(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極厚の被溶接材の一方の面に摺動銅当金を、他方の面に固定式裏当材をそれぞれ当てて、その開先内に２本の溶接電極を板厚方向に並べて挿入してＣＯ２をシールドガスとして被溶接材を溶接する極厚鋼材の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法において、前記摺動銅当金側の溶接電極に、ワイヤ全量に対して質量％で、
金属弗化物をＦ換算で：０．１〜０．８％、
金属弗化物を含むスラグ生成剤：０．６６〜１％、
Ｃ  ：０．０３〜０．１２％、
Ｓｉ：０．２〜０．９％、
Ｍｎ：０．９〜２．８％、
Ｍｏ：０．１〜０．６％、
Ｔｉ：０．０２〜０．４％、
Ｂ  ：０．００２〜０．０１２％
を含有するフラックス入りワイヤを用い、前記固定式裏当材側の溶接電極に、ソリッドワイヤを用いることを特徴とする極厚鋼材の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法。
【請求項２】
前記摺動銅板側の溶接電極に用いるフラックス入りワイヤ中に、ワイヤ全量に対して質量％で、さらに、Ｎｉ：０．５〜４％を含有することを特徴とする請求項１に記載の極厚鋼材の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、極厚鋼の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法に係わり、さらに詳しくは、低温靱性が良好な溶接金属が得られるとともに、溶接作業性が良好である極厚鋼の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にエレクトロガスアーク溶接は、立向で板厚を一挙に溶接するため溶接能率が高いことから、軟鋼、４９０ＭＰａ級高張力鋼、６２０ＭＰａ級高張力鋼等を用いる船舶や石油備蓄タンク、橋梁等の製作に多用されている。また、最近では、大型コンテナ船のシャーストレーキ部およびハッチコーミング部や、橋梁の橋桁部等において、板厚が５０ｍｍ以上の厚鋼板が多用されている。
【０００３】
このような大型構造物の厚鋼板をエレクトロガスアーク溶接する場合、１電極による１パス溶接では溶接速度が極端に低下することと、通常の１コイル約２０ｋｇの巻き重量のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて長尺溶接を行う場合には、溶接ワイヤ量が足りないため溶接を一時中断して新しい溶接ワイヤに取り替えたり、その溶接の継ぎ目を補修しなければならない等の溶接効率を低下させるという問題があった。
【０００４】
これらの問題を解消し、溶接能率が向上できるエレクトロガスアーク溶接方法としては、例えば、特開平８−１８７５７９号公報等で開示されている開先内に２本の溶接電極を板厚方向に並べて挿入して、両電極を揺動しながら被溶接材を溶接する２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法およびその装置が提案されている。
【０００５】
特開平８−１８７５７９号公報等で知られている従来の２電極立向エレクトロガスアーク溶接では、被溶接材の表側に摺動銅当金を、裏側に固定式裏当材を用いるが、通常、両方の溶接電極ともフラックス入りワイヤを用いて溶接するため、特に固定式裏当材側の溶接電極のワイヤから生成されるスラグは、隣設する摺動銅板側の溶接電極のワイヤのアーク力によってせき止められて摺動銅板側から逃がすことができなくなる。このため、溶接プール上の溶融スラグは、摺動銅板側の溶接電極のワイヤと裏当材側の溶接電極のワイヤのそれぞれから発生したアーク間（溶接電極ワイヤ間スラグ）、および裏当材側の溶接電極のワイヤから発生したアークと固定式裏当材との間（固定式裏当材側スラグ）に溜まりやすくなる。
【０００６】
そして、これらの滞留したスラグ量が過剰になると、溶接中にスラグ跳ねが多発し、２本の溶接電極にスラグが付着し、その結果、ワイヤ送給が不安定になり、健全な溶接金属が得られなかったり、特に固定式裏当材側の溶接電極へのスラグ付着量が多くなると、開先との接触による溶接中断等の作業効率の低下が生じる。また、溶接プール上に溜まるスラグ量が多くなると、２本の溶接電極のワイヤから発生するアーク熱が溶接金属や開先面に十分に伝わらず、融合不良や裏波ビード外観の劣化が発生したり、溶接金属中の酸素量が極端に低下し焼き入れ性が過剰となり、溶接金属の強度の上昇や溶接金属の衝撃性能の低下等の問題が生ずる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み、厚鋼板を溶接する際に、良好な低温靱性および良好な溶接作業性が得られる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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、特に摺動銅板側の溶接電極用フラックス入りワイヤの成分組成を規定することにより溶接作業性および溶接金属の低温靱性を向上させることを特徴とし、その発明の要旨とするところは、以下の通りである。
