(57)【要約】  溶接ワイヤとして、REMを0.015〜0.100質量％含有し、かつSeおよびTeのうちから選んだ１種または２種を合計で0.005〜0.100質量％含有する溶接ワイヤを用い、初層溶接条件、特に溶接トーチ角度や溶接入熱量ともに、ウイービング条件を適正に制御する。
2017098692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開先角度を20°以下、開先ギャップを20mm以下として、板厚が40mm以上である２枚の厚鋼材を、ウイービングを用いる一層溶接または多層溶接により接合する立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法において、
溶接ワイヤとして、REMを0.015〜0.100質量％含有し、かつSeおよびTeのうちから選んだ１種または２種を合計で0.005〜0.100質量％含有する溶接ワイヤを用い、
初層溶接時に、溶接トーチの角度を水平方向に対して10°以上75°以下、溶接入熱を500kJ/cm以下にするとともに、板厚方向へのウイービング深さを15mm以上50mm以下とし、かつ初層溶接における溶接ビード幅をＷとした場合に、板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅を（Ｗ−6）mm以上Ｗmm以下として、溶接トーチのウイービングを行う、
立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項２】
前記初層溶接のウイービングにおいて、溶接線方向から見た溶接トーチのウイービングパターンがコの字形である、請求項１に記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、狭開先ガスシールドアーク溶接方法に関するものであって、特には２枚の厚鋼材の突き合わせ溶接に適用することができる、立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法に関するものである。
本発明において、「狭開先」とは、開先角度が20°以下でかつ被溶接材となる鋼材間の最小開先幅が、当該鋼材の板厚の50％以下であることを意味する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の溶接施工に用いられるガスシールドアーク溶接は、CO２単独のガス、またはArとCO２との混合ガスを溶融部のシールドに用いる消耗電極式が一般的である。このようなガスシールドアーク溶接は、自動車、建築、橋梁および電気機器等の製造分野において幅広く用いられている。【０００３】
ところで近年、鋼構造物の大型化・厚肉化に伴い、製作過程での溶接、特に鋼材の突き合わせ溶接における溶着量が増大し、さらには溶接施工に多くの時間が必要となり、施工コストの増大を招いている。【０００４】
これを改善する方法として、板厚に対して小さい間隙の開先をアーク溶接法により溶接する、狭開先ガスシールドアーク溶接の適用が考えられる。この狭開先ガスシールドアーク溶接は、通常のガスシールドアーク溶接と比べ溶着量が少なくなるので、溶接の高能率化・省エネルギー化が達成でき、ひいては施工コストの低減をもたらすものと期待される。【０００５】
一方、立向きの高能率溶接には、通常、エレクトロスラグ溶接が適用されているが、１パス大入熱溶接が基本であり、板厚が60mmを超える溶接では入熱過多となり靭性低下が懸念されている。また、１パス溶接には板厚の限界があり、特に板厚が65mmを超える溶接は、未だ技術が確立できていないのが現状である。【０００６】
このため、狭開先ガスシールドアーク溶接を立向き溶接に適用した、高品質でかつ高能率な溶接方法を開発することが望まれている。
このような狭開先ガスシールドアーク溶接を立向き溶接に適用した溶接方法として、例えば、特許文献１には、両面Ｕ型開先継手を対象とする両側多層溶接方法が開示されている。この溶接方法では、イナートガスを用いたTIG溶接による積層溶接を行っており、イナートガスを用いることでスラグやスパッタの発生を抑制し、積層欠陥を防ぐこととしている。
しかしながら、非消耗電極式であるTIG溶接は、消耗電極である鋼ワイヤを用いるMAG溶接やCO２溶接と比較して、溶接法そのものの能率が大きく劣る。【０００７】
また、特許文献２には、スパッタや融合不良を抑制するために溶接トーチのウイービングを行う、狭開先の立向き溶接方法が開示されている。
