JP7623246B2 - 多電極片面サブマージアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
本発明は、多電極片面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として、種々の溶接方法が開示されている。
一般的に、鋼板が厚板になるにつれて、裏ビード高さを安定させにくく、梨型の形状となりやすい。そのため、スラグ巻込みや高温割れが発生しやすい。
これに対し、例えば、特許文献１には、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電極のアーク電圧：２５～４０Ｖ、第２電極の溶接電流：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が開示されている。これにより、厚板においても高温割れを抑制することができる。
これに対し、例えば、特許文献１には、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電極のアーク電圧：２５～４０Ｖ、第２電極の溶接電流：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が開示されている。これにより、厚板においても高温割れを抑制することができる。
また、特許文献２には、先行極の速度制御方式、すなわちワイヤ送給速度が一定速度制御に設定され、後行極では、例えば、給電方式を交流かつ外部特性が定電圧特性に設定されることを特徴とする多電極片面サブマージアーク溶接方法が開示されている。これにより、裏波ビードの外観不良を低減することができる。
しかしながら、特許文献１に記載されている溶接方法は、第１電極の溶接電流に直流を用いていることから、磁気吹きの影響を受けやすい。この磁気吹きの影響により、裏ビード高さに影響が出るおそれがあり、改善の余地がある。また、特許文献２に記載されている溶接方法は、厚板を溶接する場合のスラグ巻込みや高温割れの発生抑制の観点から改善の余地がある。
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、厚板においても、スラグ巻込み及び高温割れが発生し難く、裏ビード高さの安定性も良好な多電極片面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。
上記課題に対し、本実施形態に係る多電極片面サブマージアーク溶接方法は、複数の電極を用いて、突き合わされた２枚の鋼板の片面を接合するが、前記電極は、第１電極、第２電極及び第３電極の少なくとも３つの電極を含み、前記第１電極を溶接進行方向の先頭とし、次いで前記第２電極、前記第３電極の順に前記電極を配置し、前記第１電極の極性：交流、前記第２電極の極性：交流、前記第１電極と前記第２電極の交流の位相差：０°～９０°又は２７５°～３６０°、及び前記第２電極と前記第３電極との電極間距離：２１０ｍｍ～３２０ｍｍ、の条件で溶接を行うことを特徴とする。
このように、第１電極と第２電極の極性を交流とし、それらの位相差を特定の範囲内とすることで、溶込み形状が安定する。さらに、第２電極と第３電極との電極間距離を特定の範囲内とすることで、裏ビード高さに対する、第３電極以降の電極の影響を小さくできる。その結果、スラグ巻込み及び高温割れがより発生し難く、裏ビード高さも安定させることができる。
上記方法において、前記第１電極のワイヤ径が直径３．２ｍｍ～６．４ｍｍであることが好ましい。
これにより、より安定した溶込みが実現され、裏ビード高さがより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶込み幅を十分に確保することができるので、厚板、すなわち厚みのある鋼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。
また、上記方法において、前記第２電極のワイヤ径が直径４．０ｍｍ～６．４ｍｍであり、かつ前記第３電極のワイヤ径が直径４．０ｍｍ～６．４ｍｍであることも好ましい。
これにより、より安定した溶込みが実現され、裏ビード高さがより安定する。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。
また、上記方法において、前記第１電極と前記第２電極との電極間距離が２５ｍｍ以上８０ｍｍ未満であることも好ましい。
これにより、より安定した溶込みが実現され、裏ビード高さがより安定する。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。
また、上記方法において、前記第１電極の電源特性が定電圧であることも好ましい。
これにより、アークの発生位置が安定するため、裏ビード高さがより安定する。
また、上記方法において、フラックスバッキング法を用いることも好ましい。
フラックスバッキング法は、フラックスカッパーバッキング法に比べて裏ビード高さを安定させにくい傾向にある。しかしながら、本実施形態に係る溶接方法は裏ビード高さの安定性に優れることから、フラックスバッキング法を用いた場合でも、裏ビード高さを安定させることができる。
本発明に係る多電極片面サブマージアーク溶接方法により溶接することで、厚板においても裏ビード高さを安定させやすく、かつスラグ巻込み及び高温割れをより発生し難くすることができる。
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
また、数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
また、数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
＜溶接装置＞
本実施形態に係る多電極片面サブマージアーク溶接方法（以下、単に「溶接方法」と称することがある。）では、例えば図１に示すような溶接装置を用いるが、かかる溶接装置に限定されるものではない。
フラックスカッパーバッキング法を用いる場合には、図３に示すような裏当て装置５０ａが架台フレーム１１の上に配置されている。裏当装置５０ａの裏当銅板５５の上には裏当フラックス５２が散布されている。なお、裏当フラックス５２は図示しない架台の上に載置された鋼板２０の底面に接している。
また、フラックスバッキング法を用いる場合には、図４に示すような裏当装置５０ｂが架台フレーム１１の上に配置されている。裏当装置５０ｂの耐火性キャンバス５６内には、耐熱カバー５７上に下敷フラックス５８が充填され、その上に裏当フラックス５２が散布されている。なお、裏当フラックス５２は図示しない架台の上に載置された鋼板２０の底面に接している。
本実施形態に係る多電極片面サブマージアーク溶接方法（以下、単に「溶接方法」と称することがある。）では、例えば図１に示すような溶接装置を用いるが、かかる溶接装置に限定されるものではない。
フラックスカッパーバッキング法を用いる場合には、図３に示すような裏当て装置５０ａが架台フレーム１１の上に配置されている。裏当装置５０ａの裏当銅板５５の上には裏当フラックス５２が散布されている。なお、裏当フラックス５２は図示しない架台の上に載置された鋼板２０の底面に接している。
また、フラックスバッキング法を用いる場合には、図４に示すような裏当装置５０ｂが架台フレーム１１の上に配置されている。裏当装置５０ｂの耐火性キャンバス５６内には、耐熱カバー５７上に下敷フラックス５８が充填され、その上に裏当フラックス５２が散布されている。なお、裏当フラックス５２は図示しない架台の上に載置された鋼板２０の底面に接している。
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、すなわち鋼板２０の上方に配置される。そして、図２に示すように、鋼板２０の溶接開先部Ｍの表側から鋼板２０を溶接するものである。溶接機１２は、複数の電極１５を含む複数の溶接トーチを備えている。
溶接機１２は、架台フレーム１１の上方、すなわち鋼板２０の上方に配置される。そして、図２に示すように、鋼板２０の溶接開先部Ｍの表側から鋼板２０を溶接するものである。溶接機１２は、複数の電極１５を含む複数の溶接トーチを備えている。
