(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板からの造管により形成される２つの鋼板幅方向端部を突き合わせてなる開先部を、その長手方向に配置された少なくとも２本以上の電極を用いて鋼管内面側からアーク溶接を行う、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法において、被溶接材である鋼板の板厚が９．０ｍｍ以上であり、少なくとも前記開先部裏面を包含する溶接部裏面の溶接方向全長に亘って、電気抵抗（ρ１）が下記（１）式を満たした導電部材を当接し、該導電部材にアースケーブルを接続して溶接することを特徴とする、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法。
ρ０／ρ１≧５．０                                            ・  ・  ・（１）
但し、ρ０：被溶接材である鋼板の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρ１：導電部材の電気抵抗（Ω・ｍ）を示す。
【請求項２】
鋼板からの造管により形成される２つの鋼板幅方向端部を突き合わせてなる開先部を、その長手方向に配置された少なくとも２本以上の電極を用いて鋼管内面側からアーク溶接を行う、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法において、被溶接材である鋼板の板厚が９．０ｍｍ以上であり、少なくとも前記開先部裏側を包含する溶接部裏面の溶接方向全長に亘って、溶接線方向に複数に分割され、かつ電気抵抗（ρ１）が下記（１）式を満たした導電部材を当接し、各導電部材に溶接電源とスイッチを介して接続されたアースケーブルを接続し、第１溶接トーチが導電部材の溶接開始側端部の位置に到達した時点で当該導電部材に接続されたアースケーブルのスイッチを接続させ、最終溶接トーチが導電部材の溶接終了側端部の位置を通過後に当該導電部材に接続されたアースケーブルのスイッチを切断しながら溶接することを特徴とする、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法。
ρ０／ρ１≧５．０                                            ・  ・  ・（１）
但し、ρ０：被溶接材である鋼板の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρ１：導電部材の電気抵抗（Ａ・ｍ）を示す。
【請求項３】
前記導電部材は板厚方向で電気抵抗の異なる複数の導電材料からなり、該導電部材の最下位の導電材料にアースケーブルを接続し、被溶接材である鋼板の板厚（ｔ０）が９．０ｍｍ以上の場合には、各導電材料の電気抵抗（ρｉ）が下記（２）式を満たし、前記鋼板の板厚（ｔ０）が９．０ｍｍ未満の場合には、各導電材料の電気抵抗（ρｉ）が下記（２）式を満たすと共に、各導電材料の板厚（ｔｉ）が下記（３）式を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載の鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法。
５．０≦ρ０／ρｉ＜ρ０／ρ（ｉ＋１）
（ｉ＝１、２…ｎ−１）                                      ・  ・  ・（２）
ｔ０＋Σｔｉ≧９．０                                          ・  ・  ・（３）
（ｉ＝１、２…ｎ−１）
但し、ρ０：被溶接材である鋼板の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρｉ：導電部材の板厚方向に被溶接材側から数えてｉ番目の導電材料の電気抵抗（Ω・ｍ）、ｔ０：被溶接材である鋼板の板厚（ｍｍ）、ｔｉ：導電部材の板厚方向に被溶接材側から数えてｉ番目の導電材料の板厚（ｍｍ）、ｎ：導電部材を構成する導電材料の個数を示す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電縫鋼管製造時のシーム溶接や鋼構造物の製作時などで特に比較的長い溶接長の溶接を高速で行う場合に用いられる、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法に関し、溶接時の溶接アークの偏向を抑制して、溶接ビード形状の不良や溶接欠陥がない良好な溶接部が得られる、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アーク溶接法は、交流または直流の溶接電源に接続された電極と被溶接材との間でアークを発生させ、その発熱により溶接ワイヤおよび被溶接材の一部を溶融させることにより溶接する方法である。従来、アーク溶接方法を行う際に、被溶接材のアース接続位置が不適当であると、溶接電流によって作られる磁界や被溶接材を流れるアース電流によって作られる磁界が変動し、これらの磁界と溶接電流との電磁作用によって溶接時に溶接アークがローレンツ力（電磁力）の負荷方向に偏向（この現象を一般に磁気吹きと称する）し、スパッタの発生に起因するビード形状不良等の溶接欠陥が生じることが多かった。
【０００３】
磁気吹き現象の一例として、図１に、被溶接材のアース接続位置が不適当な場合の１電極アーク溶接の模式図を示す。
【０００４】
被溶接材７の開先部から上方に所定寸法を隔てて溶接トーチ４および電極（溶接ワイヤ）５を配置し、被溶接材７の溶接終了側端部にアースケーブル２を取り付け、前記電極（溶接ワイヤ）５およびアースケーブル２を溶接電源１のプラス側およびマイナス側のそれぞれに接続し、パワーケーブル３から電圧を印加することにより電極（溶接ワイヤ）５と被溶接材７の開先部との間に溶接アーク６を発生させながら溶接トーチ４および電極（溶接ワイヤ）５を溶接方向１６に進行させて溶接を行う。このとき、電極（溶接ワイヤ）５および電極（溶接ワイヤ）５の溶接アーク６中を流れる溶接電流８により被溶接材７の面に平行な右回りの誘導磁界９が発生し、溶接アーク点１０から被溶接材７のアース点１１までを被溶接材７の面に平行な方向に流れるアース電流１２により被溶接材７の面に垂直な右回りの誘導磁界１３が発生する。その結果、溶接アーク６のアース点１１側近傍の磁界密度がその反対側に比べて高くなり、この磁界と溶接アーク６中を流れるアーク電流１４との電磁作用によりアース点１１側からその反対側に向かうローレンツ力（電磁力）１５が発生し、これと同じ方向に溶接アーク６が偏向される（一般に磁気吹き現象という）。
【０００５】
この磁気吹き現象によるアーク溶接時の溶接アークの偏向は、溶接方向とは無関係に、溶接の進行に伴って生じる被溶接材中を流れるアース電流の向きによって生じ、特に、複数の電極を溶接方向に並べて高速溶接を行う多電極アーク溶接方法においてより顕著に発生する。このように溶接アークが不安定なることにより、スパッタの発生やビード形状不良などの溶接欠陥が発生しやすい。
【０００６】
多電極アーク溶接における磁気吹き現象として、図２に、被溶接材の溶接終了側端部にアースケーブル２を接続し、アース電流（溶接アーク点１０から被溶接材７のアース点１１の間を流れる電流）１２を溶接方向１６と同じ方向（アース点１１側に向かう方向）に流しながら溶接した場合の、また、図５に、図２と逆の被溶接材の溶接開始側端部にアースケーブル２を接続し、アース電流１２を溶接方向１６と反対の方向に流しながら溶接する場合の、それぞれの溶接時の溶接線を含む垂直断面図を示す。また、図３および図４には、図２のＡ−Ａ’断面で見た溶接時の溶融金属２１および溶接後の溶接ビード３６の断面図をそれぞれ示し、図６には、図５のＢ−Ｂ’断面で見た溶接時の溶融金属２１の断面図をそれぞれ示した。