しかし、この溶接方法では、溶接トーチのウイービング方向が、開先深さ方向ではなく、鋼板表面方向であるため、溶融金属が垂れる前に溶接トーチをウイービングさせる必要があり、結果的に、溶接電流を150A程度の低電流とし、１パス当たりの溶着量（≒入熱量）を抑える必要が生じる。
そのため、この溶接方法を板厚の大きい厚鋼材の溶接に適用する場合には、少量多パスの積層溶接となって、溶け込み不良等の積層欠陥が多くなる他、溶接能率が大きく低下する。【０００８】
さらに、特許文献３には、特許文献２と同様、融合不良を抑制するために溶接トーチのウイービングを行う、立向き溶接方法が開示されている。
ここで開示される面角度（開先角度）は26.3〜52°と広めではあるが、ここでの溶接トーチのウイービングは開先深さ方向に対しても行われる。そのため、特許文献３の立向き溶接方法では、１パス当たりの溶着量を比較的多くとることが可能である。
しかし、開先深さ方向のウイービング量が小さく、また溶接金属および溶接ワイヤ組成が考慮されていないため、１パス当たりの溶着量（≒入熱量）を抑える必要が生じ、１パス当たりの溶接深さは10mm程度と浅くなる。
そのため、この溶接方法を板厚の大きい厚鋼材の溶接に適用する場合には、やはり少量多パスの積層溶接となって、溶け込み不良等の積層欠陥が多くなる他、溶接能率が低下する。【０００９】
また、特許文献４には、極厚材の１パス溶接を可能にした２電極のエレクトロガスアーク溶接装置が開示されている。
この２電極のエレクトロガスアーク溶接装置の使用により、板厚：70mm程度までの厚鋼材の接合が可能になる。しかし、２電極化により入熱量が360kJ/cm程度と大幅に増加する。このため、鋼板への熱影響が大きく、継手に高い特性（強度、靭性）が要求される場合、このような特性を満足させることが非常に困難となる。
また、この２電極のエレクトロガスアーク溶接装置では、開先において、裏面側にはセラミックの裏当てを、表面（溶接機側）には水冷式の銅当金の押し付け機構を設けることが不可欠であり、溶融金属の垂れの心配が無い反面、溶接装置が複雑となる。
さらには、この２電極のエレクトロガスアーク溶接装置では、表面（溶接機側）に銅当金の押し付け機構を設けることが不可欠であるため、１パス溶接が基本であり、多パスの積層溶接として低入熱化を図ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−６１４８３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１５７００号公報
【特許文献３】特開２００１−２０５４３６号公報
【特許文献４】特開平１０−１１８７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したように、厚鋼材の溶接に適用することができる、高品質でかつ高能率な立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法は、未だ開発されていないのが現状である。
一方、溶接自動化技術（溶接ロボット）の軽量・高機能・高精度化が進み、これまで困難であった開先形状と溶接姿勢に適した溶接トーチのウイービングが可能となり、これを活用することにより、鋼材、開先形状、溶接姿勢および溶接材料（ワイヤ）に適した溶接施工（条件設定）が可能となってきている。【００１２】
本発明は、高機能でかつ高精度の溶接自動化技術を活用することにより、厚鋼材、特には板厚が40mm以上の厚鋼材の溶接に適用することが可能な、高品質でかつ高能率な立向き狭開先ガスシールド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】
【００１３】
さて、発明者らは、上記の課題を解決すべく、厚鋼材に立向き狭開先ガスシールドアーク溶接を適用する場合の溶接条件について、鋭意研究を重ねた。
その結果、厚鋼材の立向きの狭開先ガスシールドアーク溶接を行うにあたり、溶接金属および熱影響部において所望の機械的特性を得るとともに、溶接の高能率化を実現するには、狭開先として溶着量を低減しつつ、１パスあたりの溶接入熱量を極力抑制することが重要であることを知見した。【００１４】
