(57)【要約】【課題】１６ｍｍの鋼板を対象とする場合であっても、入熱制限を超えることなく１パスで溶接を行うことができる２電極式サブマージアーク溶接方法を提供する。【解決手段】電源から電流を出力して先行溶接ワイヤ４に通電を行い、母材２と先行溶接ワイヤ４との間でアークＡを発生させ、電源から通電を行って加熱したフィラーワイヤ７を、アークＡの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させ、フィラーワイヤ７として、直径１．２ｍｍ、又は、１．４ｍｍのものを使用し、極間Ｄを８〜１４ｍｍに設定し、フィラーワイヤ７の送給速度を１６ｍ／ｍｉｎ以下とし、フィラーワイヤ７の突き出し長さＬを３５〜４０ｍｍに設定して２電極式サブマージアーク溶接を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から電流を出力して先行溶接ワイヤに通電を行い、母材と先行溶接ワイヤとの間でアークを発生させ、電源から通電を行って加熱したフィラーワイヤを、アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させ、フィラーワイヤとして、直径１．２ｍｍ、又は、１．４ｍｍのものを使用し、極間を８〜１４ｍｍに設定して溶接を行うことを特徴とする２電極式サブマージアーク溶接方法。
【請求項２】
フィラーワイヤの送給速度を１６ｍ／ｍｉｎ以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の２電極式サブマージアーク溶接方法。
【請求項３】
後行トーチにおけるフィラーワイヤの突き出し長さを３５〜４０ｍｍに設定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の２電極式サブマージアーク溶接方法。
【請求項４】
フィラーワイヤとして直径１．２ｍｍのものを使用する場合には２３０〜２９０Ａ、直径１．４ｍｍのものを使用する場合には３３０〜３９０Ａの電流をフィラーワイヤに出力することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の２電極式サブマージアーク溶接方法。
【請求項５】
トーチ間角度を３５°以上の角度に設定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の２電極式サブマージアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマージアーク溶接法（Submerged Arc Welding）に関し、特に、先行する溶接ワイヤのアークによって形成した溶融池（溶融金属）に、通電して加熱したフィラーワイヤ（ホットワイヤ）を供給してサブマージアーク溶接を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接法は、溶接部に散布した粒状のフラックスの中に溶接ワイヤを送り込んで、フラックス中の溶接ワイヤと母材との間でアークを生じさせて溶接を行う方法であり、例えば、道路橋の鋼床版を溶接する場合等に、広く実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１１８３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、道路橋の鋼床版としては、板厚１２ｍｍの鋼板が採用されており、サブマージアーク溶接法によって板厚１２ｍｍの鋼板を溶接する場合には、「溶接ワイヤ径：４．８ｍｍ／シングルトーチ」という条件で、１パスでの溶接が可能であった。しかしながら、近年では、鋼床版の疲労対策として、板厚１６ｍｍの鋼板が採用されるようになってきており、サブマージアーク溶接法によって板厚１６ｍｍの鋼板を溶接する場合には、「溶接ワイヤ径：４．８ｍｍ／シングルトーチ」という条件では、「≦１００ｋＪ／ｃｍ」という入熱制限が設けられている関係で、１パスでの溶接は困難となり（即ち、２パス施工が必要となり）、施工時間が大幅に増加してしまう（２倍以上）という問題がある。
【０００５】
また、２パス施工とする場合、溶接条件の設定が難しいという問題がある。具体的には、１パス目において、開先内の固化スラグが剥離しにくくなる「スラグ噛み込み」という問題が生じやすく、この場合、剥離させるのに非常に手間がかかってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決しようとするものであって、１６ｍｍの鋼板を対象とする場合であっても、入熱制限を超えることなく１パスで溶接を行うことができる２電極式サブマージアーク溶接方法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】
【０００７】
本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法は、電源から電流を出力して先行溶接ワイヤに通電を行い、母材と先行溶接ワイヤとの間でアークを発生させ、電源から通電を行って加熱したフィラーワイヤを、アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させ、フィラーワイヤとして、直径１．２ｍｍ、又は、１．４ｍｍのものを使用し、極間（溶接開始前における先行溶接ワイヤの先端とフィラーワイヤの先端の間隔）を８〜１４ｍｍに設定して溶接を行うことを特徴としている。