【０００７】
多電極アーク溶接においては、複数に電極を用いて溶接をするため、各電極（１７、１８、１９、２０）の溶接アーク点１０のアース点１１側近傍には当該電極のアース電流１２により生じる誘導磁界１３の他に、アース点１１側と反対側に隣接する他の電極のアース電流１２により生じる磁界１３が付加的に作用することが、単電極アーク溶接の場合と条件が大きく異なる。
【０００８】
図２に示す被溶接材の溶接終了側端部にアースケーブル２を接続し、アース電流（溶接アーク点１０から被溶接材のアース点１１の間を流れる電流）１２と溶接方向１６を同じ方向にして溶接する多電極アーク溶接の場合は、各電極１７、１８、１９、２０の溶接アーク点１０のアース点１１側近傍、つまり溶接方向１６側近傍に当該電極のアース電流１２により生じた誘導磁界１３が作用するが、この場合は、各電極のアース電流１２が溶接方向１６に流れているため、前方に位置する電極程、当該電極の後方に位置する他の電極のアース電流１２により生じた誘導磁界１３が加算されるため、この場合は、第１電極１７の溶接アーク点１０のアース点１１側近傍、つまり溶接方向１６側近傍が最も磁界密度が高くなり、この磁界とアーク電流（溶接アーク６中を流れる電流）１４との電磁作用によって、アース点１１側からその反対側、つまり溶接方向１６と反対方向に最も大きなローレンツ力１５が生じ、これと同方向に溶接アーク６も大きく偏向される。
【０００９】
一方、図２とは反対に被溶接材７の溶接開始側端部にアースケーブル２を接続し、アース電流（溶接アーク点１０から被溶接材のアース点１１の間を流れる電流）１２と溶接方向１６とを反対方向にして溶接する多電極アーク溶接の場合は、各電極のアース電流１２が溶接方向１６と反対の方向に流れているため、図２とは反対に、後方に位置する電極程、当該電極の前方に位置する他の電極のアース電流１２により生じた誘導磁界１３が加算されるため、第４電極２０の溶接アーク点１０のアース点１１側近傍、つまり溶接方向１６と反対側の近傍が最も磁界密度が高くなり、この磁界とアーク電流１４との電磁作用によって、アース点１１側からその反対側、つまり溶接方向１６に最も大きなローレンツ力１５が生じ、これと同方向に溶接アーク６も大きく偏向される。
【００１０】
以上のように多電極アーク溶接においては、単電極アーク溶接の場合に比べて、被溶接材のアース点１１側に最も近い位置の電極（図２の場合は第１電極１７、図５の場合は、第４電極２０）の溶接アーク点１０のアース点１１側近傍（図２の場合は溶接方向側、図５の場合は、溶接方向と反対側）に最も大きな磁界が生じ、アース点１１側からその反対側に向かう方向に（図２の場合は溶接方向１６と反対の方向、図５の場合は、溶接方向１６）に最も大きなローレンツ力１５が働き、それと同方向に溶接アーク６が大きく偏向する。その結果、特に溶接アーク６の偏向が最も大きくなる電極とそれに隣接する電極間（図２の場合は第１電極と第２電極間、図５の場合は、第３電極と第４電極間）では、溶融金属２１のスパッタリングの発生が顕著となり、ビード形状不良などの溶接欠陥が発生しやすくなる。
【００１１】
発明者らの実験によれば、図２に示した被溶接材７の溶接終了側端部にアース点１１を設け、アース電流１２と溶接方向１６の方向を同方向として溶接する場合は、図５に示した被溶接材７の溶接開始側端部にアース点１１を設け、アース電流１２と溶接方向１６を反対方向として溶接する場合に比べて、溶融金属２１のスパッタの発生が多くなることを確認している。
【００１２】
これは、前者の溶接方法では、先頭の第１電極１７の溶接アーク点１０を溶接方向とは反対の方向に大きく偏向させる大きなローレンツ力１５が隣接する第２電極１８の方向に生じるが、第１電極１７と第２電極１８の間の溶融金属２１は、主に第１電極１７のアーク熱により生成した溶融金属２１であり、その生成量が少ないため、図３に示すように溶融金属２１の断面積はローレンツ力１５が働く溶融金属の断面積２２に比べて大きくないため、被溶接材７の開先２３の底部に存在する少量の溶融金属にローレンツ力１５が働いた場合は、隣接する第２電極１１のアーク力により堰き止められて行き所がなくなった結果、容易に上方に押し出される、つまりスパッタリングが発生する。その結果、前者の溶接方法では、溶接後に図４に示すように開先２３内の溶接金属部が大幅に欠損したような溶接ビード３６の形状不良が生じやすくなる。
【００１３】
一方、後者の溶接方法では、最終の第４電極２０の溶接アーク点１０を溶接方向に大きく偏向させる大きなローレンツ力１５が隣接する第３電極１９の方向に生じるが、第３電極１９と第４電極２０の間の溶融金属は、第１電極１７から第３電極１９のアーク熱により生成した溶融金属であり、その生成量が多いため、図６に示すように開先２３内に形成される溶融金属２１の断面積はローレンツ力１５が働く溶融金属の断面積２２に比べて非常に大きいため、この溶融金属にローレンツ力１５が働いた場合には、溶接金属の表層部の流れを乱すものの溶融金属が上方に押し出される、つまりスパッタリングが発生する割合は比較的少ない。
【００１４】
このような多電極アーク溶接時のアークの偏向に起因する溶接金属のスパッタリングは、特に長尺の被溶接材を溶接する場合に、溶接トーチや溶接部近傍にスパッタが付着し、トーチの破損、シールドガス流の阻害によるブローホール欠陥の発生、またはスパッタリングによるビード形状不良などの問題を生じる。
【００１５】
上記のアーク溶接時の問題を解決する方法として、特開昭５４−１５５１４７号公報には、被溶接材表面にアース接点を設け、溶接点との相対位置が一定になるように電極の移動に応じて摺動させることによりアース位置の変動によるアークの偏向を抑制する方法が開示され、特開昭５７−１９９５６９号公報には、溶接点に対応する被溶接材裏面にアース接点およびこのアース電流を利用してなる電磁石を配置し、これらを電極の移動に応じて摺動させることによりアース位置の変動によるアークの偏向を抑制すると共に溶接アーク点で発生するプラズマ気流に起因する溶融金属の後方対流を抑制する方法が開示されている。
【００１６】
また特開昭５６−１１４５８１号公報および特開昭５６−１１７８８２号公報には、鋼管シーム部を内面側からアーク溶接する方法において、電源を溶接開始側または溶接終了側に配置し溶接の進行に従ってアースケーブルを伸展させながら溶接する場合に、アースケーブルを鋼管の溶接開始側シーム端部に接続し、アースケーブルおよびパワーケーブルのそれぞれを流れる電流の方向を互いに逆向きとすることにより、パワーケーブルを流れる電流により生じる磁界の発生に起因するアークの偏向を抑制する方法が開示されている。
【００１７】
しかしながら、これらの方法は、何れも１本の溶接電極を用いる単電極アーク溶接方法におけるアーク偏向（磁気吹き現象）を抑制する方法であり、アーク偏向（磁気吹き現象）が顕著となる多電極アーク溶接に適用できる技術ではない。
【００１８】
多電極アーク溶接時のアーク偏向（磁気吹き現象）を抑制する技術としては、特開平３−９０２８１号公報に記載の技術がある。すなわち、同文献には、複数の各電極の溶接アーク点に対応する被溶接材位置にアース接点をそれぞれ配置し、各電極の移動に従ってアース接点を移動させながら溶接する多電極アーク溶接方法において、各電極と対をなすアース接点をその他の電極のアース接点となるようにそれぞれのパワーケーブルおよびアースケーブルを電源に接続することにより、各電極のアーク電流（電極と被溶接材間に流れる電流）の周りに生じる磁界に起因する各電極に向かう方向に生じるアークの偏向を抑制する方法が開示されている。
