(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚鋼板の２電極エレクトロガス溶接において、開先形状が開先ギャップを有するＶ開先の、板厚が４０〜１００ｍｍの鋼板の開先裏面に、開先幅方向ｘの幅Ｗ１が裏面側開先ギャップよりも広いスラグ溜まり用の第１の溝さらに該第１の溝の中央部に幅Ｗ２が前記幅Ｗ１よりも狭く裏面側開先ギャップよりも広く第１の溝の底面から前記板厚の方向ｙに堀り下げた裏ビード形成用の第２の溝を設けた、前記開先幅方向ｘおよび板厚の方向ｙに直交する垂直方向ｚに延びる固形裏当材を当接して、前記開先内で前記板厚の方向ｙに分布する２電極を該板厚の方向ｙに揺動駆動して裏面側開先ギャップ側の溶融スラグを前記固形裏当材のスラグ溜まり用の第１の溝に流出させながら溶接することを特徴とする２電極エレクトロガス溶接方法。
【請求項２】
裏面側開先ギャップの開先幅方向の幅は８〜１５ｍｍ、第１の溝の幅Ｗ１は２０〜４５ｍｍ、かつ、第２の幅Ｗ２は１２〜２３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の２電極エレクトロガス溶接方法。
【請求項３】
第１の溝は深さ１．０〜２．０ｍｍ、かつ、第２の溝は深さが第１の溝底面から１．０〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の２電極エレクトロガス溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２電極エレクトロガス溶接用裏当材および溶接方法に係り、特に、厚鋼板の２電極エレクトロガス溶接において優れた溶接作業性と良好な溶け込み形状が得られる２電極エレクトロガス溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立向自動溶接方法としてエレクトロガス溶接が、造船，円筒形貯油タンクをはじめ鉄骨，橋梁，重電機器，製鉄設備等の鋼壁溶接に主として用いられている。エレクトロガス溶接において、電圧，電流を上昇して入熱を上げると、高能率であるが、高張力鋼の溶接には溶接入熱量が大きいために、溶接金属や母材熱影響部等の切欠靭性を劣化させる要因となる。
【０００３】
特に最近は、熱影響部の健全性を保つために低入熱溶接が強く要求される傾向にあり、このような要求に対して、細径フラックス入りワイヤを用い板厚方向に高速振動でアーク点を移動させるエレクトロガス溶接は、開先断面積を極力小さくした狭開先溶接を、低入熱で高能率に行えるため、鋼板の立向溶接に適している。
【０００４】
このようなエレクトロガス溶接を行う装置の概略を説明すると、垂直に立てられ隣り合う２鋼板の間の開先の裏面に、水冷銅当金あるいは固形裏当材を当接し、表面には水冷の摺動銅当金を当てて、この摺動銅当金の溝（開先に対向）と開先で囲まれる空間に、扁平な溶接トーチを挿入し、これを板厚方向に高速振動させながら、溶接トーチを通して細径フラックス入りワイヤを該空間に連続的に供給し、かつ溶接トーチおよび摺動銅当金を連続的に上方に駆動しながら、開先の立向溶接を行う。
【０００５】
前記エレクトロガス溶接が適用できる板厚（開先の深さ）は、６０ｍｍ程度までであり、板厚がこれ以上の極厚鋼板になると、開先部の端縁部に溶け込み不良が生じるなど、部分的な溶け込み不良を生じやすい。
【０００６】
そこで、本発明者らは、溶け込み不良等の欠陥がなくかつ高能率な、極厚鋼板の溶接が可能な２電極エレクトロガス溶接装置を提案した（特開平１０−１１８７７１号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記２電極エレクトロガス溶接装置での極厚鋼板の溶接は、アークの安定性および溶接金属の切欠靭性の確保から、細径フラックス入りワイヤが用いられる。しかし、フラックス入りワイヤの溶融によって生成されるスラグは、摺動銅板側ワイヤのアークによってせき止められ、摺動銅板のスラグ逃がしから排出できず、溶融プールの摺動銅板側電極と裏当材側電極との間（ワイヤ極間）、および、裏当材側電極と裏当材の間、にスラグが滞在してスラグ跳ねが発生する。跳ねたスラグは、開先面および溶接トーチに付着して、開先幅が狭い裏当材側で電極が接触して溶接を中断したり、溶融プールにスラグが多く溜まって、溶接アーク熱が開先面に十分伝わらず、融合不良の発生や、良好な裏波ビードが得られない、という問題があった。
