JPS5811312B2 - 極厚鋼板のサブマ−ジア−ク溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＣｒ−Ｍｏ鋼など５０〜３００ｍｍ板厚の極厚
鋼板をタンデム方式でサブマージアーク溶接する場合に
、溶接欠陥とくにスラグ巻込み欠陥の発生を防止する方
法に関するものである。

最近、極厚鋼板のサブマージアーク溶接法は溶接能率を
向上させるため、タンデム方式（２電極法）が多く採用
されてきている。

このような極厚鋼の場合、補修に非常に手間がかかるた
めスラグ巻込みなどの溶接欠陥の発生はもつとも大きな
問題の一つとなっている。

タンデム方式は２極間のアークおよび溶融池の相互干渉
などからアークが不安定になり易く、また、シングル溶
接（１極）の場合に比べ変動因子も多く、そのため、前
記スラグ巻込み欠陥発生防止のための施工条件の選定が
重要となる。

これまでも経験的に溶接条件が決められ、一応施工され
ているが、溶接機の特性および電源電圧変動など突発的
な条件変動などで欠陥が生ずる場合があり、これらは偶
発的な欠陥発生として十分な対策は、とられていないの
が眼状であった。

とくに極厚鋼板の円周溶接（太径の圧力容器など）のご
ときはｌ溶接個所でシングルビード長さに換算して１０
００ｍ以上にもおよぶわけであり、この場合でも無欠陥
にするのはむづかしいと考えられていた。

なお、一般にＣｒ−Ｍｏ鋼などの低合金極厚鋼板の溶接
では溶接金属に高性能（強度、靭性および延性など）が
要求されるところから、塩基度の高い組成のフラックス
が多く使用されるが、この高塩基性フラックスの一般的
特徴としていわゆる溶接作業性（ビート形成能、耐溶接
欠陥性能）が中性系フラックスに比べ、劣る傾向にあり
、上記問題に対してより不利な条件になっている。

本発明者らは高塩基性フラックスを使用してタンデム溶
接における施工条件について多くの実験を行ってきた結
果、従来タンデム溶接の適正施工条件として一般的に知
られている知見とは大巾に異なる新しい知見を見出した
。

すなわち、従来の知見（文献：伊藤、別所；サブマージ
ン・アーク・タンデム方式におけるビート形成に関する
研究、溶接学会誌、第３９巻（１９７０）第１０号。

１０９９〜１１０６）では「先行アーク電圧に対して後
行のそれを極度に低くすると、ビート外観は非常に細い
ものとなり、高くなるにつれビード巾も広くなって外観
も良好になる。

しかし余りに高くするとビートは蛇行し、外観は良くな
い。

その結果、後行アークの電圧としては先行アーク電圧に
等しいか、それ以上で、その差は最大で６ボルトと判断
される。

」（前記文献１１００ページ左欄下から４行〜右欄上か
ら３行まで）といわれていたが、本発明者らは極厚鋼板
の多層盛溶接について詳細に実験検討した結果、２極間
の距離をできるだけ小さくすることがビード形状とスラ
グ巻込み欠陥発生の点から必須の条件となること、さら
にこの２極間距離を小さくした場合；ビート巾は後行電
極のアーク電圧には影響されなくて、むしろ先行電極の
アーク電圧によって支配されるようになり（第２図）、
ビート形状とスラグ巻込み発生の点から後行電極のアー
ク電圧を先行電極のそれより、低くしかつその電圧値も
できるだけ低いことが必要になることを見出した。

また、これらの傾向は円周溶接のごときアーク発生位置
がやや傾斜面で行なわれる場合に顕著にあられれること
を見出した。

すなわち、第２図は第１図に示したようなビードオープ
レートでの水平溶接と傾斜溶接とについて、先行電極と
後行電極の電圧のいずれか一方を一定にして、他をいろ
いろ変動させて得られるビード巾の変化を調べたものを
示すが、同図に見られるように、ビード巾は後行電極の
電圧によってはほとんど変化せず、むしろ先行電極の電
圧によって大きく変化し、その電圧が大になる程、ビー
ド巾が大になり、その傾向は、傾斜溶接の場合著しい。