溶接機１２は、溶接機ビーム１３に沿って所定速度で図１の矢印の方向に移動しながら、図２における溶接開先部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。
本実施形態に係る多電極片面サブマージアーク溶接方法では、図３や図４に示すように、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及び図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は下敷フラックスを示している。
ここで、溶接方法の一つとしてフラックスカッパーバッキング法が挙げられる。フラックスカッパーバッキング法は、図３に示すように、裏当銅板５５上に裏当フラックス５２を散布し、裏当銅板５５の裏面から押上機構によって裏当銅板５５を押圧し、突き合わされた鋼板２０の裏面に裏当フラックス５２を密着させる溶接方法である。裏当フラックス５２の散布は層状になるように散布することが好ましい。また、押上機構としてはエアホース５９を用いたエアー圧力等が挙げられる。上記方法により、１パスで溶接することができる。
また、他の溶接方法の一つとして、フラックスバッキング法も挙げられる。フラックスバッキング法は、図４に示すように、耐火性キャンバス５６内に収容された裏当フラックス５２を押上機構によって押圧し、突き合わされた鋼板２０の裏面に裏当フラックス５２を密着させる溶接方法である。耐火性キャンバス５６内には、耐熱カバー５７上に下敷フラックス５８が充填され、その上に裏当フラックス５２が散布されていることが好ましい。上記方法によっても、１パスで溶接することができる。
フラックスバッキング法は、鋼板２０の板厚差がある場合や目違いがある場合でも溶接ができるなどの利点がある。一方で、フラックスカッパーバッキング法と比較して、裏ビード高さを安定させにくい傾向にあった。
これに対し、本実施形態に係る溶接方法を用いることで、フラックスバッキング法であっても裏ビード高さを安定させることができる。このように、本発明は、フラックスバッキング法とともに用いることで、フラックスバッキング法の利点を生かしつつ、従来課題となっていた裏ビード高さを安定させることもできる。そのため、本実施形態に係る溶接方法は、フラックスバッキング法を用いることが好ましい。
これに対し、本実施形態に係る溶接方法を用いることで、フラックスバッキング法であっても裏ビード高さを安定させることができる。このように、本発明は、フラックスバッキング法とともに用いることで、フラックスバッキング法の利点を生かしつつ、従来課題となっていた裏ビード高さを安定させることもできる。そのため、本実施形態に係る溶接方法は、フラックスバッキング法を用いることが好ましい。
＜溶接条件＞
本実施形態に係る溶接方法は、例えば上記＜溶接装置＞に記載した装置であって、図５に示すように、溶接進行方向Ｘの先頭から第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ及び第３電極１５ｃの順に配置された少なくとも３つの電極１５を含む溶接機を用いる。
第１電極１５ａと第２電極１５ｂの極性を交流とし、それらの位相差を０°～９０°又は２７５°～３６０°とし、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの電極間距離Ｌ２を２１０ｍｍ～３２０ｍｍとする。
本実施形態に係る溶接方法は、例えば上記＜溶接装置＞に記載した装置であって、図５に示すように、溶接進行方向Ｘの先頭から第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ及び第３電極１５ｃの順に配置された少なくとも３つの電極１５を含む溶接機を用いる。
第１電極１５ａと第２電極１５ｂの極性を交流とし、それらの位相差を０°～９０°又は２７５°～３６０°とし、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの電極間距離Ｌ２を２１０ｍｍ～３２０ｍｍとする。
（第１電極１５ａ）
本実施形態において、第１電極１５ａの極性は交流とする。これにより、磁気吹きの発生を抑制することができるため、裏ビード高さが安定する。一方、第１電極１５ａの極性を直流とすると磁気吹きが発生しやすく、アークが偏向するために、裏ビード高さが不安定となる。
本実施形態において、第１電極１５ａの極性は交流とする。これにより、磁気吹きの発生を抑制することができるため、裏ビード高さが安定する。一方、第１電極１５ａの極性を直流とすると磁気吹きが発生しやすく、アークが偏向するために、裏ビード高さが不安定となる。
第１電極１５ａの電源特性を定電圧とすると、アーク発生位置が安定するため、裏ビード高さが安定することから好ましい。
第１電極１５ａのアーク電圧は、例えば、３０～４５Ｖとすることが好ましい。かかる範囲とすることで、第１電極のアーク電圧が高電圧となり過ぎず、電圧値が適切な範囲にあるので、裏ビード高さがより安定する。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。
裏ビード高さ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のアーク電圧は３２Ｖ以上がより好ましく、３４Ｖ以上がさらに好ましい。また、同様の観点から、第１電極１５ａのアーク電圧は、４２Ｖ以下がより好ましく、４０Ｖ以下がさらに好ましい。
なお、上記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。すなわち、第１電極１５ａのアーク電圧を、例えば、２８Ｖとしたり、４８Ｖとしたりすることを何ら排除するものではない。上記数値範囲外のアーク電圧であっても、裏ビード高さを十分に安定させることができ、また、高温割れも十分に発生し難いものとすることができる。
裏ビード高さ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のアーク電圧は３２Ｖ以上がより好ましく、３４Ｖ以上がさらに好ましい。また、同様の観点から、第１電極１５ａのアーク電圧は、４２Ｖ以下がより好ましく、４０Ｖ以下がさらに好ましい。
なお、上記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。すなわち、第１電極１５ａのアーク電圧を、例えば、２８Ｖとしたり、４８Ｖとしたりすることを何ら排除するものではない。上記数値範囲外のアーク電圧であっても、裏ビード高さを十分に安定させることができ、また、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１電極１５ａの溶接電流は、例えば、８００～１６００Ａとすることが好ましい。かかる範囲とすることで、第１電極１５ａの溶接電流が高電流となり過ぎず、電流値が適切な範囲にあるので、裏ビード高さがより安定する。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。
裏ビード高さ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の溶接電流は９００Ａ以上がより好ましく、１０００Ａ以上がさらに好ましい。また、同様の観点から、第１電極１５ａの溶接電流は１５５０Ａ以下がより好ましく、１４００Ａ以下がさらに好ましい。
なお、上記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。すなわち、第１電極１５ａの溶接電流は、例えば、８５０Ａとしたり、１６５０Ａとしたりすることを何ら排除するものではない。上記数値範囲外の溶接電流であっても、裏ビード高さを十分に安定させることができ、また、高温割れも十分に発生し難いものとすることができる。
裏ビード高さ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の溶接電流は９００Ａ以上がより好ましく、１０００Ａ以上がさらに好ましい。また、同様の観点から、第１電極１５ａの溶接電流は１５５０Ａ以下がより好ましく、１４００Ａ以下がさらに好ましい。
