(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚３５〜９０ｍｍの鋼板を２電極立向エレクトロガスアーク溶接する方法において、
板厚方向ｙに溶接電極を２本配置し、摺動銅板側電極に、スラグ生成率がワイヤ溶融量に対して２．７〜５．５％であるフラックス入りワイヤを、裏当材側電極に、スラグ生成率がワイヤ溶融量に対して、２．６％以下であるソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを用いて、摺動銅板側電極と裏当材側電極のワイヤ極間距離は１０〜３８ｍｍとし、該両電極を揺動させて被溶接鋼板を溶接する、ことを特徴とする２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法。
【請求項２】
摺動銅板側電極のワイヤ送給速度が、裏当材側電極のワイヤ送給速度の１〜１．５倍で、かつ両極の平均ワイヤ送給速度が１４〜２０ｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１に記載の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロガスアーク溶接方法に係り、さらに詳しくは、極厚鋼のエレクトロガスアーク溶接において優れた溶接作業性と、良好な溶け込み形状が得られる２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロガスアーク溶接は、溶接能率が高いことから、軟鋼，４９０〜５９０Ｎ／ｍｍ２級鋼を用いる船舶や石油備蓄タンク等の製作に多用されている。最近、大型コンテナ船のシャーストレーキ部や、橋梁の橋桁部では、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板が使用されるようになった。しかし、このような厚鋼板での１電極１パス溶接法では、溶接速度が極端に低下することと、現在のエレクトロガスアーク溶接用ワイヤの巻き重量では、１パス長尺溶接を行うには量が足らず、溶接を中断してワイヤを取り替える必要があり、その継ぎ目を補修しなければならなかった。
【０００３】
そこで、これらの問題点を解消し作業効率を上げるため、２電極立向エレクトロガスアーク溶接での施工が強く望まれて、特開平８−１８７５７９号公報に２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法及びその装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記装置を用いて、通常のフラックス入りワイヤで溶接すると、裏当材側電極ワイヤから生成されるスラグが摺動銅板側ワイヤのアーク力によってせき止められる形となり、摺動銅板側に流れ難くなるため、溶融プールの摺動銅板側アークと裏当材側アークの間（ワイヤ極間）、及び裏当材側アークと裏当材の間にスラグが溜まりやすくなる。その結果、逃げ場を失ったスラグがスラグ跳ねとなり、特に裏当材側電極付近で多発する。
【０００５】
裏当材側溶接チップにスラグが付着すると、裏当材側電極付近は、開先が狭いので、開先面に電極が接触しやすく溶接を中断しなければならず、作業効率が劣化するという問題と、溶融プール中にスラグが多く溜まると、アーク熱が溶接金属及び開先面に十分に伝わらず、融合不良の発生や良好な裏波ビードが得られないという問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題を解決するために、板厚３５〜９０ｍｍの立向１パス溶接において、優れた溶接作業性と良好な溶け込み形状が得られる２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、フラックス入りワイヤとソリッドワイヤのワイヤ溶融量に対するスラグ生成率及び溶接諸条件を特定することにより、良好な溶接作業性、特にスラグ跳ねを少なくでき、良好な溶け込み形状が得られることを見出した。
【０００８】
すなわち本発明の要旨とするところは、板厚３５〜９０ｍｍの鋼板を２電極立向エレクトロガスアーク溶接する方法において、
板厚方向に溶接電極を２本配置し、摺動銅板側電極にフラックス入りワイヤを用い、裏当材側電極にソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを用いて、該両電極を揺動させて被溶接鋼板を溶接する２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法を基本とし、