【００１９】
しかしながら、この技術は、電極の移動、あるいは鋼管の移動に伴って、アース接点を摺動させるための特殊設備が必要であり、費用的に高価であり、かつ設備のスペース上の制約を受けるという問題がある。また、この方法は、前述した多電極アーク溶接における当該電極のアース電流により生じる磁界の他に、他の電極のアース電流により生じる磁界が作用することにより大きくなるローレンツ力に起因する電極アークの偏向を抑制するための方法ではない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
多電極アーク溶接方法は、電縫鋼管製造時のシーム溶接や鋼構造物の製作時などの比較的溶接長が長い溶接において溶接効率を向上でき、鋼管や鋼構造物の生産性や工期短縮、製造コストや労務費の低減などの点で有利性があるため、多電極アーク溶接時のアーク偏向に起因するスパッタの発生やビード形状不良などの溶接欠陥の発生を防止できる技術に対する社会的ニーズは大きい。
【００２１】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みて、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接において、アークの偏向を抑制しスパッタを低減することにより、ビード形状不良や溶接欠陥などを防止できる、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【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、その要旨とするところは、以下の通りである。
【００２３】
（１）  鋼板からの造管により形成される２つの鋼板幅方向端部を突き合わせてなる開先部を、その長手方向に配置された少なくとも２本以上の電極を用いて鋼管内面側からアーク溶接を行う、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法において、被溶接材である鋼板の板厚が９．０ｍｍ以上であり、少なくとも前記開先部裏面を包含する溶接部裏面の溶接方向全長に亘って、電気抵抗（ρ１）が下記（１）式を満たした導電部材を当接し、該導電部材にアースケーブルを接続して溶接することを特徴とする、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法。
ρ０／ρ１≧５．０                                            ・  ・  ・（１）
但し、ρ０：被溶接材である鋼板の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρ１：導電部材の電気抵抗（Ω・ｍ）を示す。
【００２４】
（２）  鋼板からの造管により形成される２つの鋼板幅方向端部を突き合わせてなる開先部を、その長手方向に配置された少なくとも２本以上の電極を用いて鋼管内面側からアーク溶接を行う、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法において、被溶接材である鋼板の板厚が９．０ｍｍ以上であり、少なくとも前記開先部裏側を包含する溶接部裏面の溶接方向全長に亘って、溶接線方向に複数に分割され、かつ電気抵抗（ρ１）が下記（１）式を満たした導電部材を当接し、各導電部材に溶接電源とスイッチを介して接続されたアースケーブルを接続し、第１溶接トーチが導電部材の溶接開始側端部の位置に到達した時点で当該導電部材に接続されたアースケーブルのスイッチを接続させ、最終溶接トーチが導電部材の溶接終了側端部の位置を通過後に当該導電部材に接続されたアースケーブルのスイッチを切断しながら溶接することを特徴とする、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法。
ρ０／ρ１≧５．０                                            ・  ・  ・（１）
但し、ρ０：被溶接材である鋼板の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρ１：導電部材の電気抵抗（Ａ・ｍ）を示す。
【００２５】
（３）  前記導電部材は板厚方向で電気抵抗の異なる複数の導電材料からなり、該導電部材の最下位の導電材料にアースケーブルを接続し、被溶接材である鋼板の板厚（ｔ０）が９．０ｍｍ以上の場合には、各導電材料の電気抵抗（ρｉ）が下記（２）式を満たし、前記鋼板の板厚（ｔ０）が９．０ｍｍ未満の場合には、各導電材料の電気抵抗（ρｉ）が下記（２）式を満たすと共に、各導電材料の板厚（ｔｉ）が下記（３）式を満たすことを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法。
５．０≦ρ０／ρｉ＜ρ０／ρ（ｉ＋１）
（ｉ＝１、２…ｎ−１）                                      ・  ・  ・（２）
ｔ０＋Σｔｉ≧９．０
（ｉ＝１、２…ｎ−１）                                      ・  ・  ・（３）
但し、ρ０：被溶接材である鋼板の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρｉ：導電部材の板厚方向に被溶接材側から数えてｉ番目の導電材料の電気抵抗（Ω・ｍ）、ｔ０：被溶接材である鋼板の板厚（ｍｍ）、ｔｉ：導電部材の板厚方向に被溶接材側から数えてｉ番目の導電材料の板厚（ｍｍ）、ｎ：導電部材を構成する導電材料の個数を示す。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の詳細について説明する。
【００２７】
前述の通り、従来の多電極アーク溶接においては、アースケーブルを被溶接材に直接接続していたために各電極の溶接アーク点からアースケーブルの接続位置であるアース点までの被溶接材中をアース電流がほぼ水平に流れ、各電極のアース電流の相互作用によりアース点に最も近い側に位置する電極から発生した溶接アーク点の特にアース点側近傍で最も大きな誘導磁界が生じ、この磁界と溶接アーク中を流れるアーク電流との電磁作用によりアース点側と逆の方向に最も大きなローレンツ力が働き、これと同方向にアークが偏向する。その結果、特にアークの偏向が大きくなる電極とそれに隣接する電極間で、溶融金属のスパッタリング発生が顕著となりビード形状不良などの溶接欠陥が発生しやすくなるという問題が生じていた。
【００２８】
本発明者らは、多電極アーク溶接において、特に顕著な問題となるアース電流による誘導磁界とアーク電流との電磁相互作用により生じたローレンツ力（電磁力）を低減するために有効な方法を鋭意検討した。
【００２９】
その結果、第１の知見として、被溶接材の裏面に少なくともその開先底部を覆うように所定電気抵抗の導電部材を当接し、溶接時のアース点を導電部材に設けることにより、溶接アーク点直下のアース電流の方向を垂直方向に近づかせることができ、各電極の溶接アーク点のアース点側近傍の磁界発生を抑制でき、これとアーク電流との電磁作用で発生するアース点側からその反対側に向かう方向に生じるローレンツ力およびこれと同方向に生じるアーク偏向を低減することができることが判った。
【００３０】
