15bの溶接を行うことができる。そのため、第2電極15bの溶接において溶け込みを深くすることが可能である。従って、高温割れを発生し難くすることができる。

0038

電極間距離L1が80mm未満であると、第1電極15aのアークと第2電極15bのアークが干渉するため、裏ビードが不安定となる。また、電極間距離L1が160mmを超えると、第1電極15aと第2電極15bの間隔が離れているので冷却時間が長くなり、プールが凝固してしまう。そのため、第2電極15bの溶接において溶け込みが浅くなり、高温割れが発生する。
なお、裏ビードをより安定させる観点から、電極間距離L1の下限は90mmとするのが好ましく、上限は140mmとするのが好ましく、120mmとするのがより好ましい。

0039

(第2電極と第3電極との電極間距離)
第2電極15bと第3電極15cとの電極間距離L2は、80mm以上160mm以下とする。電極間距離L2をこの範囲とすると、第2電極15bと第3電極15cの間隔が適切であるので冷却時間が適切となり、プールが凝固しないうちに第3電極15cの溶接を行うことができる。そのため、第3電極15cの溶接において溶け込みを深くすることが可能である。従って、高温割れを発生し難くすることができる。

0040

電極間距離L2が80mm未満であると、第2電極15bと第3電極15cが2プールからセミ1プールとなるため、高温割れが発生する。また、電極間距離L2が160mmを超えると、第2電極15bと第3電極15cの間隔が離れているので冷却時間が長くなり、プールが凝固してしまう。そのため、第3電極15cの溶接において溶け込みが浅くなり、高温割れが発生する。
なお、高温割れをより発生し難くする観点から、電極間距離L2の下限は90mmとするのが好ましく、上限は140mmとするのが好ましく、120mmとするのがより好ましい。

0041

(第1電極の電圧)
第1電極15aの電圧は、25〜40Vとする。第1電極15aの電圧をこの範囲とすると、ルート部の溶け込み幅を十分なものとすることができるため、裏ビードが安定するとともに、高温割れを発生し難くすることができる。
第1電極15aの電圧が25V未満であると、ルート部の溶け込み幅が狭くなるため、高温割れが発生する。また、第1電極15aの電圧が40Vを超えると、アークが強くなり過ぎてしまうため、裏ビードが不安定となる。
裏ビードをより安定なものとするとともに、高温割れをより発生し難くする観点から、第1電極15aの電圧の下限は27Vとするのが好ましく、上限は38Vとするのが好ましい。

0042

(第2電極の電流)
第2電極15bの電流は、800〜1400Aとする。第2電極15bの電流をこの範囲とすると、第1電極15aで形成した裏ビードに悪影響を与えないので、裏ビードを安定させることができる。また、第2電極15bの電流をこの範囲とすると、第2電極15bの溶接において溶け込みを深くすることが可能である。従って、高温割れを発生し難くすることができる。
第2電極15bの電流が800A未満であると、第2電極15bの溶接において溶け込みが浅くなり、高温割れが発生する。また、第2電極15bの電流が1400Aを超えると、第2電極15bの溶接において、第1電極15aの溶接で形成した裏ビードに悪影響を及ぼし、裏ビードが不安定となる。
なお、裏ビードをより安定なものとするとともに、高温割れをより発生し難くする観点から、第2電極15bの電流の下限は850Aとするのが好ましく、900Aとするのがより好ましい。同様の観点から、第2電極15bの電流の上限は1350Aとするのが好ましく、1300Aとするのがより好ましい。

0043

なお、鋼板20の板厚は、例えば、10〜40mmとすることができる。本発明の溶接方法であれば、25mm以上の厚板であっても、良好な高温割れを抑制できるとともに、裏ビードの形状を良好なものとすることができる。

0044

溶接方法としては、例えば、開先形状Y形開先の鋼板20を対象とし、ボンドフラックスを用いた溶接を行うことが挙げられる。これにより、裏ビードがより安定する。
ただし、これに限定されるものではなく、V形開先の鋼板を対象としたものであってもよい。また、溶融フラックスを用いた溶接であってもよい。

0045

以上に説明した本発明の溶接方法によれば、第1電極の極性と、第1電極と第2電極との電極間距離と、第2電極と第3電極との電極間距離と、第1電極の電圧と、第2電極の電流と、を特定の条件としているので、高温割れが発生し難く、裏ビードの形状を良好とすることができる。

