(57)【要約】【課題】極厚板の狭い開先に行う多層盛溶接の靭性を向上させ得る極厚板の突合せ溶接方法および極厚板の突合せ溶接設備を提供する。【解決手段】各層がそれぞれ１本の溶接ビードで形成され下層、複数の層からなる中間層、および、上層からなる多層盛溶接を開先に行うための極厚板の突合せ溶接方法である。中間層を形成する工程は、開先に１本の溶接ビードを形成する単層形成工程Ｓ１と、１本の溶接ビードを所定の温度まで冷却する冷却工程Ｓ２と、冷却された溶接ビードを再加熱する冷却後再加熱工程Ｓ３とを具備する。また、極厚板の突合せ溶接方法は、単層形成工程、冷却工程および冷却後再加熱工程からなるサイクルを前記中間層の層数分繰り返すことで、前記多層盛溶接に必要な層の溶接ビードを積層する積層工程Ｓ４を具備する。【選択図】図２
2020082121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各層がそれぞれ１本の溶接ビードで形成されて、下層、複数の層からなる中間層、および、上層からなる多層盛溶接を開先に行うための極厚板の突合せ溶接方法であって、
前記中間層を形成する工程が、
前記開先に１本の溶接ビードを形成する単層形成工程と、
前記１本の溶接ビードを所定の温度まで冷却する冷却工程と、
前記冷却された溶接ビードを再加熱する冷却後再加熱工程と、
前記単層形成工程、冷却工程および冷却後再加熱工程からなるサイクルを前記中間層の層数分繰り返す積層工程とを具備することを特徴とする極厚板の突合せ溶接方法。
【請求項２】
所定の温度が、溶接ビードがマルテンサイト変態点となる温度以下であることを特徴とする請求項１に記載の極厚板の突合せ溶接方法。
【請求項３】
単層形成工程で、溶接ビードがウィービングにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の極厚板の突合せ溶接方法。
【請求項４】
溶接ビードが、フェライト系耐熱鋼であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の極厚板の突合せ溶接方法。
【請求項５】
各層がそれぞれ１本の溶接ビードで形成される多層盛溶接を開先に行うための極厚板の突合せ溶接設備であって、
前記開先に１本の溶接ビードを形成する溶接機と、
前記溶接ビードを再加熱する再加熱機と、
前記溶接機および再加熱機を所定間隔で固定する固定具と、
前記固定具を前記開先に沿って相対移動させることで溶接機による溶接および再加熱機による再加熱を順次行う相対移動機と、
前記相対移動機による相対移動の速度を制御する制御機とを有し、
前記所定間隔および速度が、前記溶接機で形成された１本の溶接ビードが再加熱機により再加熱される前に所定の温度まで冷却される程度に設定されていることを特徴とする極厚板の突合せ溶接設備。
【請求項６】
予熱を行う予熱装置を備え、
前記予熱装置による予熱の温度Ｔ［℃］、溶接機による溶接の入熱量Ｑ［ｋＪ／ｍｍ］、および、相対移動機による相対移動の速度Ｖ［ｍｍ／ｍｉｎ］に基づき、前記溶接機および再加熱機の所定間隔Ｌ［ｍｍ］が次の式（１）を満たすことを特徴とする請求項５に記載の極厚板の突合せ溶接設備。
Ｌ≧６０Ｖ（−２９０＋１．１０Ｔ＋４４．３Ｑ）・・・・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極厚板の突合せ溶接方法および極厚板の突合せ溶接設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多層盛溶接では、先に形成される下の層の溶接ビードが、その上の層に溶接ビードを形成するための溶接の入熱により再加熱される。溶接ビードに粗い結晶粒が生じれば靭性の低下に繋がるが、この再加熱により、下の層の溶接ビードに生じる結晶粒が細かくなるので、当該溶接ビードの靭性が向上する。
【０００３】
