JP6383319B2

JP6383319B2 - 多電極片面１層サブマージアーク溶接方法

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Publication number: JP6383319B2
Application number: JP2015073651A
Authority: JP
Inventors: 大輔杉山; 正晴幸村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2018-08-29
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Description

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。

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の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、前記電極の極性を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／ｍｍ^２以上、第２電極で９５Ａ／ｍｍ^２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。

特開２０１０−２２１２９６号公報特開２００７−２６８５６４号公報

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。

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、熱影響部の靭性劣化や熱影響域（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

架台フレーム１１は、鋼製の角材を枠組みして、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。

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。

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。

（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。

（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。

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、ＪＩＳＺ３２００：２００５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。

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。

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。）。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

溶接方法としては、例えば、開先形状が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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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に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。

（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。

（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の組織はデンドライトが真横に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。

（衝撃性能）
ＪＩＳＺ２２４２：２００５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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。