また、第２の知見として、導電部材を溶接線方向に複数に分割して配置すると共に、各導電部材と溶接電源のアース側とをスイッチを介してアースケーブルで接続し、溶接時に電極の溶接アーク点直下に位置する導電部材に対応するスイッチを入れ、その他の導電部材に対応するスイッチを切断するようにアースケーブルのスイッチングを行うことにより、被溶接材の溶接線方向で局所的に生じている変形および表面の局所的な汚れに起因して生じる局所的な被溶接材と導電部材間の導電不良を低減でき、上記導電部材の利用によるアーク偏向低減効果をより安定して得られることが判った。
【００３１】
さらに、第３の知見として、上記の第１の知見または第２の知見の方法で使用する導電部材を板厚及び電気抵抗が異なる複数の導電材料で構成し、各導電材料の電気抵抗が板厚方向に被溶接材側から小さくなるようにし、被溶接材の板厚が薄い場合には、さらに最下層の導電材料より上に位置する各導電材料の全板厚が所定厚になるように調整し、かつ最下層の導電材料にアースケーブルを接続して溶接することにより、上記導電体の利用によるアーク偏向の低減効果をさらに向上でき、板厚が比較的薄い被溶接材を多電極アーク溶接する場合にも優れた品質の溶接部を得ることができることが判った。
【００３２】
本発明は、上記新規の知見に基づいてなされたものであり、大きく分けると３つの実施形態からなる。
【００３３】
以下に本発明の実施形態およびその条件の限定理由について説明する。
【００３４】
本発明の第１の実施形態は、特許請求の範囲の請求項１に記載の通り、
（１）  鋼板からの造管により形成される２つの鋼板幅方向端部を突き合わせてなる開先部を、その長手方向に配置された少なくとも２本以上の電極を用いて鋼管内面側からアーク溶接を行う、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法において、被溶接材である鋼板の板厚が９．０ｍｍ以上であり、少なくとも前記開先部裏面を包含する溶接部裏面の溶接方向全長に亘って、電気抵抗（ρ１）が下記（１）式を満たした導電部材を当接し、該導電部材にアースケーブルを接続して溶接することを特徴とする、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法。
ρ０／ρ１≧５．０                                            ・  ・  ・（１）
但し、ρ０：被溶接材である鋼板の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρ１：導電部材の電気抵抗（Ω・ｍ）を示す。
【００３５】
図８に本発明の第１の実施形態の一例である溶接装置、図９にその溶接時の溶接線を含む垂直断面から見た断面図、図１０にその溶接後の溶接ビード部の溶接線と直交する垂直断面から見た断面図をそれぞれ示す。
【００３６】
少なくとも被溶接材７の開先部裏側を覆うように、被溶接材７裏面全長に亘って導電部材２４を当接し、第１電極１７、第２電極１８、第３電極１９および第４電極２０からなる溶接トーチ２５を各電極が被溶接材７の開先部から上方に所定間隔を隔て、かつ各電極１７〜２０が順次溶接方向１６に並列するように配置し、各電極１７〜２０はパワーケーブル３により各溶接電源１の＋側に接続し、導電部材２４の溶接開始側端部をアースケーブル２により各溶接電源１の−側に接続する。被溶接材７の開先部の溶接は、溶接電源１により溶接トーチ２５の各電極１７〜２０と被溶接材７との間に所定電圧を印可して溶接アーク６を発生させると共に溶接トーチ２５の各電極１７〜２０を同時に溶接ブーム２６により溶接方向１６に移動させることにより、各電極１７〜２０のアーク発熱により各電極１７〜２０のワイヤと被溶接材７開先部の一部を溶融させて溶融金属２１を生成させ、この溶融金属２１を被溶接材７開先部に充填し、凝固させることにより溶接ビードを形成して溶接が行われる。
【００３７】
アーク溶接時には、各電極１７〜２０から被溶接材７開先部の間で生じる溶接アーク６中を流れるアーク電流１４が発生し、この溶接アーク６を介して被溶接材７の溶接アーク点（溶接アーク６の照射領域）１０から導電部材２４の溶接開始側端部のアース点１１（アースケーブル２の接続位置）の間を流れるアース電流１２が発生する。この際、被溶接材７の開先部の裏側には被溶接材７に比べて電気抵抗の非常に小さい導電部材２４が当接されているため、各電極１７〜２０の溶接アーク６を介して、アース電流１２は、溶接アーク点１０直下の被溶接材７を通じて導電部材２４の方向に垂直に流れようとし、従来のように被溶接材７に直接アース点１１を設ける場合に比べて溶接アーク点直下のアース電流１２の方向は、垂直方向に近づくようになる。
【００３８】
その結果、水平方向に流れるアース電流１２に起因して溶接アーク点の溶接アーク点側付近で発生する誘導磁界１３は低下し、この誘導磁界１３とアーク電流との電磁作用により発生するアース点１０側からその反対側に向かう方向に働くローレンツ力１５およびそれによるアーク偏向も抑制され、各電極１７〜２０間における溶融金属２１のスパッタリングの発生は低減され、それに伴う溶接部の溶接ビード形状不良などの溶接欠陥の発性を低減でき図１０に示すような良好な溶接ビード３６を得ることが可能になる。
【００３９】
本発明において、アーク偏向による溶融金属のスパッタリングの抑制およびそれに起因する溶接欠陥の低減効果を充分に得るためには、被溶接材の板厚ｔ０および被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）を最適に設定する必要がある。
【００４０】
図１１に被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）と溶接後の溶接ビード形状の欠陥発生率との関係を示す。
【００４１】
ここで、溶接ビード形状の欠陥発生率は、全溶接ビード長に対する溶接ビード形状の欠陥長さの比率と定義し、ｎ数＝２０回の溶接結果の平均値をとったものである。また、溶接ビード形状の欠陥の判定は、溶接後の溶接部の厚みが、被溶接材の板厚よりも小さい場合に溶接ビード形状の欠陥と判定した。
【００４２】
被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）が５．０未満になると、アース電流が導電部材を通らずに被溶接材を通過するようになるため、各電極の溶接アーク点直下のアース電流を垂直方向に流すことによる上記アーク偏向の低減効果は充分に得られなくなり、その結果、溶接ビード形状の欠陥が発生する。
【００４３】
従って、本発明では、各電極の溶接アーク点直下のアース電流を被溶接材からその下の導電部材の方向に垂直に近い方向に流れるようにすることで、水平方向に流れるアース電流に起因して発生する溶接アークのアース点側付近で発生する誘導磁界を抑制し、これとアーク電流との電磁作用で生じるローレンツ力およびアーク偏向を低減することにより溶接ビード形状の欠陥を充分に低減させるために、被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）を５．０以上に規定する。
【００４４】
図１２には、被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）が５．０の場合の被溶接材の板厚ｔ０と溶接後の溶接ビード形状の欠陥発生率との関係を示す。
【００４５】