なお、上記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。すなわち、第１電極１５ａの溶接電流は、例えば、８５０Ａとしたり、１６５０Ａとしたりすることを何ら排除するものではない。上記数値範囲外の溶接電流であっても、裏ビード高さを十分に安定させることができ、また、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１電極１５ａの後退角θ１は、図５に示すように、第１電極１５ａの中心線と、溶接進行方向Ｘを法線とする面がなす角度で表される。なお、溶接進行方向Ｘと垂直である場合を０°とし、溶接進行方向Ｘ側をプラスとする。
第１電極１５ａの後退角θ１は、溶け込みが得られやすく、裏ビード高さを安定して得る観点から、１°以上が好ましく、また、１５°以下が好ましい。
第１電極１５ａの後退角θ１は、溶け込みが得られやすく、裏ビード高さを安定して得る観点から、１°以上が好ましく、また、１５°以下が好ましい。
第１電極１５ａのワイヤ径は、直径３．２ｍｍ～６．４ｍｍとすることが好ましい。かかる範囲とすることで、裏ビード幅を十分に確保することができるので、裏ビード高さが安定する。また、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することもできるので、スラグ巻込み及び高温割れをより発生し難くすることもできる。
裏ビード高さのさらなる安定化とスラグ巻込み発生防止を図る観点から、第１電極１５ａのワイヤ径は直径４．０ｍｍ以上がより好ましく、また、直径４．８ｍｍ以下がより好ましい。
また、第１電極１５ａのワイヤ１６ａは、溶け込みが深く、耐吸湿性も良好であることから、ソリッドワイヤが好ましい。
裏ビード高さのさらなる安定化とスラグ巻込み発生防止を図る観点から、第１電極１５ａのワイヤ径は直径４．０ｍｍ以上がより好ましく、また、直径４．８ｍｍ以下がより好ましい。
また、第１電極１５ａのワイヤ１６ａは、溶け込みが深く、耐吸湿性も良好であることから、ソリッドワイヤが好ましい。
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におけるサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの公称径とは、直径３．２ｍｍ、直径４．０ｍｍ、直径４．８ｍｍ、直径６．４ｍｍであり、それらの許容差は±０．０６ｍｍである。
ここで、ＪＩＳ Ｚ ３２００：２００５におけるサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの公称径とは、直径３．２ｍｍ、直径４．０ｍｍ、直径４．８ｍｍ、直径６．４ｍｍであり、それらの許容差は±０．０６ｍｍである。
そのため、本実施形態で規定するワイヤ径も、実径として、±０．０６ｍｍの誤差を含むものとする。すなわち、例えば、ワイヤ径が直径３．２ｍｍとは、実径として「直径３．２ｍｍ±０．０６ｍｍ」、ワイヤ径が直径４．０ｍｍとは、実径として「直径４．０ｍｍ±０．０６ｍｍ」、ワイヤ径が直径４．８ｍｍとは、実径として「直径４．８ｍｍ±０．０６ｍｍ」、ワイヤ径が直径６．４ｍｍとは、実径として「直径６．４ｍｍ±０．０６ｍｍ」を意味するものとする。
（第２電極１５ｂ）
本実施形態において、第２電極１５ｂの極性は交流とする。これにより、磁気吹きの発生を抑制することができるため、裏ビード高さが安定する。一方、第２電極１５ｂの極性を直流とすると磁気吹きが発生しやすく、アークが偏向するために、裏ビード高さが不安定となる。
本実施形態において、第２電極１５ｂの極性は交流とする。これにより、磁気吹きの発生を抑制することができるため、裏ビード高さが安定する。一方、第２電極１５ｂの極性を直流とすると磁気吹きが発生しやすく、アークが偏向するために、裏ビード高さが不安定となる。
第２電極１５ｂの電源特性は、例えば、定電流又は垂下とすることが好ましい。これにより溶接電流が安定することで溶け込みもより安定し、高温割れをより発生し難くすることができる。
なお、上記は好ましい一例を示したに過ぎず、これに限定されるものではない。
なお、上記は好ましい一例を示したに過ぎず、これに限定されるものではない。
第２電極１５ｂのアーク電圧は、例えば、２８～４３Ｖとすることが好ましい。かかる範囲とすることで、第２電極が高電圧となり過ぎず、アーク電圧の電圧値が適切な範囲にあるので、裏ビード高さがより安定する。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。
裏ビード高さ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のアーク電圧は３０Ｖ以上がより好ましく、３２Ｖ以上がさらに好ましい。また、同様の観点から、第２電極のアーク電圧は、４０Ｖ以下がより好ましく、３８Ｖ以下がさらに好ましい。
なお、上記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。すなわち、第２電極１５ｂのアーク電圧を、例えば、２６Ｖとしたり、４５Ｖとしたりすることを何ら排除するものではない。上記数値範囲外のアーク電圧であっても、裏ビード高さを十分に安定させることができ、また、高温割れも十分に発生し難いものとすることができる。
裏ビード高さ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のアーク電圧は３０Ｖ以上がより好ましく、３２Ｖ以上がさらに好ましい。また、同様の観点から、第２電極のアーク電圧は、４０Ｖ以下がより好ましく、３８Ｖ以下がさらに好ましい。
なお、上記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。すなわち、第２電極１５ｂのアーク電圧を、例えば、２６Ｖとしたり、４５Ｖとしたりすることを何ら排除するものではない。上記数値範囲外のアーク電圧であっても、裏ビード高さを十分に安定させることができ、また、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１５ｂの溶接電流は、例えば、６００～１３００Ａとすることが好ましい。かかる範囲とすることで、第２電極１５ｂが高電流となり過ぎず、溶接電流の電流値が適切な範囲にあるので、裏ビード高さがより安定する。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。
裏ビード高さ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の溶接電流は７００Ａ以上がより好ましい。また、同様の観点から、第２電極１５ｂの溶接電流は１２００Ａ以下がより好ましく、１１００Ａ以下がさらに好ましい。
なお、上記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。すなわち、第２電極１５ｂの溶接電流は、例えば、５５０Ａとしたり、１４００Ａとしたりすることを何ら排除するものではない。上記数値範囲外の溶接電流であっても、裏ビード高さを十分に安定させることができ、また、高温割れも十分に発生し難いものとすることができる。
裏ビード高さ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の溶接電流は７００Ａ以上がより好ましい。また、同様の観点から、第２電極１５ｂの溶接電流は１２００Ａ以下がより好ましく、１１００Ａ以下がさらに好ましい。
なお、上記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。すなわち、第２電極１５ｂの溶接電流は、例えば、５５０Ａとしたり、１４００Ａとしたりすることを何ら排除するものではない。上記数値範囲外の溶接電流であっても、裏ビード高さを十分に安定させることができ、また、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１５ｂの後退角θ２は、図５に示すように、第２電極１５ｂの中心線と、溶接進行方向Ｘを法線とする面がなす角度で表される。