【０００９】
（１）極厚の被溶接材の一方の面に摺動銅当金を、他方の面に固定式裏当材をそれぞれ当てて、その開先内に２本の溶接電極を板厚方向に並べて挿入してＣＯ２をシールドガスとして被溶接材を溶接する極厚鋼材の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法において、前記摺動銅当金側の溶接電極に、ワイヤ全量に対して質量％で、
金属弗化物をＦ換算で：０．１〜０．８％、
金属弗化物を含むスラグ生成剤：０．６６〜１％、
Ｃ  ：０．０３〜０．１２％、
Ｓｉ：０．２〜０．９％、
Ｍｎ：０．９〜２．８％、
Ｍｏ：０．１〜０．６％、
Ｔｉ：０．０２〜０．４％、
Ｂ  ：０．００２〜０．０１２％
を含有するフラックス入りワイヤを用い、前記固定式裏当材側の溶接電極に、ソリッドワイヤを用いることを特徴とする極厚鋼材の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法。
（２）前記摺動銅板側の溶接電極に用いるフラックス入りワイヤ中に、ワイヤ全量に対して質量％で、さらに、Ｎｉ：０．５〜４％を含有することを特徴とする（１）に記載の極厚鋼材の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
一般に２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法は、従来の１電極１パス溶接方法に比べて、溶接速度を飛躍的に速くすることができる。図１は２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法を説明する模式図であって、図中５、６はそれぞれの溶接電極のワイヤ、２は摺動銅当金、８は固定式裏当材、９は溶融池、１０は溶接金属である。固定式裏当材８としては耐火材粉末を固めた固形フラックスバッキング材の上にガラステープを１枚または数枚重ねたものが通常使用される。また、シールドガスはＣＯ2 で摺動銅当金にまたはこれに隣接して設けた図示しないノズルにより開先内に吹き込まれる。
【００１１】
本発明者らの実験等による検討の結果、従来の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法では、溶接時に主に溶接電極のワイヤから発生するスラグが溶融プール上に溜まり、摺動銅当金側スラグ１は、摺動銅当金２側からスラグ逃がし１１の溝を通じて逃がすことができるが、溶接電極ワイヤ間スラグ３や固定式裏当材側スラグ４は溜まりやすく、そのスラグによって以下のような問題が生ずることが判った。
【００１２】
（１）上記固定式裏当材側スラグ４は、主に固定式裏当材側電極ワイヤ６と固定式裏当材８から発生するが、そのスラグの滞留量が過剰になると、溶接時にスラグが跳ね上がり、特に、固定式裏当材側電極ワイヤ６にスラグが付着し、ワイヤ送給が不安定になり、健全な溶接金属が得られないばかりか、被溶接材の開先面と接触しやすくなり溶接が不可能となることがある。
（２）上記（１）の問題を解決するための手段として、固定式裏当材側の溶接電極として、フラックス入りワイヤに比べてスラグ生成量が非常に少ないソリッドワイヤを用い、摺動銅当金側の溶接電極として、既存の１電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いることにより、ある程度は改善できる。しかし実際の溶接施工では、開先加工精度のばらつきによりその断面積が常に一定ではなく、開先断面積が大きい方向へばらつくと、溶接時に溶融プール上に滞留するスラグが過剰となり、スラグ跳ねが発生する。
（３）また、スラグが過剰に溶融プール上に溜まると、溶融金属の脱酸作用が過剰に促進され、溶接金属が過剰な焼き入れ組織となり、健全な溶接金属特性が得られない。
【００１３】
本発明者らは、上記の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法を用いる場合の問題点を解決するために、溶接に用いる溶接電極のワイヤについて鋭意検討した。その結果、摺動銅当金側の溶接電極にスラグ生成剤および合金剤を規制したフラックス入りワイヤを用い、固定式裏当材側の溶接電極にソリッドワイヤを用いることにより、開先加工精度のばらつきにより開先断面積が増加した場合でも、安定して、良好な溶接作業性および良好な低温靱性を有する溶接金属が得られることが判った。