この原理を応用し、上の層の溶接がない（つまり再加熱されない）最上層の溶接ビードに対して、別途の再加熱により、靭性の向上を図る発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭５４−５０４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、プラントにおける圧力容器などの静止機器であるプラント用機器には、高圧にも耐え得るように、板厚が３８ｍｍ以上の鋼板、つまり極厚板が用いられる。このような鋼板の突合せ溶接では、開先を狭くすることで、極厚板のために開先が深くなっても、溶接量が大幅に増加しないようにされている。このような開先の幅は、多層盛溶接の各層が１本の溶接ビードで形成される程度である。
【０００６】
狭い開先への多層盛溶接では、各層が複数本の溶接ビードで形成される広い開先への多層盛溶接と比べて、上の層を形成する溶接からの入熱が小さくなる。これにより、狭い開先への多層盛溶接では、広い開先への多層盛溶接よりも靭性が低下する。
【０００７】
本発明者らは、このような狭い開先への多層盛溶接で、特に中間層のさらに中間付近の層で靭性が大きく低下するという課題を見出した。中間付近の層は、極厚板の中間部に位置することから、溶接ビードを形成するための溶接の入熱が得られても、その熱が極厚板に拡散しやすいので、十分に再加熱されない。このため、中間付近の層では、結晶粒が細かくならないので、靭性の向上が不十分である。この課題は、極厚板の板厚が大きいほど、極厚板への熱の拡散が大きいので顕著である。
【０００８】
そこで、本発明は、極厚板の狭い開先に行う多層盛溶接の靭性を向上させ得る極厚板の突合せ溶接方法および極厚板の突合せ溶接設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、第１の発明に係る極厚板の突合せ溶接方法は、各層がそれぞれ１本の溶接ビードで形成されて、下層、複数の層からなる中間層、および、上層からなる多層盛溶接を開先に行うための極厚板の突合せ溶接方法であって、
前記中間層を形成する工程が、
前記開先に１本の溶接ビードを形成する単層形成工程と、
前記１本の溶接ビードを所定の温度まで冷却する冷却工程と、
前記冷却された溶接ビードを再加熱する冷却後再加熱工程と、
前記単層形成工程、冷却工程および冷却後再加熱工程からなるサイクルを前記中間層の層数分繰り返す積層工程とを具備する方法である。
【００１０】
また、第２の発明に係る極厚板の突合せ溶接方法は、第１の発明に係る極厚板の突合せ溶接方法における所定の温度が、溶接ビードがマルテンサイト変態点となる温度以下である方法である。
【００１１】
さらに、第３の発明に係る極厚板の突合せ溶接方法は、第１または第２の発明に係る極厚板の突合せ溶接方法における単層形成工程で、溶接ビードがウィービングにより形成される方法である。
【００１２】
加えて、第４の発明に係る極厚板の突合せ溶接方法は、第１乃至第３のいずれかの発明に係る極厚板の突合せ溶接方法における溶接ビードが、フェライト系耐熱鋼である方法である。
【００１３】
また、第５の発明に係る極厚板の突合せ溶接設備は、各層がそれぞれ１本の溶接ビードで形成される多層盛溶接を開先に行うための極厚板の突合せ溶接設備であって、
前記開先に１本の溶接ビードを形成する溶接機と、
前記溶接ビードを再加熱する再加熱機と、
前記溶接機および再加熱機を所定間隔で固定する固定具と、
前記固定具を前記開先に沿って相対移動させることで溶接機による溶接および再加熱機による再加熱を順次行う相対移動機と、
前記相対移動機による相対移動の速度を制御する制御機とを有し、
前記所定間隔および速度が、前記溶接機で形成された１本の溶接ビードが再加熱機により再加熱される前に所定の温度まで冷却される程度に設定されているものである。
【００１４】
また、第６の発明に係る極厚板の突合せ溶接設備は、第５の発明に係る極厚板の突合せ溶接設備において、予熱を行う予熱装置を備え、