【０００８】
また、フィラーワイヤの送給速度は１６ｍ／ｍｉｎ以下とし、後行トーチにおけるフィラーワイヤの突き出し長さ（溶接開始前における後行トーチの先端からフィラーワイヤの先端までの突出量）は、３５〜４０ｍｍに設定されることが好ましく、フィラーワイヤの直径との関係でアークを生じさせない範囲の上限値（フィラーワイヤとして直径１．２ｍｍのものを使用する場合には２３０〜２９０Ａ、直径１．４ｍｍのものを使用する場合には３３０〜３９０Ａ）の電流をフィラーワイヤに出力することが好ましい。
【０００９】
更に、トーチ間角度（先行トーチ及び先行溶接ワイヤに対する後行トーチ及びフィラーワイヤの傾斜角度）を３５°以上の角度に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法によれば、溶融不良等の問題を生じさせることなく、フィラーワイヤを安定的に溶融させることができ、その結果、十分な溶着量を得ることができ、１６ｍｍの鋼板を対象とする場合であっても、入熱制限を超えることなく１パスで溶接を行うことができ、従来のシングルトーチによるサブマージアーク溶接方法と比較して、溶接の所要時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法の説明図であり、この方法を実施するために使用する先行トーチ３及び後行トーチ６の相対関係を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法の説明図であり、この方法を実施するための溶接装置１の構成図である。
【図３】図３は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。
【図４】図４は、比較例として溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。
【図５】図５は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。
【図６】図６は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。
【図７】図７は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。
【図８】図８は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に沿って本発明「２電極式サブマージアーク溶接方法」の実施形態について説明する。本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法は、入熱量の増加を小さく抑えつつ、大きな溶着量を得るために、通電加熱したフィラーワイヤ（ホットワイヤ）を、先行する溶接ワイヤの溶融池へ後方より挿入するものである。
【００１３】
そして、本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法は、施工条件を最適化することにより、種々の問題を回避することができる。具体的には、極間Ｄ（溶接開始前における先行溶接ワイヤ４の先端４ａとフィラーワイヤ７の先端７ａの間隔、図１参照）を８〜１４ｍｍに設定する。尚、フィラーワイヤ７については、直径１．２ｍｍのもの、又は、１．４ｍｍのものを使用する。
【００１４】
また、後行トーチ６におけるフィラーワイヤ７の突き出し長さＬ（溶接開始前における後行トーチ６の先端６ａからフィラーワイヤ７の先端７ａまでの突出量、図１参照）は、３５〜４０ｍｍに設定する。また、トーチ間角度Ｒ（先行トーチ３及び先行溶接ワイヤ４に対する後行トーチ６及びフィラーワイヤ７の傾斜角度、図１参照）が３５°以上の角度となるように設定する。
【００１５】
この状態で、図２に示すように、先行トーチ３の近傍から先行トーチ３の下方へ向けて粒状のフラックス５を定量的に連続供給しながら、電源（図示せず）から先行溶接ワイヤ４に通電を行い、母材２と先行溶接ワイヤ４との間でアークＡを発生させる。そして、先行トーチ３及び後行トーチ６を、進行方向（図２において矢印で示す方向）へ所定の速度で移動させる。そうすると、アークＡの後方側に溶融池Ｐが形成される。
【００１６】
一方、後行トーチ６においても、電源（図示せず）からフィラーワイヤ７への通電を行い、加熱して、フィラーワイヤ送給装置（図示せず）から後行トーチ６へフィラーワイヤ７を所定の速度（１６ｍ／ｍｉｎ以下）で送給し、フィラーワイヤ７をアークＡの後方側に形成される溶融池Ｐに供給しながら溶接を進行させる。
【００１７】
尚、フィラーワイヤ７には、フィラーワイヤ７の直径、送給速度、及び、突き出し長さＬの関係でアークを生じさせない範囲の上限値（フィラーワイヤ７の送給速度を１６ｍ／ｍｉｎ以下とし、フィラーワイヤ７の突き出し長さＬを３５〜４０ｍｍとする場合において、フィラーワイヤ７として直径１．２ｍｍのものを使用する場合には、２３０〜２９０Ａ、直径１．４ｍｍのものを使用する場合には、３３０〜３９０Ａ）の電流を出力する。
【００１８】
このような条件で、フィラーワイヤ７を溶融池Ｐに供給しながらサブマージアーク溶接を行うと、溶融不良等の問題を生じさせることなく、フィラーワイヤ７を安定的に溶融させることができ、その結果、十分な溶着量を得ることができ、１６ｍｍの鋼板を対象とする場合であっても、入熱制限を超えることなく１パスで溶接を行うことができる。
【００１９】