第２電極１５ｂの後退角θ２は１°以上が好ましく、また、１５°以下が好ましい。かかる範囲内とすることで、第２電極１５ｂで形成される溶融池が溶接進行方向Ｘに押し流されにくくなる。その結果、第１電極１５ａで形成される溶融池の状態を阻害せず、裏ビード高さを安定させることができる。
第２電極１５ｂの後退角θ２は１°以上が好ましく、また、１５°以下が好ましい。かかる範囲内とすることで、第２電極１５ｂで形成される溶融池が溶接進行方向Ｘに押し流されにくくなる。その結果、第１電極１５ａで形成される溶融池の状態を阻害せず、裏ビード高さを安定させることができる。
第２電極１５ｂのワイヤ径は、直径４．０ｍｍ～６．４ｍｍとすることが好ましい。かかる範囲とすることで、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができ、スラグ巻込み及び高温割れを発生し難くすることができる。
裏ビード高さのさらなる安定化とスラグ巻込み発生防止を図る観点から、第２電極１５ｂのワイヤ径は直径４．８ｍｍ以上がより好ましい。
裏ビード高さのさらなる安定化とスラグ巻込み発生防止を図る観点から、第２電極１５ｂのワイヤ径は直径４．８ｍｍ以上がより好ましい。
（第３電極１５ｃ）
本実施形態において、第３電極１５ｃの極性は、直流、交流のいずれも使用でき、直流の場合には、直流棒プラスであるＤＣＥＰと直流棒マイナスであるＤＣＥＮのいずれも使用できる。中でも、溶接金属中にワイヤの化学成分が多く歩留まるようにし、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観点から、交流が好ましい。
本実施形態において、第３電極１５ｃの極性は、直流、交流のいずれも使用でき、直流の場合には、直流棒プラスであるＤＣＥＰと直流棒マイナスであるＤＣＥＮのいずれも使用できる。中でも、溶接金属中にワイヤの化学成分が多く歩留まるようにし、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観点から、交流が好ましい。
第３電極１５ｃの電源特性は、例えば、定電流又は垂下特性を選択することが好ましい。これにより溶接電流が安定することで溶け込みもより安定し、高温割れをより発生し難くすることができる。
なお、上記は好ましい一例を示したに過ぎず、これに限定されるものではない。すなわち、第３電極１５ｃの電源特性を定電圧とすることを何ら排除するものではなく、定電圧であっても溶け込みは十分に安定し、高温割れを十分に発生し難いものとすることができる。
なお、上記は好ましい一例を示したに過ぎず、これに限定されるものではない。すなわち、第３電極１５ｃの電源特性を定電圧とすることを何ら排除するものではなく、定電圧であっても溶け込みは十分に安定し、高温割れを十分に発生し難いものとすることができる。
第３電極１５ｃのアーク電圧の範囲は特に限定されず、従来公知の一般的な条件に適宜設定して溶接できる。一般的な条件としては、例えば、第３電極１５ｃのアーク電圧は４０Ｖ～４８Ｖが挙げられる。ただし、これは好ましい数値範囲の例示に過ぎず、これに限定されるものではない。
第３電極１５ｃの溶接電流の範囲も特に限定されず、従来公知の一般的な条件に適宜設定して溶接できる。一般的な条件としては、例えば、第３電極１５ｃの溶接電流は７００Ａ～１５００Ａが挙げられる。ただし、これは好ましい数値範囲の例示に過ぎず、これに限定されるものではない。
また、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの距離を２１０ｍｍ以上とすることに合わせて第３電極１５ｃの溶接電流を高くすることで、スラグ巻込みを防ぐことができる。このようなスラグ巻込みを防止する観点からは、第３電極１５ｃの溶接電流は８００Ａ以上が好ましく、９００Ａ以上がより好ましい。
また、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの距離を２１０ｍｍ以上とすることに合わせて第３電極１５ｃの溶接電流を高くすることで、スラグ巻込みを防ぐことができる。このようなスラグ巻込みを防止する観点からは、第３電極１５ｃの溶接電流は８００Ａ以上が好ましく、９００Ａ以上がより好ましい。
第３電極１５ｃの前進角θ３は、図５に示すように、第３電極１５ｃの中心線と、溶接進行方向Ｘを法線とする面がなす角度で表される。前進角の場合は、溶接進行方向Ｘに対して反対側をプラスとする。
第３電極１５ｃの前進角θ３は１°以上が好ましく、また、１５°以下が好ましい。かかる範囲内とすることで、第３電極１５ｃのアークは溶接進行方向Ｘに傾くので、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂで形成されたスラグが、第３電極１５ｃのアーク熱で溶かされるので、ワイヤがスラグに衝突せずに済むために、アークが安定する。
第３電極１５ｃの前進角θ３は１°以上が好ましく、また、１５°以下が好ましい。かかる範囲内とすることで、第３電極１５ｃのアークは溶接進行方向Ｘに傾くので、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂで形成されたスラグが、第３電極１５ｃのアーク熱で溶かされるので、ワイヤがスラグに衝突せずに済むために、アークが安定する。
第３電極１５ｃのワイヤ径は、直径４．０ｍｍ～６．４ｍｍとすることが好ましい。かかる範囲とすることで、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができ、スラグ巻込み及び高温割れを発生し難くすることができる。
裏ビード高さのさらなる安定化とスラグ巻込み発生防止を図る観点から、第３電極１５ｃのワイヤ径は直径４．８ｍｍ以上がより好ましい。
裏ビード高さのさらなる安定化とスラグ巻込み発生防止を図る観点から、第３電極１５ｃのワイヤ径は直径４．８ｍｍ以上がより好ましい。
（第４電極１５ｄ以降）
本実施形態に係る溶接方法における電極１５は、溶接進行方向Ｘの先頭から順に、第１電極１５ａ～第３電極１５ｃとなる少なくとも３つの電極を含めばよく、それ以上は任意である。
例えば図５に示すように、溶接機１２の電極１５は、図中矢印で示す溶接進行方向Ｘの先頭から順に、第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ、第３電極１５ｃの３つの電極を備える。各電極１５は溶接線方向に沿って配置されている。この電極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つの電極を備えてもよい。
本実施形態に係る溶接方法における電極１５は、溶接進行方向Ｘの先頭から順に、第１電極１５ａ～第３電極１５ｃとなる少なくとも３つの電極を含めばよく、それ以上は任意である。
例えば図５に示すように、溶接機１２の電極１５は、図中矢印で示す溶接進行方向Ｘの先頭から順に、第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ、第３電極１５ｃの３つの電極を備える。各電極１５は溶接線方向に沿って配置されている。この電極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つの電極を備えてもよい。
第４電極１５ｄを備えることで、プール（溶融池）をさらに盛ることできるようになる。一方、本発明の効果は、第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ及び第３電極１５ｃが上述した条件を満たせば奏されるため、電極１５を３本とするか４本とするかは任意に設定できる。また、電極１５の数は４つを上限とするものではなく、所望により５つ以上としてもよい。
第４電極１５ｄ又はそれ以降の電極の電源特性は、例えば、定電流又は垂下特性を選択することが好ましい。これにより溶接電流が安定することで溶け込みもより安定し、高温割れをより発生し難くすることができる。
なお、上記は好ましい一例を示したに過ぎず、これに限定されるものではない。すなわち、第４電極１５ｄやそれ以降の電極の電源特性を定電圧とすることを何ら排除するものではなく、定電圧であっても溶け込みは十分に安定し、高温割れを十分に発生し難いものとすることができる。
