(57)【要約】【課題】高溶接速度かつ低入熱で十分な溶け込みを得ながら美麗なビード外観を得ることが可能なサブマージアーク溶接方法を提供する。【解決手段】内面溶接と外面溶接の少なくとも一方を、第１電極および第２電極の電流密度は（１）式を満足し、第１電極と溶接速度は（２）式を満足し、さらに鋼材の板厚と内面と外面の開先断面積の合計は（３）式を満足する条件で溶接速度１８０ｃｍ／ｍｉｎ以上で一層溶接する。９５≦Ｄ１≦３．３×Ｄ２（１）、ｖ＋０．１×Ｉ１≦３１０（２）、３．９×ｔ−Ｓｔｏｔａｌ≦２０（３）、Ｄ１：第１電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、Ｄ２：第２電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ｖ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、Ｉ１：第１電極電流（Ａ）、ｔ：板厚（ｍｍ）、Ｓｔｏｔａｌ：内面と外面の開先断面積の合計（ｍｍ２）。好ましくは鋼板表層位置で測定した第１電極と第２電極のワイヤ中心間の距離を１５ｍｍ以上、４５ｍｍ以下とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２電極以上のサブマージアーク溶接を用いた鋼材の内外面一層溶接において、内面溶接と外面溶接の少なくとも一方が下記を満足することを特徴とする鋼材のサブマージアーク溶接方法。
記
溶接速度が１８０ｃｍ／ｍｉｎ以上で、鋼材の板厚と内面と外面の開先断面積の合計は下記の（１）式を満足し、第１電極と溶接速度は下記の（２）式を満足し、さらに第１電極および第２電極の電流密度は下記の（３）式を満足する。
３．９×ｔ−Ｓｔｏｔａｌ≦２０                                        （１）
ｖ＋０．１×Ｉ１≦３１０                                              （２）
９５≦Ｄ１≦３．３×Ｄ２                                              （３）
ここで、
電流密度（Ａ／ｍｍ２）＝溶接電流（Ａ）÷ワイヤ断面積（ｍｍ２）
Ｄ１：第１電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、Ｄ２：第２電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、
ｖ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、Ｉ１：第１電極電流（Ａ）、ｔ：板厚（ｍｍ）、
Ｓｔｏｔａｌ：内面と外面の開先断面積の合計（ｍｍ２）
【請求項２】
鋼板表層位置で測定した第１電極と第２電極のワイヤ中心間の距離が１５ｍｍ以上４５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の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、鋼材のサブマージアーク溶接方法に関し、ＵＯＥ鋼管、スパイラル鋼管などの大径鋼管の造管溶接に用いて好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
大径鋼管の造管溶接（シーム溶接）には２電極以上のサブマージアーク溶接が適用されている。パイプ生産能率向上の観点から鋼管の内面側を１パス、外面側を１パスで溶接する両面一層盛り溶接が一般的で、高能率な溶接施工がなされている（例えば特許文献１，２）。
【０００３】
両面一層溶接では内面溶接金属と外面溶接金属が重なり未溶融部がないように十分な溶け込み深さを確保するため、１０００Ａ以上の大電流を適用して溶接を行うのが一般的であるが、能率と欠陥抑制を重視することで、溶接入熱が過剰となりやすく、溶接部特に溶接熱影響部の靭性が劣化する傾向にある。
【０００４】
溶接部の高靭性化のためには、溶接入熱を低減するのが有効で、特に板厚の大きな鋼管の造管溶接では必要な入熱が大きくなるため、可能な限り入熱を低減することが課題となっている。しかしながら、入熱を低減すると溶け込み不足を生じる危険性が増大するため、従来より入熱低減と深溶け込みの両立を目的としたサブマージアーク溶接方法に関する種々の提案がなされている。
【０００５】
例えば特許文献３には高電流で更なる高電流密度でのサブマージアーク溶接方法が提案されており、アークエネルギーをできるだけ板厚方向に投入することにより、必要な溶け込み深さだけを確保し、鋼材幅方向の母材の溶解を抑制することで溶接入熱が過剰とならないようにして、入熱低減と深溶け込みの両立が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１３８２６６号公報
【特許文献２】特開平１０−１０９１７１号公報
【特許文献３】特開２００６−２７２３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、溶接条件の選定においては、溶接部の靭性、溶け込み形状の他に、ビード外観を考慮することが必要であるところ、特許文献３記載のサブマージアーク溶接方法では、入熱低減と深溶け込みが両立できるものの、高溶接速度条件下においてはハンピングビードになりやすく、更に余盛が高くなりやすく、溶接後に余盛を削るなどの作業が必要となり生産効率が低下する場合があった。