摺動銅板側電極にスラグ生成率がワイヤ溶融量に対して２．７〜５．５％であるフラックス入りワイヤを、裏当材側電極に、スラグ生成率がワイヤ溶融量に対して２．６％以下であるソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを用い、
摺動銅板側電極と裏当材側電極のワイヤ極間距離は１０〜３８ｍｍとする、
ことを特徴とする。
一実施形態では、摺動銅板側電極のワイヤ送給速度が裏当材側電極のワイヤ送給速度の１〜１．５倍で、かつ両極の平均ワイヤ送給速度が１４〜２０ｍ／ｍｉｎである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法によって、板厚が３５ｍｍ未満の溶接を行うと、１電極の溶接時に比べて、溶接速度が速くなるので、溶接割れが発生しやすくなることや、各合金成分の歩留りが上昇し、良好な機械性能が得られない等の問題がある。また板厚が９０ｍｍ以上の溶接を行うと、溶接速度が遅くなり、２電極で溶接する効果が得られないため、本発明の適用板厚範囲を３５〜９０ｍｍとした。
【００１０】
２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法特有の現象として、溶融プールにスラグが多く溜まる問題がある。図１に示すように、摺動銅板側のスラグ１は、摺動銅板２側に逃がすことができるが、電極間スラグ３や裏当材側スラグ４を逃がすのは困難であり、それらの過多が溶接作業性に大きく影響する。そのために、摺動銅板側電極ワイヤ５と裏当材側電極ワイヤ６のスラグ生成率と、ワイヤ極間距離７のバランスが重要である。
【００１１】
そこで、摺動銅板側電極はフラックス入りワイヤとし、そのワイヤの溶融量に対するスラグ生成率を２．７〜５．５％とする。２．７％未満ではビード表面を覆うには不十分で溶接金属が垂れやすくなり、良好なビード形状が得られない。また５．５％を超えると、溶融池のスラグが過剰となり、アークが不安定となり、融合不良，スラグ跳ねの発生やスパッタが多発し、ビード表面のスラグ量も多くなるので、スラグが垂れやすくなる。
【００１２】
また、裏当材側電極ワイヤのスラグ生成量が過剰となると、前述した作用が働き、スラグ跳ねが発生する。特に裏当材側電極付近で多く発生すると、開先の狭い裏当材側電極にスラグが多く付着する。その結果、開先面に電極が接触しやすくなり、溶接が不可能となるので、スラグ生成率の少ないソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤを用いる必要がある。スラグ生成率が２．６％を超えると、スラグ跳ね及び融合不良が発生するため、裏当材側電極用ソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤのワイヤ溶融量に対するスラグ生成率は、２．６％以下とする。
【００１３】
摺動銅板側電極と裏当材側電極のワイヤ極間距離が１０ｍｍ未満では、摺動銅板側及び裏当材側電極のアークが干渉し合い、偏向するので、アークが不安定になり、スパッタが多発する。また３８ｍｍを超えると、両極間にスラグが溜まりやすくなり、スラグ跳ねや融合不良が発生する。また、溶融プールが２つに分かれるため、溶接金属中の合金成分が偏析したり、スラグ巻き込みが発生しやすくなる。よって、摺動銅板側電極と裏当材側電極のワイヤ極間距離は１０〜３８ｍｍとする。
【００１４】
２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法の効果として、溶接速度の向上が挙げられるが、摺動銅板側電極のワイヤ送給速度と裏当材側電極のワイヤ送給速度のバランスを取らなければ、良好な作業性と溶け込み形状が得られない。
【００１５】
摺動銅板側電極のワイヤ送給速度を、裏当材側電極のワイヤ送給速度の１〜１．５倍としたのは、摺動銅板側電極付近は、裏当材側電極付近より溶融量を必要とするが、摺動銅板側電極のワイヤ送給速度が裏当材側電極のワイヤ送給速度の１．５倍を超えると、裏当材側電極付近の溶融量が足りなくなるので、融合不良が発生する。逆に摺動銅板側電極のワイヤ送給速度が、裏当材側電極のワイヤ送給速度の１倍未満であると、摺動銅板側電極付近の溶融量が足りなくなるため融合不良が発生しやすい。
【００１６】