【０００８】
本発明は、極厚鋼板の２電極エレクトロガス溶接において、スラグ跳ねがなくアークが安定して溶接作業性が良好で、裏波ビードが良好で融合不良のない健全な溶接部が得られるとともに、溶接を中断することなく高能率に溶接できる、２電極エレクトロガス溶接方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）厚鋼板の２電極エレクトロガス溶接において、開先形状が開先ギャップを有するＶ開先の、板厚が４０〜１００ｍｍの鋼板の開先裏面に、開先幅方向ｘの幅Ｗ１が裏面側開先ギャップよりも広いスラグ溜まり用の第１の溝さらに該第１の溝の中央部に幅Ｗ２が前記幅Ｗ１よりも狭く裏面側開先ギャップよりも広く第１の溝の底面から前記板厚の方向ｙに堀り下げた裏ビード形成用の第２の溝を設けた、前記開先幅方向ｘおよび板厚の方向ｙに直交する垂直方向ｚに延びる固形裏当材を当接して、前記開先内で前記板厚の方向ｙに分布する２電極を該板厚の方向ｙに揺動駆動して裏面側開先ギャップ側の溶融スラグを前記固形裏当材のスラグ溜まり用の第１の溝に流出させながら溶接することを特徴とする２電極エレクトロガス溶接方法。
【００１０】
（２）裏面側開先ギャップの開先幅方向の幅は８〜１５ｍｍ、第１の溝の幅Ｗ１は２０〜４５ｍｍ、かつ、第２の幅Ｗ２は１２〜２３ｍｍであることを特徴とする上記（１）に記載の２電極エレクトロガス溶接方法。
【００１１】
（３）第１の溝は深さ１．０〜２．０ｍｍ、かつ、第２の溝は深さが第１の溝底面から１．０〜２．０ｍｍであることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の２電極エレクトロガス溶接方法。
【００１２】
なお、上記裏当材とは、金属酸化物や弗化物等を焼成または焼結した固形裏当材をいう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、２電極エレクトロガス溶接装置を用いて溶接する状態の模式図を示す。溶接トーチ２の裏当材３側に裏当材側電極５を、溶接部をシールドするシールドガスのガス供給口９を有する摺動銅板１０側に摺動鋼板側電極４を備え、ワイヤ極間距離１１を一定に保ち、かつ裏当材３と摺動銅板１０との間で電極を、揺動方向１に示すように、溶接開先の裏面と表面間を揺動しながら、アーク６により溶接金属８を形成して溶接する。
【００１４】
溶融スラグ７は、摺動銅板１０側のスラグ逃がし１２より容易に逃がすことができるが、溶接トーチ２のト−チ間や裏当材３側の溶融スラグ７は、外部に逃がすことは困難で、スラグ跳ねが生じる。
【００１５】
したがって、２電極エレクトロガス溶接を作業性良く、無欠陥で高能率に実施するには、溶接トーチ２のト−チ間や裏当材３側の溶接スラグ７の量をコントロールする必要がある。
【００１６】
図２に、本発明の２電極エレクトロガス溶接用の裏当材３を、また、図３に、該裏当材３を開先裏面１６に当接した例を、それぞれ示す。裏当材３表面の長手方向（ｚ方向）中央部に、２段溝（１３，１４）を設け、２段溝はスラグ溜まり用の第１の溝１３、第１の溝１３の中央部に第１の溝１３から堀り下げた裏ビード形成用の第２の溝１４を設けている。
【００１７】
鋼板１５の板厚Ｔは、２電極の溶接トーチ２で溶接可能でかつ高温割れの生じない板厚Ｔ４０ｍｍ以上とし、溶接速度の低下に伴う溶接入熱量増での溶接部の切欠靭性低下から１００ｍｍ以下として、開先形状は開先ギャップを有するＶ開先で、溶接入熱量を低くするために溶接トーチ２のセット可能な範囲で狭開先とする。