そこで、発明者らは、上記した溶接を行うための溶接条件について、さらに研究を進めた。その結果、開先条件を所定の条件とした上で、所定の成分組成を有する溶接ワイヤを用いるとともに、初層の溶接条件を適正に制御することが有効であるとの知見を得た。すなわち、通常、溶接ワイヤには被溶接材となる鋼材と共金系の成分組成を有するものが用いられるが、そこにREM、SeおよびTeを複合添加した溶接ワイヤを用いるとともに、初層の溶接条件のうち、特に溶接トーチ角度およびウイービング条件を適正に制御することにより、立向き溶接において問題となる溶融金属の垂れの抑制を含むビード形状の安定化と溶接欠陥の発生防止とを図りつつ、高靭性の溶接継手が得られるとの知見を得た。そして、これにより、板厚が40mm以上の厚鋼材であっても、所望の機械的特性が得られ、高品質でかつ高能率な立向き狭開先ガスシールドアーク溶接を行うことが可能になるとの知見を得た。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えた末に完成されたものである。【００１５】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．開先角度を20°以下、開先ギャップを20mm以下として、板厚が40mm以上である２枚の厚鋼材を、ウイービングを用いる一層溶接または多層溶接により接合する立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法において、
溶接ワイヤとして、REMを0.015〜0.100質量％含有し、かつSeおよびTeのうちから選んだ１種または２種を合計で0.005〜0.100質量％含有する溶接ワイヤを用い、
初層溶接時に、溶接トーチの角度を水平方向に対して10°以上75°以下、溶接入熱を500kJ/cm以下にするとともに、板厚方向へのウイービング深さを15mm以上50mm以下とし、かつ初層溶接における溶接ビード幅をＷとした場合に、板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅を（Ｗ−6）mm以上Ｗmm以下として、溶接トーチのウイービングを行う、
立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。【００１６】
２．前記初層溶接のウイービングにおいて、溶接線方向から見た溶接トーチのウイービングパターンがコの字形である、前記１に記載の立向き狭開先ガスシールドアーク溶接方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、板厚が40mm以上の厚鋼材を溶接する場合であっても、立向き溶接において問題となる溶融金属の垂れ抑制を含むビード形状の安定化と溶接欠陥を防止しつつ、高品質でかつ高能率な狭開先ガスシールドアーク溶接を実施して、高靭性の溶接継手を得ることができる。
また、本発明の溶接方法は、所定の成分組成を有する溶接ワイヤを用いて、初層溶接条件を適正に制御することにより、通常のガスシールドアーク溶接に比べ、スパッタの発生が少なく、また開先壁面へのアークの這い上がりも防止して溶接ができるため、溶接欠陥が特に少なく溶接の高能率化による省エネルギー化が達成でき、溶接施工コストの大幅な低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】各種開先形状の例を示すものである。
【図２】Ｖ形の開先形状において、本発明の一実施形態に係る溶接方法により初層溶接を施工する際の施工要領の一例を示すものである。
【図３】Ｖ形の開先形状において、本発明の一実施形態に係る溶接方法により初層溶接を施した後の開先断面の一例を示すものである。
【図４】初層溶接のウイービングにおける、溶接線方向から見た溶接トーチのウイービングパターンの例を示すものであり、（ａ）がコ字形、（ｂ）が台形、（ｃ）がＶ字形、（ｄ）が三角形のものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体的に説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は、各種開先形状の例を示すものである。図中、符号１が厚鋼材、２が厚鋼材の開先面、３が（Ｙ形開先における）鋼材下段部の開先であり、記号θで開先角度を、Ｇで開先ギャップを、ｔで板厚を、ｈで（Ｙ形開先における）鋼材下段部の開先高さを示す。