なお、上記は好ましい一例を示したに過ぎず、これに限定されるものではない。すなわち、第４電極１５ｄやそれ以降の電極の電源特性を定電圧とすることを何ら排除するものではなく、定電圧であっても溶け込みは十分に安定し、高温割れを十分に発生し難いものとすることができる。
第４電極１５ｄやそれ以降の電極のアーク電圧や溶接電流の範囲は特に限定されず、従来公知の一般的な条件に適宜設定して溶接できる。一般的な条件としては、例えば、第４電極については、アーク電圧は４０Ｖ～５０Ｖが挙げられ、溶接電流は７００Ａ～１５００Ａが挙げられる。ただし、これらは好ましい数値範囲の例示に過ぎず、これらに限定されるものではない。
第４電極１５ｄのワイヤ径は、直径４．０ｍｍ～６．８ｍｍとすることが好ましい。かかる範囲とすることで、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができ、スラグ巻込み及び高温割れを発生し難くすることができる。
このように、第４電極１５ｄやそれ以降の電極については、ワイヤ径、アーク電圧、溶接電流、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：直径４．０ｍｍ～６．８ｍｍ、アーク電圧：４０Ｖ～５０Ｖ、溶接電流：７００Ａ～１５００Ａと設定することができる。また、別の条件としては、ワイヤ径：直径６．４ｍｍ、アーク電圧：４６Ｖ、溶接電流：１３００Ａ、極性：交流又は直流等と設定することができる。
（第１電極１５ａと第２電極１５ｂ）
第１電極１５ａと第２電極１５ｂの交流の位相差は、０°～９０°又は２７５°～３６０°とする。なお、３６０°と０°とは同じである。
第１電極１５ａと第２電極１５ｂの位相差を上記範囲とすることで、第３電極１５ｃ以降の電極で発生する溶接金属が、第１電極１５ａと第２電極１５ｂを用いた溶接で形成する溶接金属に対し深く溶け込み、スラグ巻込み及び高温割れを発生し難くすることができる。この溶け込みの深さは、第１電極１５ａと第２電極１５ｂを用いた溶接で形成する溶接金属及びスラグの表面が平滑となる影響と考えられる。
なお、第１電極１５ａと第２電極１５ｂの位相差が９０°超２７５°未満の場合には、耐スラグ巻込み性及び耐高温割れ性が劣化する。
第１電極１５ａと第２電極１５ｂの交流の位相差は、０°～９０°又は２７５°～３６０°とする。なお、３６０°と０°とは同じである。
第１電極１５ａと第２電極１５ｂの位相差を上記範囲とすることで、第３電極１５ｃ以降の電極で発生する溶接金属が、第１電極１５ａと第２電極１５ｂを用いた溶接で形成する溶接金属に対し深く溶け込み、スラグ巻込み及び高温割れを発生し難くすることができる。この溶け込みの深さは、第１電極１５ａと第２電極１５ｂを用いた溶接で形成する溶接金属及びスラグの表面が平滑となる影響と考えられる。
なお、第１電極１５ａと第２電極１５ｂの位相差が９０°超２７５°未満の場合には、耐スラグ巻込み性及び耐高温割れ性が劣化する。
第１電極１５ａと第２電極１５ｂの交流の位相差が０°～９０°の範囲内である場合、かかる位相差は８０°以下が好ましく、７０°以下がより好ましく、６０°以下がさらに好ましい。また、第１電極１５ａと第２電極１５ｂの交流の位相差が２７５°～３６０°の範囲内である場合、かかる位相差は２８０°以上が好ましく、２９０°以上がより好ましく、３００°以上がさらに好ましい。
第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの電極間距離は、図５のＬ１で表される距離である。電極間距離Ｌ１とは、溶接を行う際の電極１５の配置において、第１電極１５ａから突出しているワイヤ１６ａの先端を、図５中で破線で示すようにそのまま延長させて鋼板２０と接する箇所と、第２電極１５ｂから突出しているワイヤ１６ｂの先端を、図５中で破線で示すようにそのまま延長させて鋼板２０と接する箇所との距離である。
なお、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの電極間距離Ｌ２についても同様に、第２電極１５ｂ、第３電極１５ｃのそれぞれから突出しているワイヤ１６ｂとワイヤ１６ｃの先端を、それぞれ延長させて鋼板２０と接する箇所の距離を意味する。
第１電極１５ａと第２電極１５ｂの電極間距離Ｌ１は、例えば、２５ｍｍ以上８０ｍｍ未満とすることが好ましい。かかる範囲とすることで、第１電極１５ａと第２電極１５ｂが形成する溶融池が１プール又はセミ１プールとなるために、ルート部のデンドライトが真横に成長することを阻害し、高温割れをより発生し難くすることができる。
裏ビード高さをより安定化する観点から、電極間距離Ｌ１は３０ｍｍ以上がより好ましく、４５ｍｍ以上がさらに好ましい。また、同様の観点から、電極間距離Ｌ１は７０ｍｍ以下がより好ましく、６０ｍｍ以下がさらに好ましい。
裏ビード高さをより安定化する観点から、電極間距離Ｌ１は３０ｍｍ以上がより好ましく、４５ｍｍ以上がさらに好ましい。また、同様の観点から、電極間距離Ｌ１は７０ｍｍ以下がより好ましく、６０ｍｍ以下がさらに好ましい。
第２電極１５ｂのアーク電圧（Ｖ２）に対する第１電極１５ａのアーク電圧（Ｖ１）の比率Ｖ１／Ｖ２は、１．０１以上が好ましい。これにより、第２電極１５ｂのアーク発生点の位置が下がるため、ルート部の溶け込み幅が得られ、スラグ巻き込み及び融合不良の発生を抑制することができる。
Ｖ１／Ｖ２で表される比率は、より好ましくは１．０３以上であり、さらに好ましくは１．０５以上である。Ｖ１／Ｖ２で表される比率の上限は特に限定されないが、実際的には１．５以下であり、好ましくは１．３以下である。
Ｖ１／Ｖ２で表される比率は、より好ましくは１．０３以上であり、さらに好ましくは１．０５以上である。Ｖ１／Ｖ２で表される比率の上限は特に限定されないが、実際的には１．５以下であり、好ましくは１．３以下である。
また、第１電極１５ａ～第３電極１５ｃにおけるワイヤ１６ａ～１６ｃの突出し長さＡ１～Ａ３は、本実施形態においてはいずれも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。また、電極１５が第４電極１５ｄやそれ以降の電極を備える場合において、第４電極１５ｄのワイヤ１６ｄの突出し長さＡ４やそれ以降の電極のワイヤの突出し長さについても同様である。
ただし、上記第１電極１５ａと第２電極１５ｂの少なくとも一方は、ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２を２０ｍｍ以上とすることが好ましい。ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２を２０ｍｍ以上とすることにより、ワイヤがチップに融着しにくくなる。ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２は２５ｍｍ以上とすることがより好ましい。また、上記第１電極１５ａと第２電極１５ｂの少なくとも一方は、ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２を４０ｍｍ以下とすることが好ましい。ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２を４０ｍｍ以下とすることにより、ワイヤ狙い位置のズレを生じにくくなり、溶込み及び裏ビード高さが安定する。
ただし、上記第１電極１５ａと第２電極１５ｂの少なくとも一方は、ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２を２０ｍｍ以上とすることが好ましい。ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２を２０ｍｍ以上とすることにより、ワイヤがチップに融着しにくくなる。ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２は２５ｍｍ以上とすることがより好ましい。また、上記第１電極１５ａと第２電極１５ｂの少なくとも一方は、ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２を４０ｍｍ以下とすることが好ましい。ワイヤの突出し長さＡ１，Ａ２を４０ｍｍ以下とすることにより、ワイヤ狙い位置のズレを生じにくくなり、溶込み及び裏ビード高さが安定する。