上記のように被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）を５．０以上とすることにより、各電極の溶接アーク点から被溶接材を通って導電部材に到達するまでのアース電流は垂直に近い方向に流れるが、導電部材からそのアース点までは水平方向に流れるため、被溶接材の板厚ｔ０が薄くなるほど、この水平方向に流れるアース電流により溶接アークのアース点側付近に生じる誘導磁界の影響が大きくなる。具体的には、被溶接材の板厚ｔ０が９．０ｍｍ未満の場合には、この誘導磁界とアーク電流との電磁作用によるローレンツ力およびアーク偏向が大きくなり、溶接ビード形状の欠陥が発生するようになる。
【００４６】
従って、本発明では、各電極の溶接アーク点直下のアース電流の方向を垂直に近い方向にすると共に、導電部材中をアース点まで水平方向に流れるアース電流によって溶接アークのアース点側付近に生じる誘導磁界を低減し、それによりローレンツ力およびアーク偏向を充分に低減するために、被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）を５．０以上とすると共に、被溶接材の板厚ｔ０を９．０ｍｍ以上とする。
【００４７】
本発明の第２の実施形態は、特許請求の範囲の請求項２に記載の通り、
（２）  鋼管からの造管により形成される２つの鋼板幅方向端部を突き合わせてなる開先部を、その長手方向に配置された少なくとも２本以上の電極を用いて鋼管内面側からアーク溶接を行う、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法において、被溶接材である鋼板の板厚が９．０ｍｍ以上であり、少なくとも前記開先部裏側を包含する溶接部裏面の溶接方向全長に亘って、溶接線方向に複数に分割され、かつ電気抵抗（ρ１）が下記（１）式を満たした導電部材を当接し、各導電部材に溶接電源とスイッチを介して接続されたアースケーブルを接続し、第１溶接トーチが導電部材の溶接開始側端部の位置に到達した時点で当該導電部材に接続されたアースケーブルのスイッチを接続させ、最終溶接トーチが導電部材の溶接終了側端部の位置を通過後に当該導電部材に接続されたアースケーブルのスイッチを切断しながら溶接することを特徴とする、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接方法。
ρ０／ρ１≧５．０                                            ・  ・  ・（１）
但し、ρ０：被溶接材である鋼管の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρ１：導電部材の電気抵抗（Ａ・ｍ）を示す。
【００４８】
図１３に本発明の第２の実施形態である導電部材として溶接線方向に複数に分割された導電部材を用いた場合の溶接装置、図１４にその溶接時の溶接線を含む垂直断面から見た断面図をそれぞれ示す。
【００４９】
比較的長手方向の寸法が長い長尺の被溶接材の開先部裏側に導電部材を当接してアーク溶接する場合には、図１５に示すように溶接線方向における局所的な被溶接材７裏側の変形によりその開先部と導電部材２４とに隙間２７が生じ、密着性が低下したり、被溶接材７裏面の汚れなどによりその開先部と導電部材２４との間の電気抵抗が増大したりして導電性が低下する場合がある。このように被溶接材７の開先部と導電部材２４間の導電性が低下する場合には、本発明の第１の実施形態で述べたようなローレンツ力１５およびアーク偏向の低減による溶接欠陥の低減効果が被溶接材に長手方向全長に亘って安定かつ充分に得られなくなることがある。
【００５０】
このような被溶接材７の開先部と導電部材２４間の導電性の低下に起因する問題を抑制するために、導電部材２４を溶接線方向１６に複数に分割して配置し、それぞれが少なくとも被溶接材７の開先裏側を覆うように、被溶接材７裏面に当接させると共に、各導電部材２４と溶接電源１の−側とをスイッチ２８を介してアースケーブル２で接続し、溶接時に溶接トーチ２５の第１電極１７が導電部材２４の溶接開始側端部の位置に到達した時点で当該導電部材２４に接続されたアースケーブル２のスイッチ２８を接続させ、溶接トーチ２５の最終電極である第４電極２０が導電部材２４の溶接終了側端部の位置を通過後に当該導電部材２４に接続されたアースケーブル２のスイッチ２８を切断しながら溶接する方法を用いる。
【００５１】
導電部材２４を溶接線方向１６に複数に分割して配置し、例えば、図１３に示すように溶接開始側と溶接終了側の両端に位置する導電部材２４のみ支持部の回転機構により溶接線方向１６に対して導電部材２４を傾動可能である支持部材３４を配置し、その他の各導電部材２４には、支持部の回転機構により溶接線方向１６に対して導電部材２４を傾動可能であると共に、導電部材２４を上下方向に移動可能なジャッキ機構３５を備えた支持部材３４を配置する。溶接時は鋼管７シーム部の開先部裏面の変形に追従するように各導電部材２４（または３０）をシーム部の開先部裏面に常に密着させることにより、導電部材２４の溶接線方向１６において変形がある場合にも図１６に示すようにその開先部裏面と導電部材２４とに隙間２７（図１５参照）を生じさせることなく、導電部材２４を被溶接材７の開先部裏面に密着させることができる。
【００５２】
また、被溶接材７の開先部裏面の溶接線方向１６に当接された各導電部材２４と溶接電源１の−側とをスイッチ２８を介してアースケーブル２で接続し、溶接トーチ２５の第１電極１７が導電部材２４の溶接開始側端部の位置に到達した時点でこの導電部材２４に接続されたアースケーブル２のスイッチ２８を接続させ、溶接トーチ２５の最終電極（第４電極２０）がこの導電部材２４の溶接終了側端部の位置を通過後にこの導電部材２４に接続されたアースケーブル２のスイッチ２８を切断することにより、溶接時に溶接トーチ２５直下に位置する導電部材２４のみをアースされた状態とする。このようにすることにより、被溶接材７裏面の汚れに起因して被溶接材７開先部裏面と導電部材２４間の電気抵抗が高くなるような場合にも、図１７のアース電流２９に示されるような比較的電気抵抗の小さい被溶接材７および隣接する導電部材２４中を選択的に流れるアース電流２９を抑制し、各電極１７〜２０の溶接アーク点１０直下のアース電流１２を溶接アーク点１０直下の導電部材２４の方に確実に流しアース電流１２の方向を垂直に近い方向にすることができる。
【００５３】
なお、本発明の第２の実施形態においても、本発明の第１の実施形態と同様に各電極１７〜２０の溶接アーク点１０直下のアース電流１２の方向を垂直に近い方向にすると共に、導電部材２４中をアース点１１まで水平方向に流れるアース電流１２によって溶接アーク６のアース点１１側付近に生じる誘導磁界１３を低減し、それによりローレンツ力１５およびアーク偏向を充分に低減するために、被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）を５．０以上とすると共に、被溶接材である鋼板の板厚ｔ０を９．０ｍｍ以上とする。
【００５４】
本発明の第２の実施形態により、被溶接材７の開先部裏面の溶接線方向１６に変形があったり、汚れなどがあって局所的に被溶接材７の開先部裏面と導電部材２４との間の導電性が損なわれる場合のアーク溶接においても、各電極の溶接アーク点１０直下のアース電流１２を溶接アーク点１０直下に位置する導電部材２４の方向に垂直に流すことができ、溶接アーク６のアース点１１側近傍の誘導磁界１３の発生を抑制し、それに起因して発生するローレンツ力１５およびアーク偏向を低減でき、その結果、アーク溶接時の溶接欠陥を低減できる。
【００５５】
本発明の第３の実施形態は、特許請求の範囲の請求項３に記載の通り、