同図で示したように、ここで対象とする開先形状はＶ形開先（Ｉ形開先およびレ形開先を含む）およびＹ形開先のいずれとすることも可能であり、また図１（ｃ）に示すように多数段のＹ形開先とすることも可能である。
なお、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、Ｙ形開先の場合の開先角度および開先ギャップは、鋼材下段部の開先における開先角度および開先ギャップとする。ここで、鋼材下段部の開先とは、溶接時に裏面（溶接装置（溶接トーチ）側の面を表面、その反対側の面を裏面とする）となる鋼材面から板厚の20〜40％程度までの領域を意味する。
【００２０】
また、図２は、Ｖ形の開先形状において、本発明の一実施形態に係る溶接方法により初層溶接を施工する際の施工要領を示すものである。図中、符号４が溶接トーチ、５が溶接ワイヤ、６が裏当て材であり、φが水平方向に対する溶接トーチの角度である。なお、溶接線、溶融池および溶接ビードについては、図示を省略している。
ここで、本溶接方法は、図２に示すように、所定の板厚となる２枚の厚鋼材を突き合わせ、これらの厚鋼材同士を、ウイービングを用いる立向き溶接により接合するガスシールドアーク溶接であり、進行方向を上向きとする上進溶接を基本とする。
なお、ここでは、Ｖ形の開先形状を例にして示したが、他の開先形状でも同様である。
【００２１】
さらに、図３は、Ｖ形の開先形状において、本発明の一実施形態に係る溶接方法により初層溶接を施した後の開先断面を示すものである。図中、符号７が溶接ビード（初層溶接における溶接ビード）であり、記号Ｄで初層溶接における接合深さを、Ｗで初層溶接における溶接ビード幅（初層溶接後の開先間のギャップ）を示す。
なお、初層溶接における接合深さＤは、溶接時に裏面となる鋼材面を起点とした場合の初層溶接における溶接ビード高さの最小値（起点の鋼材面から最も近い（低い）初層溶接における溶接ビード高さ）である。
ここでは、Ｖ形の開先形状を例にして示したが、他の開先形状でもＤおよびＷは同様である。
【００２２】
次に、本発明の溶接方法において、底部開先角度、底部開先ギャップおよび鋼材の板厚を前記の範囲に限定した理由について説明する。
【００２３】
開先角度θ：20°以下
鋼材の開先部は小さいほどより早く高能率な溶接を可能とする反面、融合不良等の欠陥が生じやすい。また、開先角度が20°を超える場合の溶接は、従来の施工方法でも実施可能である。このため、本発明では、従来の施工方法では施工が困難であり、かつ一層の高能率化が見込まれる開先角度：20°以下の場合を対象とする。
なお、Ｖ形開先において、開先角度が0°の場合はいわゆるＩ形開先と呼ばれ、溶着量の面からはこの0°の場合が最も効率的であり、開先角度が0°（Ｉ形開先）であってもよいが、溶接熱ひずみにより溶接中に開先が閉じてくるため、これを見込んで、板厚ｔ（ただし、Ｙ形開先の場合には鋼材下段部の開先高さｈ）に応じた開先角度を設定することが好ましい。
具体的には、開先角度は（0.5×ｔ／20）°以上、（2.0×ｔ／20）°以下とすることが好ましく、さらに好ましくは（0.8×ｔ／20）°以上、（1.2×ｔ／20）°以下である。例えば、板厚ｔが100mmの場合、開先角度は2.5°以上、10°以下が好ましく、さらに好ましくは4°以上、6°以下である。
ただし、板厚ｔが100mmを超えると、好適範囲の上限は10°を超えるようになるが、この場合の好適範囲の上限は10°とする。
【００２４】
開先ギャップＧ：20mm以下
鋼材の開先部は小さいほど、より早く高能率な溶接を可能とする。また、開先ギャップが20mmを超える場合の溶接は、溶融金属が垂れ易く施工が困難である。その対策には、溶接電流を低く抑えることが必要となるが、スラグ巻込み等の溶接欠陥が発生し易くなる。そのため、開先ギャップは20mm以下の場合を対象とする。好ましくは4mm以上、12mm以下である。
【００２５】
板厚ｔ：40mm以上
鋼材の板厚は40mm以上とする。というのは、鋼材の板厚が40mm未満であれば、従来の溶接方法、例えば、特許文献４のエレクトロガスアーク溶接を用いても、継手の強度や靭性などの性能に大きな問題は生じないためである。
なお、一般の圧延鋼材を対象とする場合、板厚は一般に100mmが上限である。よって、鋼材の板厚は100mm以下とすることが好ましい。
【００２６】