前記予熱装置による予熱の温度Ｔ［℃］、溶接機による溶接の入熱量Ｑ［ｋＪ／ｍｍ］、および、相対移動機による相対移動の速度Ｖ［ｍｍ／ｍｉｎ］に基づき、前記溶接機および再加熱機の所定間隔Ｌ［ｍｍ］が次の式（１）を満たすものである。
Ｌ≧６０Ｖ（−２９０＋１．１０Ｔ＋４４．３Ｑ）・・・・・・（１）
【発明の効果】
【００１５】
前記極厚板の突合せ溶接方法および極厚板の突合せ溶接設備によると、熱が拡散しやすい中間付近の層での溶接ビードも、十分に再加熱されるので、結晶粒が細かくなることにより、靭性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る極厚板の突合せ溶接方法および極厚板の突合せ溶接設備で使用される極厚板およびその開先を示す断面図である。
【図２】同極厚板の突合せ溶接方法が具備する工程を示すフローチャートである。
【図３】同極厚板の開先に形成された溶接金属の中間付近の層が十分に再加熱される原理を説明するための断面図である。
【図４】同極厚板の突合せ溶接方法にウィービング溶接が適用される状態を示す概略斜視図である。
【図５Ａ】同極厚板の突合せ溶接方法の実験例で使用された極厚板およびその開先を示す断面図である。
【図５Ｂ】同実験例で使用された器具を示す概略斜視図である。
【図６】同実験例での溶接金属の溶け込み形状を示す写真であり、（ａ）は従来の溶接方法の結果を示し（ｂ）は本発明に係る溶接方法の結果を示す。
【図７】図６の模式図であり、（ａ）は図６（ａ）に対応し、（ｂ）は図６（ｂ）に対応する。
【図８Ａ】同実験例でのシャルピー衝撃試験の極厚板における試験片の採取位置を示す断面図である。
【図８Ｂ】同実験例でのシャルピー衝撃試験の結果を示すグラフである。
【図９Ａ】同実験例での従来の溶接方法で形成された溶接金属の断面組織を示す写真である。
【図９Ｂ】同実験例での本発明に係る溶接方法で形成された溶接金属の断面組織を示す写真である。
【図１０】同極厚板の突合せ溶接設備を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る極厚板の突合せ溶接方法および極厚板の突合せ溶接設備について、図面に基づき説明する。
【００１８】
初めに、本実施の形態において、前記突合せ溶接方法および突合せ溶接設備が使用される極厚板および開先について説明する。
【００１９】
図１に示すように、前記極厚板Ｐとは、板厚が３８ｍｍ以上の鋼板である。２枚の極厚板Ｐ，Ｐは、突き合わされて、多層盛溶接による接合のために狭い開先Ｇが形成される。この開先Ｇは、前記多層盛溶接で形成される溶接金属Ｍの各層Ｌ１〜Ｌ９がそれぞれ１本の溶接ビードＢで形成される程度の狭さ（幅）である。図１では、一例として、第１層Ｌ１〜第９層Ｌ９の９本の溶接ビードＢを積層することで前記溶接金属Ｍが形成された状態を示す。当該溶接金属Ｍは、下層、中間層および上層とからなる。下層および上層は、それぞれ、極厚板Ｐの板厚の１０％程度または１０ｍｍ程度でもよく、それ以下でもよい。また、下層および上層は、それぞれ、単一の層からなるものであってもよく、複数の層からなるものであってもよい。中間層は、下層と上層との間に挟まれた層であり、複数の層からなる。図１の例では、下層は第１層Ｌ１および第２層Ｌ２であり、中間層は第３層Ｌ３〜第７層Ｌ７であり、上層は第８層Ｌ８および第９層Ｌ９である。また、後述する実験例（図５Ａ）では、下層および上層は、それぞれ、４層分（厚さが１０ｍｍ程度）である。
［極厚板Ｐの突合せ溶接方法］
【００２０】
まず、図１で示した多層盛溶接を開先Ｇに行うための極厚板Ｐの突合せ溶接方法について、図２に基づき説明する。
【００２１】