（３）  前記導電部材は板厚方向で電気抵抗の異なる複数の導電材料からなり、該導電部材の最下位の導電材料にアースケーブルを接続し、被溶接材である鋼板の板厚（ｔ０）が９．０ｍｍ以上の場合には、各導電材料の電気抵抗（ρｉ）が下記（２）式を満たし、前記鋼板の板厚（ｔ０）が９．０ｍｍ未満の場合には、各導電材料の電気抵抗（ρｉ）が下記（２）式を満たすと共に、各導電材料の板厚（ｔｉ）が下記（３）式を満たすことを特徴とする、上記本発明の第１の実施形態または第２の実施形態のものである。
５．０≦ρ０／ρｉ＜ρ０／ρ（ｉ＋１）
（ｉ＝１、２…ｎ−１）                                      ・  ・  ・（２）
ｔ０＋Σｔｉ≧９．０
（ｉ＝１、２…ｎ−１）                                      ・  ・  ・（３）
但し、ρ０：被溶接材である鋼板の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρｉ：導電部材の板厚方向に被溶接材側から数えてｉ番目の導電材料の電気抵抗（Ω・ｍ）、ｔ０：被溶接材である鋼板の板厚（ｍｍ）、ｔｉ：導電部材の板厚方向に被溶接材側から数えてｉ番目の導電材料の板厚（ｍｍ）、ｎ：導電部材を構成する導電材料の個数を示す。
【００５６】
図１８に本発明の第３の実施形態の一例として、第１の実施形態において板厚方向に電気抵抗（ρｉ）および板厚（ｔｉ）が異なる３種の導電材料からなる導電部材を用いた場合の溶接装置を、図１９にその溶接時の溶接線を含む垂直断面から見た断面図を、図２０に第２の実施形態において板厚方向に電気抵抗（ρｉ）および板厚（ｔｉ）が異なる３種の導電材料からなる導電部材を用いた場合の溶接装置をそれぞれ示す。
【００５７】
上述の第１の実施形態または第２の実施形態において説明したように、被溶接部材７に比べて導電部材２４の電気抵抗が充分に小さい場合には、各電極１７〜２０の溶接アーク点１０から被溶接材７を通って導電部材２４に到達するまでは、アース電流１２を垂直に近い方向に流すことが可能となるが、その後の導電部材２４からアース点１１までのアース電流１２は水平方向に流れるため、被溶接材７の板厚が薄くなるに従い、この水平方向に流れるアース電流１２により溶接アーク６のアース点１１側付近に生じる誘導磁界１３の影響が大きくなり、この誘導磁界とアーク電流１４との電磁作用によるローレンツ力１５およびアーク偏向も大きくなり、その結果、溶接ビード３６の欠陥が発生するようになる。
【００５８】
このような板厚が比較的薄い肉薄の被溶接材７をアーク溶接する場合の問題を抑制するために、図１９に示すように例えば、上記本発明の第１の実施形態または第２の実施形態で用いる導電部材として板厚方向に電気抵抗（ρ１、ρ２、ρ３）および板厚（ｔ１、ｔ２、ｔ３）がそれぞれ異なる３種の導電材料３１、３２、３３からなる導電部材３０を用い、これらの導電材料３１、３２、３３が被溶接材７側から板厚方向に電気抵抗が小さくなる（ρ１＞ρ２＞ρ３）ようにすると共に、最下位の第３導電材料３３より上の第１導電材料３１および第２導電材料３２の板厚の全厚（ｔ１＋ｔ２）を所定厚みになるように構成する。上記本発明の第１の実施形態または第２の実施形態にこの３種の導電材料３１、３２、３３からなる導電部材３０を適用した場合には、アース電流１２は、先ず、各電極１７〜２０の溶接アーク点１０から被溶接材７を通って、被溶接材７に比べて電気抵抗の非常に小さい第１導電材料３１の方へ垂直に流れた後、さらに第１導電材料３１に比べて電気抵抗の小さい第２導電材料３２を垂直な方向に流れ、最後に、第２導電材料３２に比べて電気抵抗の小さい第３導電材料３３へ流れ、その後、アース電流１２は、第３導電材料３３中を溶接開始側端部のアース点１１まで水平方向に流れる。従って、このような導電部材３０を上記本発明の第１の実施形態または第２の実施形態に用いることにより、各電極の溶接アーク点１０直下のアース電流１２が垂直に近い方向に流れる領域を長くすることが可能となり、水平に流れるアース電流１２によって溶接アーク６のアース点１１側付近に生じる誘導磁界１３を低減することができ、それによりローレンツ力１５およびアーク偏向をさらに低減することができる。
【００５９】
また、上記本発明の第１の実施形態または第２の実施形態においては、被溶接材料７の板厚ｔ０が９．０ｍｍ以上でなければ、溶接時にローレンツ力１５およびアーク偏向を低減し、溶接時の溶接欠陥を充分に低減することがでなかったが、本発明の第３の実施形態によれば、板厚ｔ０が９．０ｍｍ未満の肉薄の被溶接材料７をアーク溶接する場合にも、上記導電部材３０を構成する最下位の導電材料（第３導電材料３３）より上に位置する導電材料（第１導電材料３１および第２導電材料３２）の全板厚（ｔ１＋ｔ２）と被溶接材料７の板厚ｔ０の総和が９．０ｍｍ以上になるような導電部材３０を用いることにより、溶接時のローレンツ力１５およびアーク偏向の低減および溶接欠陥の低減効果を充分に得ることが可能となる。
【００６０】
従って、本発明の第３の実施形態において、上記の効果を充分に得るために、以下のように被溶接材７の板厚（ｔ０）に応じて、導電部材３０を構成する各導電材料３１〜３３の電気抵抗（ρｉ）および板厚（ｔｉ）を以下のように規定する。
（Ｉ）ｔ０≧９．０ｍｍの場合
５．０≦ρ０／ρｉ＜ρ０／ρ（ｉ＋１）
（ｉ＝１、２…ｎ−１）                                      ・  ・  ・（２）
（ＩＩ）ｔ０＜９．０ｍｍの場合
５．０≦ρ０／ρｉ＜ρ０／ρ（ｉ＋１）
（ｉ＝１、２…ｎ−１）                                      ・  ・  ・（２）
ｔ０＋Σｔｉ≧９．０                                          ・  ・  ・（３）
（ｉ＝１、２…ｎ−１）
但し、ρ０：被溶接材である鋼板の電気抵抗（Ω・ｍ）、ρｉ：導電部材の板厚方向に被溶接材側から数えてｉ番目の導電材料の電気抵抗（Ω・ｍ）、ｔ０：被溶接材である鋼板の板厚（ｍｍ）、ｔｉ：導電部材の板厚方向に被溶接材側から数えてｉ番目の導電材料の板厚（ｍｍ）、ｎ：導電部材を構成する導電材料の個数を示す。
【００６１】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明の効果を説明する。
【００６２】
（実施例１）
本発明の第１の実施形態または第３の実施形態に従って、それぞれ図８または図１８に示す装置を用い、長さ：１０００ｍｍ、外径：１０１６ｍｍの０．０８％Ｃ−０．９０％Ｍｎ系炭素鋼からなる鋼管の内面下向きシーム溶接を、多電極ＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接方法を用い、表１に示す各電極１７〜２０の溶接ワイヤ径、溶接電流、溶接電圧、電極極性、鋼管シーム溶接部の開先形状、溶接速度で行った。
【００６３】
溶接試験は、被溶接材７である０．０８％Ｃ−０．９０％Ｍｎ系炭素鋼からなる鋼管の板厚（ｔ０）、単層の導電部材２４を用いる場合は、被溶接材である鋼管７の電気抵抗（ρ０）と導電部材２４の電気抵抗（ρ１）との電気抵抗比（ρ０／ρ１）、複層の導電部材３０を用いる場合は、被溶接材７である鋼管の電気抵抗（ρ０）と導電部材３０の各導電材料３１〜３３の電気抵抗（ρ１、ρ２、ρ３）との電気抵抗比（ρ０／ρ１、ρ０／ρ２、ρ０／ρ３）および導電部材３０の各導電材料３１〜３３の板厚（ｔ１、ｔ２、ｔ３）の条件をそれぞれ変えて溶接した後に、溶接ビード形状の評価を行った。なお、０．０８％Ｃ−０．９０％Ｍｎ系炭素鋼の電気抵抗は、１４．２×１０−８（Ω・ｍ）である。その溶接条件および評価結果を表２に示す。