（第２電極１５ｂと第３電極１５ｃ）
第２電極１５ｂと第３電極１５ｃの電極間距離Ｌ２は、２１０ｍｍ～３２０ｍｍである。かかる範囲とすることで、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの間隔が適切であるので第２電極による溶接後の冷却が適切となる。具体的には、第２電極１５ｂによる溶接で形成されたプールが冷却されてから第３電極１５ｃによる溶接を行うことができる。そのため、第１電極１５ａと第２電極１５ｂの溶接のみで裏ビードを形成することができ、裏ビード高さが安定となる。
第２電極１５ｂと第３電極１５ｃの電極間距離Ｌ２は、２１０ｍｍ～３２０ｍｍである。かかる範囲とすることで、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの間隔が適切であるので第２電極による溶接後の冷却が適切となる。具体的には、第２電極１５ｂによる溶接で形成されたプールが冷却されてから第３電極１５ｃによる溶接を行うことができる。そのため、第１電極１５ａと第２電極１５ｂの溶接のみで裏ビードを形成することができ、裏ビード高さが安定となる。
電極間距離Ｌ２が２１０ｍｍ未満であると、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの間隔が小さいため第２電極１５ｂによる溶接で形成されるプールが冷却しきらず、第３電極１５ｃのアークが第２電極による溶接で形成されるプールに干渉する。そのため、第１電極１５ａと第２電極１５ｂの溶接による裏ビード形成に、第３電極１５ｃによる溶接が干渉し、裏ビード高さが不安定となる。
また、電極間距離Ｌ２が３２０ｍｍを超えると、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの間隔が大きすぎて、第２電極１５ｂによる溶接で形成されるスラグが完全に凝固して、第２電極１５ｂによる溶接で形成する溶接金属を覆う。そのため、第３電極１５ｃを用いたアーク開始時に、第３電極１５ｃのワイヤの先端が、第２電極１５ｂによる溶接で形成される溶接金属に届かず、アークが発生しない。
また、電極間距離Ｌ２が３２０ｍｍを超えると、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの間隔が大きすぎて、第２電極１５ｂによる溶接で形成されるスラグが完全に凝固して、第２電極１５ｂによる溶接で形成する溶接金属を覆う。そのため、第３電極１５ｃを用いたアーク開始時に、第３電極１５ｃのワイヤの先端が、第２電極１５ｂによる溶接で形成される溶接金属に届かず、アークが発生しない。
電極間距離Ｌ２は、２１０ｍｍ以上であればよいが、裏ビード高さをより安定化する観点から、２３０ｍｍ以上が好ましく、２５０ｍｍ以上がより好ましい。
また、電極間距離Ｌ２は３２０ｍｍ以下であればよいが、アークスタートの安定性の観点から、３１０ｍｍ以下が好ましく、３００ｍｍ以下がより好ましい。
また、電極間距離Ｌ２は３２０ｍｍ以下であればよいが、アークスタートの安定性の観点から、３１０ｍｍ以下が好ましく、３００ｍｍ以下がより好ましい。
第３電極１５ｃの極性が交流である場合、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃの位相差は９０°～２７０°とすることが好ましい。第２電極１５ｂと第３電極１５ｃの位相差が第３電極１５ｃによる溶接での溶け込みに影響し、耐高温割れ性が良好となる。上記位相差は９０°以上が好ましく、１１０°がより好ましく、１２０°以上がさらに好ましい。また、同様の理由で、上記位相差は２７０°以下が好ましく、２５０°以下がより好ましく、２４０°以下がさらに好ましい。
電極１５が第４電極１５ｄを含む場合であって、第３電極１５ｃ及び第４電極１５ｄの極性が交流である場合、第３電極１５ｃと第４電極１５ｄの位相差は９０°～２７０°とすることが好ましい。第３電極１５ｃと第４電極１５ｄの位相差を９０°～２７０°とするとことにより、アーク同士が反発し、第３電極１５ｃのアークは前方に向くこととなる。その結果、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂで形成されたスラグが、第３電極１５ｃのアーク熱で溶かされるため、ワイヤがスラグに衝突せずにアークが安定する。
第２電極１５ｂと第３電極１５ｃのワイヤ径は、上述のとおり、直径が各々４．０ｍｍ～６．４ｍｍの範囲であることが好ましいが、裏ビードのさらなる安定化とスラグ巻込み発生防止を図る観点から、第２電極１５ｂ及び第３電極１５ｃのワイヤ径が共に、直径４．０ｍｍ～６．４ｍｍであることがより好ましく、共に直径４．８ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
また、電極１５が第４電極１５ｄを含む場合には、第３電極１５ｃと第４電極１５ｄの少なくとも一方は、ワイヤの突出し長さＡ３，Ａ４を４０ｍｍ以上とすることが好ましい。ワイヤの突出し長さＡ３，Ａ４を４０ｍｍ以上とすることにより、電極のチップにスラグが付着しにくくなるので、良好な表ビード形状を得ることができる。ワイヤの突出し長さＡ３，Ａ４は、より好ましくは４５ｍｍ以上である。また、ワイヤの突出し長さＡ３，Ａ４の上限は特に限定されないが、表ビードをより安定させる観点から、好ましくは８０ｍｍ以下、より好ましくは７５ｍｍ以下である。
上記の他、各電極１５について記載していない条件は、一般的な条件にて適宜に設定して溶接すればよい。
例えば、第３電極１５ｃと第４電極１５ｄとの電極間距離は任意に設定できる。また、溶接速度は、例えば３４ｃｍ／分～１１０ｃｍ／分が挙げられるが、これに限定されるものではない。
例えば、第３電極１５ｃと第４電極１５ｄとの電極間距離は任意に設定できる。また、溶接速度は、例えば３４ｃｍ／分～１１０ｃｍ／分が挙げられるが、これに限定されるものではない。
（鋼板２０）
鋼板２０は、特に限定されないが、例えば造船用鋼板が挙げられる。造船用鋼板の場合、長さは例えば１０ｍ～４０ｍである。
本実施形態における溶接を行う場合、図２に示すように、鋼板２０同士を突き合わせ、溶接開先部Ｍの位置で、断続又は連続した面内仮付がなされる。この鋼板２０の始端３１及び終端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。
なお、図２は一実施態様に過ぎず、これに限定されるものではない。
鋼板２０は、特に限定されないが、例えば造船用鋼板が挙げられる。造船用鋼板の場合、長さは例えば１０ｍ～４０ｍである。
本実施形態における溶接を行う場合、図２に示すように、鋼板２０同士を突き合わせ、溶接開先部Ｍの位置で、断続又は連続した面内仮付がなされる。この鋼板２０の始端３１及び終端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。
なお、図２は一実施態様に過ぎず、これに限定されるものではない。
（表フラックス５１）
表フラックス５１の種類は特に問わないが、鉄粉入りのボンドフラックスが特に好ましい。表フラックス５１中に鉄粉を含むことにより溶接金属の溶け込み深さが得られやすくなり、耐高温割れ性がより良好になる。
表フラックス５１の種類は特に問わないが、鉄粉入りのボンドフラックスが特に好ましい。表フラックス５１中に鉄粉を含むことにより溶接金属の溶け込み深さが得られやすくなり、耐高温割れ性がより良好になる。
＜溶接方法＞
本実施形態に係る溶接方法を適用した多電極片面サブマージアーク溶接の概略について図１～図５を参照して説明するが、下記の方法に限定されるものではない
本実施形態に係る溶接方法を適用した多電極片面サブマージアーク溶接の概略について図１～図５を参照して説明するが、下記の方法に限定されるものではない
（準備工程）