図２に示すように、前記極厚板Ｐの突合せ溶接方法は、予熱を行う予熱工程（Ｓ０）と、前記開先Ｇに１本の溶接ビードＢを形成する単層形成工程（Ｓ１）と、前記１本の溶接ビードＢを所定の温度まで冷却する冷却工程（Ｓ２）と、前記冷却された溶接ビードＢを再加熱する冷却後再加熱工程（Ｓ３）とを具備する。そして、前記多層盛溶接で形成される溶接金属ＭがＮ層（図１では一例として９層）の場合、前記単層形成工程（Ｓ１）、冷却工程（Ｓ２）および冷却後再加熱工程（Ｓ３）からなるサイクルがＮ回（必要な回数だけであり図１では一例として９回）繰り返される。この繰り返しにより、積層工程（Ｓ４）として、前記多層盛溶接に必要な層であるＮ層の溶接ビードＢが積層される。その後の工程として、前記極厚板Ｐの突合せ溶接方法は、溶接後熱処理を行う溶接後熱処理工程（Ｓ１０）を具備する。なお、これら単層形成工程（Ｓ１）、冷却工程（Ｓ２）、冷却後再加熱工程（Ｓ３）および積層工程（Ｓ４）を、まとめて溶接工程（Ｓ１〜Ｓ４）とも言える。この溶接工程は、溶接金属Ｍの全層（図１では一例として全９層）を形成するものでもよいが、少なくとも中間層を形成するものである。
【００２２】
ここで、前記予熱工程（Ｓ０）および溶接後熱処理工程（Ｓ１０）は、必須の工程ではない。すなわち、前記極厚板Ｐの突合せ溶接方法は、必要に応じて、前記予熱工程（Ｓ０）および溶接後熱処理工程（Ｓ１０）を具備する。
【００２３】
前記単層形成工程（Ｓ１）、冷却工程（Ｓ２）および冷却後再加熱工程（Ｓ３）を経ることで、当該単層形成工程（Ｓ１）で形成された各溶接ビードＢは、冷却された後の再加熱により、結晶粒が細かくなる。また、１本の溶接ビードＢが形成されるごとに前記所定の温度まで冷却後に再加熱されるので、図３に示すように、熱ｈが拡散しやすい中間層のさらに中間付近の層（図３では一例として第５層Ｌ５）での溶接ビードＢも、再加熱のためのアークＡなどから十分な入熱Ｈが得られることで、十分に再加熱される。
【００２４】
前記所定の温度は、溶接ビードＢがマルテンサイト変態点となる温度以下であることが好ましい。すなわち、溶接ビードＢがマルテンサイト組織を有するまで冷却された後に再加熱されることで、当該溶接ビードＢの結晶粒がより細かくなるからである。特に、前記所定の温度は、溶接ビードＢのマルテンサイト変態率が５０％となる温度以下であることが一層好ましい。すなわち、溶接ビードＢのマルテンサイト変態率が５０％以上になるまで冷却された後に再加熱されることで、当該溶接ビードＢの結晶粒がより一層細かくなるからである。
【００２５】
このように、前記極厚板Ｐの突合せ溶接方法によると、熱が拡散しやすい中間付近の層での溶接ビードＢも、十分に再加熱されるので、結晶粒が細かくなることにより、靭性を向上させることができる。
【００２６】
ところで、前記単層形成工程（Ｓ１）での開先Ｇに１本の溶接ビードＢを形成する溶接は、ウィービング溶接でなくてもよく、図４に示すように、ウィービング溶接であってもよい。ウィービング溶接であれば、下の層への入熱が多くなることにより、各層がより十分に再加熱されるので、靭性をより向上させることができる。
【００２７】
また、前記溶接金属Ｍは、フェライト系耐熱鋼であってもよい。溶接金属Ｍがフェライト系耐熱鋼であることにより、再加熱による靭性の向上が顕著となるので、靭性をより向上させることができる。
【００２８】
さらに、前記極厚板Ｐは、板厚が３８ｍｍ以上の鋼板として説明したが、好ましくは板厚が４０ｍｍ以上の鋼板であり、さらに好ましくは板厚が５０ｍｍ以上の鋼板である。なぜなら、板厚が４０ｍｍ以上の鋼板であれば、溶接金属Ｍで靭性が低下しがちな中間層のさらに中間付近の層で、靭性を大幅に向上させることができるからである。この傾向は、板厚が５０ｍｍ以上の鋼板でさらに顕著である。
［実験例］
【００２９】
前記極厚板の突合せ溶接方法が靭性の向上に繋がることを実験により確認したので、この実験の条件および結果を以下に実験例として示す。
【００３０】
本実験では、図５Ａに示すように、Ｕ字の狭い開先Ｇが形成された板厚が５０ｍｍの鋼板を極厚板Ｐとして採用した。前記開先Ｇは、深さを４２ｍｍにし、底部をＲ５の曲面にし、側部を４°で上拡がりとした。図５Ｂに示すように、前記極厚板Ｐの底面を拘束材ＳＢで支え、水冷システムＣを開先Ｇの長手方向に平行な両側面に接触させるように支持治具Ｊで固定した。また、前記開先Ｇの長手方向に垂直な両側面に始端タブＥ１および終端タブＥ２を接続した。
