(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さｔ（ｍｍ）が５０ｍｍ以上の厚板鋼板を片側から１ランの溶接で１００％の溶込みを確保する２又は３電極を使用したサブマージアーク溶接方法において、Ｖ型の開先を設け、開先角度を１０乃至２０°、開先底部の間隙を８乃至１５ｍｍ、ルートフェイスを０乃至２０ｍｍ、最終電極のワイヤ径を６．４乃至７．２ｍｍ、最終電極以外の電極のワイヤ径を４．８乃至６．４ｍｍとし、第１電極の電流ＬＩ（Ａ）、第２電極以降の電極の電流ＴＩ（Ａ）が下式を満足するように設定し、且つ第１電極と第２電極との電極間距離及び第２電極と第３電極との電極間距離を４０乃至１００ｍｍに保持し、且つ鉄若しくは鉄合金の粉末又は粒子を開先内に１０乃至２５ｍｍの高さに充填してサブマージアーク溶接することを特徴とする厚板鋼板のサブマージアーク溶接方法。
２５ｔ≦ＬＩ≦３５ｔ
２０ｔ≦ＴＩ≦３０ｔ
【請求項２】
前記第１電極の電極傾斜を２乃至１０°の後退角、前記第２電極以降の電極の電極傾斜を２乃至１０°の前進角とすることを特徴とする請求項１に記載の厚板鋼板のサブマージアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高能率な厚板鋼板のサブマージアーク溶接方法に関し、特に鉄骨の厚板箱型柱の角継手の溶接に好適の厚板鋼板のサブマージアーク溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の建築物は高層化に合わせて、居住性の改善及び空間の有効活用の目的から、柱数を減らし、柱間隔を広げる等の設計方針が採られている。このため、柱に使用される板厚が厚くなる傾向にある。特に、高層建築に使用される柱は箱型形状のものが多く、柱を作成する際は四隅をサブマージアーク溶接で１ランの溶接で終了させるのが一般的である。従来の溶接技術では開先形状、溶接材料及び溶接条件の選定によって、２電極溶接で６０ｍｍ程度までの板厚を確保することが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近時、厚さが６０ｍｍを超えるような箱型柱が比較的多く使用されるようになってきた。このような場合は、前述の如く、従来、１ランで溶接できるのは、厚さが６０ｍｍまでであるから、予め開先底部をＣＯ2溶接等で下盛りしておき、その上をサブマージアーク溶接で１ラン溶接を行うという溶接施工法が採られている。しかしながら、このような施工方法は、柱製作する上での溶接工数が極めて多く、このため非能率である。従って、厚さが６０ｍｍを超えるような厚板の高能率且つ低コストの溶接方法の開発が要望されている。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、板厚が６０ｍｍを超える場合でも１ランで溶接することができ、しかも６０ｍｍ以下の板厚の場合には溶接能率を高めることができ、良好な継手品質が得られる厚板鋼板の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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る厚板鋼板のサブマージアーク溶接方法は、厚さｔ（ｍｍ）が５０ｍｍ以上の厚板鋼板を片側から１ランの溶接で１００％の溶込みを確保する２又は３電極を使用したサブマージアーク溶接方法において、Ｖ型の開先を設け、開先角度を１０乃至２０°、開先底部の間隙を８乃至１５ｍｍ、ルートフェイスを０乃至２０ｍｍ、最終電極のワイヤ径を６．４乃至７．２ｍｍ、最終電極以外の電極のワイヤ径を４．８乃至６．４ｍｍとし、第１電極の電流ＬＩ（Ａ）、第２電極以降の電極の電流ＴＩ（Ａ）が下記数式１を満足するように設定し、且つ第１電極と第２電極との電極間距離及び第２電極と第３電極との電極間距離を４０乃至１００ｍｍに保持し、且つ鉄若しくは鉄合金の粉末又は粒子を開先内に１０乃至２５ｍｍの高さに充填してサブマージアーク溶接することを特徴とする。
【０００６】
【数１】
２５ｔ≦ＬＩ≦３５ｔ
２０ｔ≦ＴＩ≦３０ｔ
【０００７】
このサブマージアーク溶接方法において、前記第１電極の電極傾斜を２乃至１０°の後退角、前記第２電極以降の電極の電極傾斜を２乃至１０°の前進角とすることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、上記従来技術の課題を解決すべく、種々研究実験を繰り返した結果、本発明の特許請求の範囲に記載の要件を満足することにより、この課題を解決することができることを見いだした。本発明はこのような知見に基いて完成されたものである。以下、本発明の特許請求の範囲に規定する要件の規定又は数値限定理由について説明する。
【０００９】
▲１▼開先形状
特に２電極溶接によって１ラン溶接の適用範囲の拡大を狙うためには、溶接部の健全性を損なわずに、如何にして溶着量を確保するかが課題である。そこで開先形状について種々検討した結果、Ｖ型の開先形状において、開先角度を１０乃至２０°、開先底部の間隙を８乃至１５ｍｍ、ルートフェイスを０乃至２０ｍｍにすることで、２電極溶接で厚さが約７０乃至８０ｍｍ程度の厚板まで１ラン溶接することが可能になり、且つ健全な溶込み形状が得られる。