以下、本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法について、本発明の発明者らが行った実験の結果を実施例１〜５として説明する。
【実施例１】
【００２０】
板厚１６ｍｍの鋼板（開先が形成されていない平坦な面）に対し、本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法をビード・オン・プレートで実施し、フィラーワイヤ７の直径と送給速度との関係について検証を行った。また、比較例として、シングルトーチによるサブマージアーク溶接方法を同様の条件で実施した。
【００２１】
（溶接条件）
先行トーチ電流：              ７２０Ａ−３３Ｖ
先行溶接ワイヤ送給速度：      ２５ｃｍ／ｍｉｎ
先行溶接ワイヤ直径：          ４．８ｍｍ
フィラーワイヤ直径：          １．２ｍｍ、１．４ｍｍ
極間Ｄ：                      １０ｍｍ
フィラーワイヤ送給速度：      １０〜１６ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤ突き出し長さＬ：４０ｍｍ
後行トーチ電流：              ２３０〜３９０Ａ
トーチ間角度Ｒ：              ３０°
【００２２】
図３は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。これらの写真からもわかるように、実験の結果、フィラーワイヤ７の直径を１．４ｍｍとした場合、また、１．２ｍｍとした場合のいずれにおいても、送給速度１６ｍ／ｍｉｎで問題なく溶融することが確認された。また、フィラーワイヤ７の直径を１．４ｍｍとし、送給速度を１６ｍ／ｍｉｎとしたとき、フィラーワイヤを用いない、シングルトーチによるサブマージアーク溶接方法（図４参照）と比べて、溶着速度を１２４％向上させることができることが判った。
【実施例２】
【００２３】
板厚１６ｍｍの鋼板（開先が形成されていない平坦な面）に対し、本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法をビード・オン・プレートで実施し、トーチ間角度Ｒ（図１参照）の適正値について検証を行った。
【００２４】
（溶接条件）
先行トーチ電流：              ７２０Ａ−３３Ｖ
先行溶接ワイヤ送給速度：      ２５ｃｍ／ｍｉｎ
先行溶接ワイヤ直径：          ４．８ｍｍ
フィラーワイヤ直径：          １．２ｍｍ
極間Ｄ：                      １０ｍｍ
フィラーワイヤ送給速度：      １４ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤ突き出し長さＬ：４０ｍｍ
後行トーチ電流：              ２６０Ａ
トーチ間角度Ｒ：              ２０〜４０°
【００２５】
図５は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。写真に示されているように、トーチ間角度Ｒを３０°以下とした場合、溶け残りが確認されたが、３５°以上とした場合には、溶け残りは確認されなかった。従って、トーチ間角度Ｒは、３５°以上とすべきであることが判った。
【実施例３】
【００２６】
板厚１６ｍｍの鋼板（開先が形成されていない平坦な面）に対し、本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法をビード・オン・プレートで実施し、極間Ｄ（図１参照）の適正値について検証を行った。
【００２７】
（溶接条件）
先行トーチ電流：              ７２０Ａ−３３Ｖ
先行溶接ワイヤ送給速度：      ２５ｃｍ／ｍｉｎ
先行溶接ワイヤ直径：          ４．８ｍｍ
フィラーワイヤ直径：          １．２ｍｍ
極間Ｄ：                      ６〜１６ｍｍ
フィラーワイヤ送給速度：      １４ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤ突き出し長さＬ：４０ｍｍ
後行トーチ電流：              ２６０Ａ
トーチ間角度Ｒ：              ３０°
【００２８】
図６は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。写真に示されているように、極間Ｄを６〜１４ｍｍとした場合、ビードの形状は良好な状態となり、極間Ｄを１６ｍｍとした場合、ビードの盛り上がりが大きすぎる状態となった。また、写真には示されていないが、極間Ｄを６ｍｍとした場合、電流が不安定となる現象が確認された。従って、極間Ｄは、８〜１４ｍｍとすべきであることが判った。
【実施例４】
【００２９】
板厚１６ｍｍの鋼板（開先が形成されていない平坦な面）に対し、本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法をビード・オン・プレートで実施し、フィラーワイヤ突き出し長さＬの適正値について検証を行った。
【００３０】
（溶接条件）
先行トーチ電流：              ７２０Ａ−３３Ｖ
先行溶接ワイヤ送給速度：      ２５ｃｍ／ｍｉｎ
先行溶接ワイヤ直径：          ４．８ｍｍ
フィラーワイヤ直径：          １．２ｍｍ
極間Ｄ：                      １０ｍｍ