【００３１】
前記極厚板Ｐおよび多層盛溶接に使用した溶接ワイヤの化学成分は、次の表１に示す通りである。
【００３２】
【表１】
2020082121.tif 000003
【００３３】
前記極厚板Ｐに形成された開先Ｇに行った多層盛溶接の条件は、次の表２の通りである。なお、次の表２に示さない条件としては、ホットワイヤＴＩＧ溶接を採用し、溶接時の予熱およびパス間温度を２００〜２７０℃にし、再加熱の入熱は溶接での入熱の約７０％にした。
【００３４】
【表２】
2020082121.tif 000004
【００３５】
本実験で開先Ｇに形成された溶接金属の溶け込み形状を比較した。図６（ａ）には従来の溶接方法で形成された溶接金属の溶け込み形状の写真を示し、図６（ｂ）には本発明に係る溶接方法で形成された溶接金属の溶け込み形状の写真を示す。また、図７（ａ）には従来の溶接方法で形成された溶接金属の溶け込み形状の模式図を示し、図７（ｂ）には本発明に係る溶接方法で形成された溶接金属の溶け込み形状の模式図を示す。すなわち、図６（ａ）および図７（ａ）は従来の溶接金属の溶け込み形状を示し、図６（ｂ）および図７（ｂ）は本発明に係る溶接金属の溶け込み形状を示す。図６（ａ）および図７（ａ）と、図６（ｂ）および図７（ｂ）とは、いずれも上の層を形成する溶接からの加熱Ｂｈが見られた。しかしながら、図６（ｂ）および図７（ｂ）では、図６（ａ）および図７（ａ）とは異なり、溶接金属を構成する各層の溶接ビードＢに半楕円形の溶け込みＢｐが見られた。このため、本発明に係る溶接方法では、従来の溶接方法に比べて、各層の溶接ビードＢが十分に再加熱されていることが示された。
【００３６】
本発明に係る溶接方法で形成された溶接金属の靭性が高いことを確かめるために、従来の溶接方法で形成された溶接金属および本発明に係る溶接方法で形成された溶接金属に対して、溶接後熱処理（保持温度：７５０℃、保持時間：１０時間）を行った後に、シャルピー衝撃試験を行った。このシャルピー衝撃試験では、図８Ａに示すように、板厚５０ｍｍの極厚板Ｐの３／４の深さ（つまり３７．５ｍｍの深さ）から試験片ＴＰを採取した。当該試験片ＴＰでのノッチｎの位置を、溶接金属Ｍの中央部とした。このシャルピー衝撃試験では、試験温度を次の表３に示す通りに設定し、各試験温度での試験回数を３回にした。
【００３７】
【表３】
2020082121.tif 000005
【００３８】
前記シャルピー衝撃試験の結果を図８Ｂに示す。図８Ｂに示すグラフでは、横軸が試験温度［℃］であり、縦軸がシャルピー衝撃吸収エネルギー［Ｊ］である。図８Ｂに示すように、〇でプロットした従来の溶接方法よりも、△でプロットした本発明に係る溶接方法の方が、シャルピー衝撃吸収エネルギーが平均して高かった。特に、試験温度が−３０℃のような低温では、この傾向が顕著であった。シャルピー衝撃吸収エネルギーが高いことは、靭性が高いことに等しいので、このシャルピー衝撃試験の結果により、従来の溶接方法で形成された溶接金属Ｍよりも、本発明に係る溶接方法で形成された溶接金属Ｍの方が、靭性が高いことを確認できた。
【００３９】
次に、前記シャルピー衝撃試験後の試験片ＴＰの断面組織を比較した。図９Ａには従来の溶接方法で形成された溶接金属の断面組織の写真を示し、図９Ｂには本発明に係る溶接方法で形成された溶接金属の断面組織の写真を示す。図９Ａおよび図９Ｂに示す実線、一点鎖線および二点鎖線は、理解を容易にするために、いずれも前記写真に対し図面として後から描いた線である。図９Ａでは、上の層を形成する溶接からの加熱Ｂｈが小さく、粗大な柱状晶が見られる領域が大きく、全体的に結晶粒が粗い。すなわち、従来の溶接方法で形成された溶接金属Ｍは、全体的に結晶粒が粗い。これに対して、図９Ｂでは、再加熱の入熱は溶接での入熱の約７０％であり、再加熱による半楕円形の溶け込み部Ｂｐで粗大な柱状晶は見られず、再加熱による十分な加熱により本発明に係る溶接方法で形成された溶接金属Ｍは、全体的に結晶粒が細かい。図９Ａおよび図９Ｂの比較から、従来の溶接方法で形成された溶接金属Ｍよりも、本発明に係る溶接方法で形成された溶接金属Ｍの方が、結晶粒が細かくなっているので、靭性が高いと言える。