【００１０】
開先角度が１０°未満では縦長の溶込み形状になって、高温割れが発生し易くなり、また、開先壁が垂直に近く、溶融金属がうまく馴染まず、融合不良及びスラグ巻き込みが発生し易くなる。開先角度が２０°を超えると溶接断面積が広くなり過ぎることから、特に２電極溶接では溶着量の確保ができなくなり、適用板厚の拡大を図ることができない。
【００１１】
開先底部の間隙が８ｍｍ未満では安定した溶込み深さを確保することが難しく、特に電極の中心がねらい位置からずれたりしたときは、溶込み不良が発生し易くなる。開先底部の間隙が１５ｍｍを超えると、溶接断面積が広くなり過ぎることから、特に２電極溶接では溶着量の確保ができなくなり、適用板厚の拡大を図ることができない。
【００１２】
ルートフェイスは２０ｍｍを超えると、先行電極により形成される溶込み形状が縦長となり、また後行電極による溶込み深さの確保が難しくなり、先行電極により形成された溶接金属に高温割れが発生し易くなる。
【００１３】
▲２▼電極径
２及び３電極溶接で特に厚板を１ランで溶接する場合、溶着量を確保し、健全な溶込み形状と溶込み深さ及び良好なビードを得るためには、各電極に使用する電極径の影響が大きい。溶込み深さの確保と溶着量の確保が主な役割となる最終電極以外の電極は直径を４．８乃至６．４ｍｍにすることが好ましく、電極径が４．８ｍｍ未満では、電流を高めることで溶着量は確保できるものの、溶込み深さの安定性が欠けることと、溶込み幅が狭くなることから、耐高温割れ性の点から不利になり、また開先底部の間隙が広い場合、融合不良が発生し易くなるので、好ましくない。電極径が６．４ｍｍを超えると、開先底部の間隙が狭い場合及び開先角度が小さい場合に、溶込み深さを確保できなかったり、溶け込みが不安定になる。また、最終電極の電極径は健全な溶込み形状と溶着量を確保するため及び良好なビードを得るために、６．４乃至７．２ｍｍが好ましく、電極径が６．４ｍｍ未満では溶込み深さは確保できるものの、十分な溶込み幅と安定したビード幅及びビード形状が得られない。電極径が７．２ｍｍを超えると、溶込み幅とビード幅は十分確保することができるが、健全な溶込み深さが確保することができない。
【００１４】
▲３▼第１電極と第２電極との電極間距離及び第２電極と第３電極との電極間距離
第１電極と第２電極との電極間距離は第１電極で形成された溶接金属の縦割れを回避するうえで重要であり、４０乃至１００ｍｍの範囲が好ましく、４０ｍｍ未満では第１電極と第２電極で形成された溶接金属が一体となって、結果的に縦長の溶接金属が形成され、高温割れが発生し易くなる。また、電極間距離が１００ｍｍを超えると、第２電極による十分な溶込み深さが確保できないために第１電極で形成された縦長の溶接金属が多く残り、縦割れが発生しやすくなる。
【００１５】
第２電極と第３電極との電極間距離は第３電極による健全な溶込み深さと、安定した良好なビードを確保する上で重要であり、４０乃至１００ｍｍの範囲が好ましく、４０ｍｍ未満では第２電極と第３電極によって形成される溶接金属とが一体になって、ビード幅が狭い場合には縦長の溶込形状になって縦割れが発生しやすくなるので、避ける必要がある。また、１００ｍｍを超えると第１及び第２電極によって生成したスラグが凝固し、安定して溶融することができなくなり、ビード幅の不揃いが生じ、ビード形状が乱れることから好ましくない。
【００１６】
▲４▼各電極の電流
各電極に使用する電流は板厚に応じた溶着量を確保し、十分な溶込み深さを得、良好なビードを得る目的から選定しなければならないが、各板厚共に各電極の電流は下式にあてはまるものを使用することによって、上記目的を達成することができる。板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に、第１電極の電流が２５ｔ未満では十分な溶込み深さと、必要溶着量を確保できず、また、第１電極の電流が３５ｔを超えると、溶込みが深過ぎて高温割れが発生し易くなる。第２電極の電流が２０ｔ未満では、第２電極による十分な溶込み深さが確保できないために、第１電極で形成された縦長の溶接金属が多く残り、縦割れが発生し易くなる。第２電極の電流が３０ｔを超えると、第１電極と第２電極で形成された溶接金属が一体となって、結果的に縦長の溶接金属が形成され、高温割れが発生し易くなることと、溶融地が不安定になって安定したビード形成が難しくなる。第３電極の電流が２０ｔ未満では、第３電極による十分な溶込み深さが確保できないために、第２電極で形成された縦長の溶接金属が多く残り、縦割れが発生し易くなる。第３電極の電流が３０ｔを超えると、溶融地が不安定になって安定したビード形成が難しくなる。
【００１７】
▲５▼開先内充填剤
開先内充填剤は溶着量の補助と溶込み深さを更に安定させるために有効であり、成分としては鉄を主体とした粉状又は粒状のものが溶融性の点で好ましい。また、充填高さとしては上記目的から１０乃至２５ｍｍ程度が良く、１０ｍｍ未満では上記効果が得られず、また２５ｍｍを超えると溶着量を確保する上では極めて有効であるが、溶込み深さが確保できなくなるという問題点がある。