フィラーワイヤ送給速度：      １４ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤ突き出し長さＬ：２０〜５０ｍｍ
後行トーチ電流：              ２２０〜３５０Ａ
トーチ間角度Ｒ：              ３０°
【００３１】
図７は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。写真に示されているように、フィラーワイヤ突き出し長さＬを２０ｍｍに設定した場合、及び、２５ｍｍに設定した場合、ビードの盛り上がりが大きすぎる状態となった。また、写真には示されていないが、４５ｍｍに設定した場合、及び、５０ｍｍに設定した場合、ワイヤ先端がふらつく現象が確認された。これは、フィラーワイヤへの通電加熱により、フィラーワイヤ自体が軟化することで、フィラーワイヤが一定の場所で溶融せず、５０ｍｍに設定した場合に見られるような溶け残りが生じたと考えられる。従って、フィラーワイヤ突き出し長さＬは、３０〜４０ｍｍとすべきであることが判った。
【実施例５】
【００３２】
板厚１６ｍｍの鋼板（開先が形成されていない平坦な面）に対し、本発明に係る２電極式サブマージアーク溶接方法をビード・オン・プレートで実施し、トーチ間角度Ｒ、極間Ｄ、及び、フィラーワイヤ突き出し長さＬの組み合わせについて検証を行った。
【００３３】
（溶接条件）
先行トーチ電流：              ７２０Ａ−３３Ｖ
先行溶接ワイヤ送給速度：      ２５ｃｍ／ｍｉｎ
先行溶接ワイヤ直径：          ４．８ｍｍ
フィラーワイヤ直径：          １．２ｍｍ
極間Ｄ：                      １２ｍｍ、１４ｍｍ
フィラーワイヤ送給速度：      １６ｍ／ｍｉｎ
フィラーワイヤ突き出し長さＬ：３５ｍｍ、４０ｍｍ
後行トーチ電流：              ２７０Ａ、２９０Ａ
トーチ間角度Ｒ：              ３５°
【００３４】
図８は、本発明に係る方法によって溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真である。写真に示されているように、トーチ間角度Ｒを３５°に設定し、極間Ｄを１２ｍｍに設定し、フィラーワイヤ突き出し長さＬを３５ｍｍに設定した場合、トーチ間角度Ｒを３５°に設定し、極間Ｄを１２ｍｍに設定し、フィラーワイヤ突き出し長さＬを４０ｍｍに設定した場合、トーチ間角度Ｒを３５°に設定し、極間Ｄを１４ｍｍに設定し、フィラーワイヤ突き出し長さＬを３５ｍｍに設定した場合、及び、トーチ間角度Ｒを３５°に設定し、極間Ｄを１４ｍｍに設定し、フィラーワイヤ突き出し長さＬを４０ｍｍに設定した場合のいずれにおいても、溶け残りは確認されず、問題なく溶融し、ビードの形状は良好な状態となり、また、電流が不安定となったり、ワイヤ先端がふらつくというような現象は確認されなかった。従って、トーチ間角度Ｒについては３５°以上、極間Ｄについては１２〜１４ｍｍ、フィラーワイヤ突き出し長さＬについては３５〜４０ｍｍという数値範囲が、２電極式サブマージアーク溶接方法についての溶接条件の適正範囲であることが確認された。
【符号の説明】
【００３５】
１：溶接装置、
２：母材、
３：先行トーチ、
３ａ：先端、
４：先行溶接ワイヤ、
４ａ：先端、
５：フラックス、
６：後行トーチ、
６ａ：先端、
７：フィラーワイヤ、
７ａ：先端、
８：スラグ、
９：溶接金属、
１０：溶融スラグ、
Ａ：アーク、
Ｄ：極間、
Ｌ：突き出し長さ、
Ｐ：溶融池、
Ｒ：トーチ間角度
【図１】
2014213331.tif 000003
【図２】
2014213331.tif 000004
【図３】
2014213331.tif 000005
【図４】
2014213331.tif 000006
【図５】
2014213331.tif 000007
【図６】
2014213331.tif 000008
【図７】
2014213331.tif 000009
【図８】
2014213331.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月11日(2014.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から電流を出力して先行溶接ワイヤに通電を行い、母材となる１６ｍｍの鋼板と先行溶接ワイヤとの間でアークを発生させ、電源から通電を行って加熱したフィラーワイヤを、アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させ、フィラーワイヤとして、直径１．２ｍｍ、又は、１．４ｍｍのものを使用し、極間を８〜１４ｍｍに設定し、フィラーワイヤの送給速度を１６ｍ／ｍｉｎ以下とし、フィラーワイヤとして直径１．２ｍｍのものを使用する場合には２３０〜２９０Ａ、直径１．４ｍｍのものを使用する場合には３３０〜３９０Ａの電流をフィラーワイヤに出力して溶接を行うことを特徴とする２電極式サブマージアーク溶接方法。
【請求項２】
後行トーチにおけるフィラーワイヤの突き出し長さを３５〜４０ｍｍに設定することを特徴とする、請求項１に記載の２電極式サブマージアーク溶接方法。
【請求項３】
トーチ間角度を３５°以上の角度に設定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の２電極式サブマージアーク溶接方法。