【００１８】
なお、裏当材３当接側の開先ギャップは８〜１５ｍｍ、摺動銅板１０側の開先ギャップは２０〜３０ｍｍ程度であることが、溶接作業性および溶接能率から好ましい。
【００１９】
このように構成された２電極エレクトロガス用裏当材３を用いる本発明の溶接方法においては、フラックス入りワイヤの溶融によって生成された裏当材側電極５と裏当材３間の溶融スラグ７は、第１の溝１３に流出して溶融プールに溜まることがない。また、溶接トーチ２間（ワイヤ４／５間）の溶融スラグ７は、溶融スラグ量の少ない摺動銅板１０側および裏当材３側に流出するので溶融プールに溜まることがない。したがって、スラグ跳ねが生じずスラグが溶接トーチ２または開先面に付着することがないので、連続して安定した溶接ができる。さらに、溶接熱が開先面に十分伝わるので、融合不良が生じることがない。
【００２０】
なお、裏当材３の開先裏面１６への当接は、図３に示すように、アルミ箔，亜鉛箔などの金属箔の耐熱テープ１７に接着剤を付けたもの、あるいは裏当材を開先裏面に押し付けるマグネットまたは拘束用治具で行う。また、裏当材３の開先裏面１６への当接を良好とするために、裏当材３と開先裏面１６との間にガラス繊維シートを挾んでも良い。
【００２１】
裏当材３の第１の溝１３の深さｔ１は、１．０〜２．０ｍｍとする。第１の溝１３の深さｔ１が１．０ｍｍ未満であると、フラックス入りワイヤの溶融によって生成された裏当材側電極５と裏当材３間の溶融スラグ７が流出しきれず、また、第１の溝１３の深さｔ１が１．０ｍｍ未満で幅を広くしても溶融スラグ７は開先裏面１６と第１の溝間１３に流れていかず、溶接の進行に伴って溶融スラグ７が増加してスラグ跳ねが発生し開先面および溶接トーチ２に付着して、開先幅が狭い裏当材３側で裏当材側電極５が開先壁に接触して溶接が中断したり、溶接アーク熱が開先面に十分伝わらず、融合不良が発生するようになる。
【００２２】
第１の溝１３の深さｔ１が２．０ｍｍを超えると、溶融スラグ７は第１の溝１３に流出して溶融プールに溜まらずスラグ跳ねがなく良好であるが、図４の（ａ）に示すように開先裏面１６に第１の溝部と第２の溝１４部に溶接金属が突出して、裏ビードは二段ビード１８となる。
【００２３】
裏当材３の第１の溝１３の幅ｗ１は、２０〜４５ｍｍとする。第１の溝１３の幅ｗ１が２０ｍｍ未満であると、フラックス入りワイヤの溶融によって生成された裏当材側電極５と裏当材３間の溶融スラグ７が流出しきれずに、溶接の進行に伴って溶融スラグ７が増加してスラグ跳ねが発生し開先面および溶接トーチ２に付着して、開先幅が狭い裏当材３側で裏当材電極５が開先壁に接触して溶接が中段したり、溶接アーク熱が開先面に十分伝わらず、融合不良が発生するようになる。第１の溝１３の幅ｗ１が４５ｍｍを超えると、開先裏面１６に第１の溝１３部と第２の溝１４部に溶接金属が突出して二段ビード１８となる。
【００２４】
裏当材３の第２の溝１４の深さｔ２は、第１の溝１３底面から１．０〜２．０ｍｍ、幅ｗ２は１２〜２３ｍｍとする。第２の溝１４の深さｔ２が第１の溝１３の底面から１．０未満であると、溶融スラグ７が多いので第２の溝１４までスラグで被われて、図４の（ｂ）に示すように、裏ビードが形成されない場合がある。第２の溝１４の幅ｗ２が１２ｍｍ未満であると、裏ビードが良好に形成されず図４の（ｃ）に示すように、アンダーカット１９が生じる。第２の溝１４の深さｔ２が、第１の溝１３の底面から２ｍｍを超えると、または第２の溝１４の幅ｗ２が２３ｍｍを超えると、図４の（ｄ）に示すように裏ビードが出すぎてオーバーラップ２０が生じる。
【００２５】
【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に示す各寸法の裏当材を試作した。溶接は、表２に示す成分，板厚の鋼板および開先形状として、同表に示す溶接条件で溶接長１０００ｍｍを２電極エレクトロガス溶接装置で溶接した。なお、溶接ワイヤ４，５は、ＪＩＳ  Ｚ３３１９  ＹＦＥＧ−４２Ｃ  １．６ｍｍ径のフラックス入りワイヤを用いた。