【０００８】
そこで、本発明は鋼材を内外面から多電極サブマージアーク溶接するに際し、従来の細径ワイヤを用いた高溶接速度かつ低入熱で十分な溶け込みを得ながら美麗なビード外観を得ることが可能な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】
【０００９】
本発明者らは、サブマージアーク溶接で種々の溶接条件下において鋼材の内外面一層溶接継手を作製し、溶接金属断面形状および溶接欠陥について調査した。
【００１０】
その結果、開先形状、溶接条件、電極配置を適正に設定することで、低入熱かつ高溶接速度で十分な溶け込みを得ながら余盛高さ低減およびハンピングビードの抑制を実現し、美麗な外観のビードが得られることを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
１．２電極以上のサブマージアーク溶接を用いた鋼材の内外面一層溶接において、内面溶接と外面溶接の少なくとも一方が下記を満足することを特徴とする鋼材のサブマージアーク溶接方法。
【００１１】
記
溶接速度が１８０ｃｍ／ｍｉｎ以上で、鋼材の板厚と内面と外面の開先断面積の合計は下記の（１）式を満足し、第１電極と溶接速度は下記の（２）式を満足し、さらに第１電極および第２電極の電流密度は下記の（３）式を満足する。
【００１２】
記
３．９×ｔ−Ｓｔｏｔａｌ≦２０                                           （１）
ｖ＋０．１×Ｉ１≦３１０                                              （２）
９５≦Ｄ１≦３．３×Ｄ２                                              （３）
ここで、
電流密度（Ａ／ｍｍ２）＝溶接電流（Ａ）÷ワイヤ断面積（ｍｍ２）
Ｄ１：第１電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、Ｄ２：第２電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、
ｖ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、Ｉ１：第１電極電流（Ａ）、ｔ：板厚（ｍｍ）、
Ｓｔｏｔａｌ：内面と外面の開先断面積の合計（ｍｍ２）
２．鋼板表層位置で測定した第１電極と第２電極のワイヤ中心間の距離が１５ｍｍ以上、４５ｍｍ以下であることを特徴とする１に記載のサブマージアーク溶接方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２電極以上のサブマージアーク溶接において、溶接入熱の低減と、溶け込み量の増加を高い溶接速度のもとで両立させ、美麗なビード外観の内外面１層盛溶接部を得ることが可能で、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】開先形状を示す図。
【図２】溶接部マクロ断面の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明では、１．開先形状が溶接結果（余盛高さ：図２中のｈ）に及ぼす影響、２．溶接条件の溶接結果（ハンピングビード）に及ぼす影響、３．溶接結果に及ぼす第１電極の電流密度Ｄ１（Ａ／ｍｍ２）と第２電極の電流密度Ｄ２（Ａ／ｍｍ２）の影響を、それぞれについてのパラメータ式によって代表し、良好な溶接部が得られるようにその値を規定する。
【００１６】
まず、開先形状が溶接結果（余盛高さ：図２中のｈ）に及ぼす影響は、パラメータ式：３．９×ｔ−Ｓｔｏｔａｌ（ここで、ｔ：板厚（ｍｍ）、Ｓｔｏｔａｌ：内面と外面の開先断面積の合計（ｍｍ２））で規定し、開先断面積が小さすぎると余盛高さが過大になりやすいため、下記（１）式を満足させる。
【００１７】
次に、溶接条件の溶接結果（ハンピングビード）に及ぼす影響を、第１電極電流、溶接速度からなるパラメータ式：ｖ＋０．１×Ｉ１（ここで、ｖ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、Ｉ１：第１電極電流（Ａ））で規定し、第１電極の電流が大きく溶接速度が速い溶接条件ほどハンピングビードになりやすいため、下記（２）式を満足させる。  
【００１８】
溶接結果に及ぼす第１電極の電流密度Ｄ１（Ａ／ｍｍ２）と第２電極の電流密度Ｄ２（Ａ／ｍｍ２）の影響は、第１電極の電流密度Ｄ１（Ａ／ｍｍ２）と３．３倍した第２電極の電流密度Ｄ２（Ａ／ｍｍ２）との比較で規定し、第１電極の電流密度Ｄ１が低すぎると溶け込み深さが不十分になりやすく、また、第２電極の電流密度が第１電極の電流密度に対して低すぎるとビード不整になりやすいため、下記（３）式を満足させるように規定する。
記
３．９×ｔ−Ｓｔｏｔａｌ≦２０                                           （１）
ｖ＋０．１×Ｉ１≦３１０                                              （２）