準備工程では、まず、図１や図２に示すようなタブ２１とタブ２２が取り付けられ、断続又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、図３に示すような裏当装置５０ａの裏当銅板５５の上面に、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、図４に示すように、裏当装置５０ｂの耐火性キャンバス５６内の耐熱カバー５７の上面に、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を供給してもよい。
準備工程では、まず、図１や図２に示すようなタブ２１とタブ２２が取り付けられ、断続又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、図３に示すような裏当装置５０ａの裏当銅板５５の上面に、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、図４に示すように、裏当装置５０ｂの耐火性キャンバス５６内の耐熱カバー５７の上面に、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を供給してもよい。
そして、上記で準備した鋼板２０と鋼板２０を溶接装置１００にセットし、裏当装置５０ａ又は裏当装置５０ｂの上方に、鋼板２０と鋼板２０とによって形成された溶接開先部Ｍを配置する。次いで、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又は耐火性キャンバス５６が位置するように微調整を行う。
また、鋼板２０の開先に開先充填材を散布して溶接することが好ましい。
開先充填材を用いて溶接することで、仮付けビードの影響を緩和することができ、裏ビード高さをより安定させることができる。特に、開先充填材をフラックスバッキング法と組合せて用いると効果的である。
開先充填材の種類は特に問わず、鉄粉や、軟鋼のカットワイヤ等が挙げられる。
開先充填材を用いて溶接することで、仮付けビードの影響を緩和することができ、裏ビード高さをより安定させることができる。特に、開先充填材をフラックスバッキング法と組合せて用いると効果的である。
開先充填材の種類は特に問わず、鉄粉や、軟鋼のカットワイヤ等が挙げられる。
次に、押上機構による押圧で裏当銅板５５や耐熱カバー５７を押圧し、突き合わされた鋼板２０の溶接開先部Ｍの裏面に裏当フラックス５２を押し当てて密着させる。押上機構として、図３や図４では、エアホース５９に圧縮空気を導入して膨張させる方法が取られている。
（電極調整工程）
電極調整工程では、第１電極１５ａを交流とし、また、第１電極１５ａ～第３電極１５ｃの電極間距離Ｌ１、Ｌ２を上述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、どちらの工程を先に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
電極調整工程では、第１電極１５ａを交流とし、また、第１電極１５ａ～第３電極１５ｃの電極間距離Ｌ１、Ｌ２を上述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、どちらの工程を先に行ってもよいし、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を溶接開始位置に移動させる。次に、第２電極１５ｂを交流とし、所望する条件で溶接電流を供給して、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（いずれも図２参照）に向かって、図１の矢印で示すように、溶接機１２を溶接機ビーム１３に沿って所定速度で移動させつつ表フラックス５１を供給し、鋼板２０と鋼板２０を溶接する。
溶接工程では、まず、溶接装置１００の溶接機１２を溶接開始位置に移動させる。次に、第２電極１５ｂを交流とし、所望する条件で溶接電流を供給して、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（いずれも図２参照）に向かって、図１の矢印で示すように、溶接機１２を溶接機ビーム１３に沿って所定速度で移動させつつ表フラックス５１を供給し、鋼板２０と鋼板２０を溶接する。
本実施形態に係る多電極片面サブマージアーク溶接方法は、１層溶接、多層溶接のいずれにも使用できるが、作業効率の観点からは、１パスかつ１層溶接が好ましい。
以下、試験例を挙げて、本発明の内容について具体的に説明するが、本発明は下記例に何ら制限されるものではない。
（実施例１～７、比較例１～５）
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き合わせ、Ｖ字形開先を形成した。このＶ字形開先は、開先角が３５°であり、ルートギャップが０ｍｍである。また、鋼板の長さは１．２ｍ、鋼板の厚さは４０ｍｍとした。
鋼板の組成、使用したワイヤの組成及び表フラックスの組成を表１に示す。
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き合わせ、Ｖ字形開先を形成した。このＶ字形開先は、開先角が３５°であり、ルートギャップが０ｍｍである。また、鋼板の長さは１．２ｍ、鋼板の厚さは４０ｍｍとした。
鋼板の組成、使用したワイヤの組成及び表フラックスの組成を表１に示す。
上記鋼板に対し、第１電極～第４電極の４つの電極が配置された溶接機を用いて、表２及び表３に示す条件で、４電極の片面１層のサブマージアーク溶接を行い、溶接試験体を作製した。
具体的には、溶接装置は、図４に示すような裏当装置５０ｂを有するものを用いた。
各試験例の第１電極と第２電極の交流の位相差、第２電極と第３電極の位相差、第３電極と第４電極の位相差、第２電極と第３電極との電極間距離は、それぞれ表２に示すとおりである。また、各電極のワイヤ径、外部特性、極性、溶接電流、アーク電圧、トーチの後退角・前進角及びワイヤの突出し長さ、並びに、溶接速度、第１電極と第２電極との電極間距離及び第３電極と第４電極との電極間距離は、すべての試験例で同一の条件とし、表３に示す条件とした。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、全て同一条件とした。
上記条件のうち、トーチの後退角・前進角は、図５に示すように、各電極の中心線と、溶接進行方向Ｘを法線とする面がなす角度で表される。なお、溶接進行方向Ｘと垂直である場合を０°とし、後退角の場合は溶接進行方向Ｘ側をプラスとする。前進角の場合は、溶接進行方向Ｘに対して反対側をプラスとする。
各試験例の第１電極と第２電極の交流の位相差、第２電極と第３電極の位相差、第３電極と第４電極の位相差、第２電極と第３電極との電極間距離は、それぞれ表２に示すとおりである。また、各電極のワイヤ径、外部特性、極性、溶接電流、アーク電圧、トーチの後退角・前進角及びワイヤの突出し長さ、並びに、溶接速度、第１電極と第２電極との電極間距離及び第３電極と第４電極との電極間距離は、すべての試験例で同一の条件とし、表３に示す条件とした。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、全て同一条件とした。
上記条件のうち、トーチの後退角・前進角は、図５に示すように、各電極の中心線と、溶接進行方向Ｘを法線とする面がなす角度で表される。なお、溶接進行方向Ｘと垂直である場合を０°とし、後退角の場合は溶接進行方向Ｘ側をプラスとする。前進角の場合は、溶接進行方向Ｘに対して反対側をプラスとする。
（評価：裏ビード高さ）
各溶接方法により得られた溶接試験体の裏ビードについて、高さ、標準偏差及び変動係数から裏ビード高さの安定性を評価した。
裏ビードの高さは、レーザ変位計を用い、鋼板の始端から６００ｍｍ～９００ｍｍの範囲を、０．１ｍｍ間隔で計測し、その平均値を高さとした。
標準偏差は、レーザ変位計を用い、鋼板の始端から６００ｍｍ～９００ｍｍの範囲を、０．１ｍｍ間隔で計測して求めた。
変動係数ｃｖは、上記で得られた裏ビードの高さと標準偏差を用いて、（標準偏差／裏ビード高さ）として得られる値である。
裏ビード高さの安定性は、上記で得られた変動係数ｃｖの値から下記基準で評価した。結果を表２に示す。
◎（極めて安定）：ｃｖ＜０．３５
○（安定）：０．３５≦ｃｖ＜０．５０
×（不安定）：０．５０≦ｃｖ