【００６４】
なお、表中の垂直方向アース電流に対する厚みは、単層の導電部材２４を用いる場合は、鋼管７の板厚（ｔ０）を示し、複層の導電部材３０を用いる場合は、鋼管７の板厚（ｔ０）と導電部材３０の最下位の導電材料より上に位置する導電材料の全板厚（Σｔ１→ｔｎ−１）との総和（ｔ０＋Σｔ１→ｔｎ−１）を示す。また、溶接ビード形状の欠陥発生率は、全溶接ビード長に対する溶接ビード形状の欠陥長さの比率と定義し、ｎ数＝２０回の溶接結果の平均値をとったものであり、溶接ビード形状の欠陥の判定は、溶接後の溶接部の厚みが、被溶接材の板厚よりも小さい場合に溶接ビード形状の欠陥と判定した。
【００６５】
【表１】
0004173960.tif 000002
【００６６】
【表２】
0004173960.tif 000003
【００６７】
また、導電部材を使用しない場合は、図２１に示すように上記鋼管７の溶接開始側端部の下部にアースケーブル２を溶接電源の−側に接続してアースをとって、上記と同様に溶接を行った。
【００６８】
Ｎｏ．５は、導電部材を使用しないで、鋼管の溶接開始側端部の下部に直接アースをとって溶接を行った比較例であるが、溶接中に溶融金属のスパッタリングが発生し、溶接後、ビード形状不良の欠陥が大量に発生した。
【００６９】
Ｎｏ．６およびＮｏ．７は、単層の導電部材を用いて溶接を行った比較例であるが、何れも鋼管の板厚（ｔ０）が６．０ｍｍと本発明範囲より薄く、またＮｏ．６はさらに導電部材の電気抵抗（ρ１）も鋼管との電気抵抗比（ρ０／ρ１）で２．３１と本発明範囲より低いため、何れの場合にも溶接中に溶融金属のスパッタリングの発生を充分に抑制できず、ビード形状不良の欠陥が多く発生した。
【００７０】
Ｎｏ．８およびＮｏ．９は、単層の導電部材を用いて溶接を行った比較例であり、鋼管の板厚（ｔ０）はそれぞれ９．０ｍｍ、２２．０ｍｍと本発明の範囲内であるが、何れも導電部材の電気抵抗（ρ１）が、鋼管との電気抵抗比（ρ０／ρ１）で２．３１と本発明範囲より低いため、溶接中に溶融金属のスパッタリングの発生を充分に抑制できず、ビード形状不良の欠陥が多く発生した。
【００７１】
Ｎｏ．１０は、２層の導電部材を用いて溶接を行った比較例であり、導電部材の第１導電材料の電気抵抗（ρ１）および第２導電材料の電気抵抗（ρ２）は、それぞれ、鋼管との電気抵抗比（ρ０／ρ１）で５．３２、６．８３と本発明範囲内であり、これらの電気抵抗の大小関係もρ１＞ρ２と本発明範囲内であるが、鋼管の板厚（ｔ０）と導電部材の第１導電材料の板厚（ｔ１）との総和が７．０ｍｍと本発明の範囲より小さいため、溶接中に溶融金属のスパッタリングの発生を充分に抑制できず、ビード形状不良の欠陥が多く発生した。
【００７２】
一方、Ｎｏ．１およびＮｏ．２は、単層の導電部材を用いて溶接を行った発明例であるが、いずれも鋼管の板厚（ｔ０）および導電部材の電気抵抗（ρ１）が本発明範囲内であるため、溶接時の溶融金属のスパッタリングの発生は抑制でき、溶接後の溶接ビードの欠陥発生率は１０％未満となり従来に比べて非常に低減した。
【００７３】
また、Ｎｏ．３は２層の導電部材を用いて溶接を行った発明例であるが、導電部材の第１導電材料および第２導電材料の電気抵抗（ρ１、ρ２）およびそれらの大小関係、鋼管の板厚（ｔ０）と導電部材の第１導電材料の板厚（ｔ１）との総和は、何れも本発明の範囲内であるため、また、Ｎｏ．４は３層の導電部材を用いて溶接を行った発明例であるが、導電部材の第１導電材料〜第３導電材料の電気抵抗（ρ１、ρ２、ρ３）およびそれらの大小関係は、本発明範囲内であり、鋼管の板厚（ｔ０）と導電部材の第１導電材料および第２導電材料の全板厚（ｔ１＋ｔ２）との総和が本発明の範囲内であるため、何れも溶接中の溶融金属のスパッタリングの発生を充分に抑制でき、溶接時の溶融金属のスパッタリングの発生は抑制でき、溶接後の溶接ビードの欠陥発生率は０％となり従来に比べて非常に低減した。
【００７４】
（実施例２）
本発明の第２の実施形態または第３の実施形態に従って、それぞれ図１３または図２０に示す装置を用い、長さ：１２０００ｍｍ、外径：１０１６ｍｍの０．０８％Ｃ−０．９０％Ｍｎ系炭素鋼からなる鋼管７の内面下向きシーム溶接を、多電極ＭＡＧ溶接方法を用い、表１に示す各電極１７〜２０の溶接ワイヤ径、溶接電流、溶接電圧、電極極性、鋼管シーム溶接部の開先形状、溶接速度で行った。
【００７５】
溶接試験は、図２２に示すような溶接方向長さ：１０００ｍｍ、幅：２００ｍｍの導電部材２４（または３０）を鋼管７シーム部の開先部裏側の溶接線方向全長に亘って１２個配置すると共に、図１３または図２０に示す装置のように、溶接開始側と溶接終了側の両端に位置する導電部材２４（または３０）のみ支持部の回転機構により溶接線方向１６に対して導電部材２４（または３０）を傾動可能である支持部材３４を配置し、その他の各導電部材２４（または３０）には、支持部の回転機構により溶接線方向１６に対して導電部材２４（または３０）を傾動可能であると共に、導電部材２４（または３０）を上下方向に移動可能なジャッキ機構３５を備えた支持部材３４を配置し、溶接時は鋼管７シーム部の開先部裏面の変形に追従するように各導電部材２４（または３０）をシーム部の開先部裏面に常に密着させて溶接を行った。また、各導電部材２４（または３０）の溶接開始側端部には各溶接電源１の−側に設けられたスイッチ２８を介してアースケーブル２が接続され、溶接時に、溶接トーチ２５の第１電極１７が導電部材２４（または３０）の溶接開始側端部の位置に到達した時点で当該導電部材２４（または３０）に接続されたアースケーブル２のスイッチ２８を接続させ、溶接トーチ２５の最終電極である第４電極２０が導電部材２４（または３０）の溶接終了側端部の位置を通過後に当該導電部材２４（または３０）に接続されたアースケーブル２のスイッチ２８を切断することにより、溶接時に溶接トーチ２５直下に位置する導電部材２４（または３０）のみをアースされた状態とするスイッチング制御を行うことが可能である。
【００７６】
溶接試験は、被溶接材である０．０８％Ｃ−０．９０％Ｍｎ系炭素鋼からなる鋼管２７の板厚（ｔ０）、単層の導電部材２４を用いる場合は、被溶接材７である鋼管の電気抵抗（ρ０）と導電部材２４の電気抵抗（ρ１）との電気抵抗比（ρ０／ρ１）、複層の導電部材３０を用いる場合は、被溶接材７である鋼管の電気抵抗（ρ０）と導電部材３０の各導電材料３１〜３３の電気抵抗（ρ１、ρ２、ρ３）との電気抵抗比（ρ０／ρ１、ρ０／ρ２、ρ０／ρ３）および導電部材３０の各導電材料３１〜３３の板厚（ｔ１、ｔ２、ｔ３）、および各導電部材３１〜３３に接続されたアースケーブル２のスイッチング制御有無の条件をそれぞれ変えて溶接した後に、溶接ビード形状の評価を行った。なお、０．０８％Ｃ−０．９０％Ｍｎ系炭素鋼の電気抵抗は、１４．２×１０−８（Ω・ｍ）である。その溶接条件および評価結果を表３に示す。
【００７７】
【表３】
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【００７８】
Ｎｏ．５、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８は、各導電部材に単層の導電部材を用い、かつ各導電部材のアースのスイッチング制御をしないで全てアースをとって溶接を行った比較例であり、さらにＮｏ．５は鋼管の板厚（ｔ０）も６．０ｍｍと本発明範囲より薄く、Ｎｏ．６は各導電部材の電気抵抗（ρ１）も鋼管との電気抵抗比（ρ０／ρ１）で２．３１と本発明範囲より低いために、何れの場合にも溶接中に溶融金属のスパッタリングの発生を充分に抑制できず、ビード形状不良の欠陥が多く発生した。