【００２６】
溶接中のアーク状態および溶接終了後の裏ビード形状の観察をした後、マクロ試験片を各１０個採取して溶け込み形状を調べた。それらの結果を表１にまとめて示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【００２９】
表１中、試験Ｎｏ．１〜６が本発明の実施例、試験Ｎｏ．７〜１４が比較例である。本発明の実施例である試験Ｎｏ．１〜６は、２段溝を設けた裏当材形状の深さおよび幅が適正であるので、フラックス入りワイヤの溶融によって生成した溶融スラグ７は、裏当材３の第１の溝１３に流出してコントロールされて溶融プールに溜まることがないので、スラグ跳ねが生じず溶接トーチ２や開先面に付着することがないので、溶接熱が開先面に十分伝わって最後まで融合不良が生じることなく溶接できた。また、裏ビード形状も良好であるなど極めて満足な結果であった。
【００３０】
比較例中の試験Ｎｏ．７は、裏当材３の第１の溝１３の深さｔ１が小さいので、また、試験Ｎｏ．９は、第１の溝１３の幅ｗ１が小さいので、いずれも生成スラグ７が溶融プールに溜まりスラグ跳ねが生じ、試験Ｎｏ．７は溶接長６５０ｍｍで、試験Ｎｏ．９は溶接長７００ｍｍで、跳ねたスラグが開先面および溶接トーチ２に付着蓄積して、溶接トーチ２の揺動が困難となったので溶接を中止した。また、マクロ断面を調べた結果溶融不良もあった。
【００３１】
試験Ｎｏ．８は、第１の溝１３の深さｔ１が大きいので、また、試験Ｎｏ．１０は、第１の溝１３の幅ｗ１が大きいので、いずれも生成スラグ７の流出は良好でスラグ跳ねは生じず溶接中断および溶融不良は生じなかったが、裏ビードが二段ビードとなった。
【００３２】
試験Ｎｏ．１１は、第２の溝１４の深さｔ２が小さいので、裏ビードが形成されなかった。
【００３３】
試験Ｎｏ．１２は、第２の溝１４の深さｔ２が大きく、また、試験Ｎｏ．１４は、第２の溝１４の幅ｗ２が大きいので、いずれも裏ビードにオーバラップが生じた。
【００３４】
試験Ｎｏ．１３は、第２の溝１４の幅ｗ２が小さいので、アンダーカットが生じた。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明の２電極エレクトロガス溶接方法によれば、スラグ跳ねがなくアークが安定して溶接作業性が良好で、裏波ビードが良好で融合不良のない健全な溶接部が得られるとともに、溶接を中断することなく高能率に溶接できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ２電極エレクトロガス溶接装置を用いて溶接する状態の模式図であり、開先の縦断面を示す。ただし摺動銅板１０は側面を示す。
【図２】  本発明の２電極エレクトロガス溶接で用いる裏当材を示す平面図である。
【図３】  本発明の２電極エレクトロガス溶接で用いる裏当材を開先裏面に当接した例を示す平面図である。
【図４】  （ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、２電極エレクトロガス溶接方法によって形成された各種裏ビードの形状を示す平面図である。
【符号の説明】
１：揺動方向        ２：溶接トーチ
３：裏当材          ４：摺動銅板側電極
５：裏当材側電極    ６：アーク
７：溶融スラグ      ８：溶接金属
９：ガス供給口      １０：摺動銅板
１１：ワイヤ極間距離  １２：スラグ逃がし
１３：第１の溝        １４：第２の溝
１５：鋼板            １６：開先裏面
１７：耐熱テープ      １８：二段ビード
１９：アンダーカット  ２０：オーバーラップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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