９５≦Ｄ１≦３．３×Ｄ２                                              （３）
ここで、
電流密度（Ａ／ｍｍ２）＝溶接電流（Ａ）÷ワイヤ断面積（ｍｍ２）
Ｄ１：第１電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、Ｄ２：第２電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、
ｖ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、Ｉ１：第１電極電流（Ａ）、ｔ：板厚（ｍｍ）、
Ｓｔｏｔａｌ：内面と外面の開先断面積の合計（ｍｍ２）
なお、本発明では、第１電極と第２電極間の距離（鋼板表層位置で測定した第１電極と第２電極のワイヤ中心間の距離）を、１５ｍｍ以上４５ｍｍ以下とするのが好ましい。梨型割れの発生を抑制するには第１電極と第２電極間の距離が１５ｍｍ以上が、スラグ巻き込みを抑制するには第１電極と第２電極間の距離が４５ｍｍ以下が好ましいからである。
【００１９】
本発明は上述のように構成されているので、高溶接速度が可能となった。なお、本発明は内面溶接と外面溶接のいずれにも適用することができ、内面溶接と外面溶接の両方に適用することが好ましい。
【実施例】
【００２０】
板厚６．４ｍｍ、１９．１ｍｍ、３１．８ｍｍの鋼板に、図１に示す開先形状の開先加工を施した後、内外面一層溶接の３または４電極サブマージアーク溶接を施して溶接継手を作製し、ビード外観を目視観察後、溶け込み状態、溶接欠陥の有無の検査をビード定常部を等分して採取した３つのマクロ断面を目視観察して行った。表１に鋼板の化学成分を、表２に開先寸法を、表３に溶接条件を示す。図２にマクロ断面の模式図を示す。
【００２１】
各板厚毎に、開先形状では、内外面において開先角度と開先深さを変化させ、溶接条件では、内外面溶接のそれぞれにおいて、第１電極、第２電極の電流密度、溶接速度を変化させた。また、第１電極と第２電極の極間距離を変えた溶接も一部行った。
【００２２】
表４に、溶接結果を示す。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０は、内面溶接および／または外面溶接でパラメータ式：３．９×ｔ−Ｓｔｏｔａｌの値を２０以下、パラメータ式：ｖ＋０．１×Ｉ１の値を３１０以下、第１電極の電流密度Ｄ１（Ａ／ｍｍ２）は９５以上、且つ当該第１電極の電流密度Ｄ１（Ａ／ｍｍ２）を、３．３倍した第２電極の電流密度Ｄ２（Ａ／ｍｍ２）以下として、内面溶接および／または外面溶接を行ったもので溶接速度１８０（ｃｍ／ｍｉｎ）以上の高速溶接であっても内面溶接部および／または外面溶接部で美麗なビード外観が得られている。
【００２３】
Ｎｏ．３の内面溶接はパラメータ式：ｖ＋０．１×Ｉ１の値が３１０超え、第１電極の電流密度Ｄ１（Ａ／ｍｍ２）の絶対値は９５未満のため、ハンピングビード、余盛過大であった。
【００２４】
Ｎｏ．５の外面溶接は第１電極の電流密度Ｄ１（Ａ／ｍｍ２）が、３．３倍した第２電極の電流密度Ｄ２（Ａ／ｍｍ２）を超えるため、溶接速度１８０（ｃｍ／ｍｉｎ）以下でも、ビード不整であった。
【００２５】
Ｎｏ．１１は内面溶接および外面溶接の第１電極の電流密度が９５未満であり溶け込み不良が生じた。Ｎｏ．１２は内面開先断面積と外面開先断面積の合計が小さくパラメータ式：３．９×ｔ−Ｓｔｏｔａｌの値が２０超えており、内面溶接および外面溶接において余盛が高くなった。
【００２６】
Ｎｏ．１３は内面溶接および外面溶接で第１電極の電流密度Ｄ１（Ａ／ｍｍ２）が第２電極の電流密度Ｄ２（Ａ／ｍｍ２）の３．３倍を超えておりビード不整となった。
【００２７】
Ｎｏ．１４は内面溶接と外面溶接の両方においてパラメータ式：ｖ＋０．１×Ｉ１の値が３１０超えの場合で、内面溶接と外面溶接のいずれもハンピングビードとなった。
【００２８】
Ｎｏ．１５は内面溶接においてパラメータ式：ｖ＋０．１×Ｉ１の値が３１０超えの場合でハンピングビードとなり、外面溶接については溶接速度が１８０ｃｍ／ｍｉｎ未満の例である。
【００２９】
Ｎｏ．１６は内面溶接において第１電極の電流密度Ｄ１（Ａ／ｍｍ２）が第２電極の電流密度Ｄ２（Ａ／ｍｍ２）の３．３倍を超える場合でビード不整となり、外面溶接については溶接速度が１８０ｃｍ／ｍｉｎ未満の例である。
【００３０】
なお、十分な溶け込みと美麗なビード外観が得られているが、Ｎｏ．９の外面溶接は第１電極と第２電極との極間距離（鋼板表層位置で測定したワイヤ中心間距離）が１３ｍｍで、梨型割れが発生した。Ｎｏ．１０の外面溶接は第１電極と第２電極との極間距離が４７ｍｍで、スラグ巻き込みが発生した。また、両溶接の溶接速度は１８０ｃｍ／ｍｉｎ未満である。
【００３１】
【表１】
2011131258.tif 000002
【００３２】
【表２】
2011131258.tif 000003
【００３３】
【表３】
2011131258.tif 000004
【００３４】
【表４】
2011131258.tif 000005
【符号の説明】
【００３５】
１  鋼材
２  内面溶接部
３  外面溶接部
ｈ  余盛高さ
ｔ  板厚
【図１】
2011131258.tif 000006
【図２】
2011131258.tif 000007