【００７９】
Ｎｏ．９およびＮｏ．１０は、各導電部材に単層の導電部材を用いて溶接を行い、かつ各導電部材のアースのスイッチング制御を行って溶接を行った比較例であり、Ｎｏ．９は、鋼管の板厚（ｔ０）が６．０ｍｍと本発明範囲より薄かったために、Ｎｏ．１０は、各導電部材の電気抵抗（ρ１）が鋼管との電気抵抗比（ρ０／ρ１）で２．３１と本発明範囲より低いため、いずれの場合にも溶接中に溶融金属のスパッタリングの発生を充分に抑制できず、ビード形状不良の欠陥が多く発生した。
【００８０】
Ｎｏ．１１は、各導電部材に２層の導電部材を用いて溶接を行い、かつ各導電部材のアースのスイッチング制御を行って溶接を行った比較例であり、導電部材の第１導電材料の電気抵抗（ρ１）および第２導電材料の電気抵抗（ρ２）は、それぞれ、鋼管との電気抵抗比（ρ０／ρ１）で５．３２、６．８３と本発明範囲内であり、これらの電気抵抗の大小関係もρ１＞ρ２と本発明範囲内であるが、鋼管の板厚（ｔ０）と導電部材の第１導電材料の板厚（ｔ１）との総和が７．０ｍｍと本発明の範囲より小さいため、溶接中に溶融金属のスパッタリングの発生を充分に抑制できず、ビード形状不良の欠陥が多く発生した。
【００８１】
一方、Ｎｏ．１およびＮｏ．２は、各導電部材に単層の導電部材を用いかつ各導電部材のアースのスイッチング制御を行って溶接を行った発明例であるが、いずれも鋼管の板厚（ｔ０）および導電部材の電気抵抗（ρ１）が本発明範囲内であるため、溶接時の溶融金属のスパッタリングの発生は抑制でき、溶接後の溶接ビードの欠陥発生率は１０％未満となり従来に比べて非常に低減した。
【００８２】
また、Ｎｏ．３は、各導電部材に２層の導電部材を用いて溶接を行い、かつ各導電部材のアースのスイッチング制御を行って溶接を行った発明例であり、導電部材の第１導電材料および第２導電材料の電気抵抗（ρ１、ρ２）およびそれらの大小関係、鋼管の板厚（ｔ０）と導電部材の第１導電材料の板厚（ｔ１）との総和は、何れも本発明の範囲内であるため、また、Ｎｏ．４は各導電部材に３層の導電部材を用いて溶接を行い、かつ各導電部材のアースのスイッチング制御を行って溶接を行った発明例であり、導電部材の第１導電材料〜第３導電材料の電気抵抗（ρ１、ρ２、ρ３）およびそれらの大小関係は、本発明範囲内であり、鋼管の板厚（ｔ０）と導電部材の第１導電材料および第２導電材料の全板厚（ｔ１＋ｔ２）との総和が本発明の範囲内であるため、何れも溶接中の溶融金属のスパッタリングの発生を充分に抑制でき、溶接時の溶融金属のスパッタリングの発生は抑制でき、溶接後の溶接ビードの欠陥発生率は０％となり従来に比べて非常に低減した。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼管シーム内面の多電極アーク溶接において、アース電流に起因して各電極の溶接アーク点のアース側付近に生成する誘導磁界を抑制し、この誘導磁界と溶接アーク中を流れるアーク電流との電磁作用によって発生するローレンツ力およびアーク偏向を抑制でき、その結果、溶接時の溶融金属のスパッタリングを低減し、溶接後のビード形状不良などの溶接欠陥を防止できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の被溶接材のアース接続位置が不適当な場合の１電極アーク溶接の模式図である。
【図２】  従来の被溶接材の溶接終了側端部にアースケーブルを接続した場合の多電極アーク溶接の模式図である。
【図３】  図２の多電極アーク溶接の模式図におけるＡＡ’断面で見た溶接時の溶融金属の断面図である。
【図４】  図２の多電極アーク溶接の模式図におけるＡＡ’断面で見た溶接後の溶接部の断面図である。
【図５】  従来の被溶接材の溶接開始側端部にアースケーブルを接続した場合の多電極アーク溶接の模式図である。
【図６】  図５の多電極アーク溶接の模式図におけるＡＡ’断面で見た溶接時の溶融金属の断面図である。
【図７】  図５の多電極アーク溶接の模式図におけるＡＡ’断面で見た溶接後の溶接部の断面図である。
【図８】  本発明の第１の実施形態の一例である溶接装置を示す図である。
【図９】  本発明の第１の実施形態の溶接時の溶接線を含む垂直断面から見た断面図である。
【図１０】  本発明の第１の実施形態の溶接後の溶接ビード部の溶接線と直交する垂直断面から見た断面図を示す。
【図１１】  本発明の被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）と溶接後の溶接ビード形状の欠陥発生率との関係を示すグラフである。
【図１２】  本発明の被溶接材の電気抵抗ρ０と導電部材の電気抵抗ρ１との電気抵抗比（ρ０／ρ１）が５．０の場合の被溶接材の板厚ｔ０と溶接後の溶接ビード形状の欠陥発生率との関係を示すグラフである。
【図１３】  本発明の第２の実施形態の一例である導電部材として溶接線方向に複数に分割された導電部材を用いた場合の溶接装置を示す図である。
【図１４】  本発明の第２の実施形態の溶接時の溶接線を含む垂直断面から見た断面図である。
【図１５】  溶接材の開先部裏面の溶接線方向に変形がある場合の開先部裏面と導電部材の状態を示す図である。
【図１６】  溶接材の開先部裏面の溶接線方向に変形がある場合の本発明の第２の実施形態における開先部裏面と導電部材の状態を示す図である。
【図１７】  被溶接材の開先部裏面の溶接線方向に汚れがあるなどの開先部裏面と導電部材間で電気抵抗が高くなる場合のアース電流が流れる状態を示す図である。
【図１８】  本発明の第３の実施形態の一例として第１の実施形態において板厚方向に電気抵抗および板厚が異なる３種の導電材料からなる導電部材を用いた場合の溶接装置を示す図である。
【図１９】  本発明の第３の実施形態の一例として第１の実施形態において板厚方向に電気抵抗および板厚が異なる３種の導電材料からなる導電部材を用いた場合の溶接線を含む垂直断面から見た断面図である。
【図２０】  本発明の第３の実施形態の一例として第２の実施形態において板厚方向に電気抵抗および板厚が異なる３種の導電材料からなる導電部材を用いた場合の溶接装置を示す図である。
【図２１】  実施例の比較例として用いた従来の鋼管の溶接開始側端部の下部にアースケーブルを接続した場合の多電極アーク溶接の模式図を示す。
【図２２】  実施例で用いた導電部材の寸法を示す図である。
【符号の説明】
１  溶接電源
２  アースケーブル
３  パワーケーブル
４  溶接トーチ
５  電極（溶接ワイヤ）
６  溶接アーク
７  被溶接材
８  溶接電流
９  溶接電流の右周りに生じる誘導磁界
１０  溶接アーク点
１１  アース点
１２  アース電流
１３  アース電流の右周りに生じる誘導磁界
１４  アーク電流
１５  ローレンツ力
１６  溶接方向
１７  第１電極
１８  第２電極
１９  第３電極
２０  第４電極
２１  溶融金属
２２  ローレンツ力が働く溶融金属の断面積
２３  開先
２４  単層の導電部材
２５  溶接トーチ
２６  溶接ブーム
２７  隙間
２８  スイッチ
２９  導電不良時の溶接アースの流れ
３０  複層の（３種の導電材料からなる）導電部材
３１  第１導電材料
３２  第２導電材料
３３  第３導電材料
３４  支持部材
３５  ジャッキ機構
３６  溶接ビード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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