なお、被溶接材とする鋼種としては、高張力鋼（例えば、造船用極厚YP460MPa級鋼（引張強さ570MPa級鋼）や建築用TMCP鋼SA440（引張強さ590MPa級鋼））が特に好適である。というのは、高張力鋼は、溶接入熱制限が厳しく、溶接金属に割れが生じ易い他、溶接熱影響により要求される継手強度や靭性が得られない。これに対し本発明の溶接方法では、入熱量：500kJ/cm以下で効率良く溶接が可能であり、590MPa級高張力鋼板、高合金系となる590MPa級耐食鋼の溶接も可能である。当然、軟鋼にも問題なく対応できる。
【００２７】
以上、本発明の溶接方法において、開先角度、開先ギャップおよび鋼材の板厚を限定した理由について説明したが、本発明の溶接方法では、上記した厚鋼材の開先形状および板厚に適した入熱量で効率良く溶接するため、被溶接材となる鋼材と共金系の成分組成にREM、SeおよびTeを複合添加した溶接ワイヤを用いるとともに、初層溶接条件を適正に制御することが重要である。
以下、本発明の溶接方法で使用する溶接ワイヤの成分組成について、説明する。
【００２８】
REM：0.015〜0.100質量％
REMは、製鋼および鋳造時の介在物の微細化や、溶接金属の靱性改善のために有効な元素である。また、REMは、特に溶接ワイヤを正極性（ワイヤマイナス）とした場合や、溶接電流を大きくした場合に、溶滴の微細化と溶滴移行の安定化、さらには開先面へのアークの発生を一層有利に抑制できるという効果も有する。この溶滴の微細化と溶滴移行の安定化により、スパッタの発生を抑制し、安定したガスシールドアーク溶接を行うことが可能となる。ここで、REM含有量が0.015質量％未満では、この溶滴の微細化と溶滴移行の安定化効果が得られない。一方、REM含有量が0.100質量％を超えると、溶接ワイヤの製造工程で割れが生じたり、溶接金属の靱性の低下を招く。したがって、溶接ワイヤのREM含有量は、0.015〜0.100質量％の範囲とする。好ましくは0.025質量％以上、0.050質量％以下である。
【００２９】
SeおよびTeのうちから選んだ１種または２種：合計で0.005〜0.100質量％
SeおよびTeは、いずれも溶融メタルの粘性を低下させ、溶接ワイヤの先端に懸垂した溶滴の離脱を促進する。また、SeおよびTeは、特に溶接ワイヤを正極性（ワイヤマイナス）とした場合や、溶接電流を大きくした場合に、溶滴の微細化と溶滴移行の安定化、さらには開先面へのアークの発生を一層有利に抑制できるという効果も有する。ここで、SeおよびTeの含有量が合計で0.005質量％未満では、このような効果は得られない。一方、SeおよびTeの含有量が合計で0.100質量％を超えると、アークが不安定となり、均一なビード形状が得られない。したがって、溶接ワイヤのSeおよびTeの合計の含有量は、0.005〜0.100質量％の範囲とする。好ましくは0.010質量％以上、0.080質量％以下である。
【００３０】
なお、上記した以外の成分については特に限定されるものではなく、被溶接材となる鋼材の鋼種などに応じて適宜選択すればよい。例えば、上述したような高張力鋼板を溶接する場合、上記したREM、SeおよびTeに加えて、Ｃ：0.10〜0.20質量％、Si：0.05〜2.5質量％、Mn：0.25〜3.5質量％、Ｐ：0.05質量％以下、Ｓ：0.02質量％以下、Al：0.005〜3.00質量％、Ｏ：0.0080質量％以下およびＮ：0.008質量％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物となる成分組成とすればよい。なお、Ｐ、Ｓ、ＯおよびＮは、０質量％であってもよい。
【００３１】
次に、本発明の溶接方法における初層溶接条件について、説明する。
溶接トーチ（給電チップ先端）の角度φ：水平方向に対して10°以上75°以下
溶接トーチの角度は垂直より水平に近づけることで、アークが溶接ビード表面より裏面向きとなり、溶融金属の垂れを抑制することができる。ここで、溶接トーチの角度が水平方向に対して10°未満では、溶接ビードの形成が困難である。一方、溶接トーチの角度が水平方向に対して75°超では、溶融金属の垂れを抑制することが困難となる。従って、溶接トーチの角度は水平方向に対して10°以上75°以下とする必要がある。好ましくは30°以上45°以下である。
【００３２】
溶接入熱量：500kJ/cm以下