【００１８】
▲６▼電極傾斜
電極傾斜は溶込み深さ及びビード幅の調整に有効であり、溶込み深さを確保することが大きな役割である第１電極は２乃至１０°の後退角にすると、更に安定した溶込み深さが得られ、また、溶込み形状とビードの安定形成が主な役割である第２及び第３電極は２乃至１０°の前進角にすると、更に安定した溶込み形状と安定したビードが得られる。
【００１９】
▲７▼その他
本方法に用いるフラックスは大入熱用のボンドフラックスであれば特に特定するものではないが、鉄粉を含有する大入熱用ボンドフラックスが中でも好ましい。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明の実施例について本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表１に示す鋼板を表２に示す鋼線ソリッドワイヤ及び表３に示すボンドフラックスを使用して、２電極及び３電極による１ラン溶接を実施した。溶接試験内容を下記表４乃至表７に、また溶接試験結果を下記表８に示す。但し、表４乃至７において、図１に示すように、θは開先角度、Ｇは開先底部の間隙、Ｓはルートフェイスである。また、表４乃至７において、本発明の各請求項で規定する範囲を超えるものについて、下線を付して表示した。
【００２１】
本発明の請求項１の規定を全て満たしている実施例Ａ乃至Ｍは十分な溶着量と外観及び形状が良好な溶接ビードが得られ、溶込み深さ及び形状も健全且つ安定した結果が得られた。なお、実施例Ｃは請求項１及び３を満足するものであり、その他の実施例は請求項１乃至３の全てを満足するものである。
【００２２】
一方、比較例Ｎは開先角度θが狭すぎたために、先行電極による溶込み幅が狭く高温縦割りが発生した。比較例Ｏは先行電極の電流が高過ぎたために、溶込み深さが過剰で、形状が梨型となって高温割れが発生した。比較例Ｐは後行電極の電流が不足したために、溶込みが浅くなり先行電極によって形成された縦長の溶接金属に小さな縦割れが発生した。比較例Ｑは開先角度が広過ぎたために、溶着量が不足した。比較例ＲはルートフェイスＳが大き過ぎるために先行電極によって形成された溶接金属の溶込み幅が狭く、割れは発生しなかったものの不健全な溶込み形状になった。比較例Ｓは開先底部の間隙Ｇが狭過ぎ、先行電極による溶込み深さが不足した。比較例Ｔは開先内充填剤の散布高さが高過ぎ、先行電極による溶込み深さが不足した。比較例Ｕは後行電極の電極径が太過ぎ、溶込み深さが浅くなって、先行電極によって形成された縦長の溶接金属が残り、また、ビード幅も必要以上に広くなり好ましくない結果であった。比較例Ｖは開先底部の間隙Ｇが広すぎたため、ビード形状において余盛量が不足した。比較例Ｗは先行電極の電流が高過ぎると共に、後行電極の電流が不足したため、先行電極による溶込み深さが深過ぎ、かつ後行電極による溶込みが浅くなったために、先行電極によって形成された溶接金属に高温縦割れが発生した。比較例Ｘは先行電極と後行電極との電極間距離が広過ぎたために、先行電極によって形成された溶接金属と後行電極によって形成された溶接金属の間に融合不良が発生した。比較例Ｙは先行電極と後行電極との電極間距離が狭過ぎたために、先行電極によって形成された溶接金属と後行電極によって形成された溶接金属が一体となって、割れは発生しなかったものの、必要以上に溶込み深さが深くなりすぎ、好ましくない溶込み形状になった。比較例Ｚは後行電極（第２電極）の電流が高過ぎたために、先行電極によって形成された溶接金属と後行電極によって形成された溶接金属が一体となり、且つ溶込み幅が狭くなったために高温縦割れが発生した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【００２５】
【表３】
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【００２６】
【表４】
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【００２７】
【表５】
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【００２８】
【表６】
0003808213.tif 000007
【００２９】
【表７】
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【００３０】
【表８】
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【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、板厚が６０ｍｍを超えるような厚板鋼板であっても、１ランで溶接することができ、また、板厚が６０ｍｍ以下の場合には溶接能率を高めることができ、良好な継手品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接試験方法を示す図である。
【図１】
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