また両極の平均ワイヤ送給速度を１４〜２０ｍ／ｍｉｎとしたのは、摺動銅板側電極のワイヤ送給速度と裏当材側電極のワイヤ送給速度の平均が１４ｍ／ｍｉｎ未満になると、溶接速度が低下し２電極で溶接する効果が得られない。また２０ｍ／ｍｉｎを超えると、溶接速度が速くなりすぎ、溶接部に割れが発生する。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。表１に示すスラグ生成率の異なるワイヤＮｏ．Ｗ１〜Ｗ９を試作した。フラックス入りワイヤはスラグ生成剤と合金成分で、ソリッドワイヤについては合金成分でスラグ生成率をコントロールした。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１に示したスラグ生成率の測定方法は、図２及び表２に示す開先形状を用い、電流：４２０Ａ，電圧：４２Ｖの条件で１電極エレクトロガスアーク溶接を行い、スラグ生成率を測定した。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
溶接は、表３に示す板厚５０，７０，９０ｍｍの鋼板を用い、図２及び表４に示す開先形状を用い、表５に示す溶接条件でそれぞれ１パスで仕上げた。その際のワイヤ径は摺動銅板側電極ワイヤ，裏当材側電極ワイヤ共に１．６ｍｍとし、溶接作業性の調査及び溶接終了後、マクロ試験片を各１０個採取して、溶け込み形状を評価した。また、溶接速度は板厚５０ｍｍは６ｃｍ／ｍｉｎ以上，板厚７０ｍｍは４．５ｃｍ／ｍｉｎ，板厚９０ｍｍは２．８ｃｍ／ｍｉｎ以上を良好とした。それらの結果を表６に示す。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
【表４】
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【００２４】
【表５】
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【００２５】
【表６】
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【００２６】
表中Ｎｏ．１〜５が本発明例、Ｎｏ．６〜１２が比較例である。本発明例のＮｏ．１〜５は、各板厚とも良好な溶接作業性と溶け込み形状が得られた。
【００２７】
比較例中Ｎｏ．６は、摺動銅板側電極のフラックス入りワイヤＷ１のスラグ生成率が低いので、メタル垂れが発生した。Ｎｏ．７は、裏当材側電極のソリッドワイヤＷ９のスラグ生成率が高いので、スラグ跳ねが多発した。また、摺動銅板側電極のワイヤ送給量と裏当材側電極のワイヤ送給量の平均が低いので、溶接速度が低下した。
【００２８】
比較例中Ｎｏ．８は、摺動銅板側電極のワイヤ送給量と裏当材側電極のワイヤ送給量の平均が高いので、溶接金属中央部に割れが発生した。Ｎｏ．９は極間距離が長く、また摺動銅板側電極のワイヤ送給速度が裏当材側電極のワイヤ速度より遅いので、スラグが電極間に溜まりスラグ跳ねが多発、融合不良が発生した。比較例中Ｎｏ．１０は摺動銅板側電極のフラックス入りワイヤＷ５のスラグ生成率が高く、裏当材側電極のソリッドワイヤＷ９のスラグ生成率が高いので、スラグ跳ね及び摺動銅板側でスラグ垂れと融合不良が発生した。Ｎｏ．１１は裏当材側電極のフラックス入りワイヤＷ２のスラグ生成率が高いので、スラグ跳ね及び融合不良が発生し、また電極間距離が短いのでスパッタが多発した。
【００２９】
比較例中Ｎｏ．１２は摺動銅板側電極のワイヤ送給速度が裏当材側電極のワイヤ送給速度の１．５倍を超えたため、裏当材側付近に融合不良が発生した。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法によれば、板厚３５〜９０の鋼板を、２電極で１パス溶接した際に良好な作業性及び溶け込み形状を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す模式図であり、開先の縦断面を示す。
【図２】スラグ生成率の測定および溶接実施例に用いた開先形状を示す平面図である。
【符号の説明】
１：摺動銅板側スラグ                    ２：摺動銅板
３：電極間スラグ                        ４：裏当材側スラグ
５：摺動銅板側電極ワイヤ                ６：裏当材側電極ワイヤ
【図１】
0003596723.tif 000008
【図２】
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