【００１４】
本発明の詳細について以下に説明する。
本発明は、被溶接材の一方の面に摺動銅当金を、他方の面に固定式裏当材をそれぞれ当てて、被溶接材で形成される開先内に２本の溶接電極を板厚方向に並べて挿入して極厚の被溶接材を溶接する２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法であり、摺動銅当金側の溶接電極に以下のスラグ生成剤および合金剤を規制したフラックス入りワイヤを用い、固定式裏当材側の溶接電極にソリッドワイヤを用いる。また、この場合、それぞれの溶接電極は、溶接時に揺動を行って開先壁への溶け込みの均一化を図っても良い。
【００１５】
本発明では、摺動銅板側の溶接電極のワイヤとして用いるフラックス入りワイヤの成分組成をワイヤ全量に対して質量％で、以下の通りに規定した。
金属弗化物：
金属弗化物は、溶接金属中の酸素量を効果的に低減するために有効であるが、０．１％未満の含有量ではその効果が充分発揮できず、良好な低温靱性が得られない。一方、その含有量が０．８％を超えると、極度に酸素量が低減し焼き入れ性が過剰となるため、溶接金属の強度の上昇や、それに伴う衝撃値の低下が発生し、また溶融スラグの融点が低下し溶接金属を保持できなくなりメタル垂れが生じる。したがって、本発明では、金属弗化物の含有量をＦ換算で０．１％〜０．８％とする。金属弗化物としてはＣａＦ2 、ＮａＦなどがある。
【００１６】
金属弗化物を含むスラグ生成剤：
本発明では、溶融プール中のスラグ量を決定する金属弗化物を含むスラグ生成剤の含有量を０．６６〜１％と規定する。０．６６％未満になるとスラグのホールド性が劣化し、メタル垂れが発生する。また１％を越えると溶融プール中のスラグ発生量が過剰になり、スラグ跳ねを引き起こす。スラグ生成剤の成分としてはＳｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｎａ2 Ｏなどがある。
【００１７】
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの元素は、主に溶融金属の脱酸剤として作用する成分であり、以下のようにその含有量を規定する。
Ｃ：
溶接電極のワイヤ中のＣ含有量が０．０３％未満では脱酸不足となり、溶接金属中に非金属介在物が残留し、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｃ含有量が０．１２％を越える場合には、溶接金属の強度が過大となるうえに、凝固割れが発生しやすくなる。したがって、Ｃ含有量を０．０３〜０．１２％とした。
【００１８】
Ｓｉ：
溶接電極のワイヤ中のＳｉ含有量が０．２％未満では脱酸不足となり、溶接金属中に非金属介在物が残留し、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｓｉ含有量が０．９％を越える場合には、溶接金属の強度が過大となるとともに、スパッタの発生が多くなる等、溶接作業性が劣化する。したがって、 Ｓｉ含有量を０．２ 〜０．９％とした。
【００１９】
Ｍｎ：
Ｍｎは、Ｃ、Ｓｉと同様に脱酸剤として作用するとともに、Ｓｉとのバランスによりスラグの流動性に影響を与える。Ｍｎ含有量が０．９％未満では、脱酸不足となり、溶接金属中に非金属介在物が残留し、溶接金属の靱性が劣化するとともに、スラグの流動性が劣化しスラグ跳ねが発生する。一方、Ｍｎ含有量が２．８％を越える場合には、溶接強度が過大となり、良好な低温靱性が得られない。したがって、 Ｍｎ含有量を０．９〜２．８％とした。
【００２０】
Ｍｏ：
Ｍｏは、溶接金属の焼き入れ性を高める効果があり、エレクトロガスアーク溶接のような大入熱溶接において、溶接金属の強度を確保するために添加する。ワイヤ中のＭｏ含有量が０．１％未満では、そのような効果が得られず、逆に０．６％を越えて添加すると溶接金属の強度が過大となるとともに、炭化物の析出による靱性劣化を引き起こす。したがって、 Ｍｏ含有量を０．１〜０．６％とし た。
【００２１】
Ｔｉ：
Ｔｉは、強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属組織におけるフェライトの生成核を形成し、結晶粒微細化の効果を示す。ワイヤ中のＴｉ含有量が０．０２％未満では、結晶粒微細化による靱性向上効果が認められず、また逆にその含有量が０．４％を越えると、溶着金属の強度が過大となり靱性が劣化する。したがって、Ｔｉ含有量を０．０２〜０．４％とした。
【００２２】
Ｂ：