0046

(他の実施形態)
なお、本発明の溶接方法は、高温割れをより発生し難くするとともに、裏ビードの形状をより良好なものとするため、前記した条件と併せて、第1電極15a、第2電極15b、第3電極15cの各ワイヤ径、第1電極15aの電流、第2電極15bの電圧、第2電極15bおよび第3電極15cの各極性を以下のようにするのが好ましい。

0047

(第1電極のワイヤ径)
第1電極15aのワイヤ径は、例えば、4.0〜6.4mmφとするのが好ましい。このようにすると、安定した溶け込みが実現され、裏ビードがより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。
なお、裏ビードのさらなる安定化と高温割れの発生防止を図る観点から、第1電極15aのワイヤ径は、例えば、4.8mmφ以上とするのが好ましい。

0048

(第2電極のワイヤ径、第3電極のワイヤ径)
第2電極15bのワイヤ径は、例えば、4.0〜6.4mmφとするのが好ましく、第3電極15cのワイヤ径は、例えば、4.0〜6.4mmφとするのが好ましい。このようにすると、安定した溶け込みが実現され、裏ビードがより安定する。また、このようにすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。
なお、裏ビードのさらなる安定化と高温割れの発生防止を図る観点から、第2電極15bのワイヤ径および第3電極15cのワイヤ径はいずれも、例えば、4.8mmφ以上とするのが好ましい。

0049

(第1電極の電流)
第1電極15aの電流は、例えば、1000〜1600Aとするのが好ましい。このようにすると、第1電極15aが高電流となり過ぎず、電流値が適切な範囲にあるので、裏ビードがより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。
なお、裏ビードのさらなる安定化と高温割れの発生防止を図る観点から、第1電極15aの電流の下限は、例えば、1100Aとするのが好ましく、1150Aとするのがより好ましい。また、同様の観点から、第1電極15aの電流の上限は、例えば、1550Aとするのが好ましく、1400Aとするのがより好ましい。
前記した第1電極15aの電流値の範囲は好ましい数値範囲を例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。第1電極15aの電流値は、例えば、950Aとしたり、1650Aとしたりすることもできる。このようにしても、裏ビードは十分に安定しており、高温割れも十分に発生し難いものとすることができる。

0050

(第2電極の電圧)
第2電極15bの電圧は、例えば、40〜50Vとするのが好ましい。このようにすると、第2電極15bが高電圧となり過ぎず、電圧値が適切な範囲にあるので、裏ビードがより安定する。また、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。
なお、裏ビードのさらなる安定化と高温割れの発生防止を図る観点から、第2電極15bの電圧の下限は、例えば、42Vとするのが好ましく、44Vとするのがより好ましい。また、同様の観点から、第2電極15bの電圧の上限は、例えば、48Vとするのが好ましく、46Vとするのがより好ましい。
前記した第2電極15bの電圧値の範囲は好ましい数値範囲を例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。第2電極15bの電圧値は、例えば、38Vとしたり、53Vとしたりすることもできる。このようにしても、裏ビードは十分に安定しており、高温割れも十分に発生し難いものとすることができる。

0051

(第2電極の極性、第3電極の極性)
第2電極15bの極性および第3電極15cの極性は、AC、DCENまたはDCEPなどとすることができるが、これらの中でもACとするのが好ましい。第2電極15bの極性および第3電極15cの極性をACとすると、溶接金属中にワイヤの化学成分が多く歩留まるようにすることができるため、溶接金属の化学成分の歩留まりがより安定し、機械的性質を良好なものとすることができる。

0052

なお、前記していない条件は、一般的な条件にて適宜に設定することで実施可能である。一般的な条件としては、例えば、第1電極15aの電圧値については25〜40Vとし、第2電極15bの電流値については700〜1400Aとすることが挙げられる。
また、例えば、第3電極15cの電流値については700〜1300Aとし、電圧値については43〜46Vとすることが挙げられる。
さらに、例えば、第4電極15dのワイヤ径については4.0〜6.8mmφとし、電流値については700〜1500Aとし、電圧値については40〜50Vとすることが挙げられる。
第3電極15cと第4電極15dとの電極間距離は任意に設定することができる。
第4電極15dのワイヤ径、電圧値、電流値、極性などに関して特に限定や好ましい範囲はなく、一般的な条件で行うことができる。この一般的な条件としては、例えば、ワイヤ径:6.4mmφ、電圧値:46V、電流値:1300A、極性:AC、DCENまたはDCEPなどとすることができる。
また、溶接速度については42〜90cm/minとすることが挙げられる。なお、これらの条件はこれらに限定されないことは言うまでもない。