そして、スラグ巻込み欠陥発生との関係で。これらの電
圧の影響をみた場合、このビードオンプレート試験の結
果では後行電極を３６Ｖに高くした場合にのみ欠陥発生
がみられた。

さらにその後、極厚鋼を使用して、実際の開先内での多
層盛溶接で種々、電圧を変動させて実験を行なったが欠
陥発生頻度は後行電極の電圧が高くなる程大になること
、そしてビード形状等の溶接作業性とこの欠陥発生頻度
の両方を考慮すると後行電極は先行電極電圧より低くと
ることが必要となることを見出した。

なお、後行電極電圧の変動中はその電圧が高い程大にな
り、例えば３６Ｖ程度に設定しても最高の電圧記録値と
しては５０Ｖ近くにもなる場合があること、この高電圧
になった場合に欠陥発生の確率が高いことなども判明し
た。

本発明は以上の知見に基いてなされたものであって極厚
鋼板のタンデム・サブマージアーク溶接においてスラグ
巻込み欠陥発生を激減させることを可能にした方法であ
る。

すなわち、先行電極ワイヤ（Ｌ極）は鋼板面に垂直±５
°とし、後行電極ワイヤ（電極）はＬ極に対し５〜２０
°後方へ傾斜させて行なう極厚鋼板のＡＣ−ＡＣタンデ
ムサブマージアーク溶接方法において、Ｌ−電極ワイヤ
の先端中心間距離を１５ｍｍ以下とし、両極のアーク電
圧を下記のごとくの条件にして溶接することを特徴とす
る極厚鋼板のサブマージアーク溶接方法である。

ここに （１）ＶＬ（Ｌ極）≧ＶＴ（電極）（ボルト）（２）Ｖ
Ｔ（電極）≦Ａ１５０＋α（ボルト）但し 本発明の方法を採用することにより、材料特性の影響、
溶接機の影響、さらには電源電圧変動など突発的な条件
変動の影響を加味しても、円周溶接の場合な場合におい
て、極めてスラグ巻込み欠陥の発生を少くすることがで
きかつビード外観の良好な溶接部を得ることが可能とな
った。

以下に本発明の数値限定理由について詳細に説明する。

まず、本発明において、先行電極（Ｌ極）と後行電極（
電極）のワイヤ先端中心間距離を１５ｍｍ以下とした点
であるが、これは、ビード巾とビード形状およびスラグ
巻込み欠陥発生の点で必要条件となる。

とくに、極厚鋼の開先は一般にＵ開先が多く採用され１
層２〜３パスで振りわけて累層していくが、この場合ワ
イヤねらい位置（開先壁との距離）が重要となる。

例えば円周溶接の場合で、ビードを順々に累層されてい
くが、この場合溶接途中でワイヤねらい位置をかえる必
要がでてくる。

この場合、ビード巾が広い程開先壁との距離に余裕がで
てくるため溶接作業としてはより易しくなるわけである
。

ワイヤ先端中心間距離が１５ｍｍをこえると前述引用文
献の知見でのべたごとくビード巾が後行電極電圧により
大きく影響をうけ、ビード巾を大にするためアーク電圧
を高くする必要が生じ、これがスラグ巻込み欠陥発生頻
度を高くするので好ましくない。

次に、先行および後行電極のアーク電圧の関係を ＶＬ（Ｌ極）≧ＶＴ（Ｔ極） としたのは、すでに述べたごとく、ビード外観形状およ
び欠陥発生との関係から実験的にもとめたものであるが
、ＶＬは主にビード形状（ビード巾）を左右するもので
あり、ＶＬ≧■Ｔの相対関係かアーク安定等に関連し、
スラグ巻込み発生に影響するものである。

この関係は勿論、Ｌ極とＴ極とのワイヤ先端中心間距離
が１５關以下での条件下で得られた結果であることはい
うまでもない。

例えばワイヤ先端中心間距離が３０ｍｍ程度と離れて、
このようなＬ極、Ｔ極のアーク電圧の関係で溶接した場
合、ビード形状溶接欠陥の点で非常に悪い結果となる。

さらに、Ｔ極のアーク電圧をワイヤ径および使用電流に
より ＶＴ≦Ａ１５０＋α（ボルト） 但し、αはワイヤ径によって決まる常数でα＝−２，５
×Ｄ＋２９ ＡはＴ極の使用電流（アンペア） Ｄはワイヤ径（ｍｍ） としたのはワイヤ径および電流値を種々変えて、実験的
にもとめた関係である。