Ｂは初析フェライトを微細化するとともに、２電極エレクトロガスアーク溶接金属において、特に最終凝固部に形成される粒状晶部の靱性向上に作用する。ワイヤ中のＢ含有量が０．００２％未満では、結晶粒微細化および靱性向上効果が得られず、その含有量が０．０１２％を越えると溶接割れが発生しやすくなる。したがって、Ｂ含有量の範囲を０．００２〜０．０１２とした。
【００２３】
以上が本発明の基本成分であるが、Ｎｉを０．５〜４％の範囲で添加することによって、固溶強化により低温域まで安定した靱性の得られる溶接継手とすることが可能であるため、本発明では特に大入熱溶接において、良好な低温靱性確保が必要な場合などにＮｉを０．５〜４％の範囲で添加する。Ｎｉ含有量が０．５％以下では固溶強化の効果が得られず、またその含有量が４％越えると溶接割れが発生する。
【００２４】
【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に示す成分の異なるフラックス入りワイヤＮｏ．１〜１４を試作し、これらのワイヤを摺動銅当金側の溶接電極に用い、表２および３に示す開先形状および溶接条件にて、表４に示す成分および板厚の鋼板をそれぞれ１パスでの２電極立向エレクトロガスアーク溶接を行った。その際の固定式裏当材側の溶接電極に用いるソリッドワイヤはＪＩＳ  Ｚ  ３３２５  ＹＧＬ１−４Ｇ該当ワイヤを使用した。その試験結果として、表５に試験Ｎｏ．１からＮｏ．１４の条件で溶接した際の溶接作業性および溶接金属の機械的性質の評価結果を示した。なお、溶接金属の機械的性質については、溶接金属の強度：５６０〜６６０ＭＰａ、−４０℃での衝撃値が５０Ｊ以上を合格とした。
【００２５】
【表１】
0004697693.tif 000002
【００２６】
【表２】
0004697693.tif 000003
【００２７】
【表３】
0004697693.tif 000004
【００２８】
【表４】
0004697693.tif 000005
【００２９】
【表５】
0004697693.tif 000006
【００３０】
表５の本発明例であるＮｏ．１〜３は、いずれも良好な溶接作業性および溶接金属の機械的性質が得られた。
【００３１】
比較例であるＮｏ．４はＣが低くまたＭｏも低く、焼き入れ性が不足し、溶接金属強度および衝撃値が低下した。
比較例であるＮｏ．５はスラグ生成剤が少ないため、溶接中にメタル垂れが発生し、ビード外観が劣化した。またＳｉが高いため溶接金属の強度が上昇し、金属弗化物のＦ換算量が低いため溶接金属中の酸素量が高くなり、溶接金属の衝撃値が低くなった。
比較例であるＮｏ．６は、Ｍｎが高いため、溶接金属の強度の上昇を招き、Ｂが低いため、組織の微細化が図れず溶接金属の衝撃性能が劣化した。
【００３２】
比較例であるＮｏ．７は、Ｔｉが高いため溶接金属の強度が高くなり、溶接金属の衝撃性能が劣化した。
比較例であるＮｏ．８は、スラグ生成剤が多いためスラグ跳ねが、特にギャップ１５ｍｍで多発した。またＣが高いため溶接後割れが発生し、溶接金属の機械的性質を測定できなかった。
比較例であるＮｏ．９は、Ｍｎが低いためスラグの流動性が劣化し、スラグ跳ねが発生した。またＢが高いため、溶接後割れが発生したので溶接金属の機械的性質を測定できなかった。
【００３３】
比較例であるＮｏ．１０は、Ｍｏが高いため溶接金属の強度が上昇し、靱性が劣化した。
比較例であるＮｏ．１１は、金属弗化物のＦ換算量が多いため、メタル垂れが発生しビード外観の劣化、および溶接金属中の酸素量が極端に低下し、焼き入れ過剰となり、溶接金属の強度の上昇、溶接金属の衝撃値が劣化した。
比較例であるＮｏ．１２は、スラグ生成剤が多く、スラグ跳ねが多発した。またＮｉが高いため、溶接後割れが発生したため、溶接金属の機械的性質を測定できなかった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば極厚の鋼板の２電極立向エレクトロガスアーク溶接において、特定の成分のフラックス入りワイヤを摺動銅当金側に、ソリッドワイヤを固定式裏当材側に使用した２電極としたので、良好な溶接作業性と良好な溶接金属の機械的性質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ワイヤを用いる溶接方法の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１    摺動銅当金側スラグ
２    摺動銅当金
３    溶接電極ワイヤ間スラグ
４    固定式裏当材側スラグ
５    摺動銅当金側溶接電極ワイヤ
６    裏当材側溶接電極ワイヤ
８    固定式裏当材
９    溶融池
１０  溶接金属
１１  スラグ逃がし
【図１】
0004697693.tif 000007