0053

(溶接の概略)
次に、本発明の溶接方法を適用した多電極(以下の例では3電極)片面1層サブマージアーク溶接の概略について図1〜5を参照して説明する。

0054

準備工程
準備工程では、まず、タブ21とタブ22が取り付けられ、断続または連続した面内仮付がされた鋼板20と鋼板20を準備する。次に、裏当装置50aの裏当銅板55上面に、図示しないフラックス供給手段により裏当フラックス52を供給する。または、裏当装置50bの耐火性キャンバス56内の耐熱カバー57上面に、図示しないフラックス供給手段により下敷フラックス58を供給し、さらにその上に裏当フラックス52を供給する。

0055

そして、鋼板20と鋼板20を溶接装置100にセットし、裏当装置50aまたは裏当装置50bの上方に鋼板20と鋼板20によって形成された溶接開先部Mを配置させる。そして、図示しない駆動装置を作動させて溶接開先部Mの直下に裏当銅板55または耐火性キャンバス56が位置するように微調整を行う。

0056

次に、エアホース59に圧縮空気を導入し、エアホース59を膨張させて裏当銅板55または下敷フラックス58を溶接開先部Mの裏側に押圧し、溶接開先部Mの裏面に裏当フラックス52を押し当てる。

0057

(電極調整工程)
電極調整工程では、第1電極の極性と、3つの各電極間距離L1、L2を前記した条件となるように調整する。なお、準備工程と電極調整工程の順序は特に規定されるものではなく、どちらの工程が先でもよく、同時に行ってもよい。

0058

溶接工程)
溶接工程では、まず、溶接装置100の溶接機12を溶接開始の位置に移動させる。次に、第1電極15aの電圧値および第2電極15bの電流値が前記した条件となるように電圧および電流をそれぞれ供給し、溶接機12を作動させる。そして、鋼板20の始端31から終端32に向かって溶接機ビーム13に沿って溶接機12を所定速度で移動させながら、表フラックス51を供給し、鋼板20と鋼板20を溶接する。

0059

以下、本発明の範囲に入る実施例について、その効果を本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

0060

端面に斜面を形成した2枚の鋼板について、端面を相互に対向させて突合せてY字形開先を形成した。このY字形開先は、開先角が45°、50°、60°、ルートフェースが3〜6mm、ルートギャップが0mmである。また、本実施例においては、鋼板の長さは1.2m、鋼板の厚さは12〜40mmとした。なお、開先角は、板厚が12mmのものが60°、32mmのものが45°、40mmのものが45°である。
この鋼板の組成、使用したワイヤの組成、および、フラックスの組成を下記表1に示す。

0061

0062

この鋼板について、表2、表3のNo.1〜69に示す条件で3電極または4電極の片面1層のサブマージアーク溶接を行い、以下の評価を行った。
溶接装置は、図3に示す裏当装置50aまたは図4に示す裏当装置50bを有するものを用い、表フラックスとして焼結フラックスを用いた。なお、表2と表3に示す条件以外の条件は従来公知の条件であり、すべて同一条件とした。なお、本発明の範囲を満たさないものは数値下線を引いて示した。表2と表3において、空欄は第4電極を設けていないことを示す。

0063

ビード形状
ビード形状は、裏ビードを目視にて観察して評価した。裏ビードは、それぞれ、余盛高さが2〜4mm、かつ、余盛高さおよびビード幅がほぼ均一なものを極めて良好(◎)、余盛高さが2〜4mm、かつ、余盛高さおよびビード幅がやや均一なものを良好(○)とした。また、裏ビードは、それぞれ、余盛が過少もしくは過剰であるもの、アンダーカットが多発したもの、ビード幅が不均一なもの、または、ビード外観が不良となったものを不良(×)とした。