すなわち、一般的傾向としてワイヤ径が大になると同電
流値で比較すれば電流密度が小となり、アーク力は弱く
なり、従って電圧を低くすることによりスラグ巻込み欠
陥が少なくなる。

また、同径ワイヤで使用電流（アンペア）が小になると
、電流密度小となり、前と同様アーク力が弱くなり、従
ってそれだけ電圧を低くする必要がでてくるわけである
。

実際の数値例でこれを示すと次のごとくになる。

すなわち、種々の条件で実験を行なったところ、Ｄ、α
およびＡの上記の組合せにおいてＴ極のアーク電圧■Ｔ
の設定をそれぞれこれらの値をこえると前述したごとく
、スラグ巻込み欠陥発生頻度が電圧変動中の増加傾向と
ともに大になることが実験的に確認された。

従って、Ｄ、α、ＡおよびＶ（Ｔ極）を関係を前記のよ
うに定めたものである。

以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例 厚さ１００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、巾２００ｍｍのＡ
ＳＴＭＡ３８７Ｇ２２材（２１／４Ｃｒ−１ＭＯ鋼）を
第３図に図示したごとくの開先にして突合せ、第２表に
示す成分粒度の塩基性フラックス（溶融型）および２１
／４ Ｃｒ−１Ｍ０系ワイヤを使用して多層盛溶接を３
°の傾斜で実施した。

施工条件は第１表および第４図に示すごとく、本発明の
４条件、その他６条件で行った。

なお溶接速度はこの種の溶接としては早目の７０ｃｍ／
ｍｉｎを採用している。

溶接中ビード外観を観察し、溶接完了後Ｘ線試験を行い
、その欠陥個数を数えた。

それらの結果を第１表中に示す。

ビード外観的にはＮｏ、７の条件が電極ワイヤ先端中心
間距離が大きくて後行電極のアーク電圧が低いため、ビ
ートがやや細くなった他はすべて形状はほぼ良好であっ
た。

Ｘ線結果は、本発明の条件では欠陥は皆無であった。

一方、他の６条件の場合はいずえも欠陥が生じており、
なかでも両電極ワイヤ先端中心間距離が大なる場合で後
行電極電圧が高い場合（Ｎｏ、５）に欠陥数が多くみら
れた。

しかし、極間距離が小さく、適当であっても、アーク電
圧が先行電極より後行電極の方が高くなっている本発明
にはずれるような条件の場合（Ｎｏ、８，９，１０）に
はやはりかなりの欠陥が生じている。

以上述べたごとく、本発明の方法によれば内部欠陥が生
じた場合、その補修に労費を要する極厚鋼板の能率的な
タンデム溶接方法において、スラグ巻込み欠陥発生をほ
とんど皆無につき、その効果は著しいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はタンデム溶接における水平溶接ａと傾斜溶接す
の場合の電極配置などの状況を示す模式図。 第２図はビード巾におよぼす後行及び先行電極のアーク
電圧の影響を示す図で、ａは後行電圧の影響、ｂは先行
電圧の影響を示す。 第３図は実施例における開先形状と累層法の状況を示す
模式図。 第４図は実施例における電極位置の状況を示す説明図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 先行電極ワイヤ（Ｌ極）は鋼板面に垂直±５゜とし
   、後行電極ワイヤ（Ｔ極）はＬ極に対し５〜２０°後方
   へ傾斜させて行なう極厚鋼板のＡＣ−ＡＣタンデム・サ
   ブマージアーク溶接方法において、Ｌ−Ｔ極ワイヤの先
   端中心間距離を１５ｍｍ以下とし、両極のアーク電圧を
   下記のごとくの条件にして溶接することを特徴とする極
   厚鋼板のサブマージアーク溶接方法。 （１）ＶＬ（Ｌ極）≧■Ｔ（Ｔ極）（ボルト）（２）Ｖ
   Ｔ（Ｔ極）≦Ａ１５０＋α（ボルト）但し