多層溶接では、１パス当たりの入熱量（＝溶着量）を大きくすることでパス数を減らし、溶接積層欠陥を低減することができる。しかし、溶接入熱量が大きくなり過ぎると、溶接金属の強度、靭性の確保が難しくなる他、鋼材熱影響部の軟化抑制、結晶粒粗大化による靭性の確保が難しくなる。特に、溶接入熱量が500kJ/cmを超えると、溶接金属の特性確保のため、鋼材希釈を考慮した専用ワイヤが不可欠となり、さらに、鋼材でも、溶接入熱に耐えられる設計の鋼材が必要となる。従って、溶接入熱量は、500kJ/cm以下とする。好ましくは、450kJ/cm以下である。
なお、溶接入熱量の下限については特に限定されるものではないが、一般に、溶融金属を確保し、溶接欠陥のない溶接部を得るためには、溶接入熱量は高い方が有利である。ここに、狭開先溶接において溶接入熱量が30kJ/cm未満では開先面の溶融が不足し、融合不良が発生するおそれがある。このため、溶接入熱量は30kJ/cm以上とすることが好ましい。より好ましくは、90kJ/cm以上である。
【００３３】
溶接トーチのウイービングにおける板厚方向へのウイービング深さＬ：15mm以上50mm以下
本溶接方法は溶接トーチのウイービングを行うものであるが、この溶接トーチのウイービングにおける板厚方向へのウイービング深さＬならびに後述する板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅Ｍを適正に制御することが重要である。
なお、各種ウイービングパターンにおける板厚方向へのウイービング深さＬならびに板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅Ｍは、図４（ａ）〜（ｄ）に示すとおりになる。
【００３４】
ここで、本溶接方法で基本とする立向き上進溶接においては、接合深さと板厚方向のウイービング幅は同程度になる。このため、板厚方向へのウイービング深さが15mm未満では、所望とする接合深さを得ることが困難となる。一方、板厚方向へのウイービング深さが50mmを超えると、所望とする接合深さを得ることが困難となるだけでなく、溶接入熱量が過多となって、溶接金属や鋼材の熱影響部において所望の機械的特性を得ることが困難となる他、高温割れや、溶接中の熱が分散することによる開先面の融合不良、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生し易くなる。
従って、板厚方向へのウイービング深さは、15mm以上50mm以下とする。なお、一層溶接の場合、好ましくは20mm以上、50mm以下である。また、多層溶接の場合、好ましくは25mm以上、40mm以下である。
【００３５】
溶接トーチのウイービングにおける板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅Ｍ：（Ｗ−6）mm以上Ｗmm以下（Ｗ：初層溶接における溶接ビード幅）
開先面の未溶融を防ぐためには、板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅を（Ｗ−6）mm以上とする必要がある。一方、板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅がＷmmを超えると、溶融金属が垂れてしまい溶接が成り立たない。
従って、板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅は、（Ｗ−6）mm以上Ｗmm以下の範囲とする。好ましくは、（Ｗ−4）mm以上、（Ｗ−1）mm以下である。
なお、一層溶接の場合、Ｗは溶接時に表面（溶接装置（溶接トーチ）側の面）となる鋼材面での開先幅となる。
【００３６】
また、溶接トーチのウイービングパターンについては特に限定されず、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、溶接線方向（溶接進行方向と一致し、通常は鉛直方向）から見てコの字形、Ｖ字形、台形および三角形等とすることができる。なお、図４（ａ）〜（ｄ）中、溶接トーチの向きが変わる各点（図４（ａ）でいうとＢ点およびＣ点）での溶接トーチの軌跡は、角張るようにしても、丸みを帯びるようにしてもよい。