0064

(耐高温割れ性)
図6に示すように、本発明の溶接方法で形成される溶接金属は、第1電極で形成される溶接金属60と、第2電極で形成される溶接金属61と、第3電極のみ、または第3電極及び第4電極で形成される溶接金属62からなる。
第1電極で発生する溶接金属60の組織デンドライト真横成長し高温割れが発生し易い。そのため、第2電極で発生する溶接金属が深く溶け込み、その脆弱な組織を溶かすことで耐高温割れ性は良好となる。
よって、断面マクロ組織から、第2電極および第3電極(または第2〜第4電極)で形成される溶接金属61および溶接金属62の溶け込み深さTを計測して評価した。鋼板20の板厚をtとしたとき、鋼板20の表面(上面)から、第2電極および第3電極(もしくは第2〜第4電極)で形成される溶接金属61および溶接金属62の溶け込み深さTが「14/16t≦T<16/16t」の関係になる場合を、耐高温割れ性が非常に良好(◎)、「12/16t≦T<14/16t」の関係になる場合を耐高温割れ性が良好(○)、「T<12/16t」または「T≧16/16t」の関係になる場合を不良(×)とした。

0065

(衝撃性能)
JIS Z 2242:2005に準拠したシャルピー衝撃試験により行った。なお、シャルピー衝撃試験は、試験温度−20℃におけるシャルピー吸収エネルギー(vE−20℃)が70J以上のものは衝撃性能が非常に良好(◎)、50J以上、かつ、70J未満のものは衝撃性能が良好(○)、50J未満のものは衝撃性能が不良(×)とした。

0066

0067

0068

表2に示すように、No.1〜42に係るサンプルは、本発明の範囲を満足していたので、すべての評価項目が良好であった。特に、No.1、8〜12、15、22、24、25、27、35〜37に係るサンプルは、すべての評価項目が極めて良好であった。

0069

これに対し、表3に示すように、No.43〜69に係るサンプルは、本発明の範囲を満足しなかったので、以下の結果となった。

0070

No.43、52、61に係るサンプルは、第1電極の極性が交流だったので、裏ビードの形状が不良となった。
No.44、53、62に係るサンプルは、第1電極の極性が直流で電極側プラスだったので、裏ビードの形状が不良となった。また、これらは衝撃性能も劣っていた。

0071

No.45、54、63に係るサンプルは、第1電極と第2電極との電極間距離が下限値未満のため、裏ビードの形状が不良となった。
No.46、55、64に係るサンプルは、第1電極と第2電極との電極間距離が上限値を超えていたため、耐高温割れ性が不良となった。

0072

No.47、56、65に係るサンプルは、第2電極と第3電極との電極間距離が下限値未満のため、耐高温割れ性が不良となった。
No.48、57、66に係るサンプルは、第2電極と第3電極との電極間距離が上限値を超えていたため、耐高温割れ性が不良となった。

0073

No.49、58、67に係るサンプルは、第1電極の電圧値が下限値未満のため、耐高温割れ性が不良となった。
No.50、59、68に係るサンプルは、第1電極の電圧値が上限値を超えていたため、裏ビードの形状が不良となった。

実施例

0074

No.51に係るサンプルは、第2電極の電流値が下限値未満のため、耐高温割れ性が不良となった。
No.60、69に係るサンプルは、第2電極の電流値が上限値を超えていたため、裏ビードの形状が不良となった。

0075

11架台フレーム
12溶接機
13溶接機ビーム
15電極
15a 第1電極
15b 第2電極
15c 第3電極
15d 第4電極
16a〜16dワイヤ
17a〜17dチップ
20鋼板
21,22タブ
31始端
32終端
50a,50b裏当装置
51表フラックス
52裏当フラックス
53スラグ
54溶接金属
55裏当銅板
56耐火性キャンバス
57耐熱カバー
58下敷フラックス
59エアホース
60 第1電極で形成される溶接金属
61 第2電極で形成される溶接金属
62 第3電極のみ、または第3電極及び第4電極で形成される溶接金属
100溶接装置
A1〜A4 ワイヤ突出し長さ
L1、L2電極間距離
T 第2電極および第3電極(もしくは第2〜第4電極)で形成される溶接金属61および溶接金属62の溶け込み深さ
t 板厚

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