［極厚板Ｐの突合せ溶接設備１］
【００４０】
前記極厚板Ｐの突合せ溶接方法を使用するための設備である極厚板Ｐの突合せ溶接設備について、図１０に基づき説明する。
【００４１】
以下の説明において、前記極厚板Ｐの突合せ溶接方法で説明した構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。なお、図１０に示す極厚板Ｐの突合せ溶接設備１は、一例に過ぎず、前述した極厚板Ｐの突合せ溶接方法を一部でも使用する設備であれば、その構成の一部を削除または変更したものでもよい。
【００４２】
図１０に示すように、この極厚板Ｐの突合せ溶接設備１は、前記多層盛溶接に必要な層の溶接ビードＢを積層する溶接装置２を備える。また、前記極厚板Ｐの突合せ溶接設備１は、必要に応じて、図２に示す予熱工程（Ｓ０）での予熱を行う予熱装置７と、図２に示す溶接後熱処理工程（Ｓ１０）での溶接後熱処理を行う溶接後熱処理装置（図示省略）とを備える。勿論、これら予熱装置７および溶接後熱処理装置は、前記極厚板Ｐの突合せ溶接設備１の必須の構成ではない。前記予熱装置７は、図１０に示すように、例えば、極厚板Ｐを炎で炙る多数のガスバーナ７０と、これら多数のガスバーナ７０を支持する架台７１とを有する。前記溶接後熱処理装置は、図示しないが、例えば、前記溶接装置２および予熱装置７とは異なる場所に配置される装置であり、多層盛溶接で接合された極厚板Ｐごと溶接金属Ｍを加熱する大型焼鈍炉でもよく、溶接金属Ｍおよびその近傍を局部加熱する電気ヒータでもよい。
【００４３】
前記溶接装置２は、前記開先Ｇに１本の溶接ビードＢを形成する溶接機３と、前記溶接ビードＢを再加熱する再加熱機４とを有する。また、前記溶接装置２は、前記溶接機３および再加熱機４が所定間隔Ｌで固定されて、前記開先Ｇに沿って走行することで溶接機３による溶接および再加熱機４による再加熱を順次行う走行機５（固定具および相対移動機の一例）を有する。さらに、前記溶接装置２は、この走行機５による走行の速度（つまり溶接速度）Ｖを制御する制御機６を有する。前記所定間隔Ｌおよび走行の速度Ｖは、前記溶接機３で形成された１本の溶接ビードＢが再加熱機４により再加熱される前にマルテンサイト変態率が５０％以上になるまで冷却される程度に設定されている。なお、前記制御機６は、走行機５による走行の速度Ｖを制御するのではなく、固定された走行機５に対して極厚板Ｐを当該速度Ｖで移動させるものでもよく、走行機５および極厚板Ｐを相対速度が当該速度Ｖとなるように移動させるものでもよい。この場合、前記溶接装置２は、図示しないが、前記溶接機３および再加熱機４を所定間隔Ｌで固定する固定具と、この固定具を前記開先Ｇに沿って相対移動させることで溶接機３による溶接および再加熱機４による再加熱を順次行う相対移動機とを備える。
【００４４】
前記溶接装置２の溶接機３は、アークＡを発生させる電極３０と、このアークＡに溶接ワイヤ３２を供給する溶接ワイヤ供給部３１とを有する。前記再加熱機４は、アークＡを発生させる電極４０を有する。前記溶接機３の電極３０および再加熱機４の電極４０は、それぞれシールドガスＩを供給するように構成されている。ここで、前記走行機５による走行により、前記溶接機３の電極３０は前記再加熱機４の電極４０よりも前方を走行するので、以下では、前記溶接機３の電極３０を前方電極３０と称し、前記再加熱機４の電極４０を後方電極４０と称する。前方電極３０と後方電極４０とが前記所定間隔Ｌで離されて配置されることにより、前方電極３０で形成された溶接ビードＢは、後方電極４０で再加熱されるまでに、冷却されることになる。この冷却が前述した冷却工程となるように、前記所定間隔Ｌ、前方電極３０による溶接の入熱量、および、走行機５による走行の速度Ｖなどのパラメータが設定される。例えば、前記極厚板Ｐの突合せ溶接設備１が予熱を行う予熱装置７を備える場合、前記予熱装置７による予熱の温度Ｔ［℃］、溶接機３による溶接の入熱量Ｑ［ｋＪ／ｍｍ］、および、走行機５による走行の速度Ｖ［ｍｍ／ｍｉｎ］に基づき、前記溶接機３（前方電極３０）および再加熱機４（後方電極４０）の所定間隔Ｌ［ｍｍ］は次の式（１）を満たすことが好ましい。