ただし、立向き上進溶接においては、溶接表面側に近い箇所でのウイービングは溶融金属の垂れ落ちを生じさせ易い。また、溶接トーチ動作が開先面とずれると、開先面の均一な溶融が得られず、融合不良等の溶接欠陥が生じ易い。特に、反転動作を必要としない一般的な台形および三角形のウイービングパターンは、装置負荷が小さい反面、溶接表面側に近い箇所での溶接トーチ動作（図４（ｂ）における台形ウイービングパターンのＤ点→Ａ点、図４（ｄ）における三角形ウイービングパターンのＣ点→Ａ点）により、溶融金属の垂れ落ちが生じ易い。また、Ｖ字形や三角形のウイービングパターンでは、開先ギャップが大きい（例えば、6mm以上）場合、溶接トーチ動作が開先面とずれてしまい（例えば、図４（ｃ）におけるＡ点→Ｂ点の動作において、溶接トーチ先端の軌跡が開先面（溶接トーチに近い側）と平行でなくなるなど）、開先面の均一な溶融が得られず、融合不良等の溶接欠陥が生じる場合がある。従って、溶融金属の垂れ落ちと溶接欠陥の発生を抑制するという観点からは、開先面に沿って平行に溶接トーチを動作させることが可能なコの字形のウイービングパターンとすることが好ましい。
【００３７】
なお、板厚方向における、ウイービング時の溶接トーチ先端の最深点（例えば、図４（ａ）、（ｂ）におけるＢ点およびＣ点、図４（ｃ）、（ｄ）におけるＢ点）の鋼材裏面からの距離ａは、通常2〜5mm程度である。
また、上記した開先形状に対し、コ字形ウイービングや台形ウイービングを適用する場合、図４（ａ）、（ｂ）中のＭ1、Ｍ2、Ｍ3は、それぞれ2〜18mm、0〜10mm、0〜10mm程度となる。
さらに、ウイービング時の周波数や停止時間（図４に示すＡ点などの各点における停止時間）は特に限定されるものではなく、例えば周波数は0.25〜0.5Hz（好ましくは0.4Hz以上、0.5Hz以下）、停止時間は0〜0.5秒（好ましくは0.2秒以上、0.3秒以下）程度とすればよい。
【００３８】
また、ここで対象とする板厚：40mm以上の厚鋼材を、特に２パス以上の多層溶接で溶接するには、初層溶接における接合深さを15mm以上とすることが好ましい。初層溶接における接合深さが15mm未満では、溶接熱が集中し、溶融金属の垂れが発生しやすくなる。一方、初層溶接における接合深さが60mmを超えると、溶接入熱が過多となりやすい他、高温割れや、溶接中の熱が分散することによる開先面の融合不良、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。従って、初層溶接における接合深さは15mm以上60mm以下とすることが好ましい。なお、一層溶接の場合、より好ましくは20mm以上、55mm以下である。また、多層溶接の場合、より好ましくは15mm以上、50mm以下、さらに好ましくは25mm以上、40mm以下である。
【００３９】
また、使用する溶接ワイヤの極性は、REM、SeおよびTeの添加することにより得られる、溶滴の微細化と溶滴移行の安定化効果を十分に得る観点から、ワイヤマイナス（正極性）とすることが好ましい。
【００４０】
上記以外の条件については、特に規定する必要はないが、平均溶接電流270A未満では、溶融池が小さく、表面側ではトーチウイービング毎に溶融と凝固を繰り返す多層溶接のような状態となり、融合不良やスラグ巻き込みが生じ易い。一方、平均溶接電流が360Aを超えると、溶融（溶接）金属の垂れが生じ易くなる他、溶接ヒュームとスパッタによりアーク点の確認が困難となるため施工中の調整が難しくなる。このため、平均溶接電流は、270〜360Aとすることが好ましい。また、平均溶接電流を270〜360Aとすることで、溶接ヒューム、スパッタの発生を抑えつつ安定した溶込みが得られることから、本溶接方法を実施する上で一層有利となる。
これ以外の条件については定法に従えばよく、例えば、溶接電圧：28〜37V（電流とともに上昇）、溶接速度（上進）：1〜15cm/分（好適には4cm/分以上、9cm/分以下）、ワイヤ突き出し長さ：20〜45mm、ワイヤ径：1.2〜1.6mm程度とすればよい。
また、シールドガス組成についても特に限定されず、常法に従い、CO２単独のガス、またはArとCO２との混合ガスなどを用いればよい。
【００４１】
以上、初層溶接条件について説明したが、上記した以外の各溶接層における溶接条件については、特に限定されるものではなく、例えば、初層溶接と同様に、接合深さに応じたウイービングを行って、溶接を行えばよい。この場合、溶接電流や溶接電圧、使用するワイヤなどの溶接条件は、初層溶接の場合と同様として適宜選択すればよい。
また、溶接完了までの積層数は、積層欠陥を防止する観点から２乃至４層程度とすることが好ましい。なお、一層溶接の場合には、初層溶接が最終層溶接となる。
【実施例】
【００４２】
表１に示す開先形状とした２枚の鋼材に、表２に示す溶接条件で狭開先の立向き上進ガスシールドアーク溶接を施した。