各溶接方法により得られた溶接試験体の裏ビードについて、高さ、標準偏差及び変動係数から裏ビード高さの安定性を評価した。
裏ビードの高さは、レーザ変位計を用い、鋼板の始端から６００ｍｍ～９００ｍｍの範囲を、０．１ｍｍ間隔で計測し、その平均値を高さとした。
標準偏差は、レーザ変位計を用い、鋼板の始端から６００ｍｍ～９００ｍｍの範囲を、０．１ｍｍ間隔で計測して求めた。
変動係数ｃｖは、上記で得られた裏ビードの高さと標準偏差を用いて、（標準偏差／裏ビード高さ）として得られる値である。
裏ビード高さの安定性は、上記で得られた変動係数ｃｖの値から下記基準で評価した。結果を表２に示す。
◎（極めて安定）：ｃｖ＜０．３５
○（安定）：０．３５≦ｃｖ＜０．５０
×（不安定）：０．５０≦ｃｖ
（評価：耐高温割れ性）
図６に示すように、本実施形態に係る溶接方法で形成される溶接金属は、第１電極及び第２電極で形成される溶接金属６０と、第３電極以降の電極で形成される溶接金属６１からなる。
第１電極及び第２電極で形成される溶接金属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３電極以降の電極で形成され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。
そこで、断面マクロ組織から、第３電極以降の電極で形成される溶接金属６１の溶け込み深さＴを計測して評価した。なお、本試験例においては、第３電極以降の電極で形成される溶接金属６１とは、第３電極及び第４電極で形成される溶接金属である。
図６に示すように、本実施形態に係る溶接方法で形成される溶接金属は、第１電極及び第２電極で形成される溶接金属６０と、第３電極以降の電極で形成される溶接金属６１からなる。
第１電極及び第２電極で形成される溶接金属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３電極以降の電極で形成され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。
そこで、断面マクロ組織から、第３電極以降の電極で形成される溶接金属６１の溶け込み深さＴを計測して評価した。なお、本試験例においては、第３電極以降の電極で形成される溶接金属６１とは、第３電極及び第４電極で形成される溶接金属である。
耐高温割れ性は、図６に符号ｔとＴで示した箇所に該当する、鋼板２０の板厚ｔと、鋼板２０の表面（上面）から第３電極以降の電極で形成される溶接金属６１の溶け込み深さＴとの関係から、下記基準で評価した。
○（良好）：｛１２／（１６×ｔ）｝≦Ｔ＜｛１４／（１６×ｔ）｝
×（不良）：Ｔ＜｛１２／（１６×ｔ）｝、又は、Ｔ≧｛１６／（１６×ｔ）｝
○（良好）：｛１２／（１６×ｔ）｝≦Ｔ＜｛１４／（１６×ｔ）｝
×（不良）：Ｔ＜｛１２／（１６×ｔ）｝、又は、Ｔ≧｛１６／（１６×ｔ）｝
（評価：溶接金属の溶け込み幅）
溶接金属の溶け込み幅を用いて、スラグ巻き込みの評価を行った。溶接金属の溶け込み幅は、上記耐高温割れ性の評価と同様、断面マクロ組織より評価できる。
具体的には、図６の対向する一対の矢印で示した箇所が、鋼板の下端から１０ｍｍの高さの位置の例であるが、鋼板の下端から１０ｍｍの高さにおける溶接金属の溶け込み幅から、下記基準で評価した。溶接金属の溶け込み幅が１１．０ｍｍ超であればスラグ巻き込みの発生を防止できる。また、溶接金属の溶け込み幅が１１．０ｍｍ以下であると、スラグ巻き込みが発生しやすい状態となる。
○（良好）：溶接金属の溶け込み幅が１１．０ｍｍ超
×（不良）：溶接金属の溶け込み幅が１１．０ｍｍ以下
溶接金属の溶け込み幅を用いて、スラグ巻き込みの評価を行った。溶接金属の溶け込み幅は、上記耐高温割れ性の評価と同様、断面マクロ組織より評価できる。
具体的には、図６の対向する一対の矢印で示した箇所が、鋼板の下端から１０ｍｍの高さの位置の例であるが、鋼板の下端から１０ｍｍの高さにおける溶接金属の溶け込み幅から、下記基準で評価した。溶接金属の溶け込み幅が１１．０ｍｍ超であればスラグ巻き込みの発生を防止できる。また、溶接金属の溶け込み幅が１１．０ｍｍ以下であると、スラグ巻き込みが発生しやすい状態となる。
○（良好）：溶接金属の溶け込み幅が１１．０ｍｍ超
×（不良）：溶接金属の溶け込み幅が１１．０ｍｍ以下
表２に示すように、実施例１～７で得られた溶接試験体はいずれも、裏ビード高さの安定性、溶接金属の溶け込み幅及び耐高温割れ性のすべての評価項目が良好であった。特に、実施例１～３、実施例６及び実施例７で得られた溶接試験体は、裏ビード高さの安定性が極めて良好であり、耐高温割れ性も非常に良好であった。
これに対し、表２に示すように、比較例１～５で得られた溶接試験体はいずれも、いずれかの項目の評価が不良となった。
具体的には、比較例１～３で得られた溶接試験体は、第１電極と第２電極の交流の位相差が本発明の範囲外であり、耐高温割れ性及び溶接金属の溶け込み幅が不良となった。
具体的には、比較例１～３で得られた溶接試験体は、第１電極と第２電極の交流の位相差が本発明の範囲外であり、耐高温割れ性及び溶接金属の溶け込み幅が不良となった。
比較例４で得られた溶接試験体は、第２電極と第３電極との電極間距離が下限値未満であり、裏ビード高さが不良となった。また、一部では裏ビードが形成されなかった。
比較例５で得られた溶接試験体は、第２電極と第３電極との電極間距離が上限値を超えており、第３電極のアークが発生しなかった。そのため、評価対象とすることもできなかった。そのため、表２では評価結果はすべて「－」としている。
比較例５で得られた溶接試験体は、第２電極と第３電極との電極間距離が上限値を超えており、第３電極のアークが発生しなかった。そのため、評価対象とすることもできなかった。そのため、表２では評価結果はすべて「－」としている。
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電極及び第２電極で形成される溶接金属
６１ 第３電極以降の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３電極以降の電極で形成される溶接金属の溶け込み深さ
ｔ 鋼板の板厚
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電極及び第２電極で形成される溶接金属
６１ 第３電極以降の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３電極以降の電極で形成される溶接金属の溶け込み深さ
ｔ 鋼板の板厚
Claims (6)
- 複数の電極を用いて、突き合わされた２枚の鋼板の片面を接合する多電極片面サブマージアーク溶接方法であって、
前記電極は、第１電極、第２電極、第３電極及び第４電極の少なくとも４つの電極を含み、
前記第１電極を溶接進行方向の先頭とし、次いで前記第２電極、前記第３電極、前記第４電極の順に各前記電極を溶接線方向に沿って配置し、
前記第１電極の極性：交流、
前記第１電極の後退角θ １ ：１°以上１５°以下、
前記第２電極の極性：交流、
前記第１電極と前記第２電極の交流の位相差：０°～９０°又は２７５°～３６０°、及び
前記第２電極と前記第３電極との電極間距離：２１０ｍｍ～３２０ｍｍ、
前記第４電極の電源特性：定電流又は垂下特性、
の条件で、１パスかつ１層溶接を行う、多電極片面サブマージアーク溶接方法。 - 前記第１電極のワイヤ径が直径３．２ｍｍ～６．４ｍｍである、請求項１に記載の多電極片面サブマージアーク溶接方法。
- 前記第２電極のワイヤ径が直径４．０ｍｍ～６．４ｍｍであり、かつ前記第３電極のワイヤ径が直径４．０ｍｍ～６．４ｍｍである、請求項１又は２に記載の多電極片面サブマージアーク溶接方法。
- 前記第１電極と前記第２電極との電極間距離が２５ｍｍ以上８０ｍｍ未満である、請求項１～３のいずれか１項に記載の多電極片面サブマージアーク溶接方法。
- 前記第１電極の電源特性が定電圧である、請求項１～４のいずれか１項に記載の多電極片面サブマージアーク溶接方法。
- フラックスバッキング法を用いる、請求項１～４のいずれか１項に記載の多電極片面サブマージアーク溶接方法。
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