Ｌ≧６０Ｖ（−２９０＋１．１０Ｔ＋４４．３Ｑ）・・・・・・（１）
【００４５】
この式（１）は、本発明者らにより次の検討を行うことで導出された。すなわち、まず、溶接解析ソフトにより、多層盛溶接の溶接金属において最も温度が低下しにくい層は最上層であるとの知見を得た。次に、最上層において、マルテンサイト変態率が５０％以上となる温度である３５０℃まで冷却される時間ｔ［ｓ］を算出した。算出された時間ｔは、次の表４の通りである。これら時間ｔ［ｓ］を算出する際に変動させたパラメータは、予熱の温度Ｔ［℃］および溶接の入熱量Ｑ［ｋＪ／ｍｍ］である。
【００４６】
【表４】
2020082121.tif 000006
表４で得られたデータから回帰式を算出した。この算出された回帰式は、次の式（２）である。
ｔ＝−２９０＋１．１０Ｔ＋４４．３Ｑ・・・・・・（２）
【００４７】
ここで、前方電極３０および後方電極４０の所定間隔Ｌ［ｍｍ］は、走行の速度Ｖ［ｍｍ／ｍｉｎ］に前記時間ｔ［ｓ］×６０（つまり単位ｓを単位ｍｉｎに換算）を乗じたもの以上であるから、
Ｌ≧Ｖ×ｔ×６０
≧６０Ｖｔ・・・・・・（３）
と表記できる。
この式（３）におけるｔに、前記式（２）の右辺（つまりｔに相当）を代入した式が、次の式（１）である。
Ｌ≧６０Ｖ（−２９０＋１．１０Ｔ＋４４．３Ｑ）・・・・・・（１）
【００４８】
このため、この式（１）を満たすことで、前方電極３０で形成された各溶接ビードＢは、後方電極４０からのアークＡで再加熱されるまでに、マルテンサイト変態率が５０％以上となる温度である３５０℃まで冷却される。具体的には、溶接金属の最上層となる溶接ビードＢはマルテンサイト変態率が５０％以上となる温度である３５０℃まで冷却され、当該溶接金属の最上層以外の層（最上層から下の層）となる溶接ビードＢは、３５０℃より低い温度まで冷却される。したがって、前記式（１）を満たすことで、各溶接ビードＢは十分に冷却された後に再加熱されるので、再加熱による靭性の向上が顕著となる。
【００４９】
このように、前記極厚板Ｐの突合せ溶接設備１によると、前記極厚板Ｐの突合せ溶接方法を使用するので、当該極厚板Ｐの突合せ溶接方法の効果を奏する。
【００５０】
また、前記式（１）を満たすことにより、再加熱による靭性の向上が顕著となるので、靭性をより向上させることができる。
【００５１】
さらに、走行機５が走行するだけで、溶接ビードＢを形成するとともに、当該溶接ビードＢを適切に冷却した後で再加熱するので、施工時間を短縮することができる。
【００５２】
また、前記実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。前記実施の形態で説明した構成のうち「課題を解決するための手段」での第１および第５の発明として記載した構成以外については、任意の構成であり、適宜削除および変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
Ｐ  極厚板
Ｇ  開先
Ｍ  溶接金属
Ｂ  溶接ビード
Ｌ  所定間隔
１  突合せ溶接設備
２  溶接装置
３  溶接機
４  再加熱機
５  走行機
６  制御機
７  溶接後熱処理装置
３０  前方電極
３１  溶接ワイヤ供給部
３２  溶接ワイヤ
４０  後方電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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