ここで、鋼材はいずれも、Ｓ：0.005質量％以下、Ｏ：0.003質量％以下、Ｎ：0.004質量％以下のものを用いた。なお、鋼材の開先加工には、ガス切断を用い、開先面には研削等の手入れは行わなかった。
また、溶接ワイヤは、鋼材強度用またはそれより１ランク上用のグレードの1.2mmφのソリッドワイヤを用いた。なお、表２に示したREM、SeおよびTe以外の溶接ワイヤの成分組成はいずれも、Ｃ：0.10〜0.20質量％、Si：0.6〜0.8質量％、Mn：0.25〜2.0質量％、Ｐ：0.01質量％以下、Ｓ：0.005質量％以下、Al：0.005〜0.03質量％、Ｏ：0.0030質量％以下およびＮ：0.005質量％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物となる成分組成とした。
さらに、溶接電流は270〜360A、溶接電圧は28〜37V（電流とともに上昇）、平均溶接速度は1.2〜9.2cm/分（溶接中に調整）、平均のワイヤ突き出し長さは30mmとし、溶接長さは400mmとした。また、いずれの場合にも、シールドガスとしてはCO2単独のガスを用い、通常のアーク溶接のノズルとは別のガスシールド系統を設けて、溶接を行った。【００４３】
なお、No.8、9、13〜15は多層溶接とし、初層以外の各層における溶接でも、上記の溶接ワイヤを使用し、溶接電流を270〜360A、溶接電圧を28〜37Vの範囲として、ウイービングを適用したガスシールドアーク溶接を行い、溶接継手を仕上げた。また、No.1〜7、10〜12、16〜19は一層溶接として溶接継手を仕上げた。【００４４】
初層溶接後、任意に選んだ５点の断面マクロ組織観察により、ビード幅および接合深さを測定した。なお、ビード幅については、測定した値の最大値を初層溶接におけるビード幅Ｗとし、接合深さについては、測定した値の最小値を初層溶接における接合深さＤとした。【００４５】
また、初層溶接時における溶融金属の垂れを、目視により次のように評価した。
◎：溶接金属の垂れなし
○：溶接金属の垂れ２箇所以下
△：溶接金属の垂れ３箇所以上４箇所以下
×：溶接金属の垂れ５箇所以上、または、溶接中断【００４６】
さらに、最終的に得られた溶接継手について、超音波探傷検査を実施し、次のように評価した。
◎：検出欠陥なし
○：欠陥長さが3mm以下の合格欠陥のみを検出
×：欠陥長さが3mmを超える欠陥を検出【００４７】
加えて、最終的に得られた溶接継手について、JIS Z 2242に準拠（試験温度：0℃）して、溶接金属中心部がノッチ位置となるようにシャルピー衝撃試験を行い、試験温度での吸収エネルギーvＥ0（Ｊ）を測定し、次の基準により、溶接金属の靱性を評価した。
◎：vＥ0（Ｊ）が47J以上
○：vＥ0（Ｊ）が47J未満、かつ27J以上
×：vＥ0（Ｊ）が27J未満
これらの結果を表２に併記する。【００４８】
【表１】
2017098692.tif 000003
【００４９】
【表２】
2017098692.tif 000004
【００５０】
表２に示したとおり、発明例であるNo.3、5、7〜9、11、13〜15では、初層溶接金属の垂れはないか、あっても2箇所以下であった。また、超音波探傷検査でも、検出欠陥がないか、あっても欠陥長さが3mm以下であった。さらに、これらの発明例ではいずれも、優れた溶接金属の靭性が得られていた。
一方、比較例であるNo.1、2、4、6、10、12、16〜19は、５箇所以上の溶接金属の垂れがあるか、超音波探傷検査において欠陥長さが3mm超の欠陥が検出されるか、および／または、十分な溶接金属の靭性が得られなかった。
【符号の説明】
【００５１】
１：厚鋼材
２：厚鋼材の開先面
３：鋼材下段部の開先
４：溶接トーチ
５：溶接ワイヤ
６：裏当て材
７：溶接ビード（初層溶接における溶接ビード）
θ：開先角度
Ｇ：開先ギャップ
ｈ：鋼材下段部の開先高さ
ｔ：板厚
φ：水平方向に対する溶接トーチの角度
Ｄ：初層溶接における接合深さ
Ｗ：初層溶接における溶接ビード幅
Ｌ：板厚方向へのウイービング深さ
Ｍ：板厚方向および溶接線に直角な方向へのウイービング最大幅
【図１】
2017098692.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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