サブマージアーク溶接方法
【課題】サブマージアーク溶接の溶接速度を増速するためには細径の溶接用ワイヤを使用せざるを得ず、入熱が集中してＨＡＺの靭性が劣化するという問題があった。これに対して通常の太さの溶接用ワイヤを用いてアークを安定させ、増速を可能にする技術を提供する。
【解決手段】単一の、あるいは２本以上の電極で溶接を行なうサブマージアーク溶接方法の第１電極に、REMを0.01〜１質量％含有する溶接用ワイヤを用い、極性を直流正極性または交流とする。
【解決手段】単一の、あるいは２本以上の電極で溶接を行なうサブマージアーク溶接方法の第１電極に、REMを0.01〜１質量％含有する溶接用ワイヤを用い、極性を直流正極性または交流とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の電極あるいは２本以上の電極を用いてサブマージアーク溶接を行なう方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接は、溶融メタルがスラグによって保護されるので、アークが外気から遮断されて安定し、溶接電流を増大させて溶接速度を増速することが可能であるばかりでなく、溶接金属の品質が高く、低温靭性に優れるという効果を有する。さらに、美麗な外観の溶接金属が得られるという利点がある。そのため、様々な分野（たとえば造船，建築，橋梁等）で広く普及している。
【０００３】
サブマージアーク溶接は、溶接電流を大きく設定して１パスで溶接を行なう大入熱溶接が可能であるから、施工能率に優れた溶接技術であるが、施工能率のさらなる向上を目的として、溶接速度を高める技術が検討されている。
たとえば特許文献１には、細径の溶接用ワイヤを用いて溶込み深さを増大する技術が開示されている。細径の溶接用ワイヤを使用すればアークが集中するので、溶接電流が同一であっても溶込み深さを増大することが可能であり、溶接速度を増速できる。しかし、入熱が集中することによってＨＡＺの温度が過剰に上昇した後、急激に冷却されて、ＨＡＺの靭性が劣化する。
【０００４】
しかも細径の溶接用ワイヤを用いる場合は、溶接用ワイヤを高速で供給しなければならない。そのため、特殊な溶接装置を使用する必要があり、サブマージアーク溶接の施工コストの上昇を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006-272377号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、溶接速度の増速を達成できる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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、通常の太さのワイヤ径を有する溶接用ワイヤを用いてサブマージアーク溶接を行ない、溶接速度を増速する技術について調査検討した。そして、溶接用ワイヤに希土類元素（以下、REMという）を添加すると、アークの集中度が向上して、溶接速度の増速が可能になることが分かった。
従来、REMはガスシールドアーク溶接におけるアークを安定させる、あるいは炭酸ガスアーク溶接におけるスパッタを低減させることを目的として溶接用ワイヤに添加されていた。しかし、サブマージアーク溶接で用いる溶接用ワイヤにREMを添加した場合の効果については解明されていなかった。サブマージアーク溶接は、アークがスラグの中で発生するので、スパッタの発生が問題にならない。そのため、溶接用ワイヤにREMを添加する必要性がなかった。
【０００８】
そこで発明者らは、サブマージアーク溶接におけるREMの挙動について詳細に研究した。その結果、溶接用ワイヤに添加されたREMが酸化物となって液滴表面に存在し、そのREMから電子が優先的に放出されて、アークの分散を抑制することが判明した。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、単一の、または２本以上の電極で溶接を行なうサブマージアーク溶接方法において、REMを0.01〜１質量％含有する溶接用ワイヤを第１電極で用いるサブマージアーク溶接方法である。
【０００９】
本発明のサブマージアーク溶接方においては、CaＯを30質量％以下含有するフラックスを使用することが好ましい。さらに、第１電極の溶接電流をＩ1（Ａ）とし、第２電極の溶接電流をＩ2（Ａ）として、電流比Ｉ2／Ｉ1を0.65以上とすることが好ましい。
なお、第１電極は、単一の電極を用いる場合はその電極を指し、複数の電極を用いる場合は進行方向の先頭に配置される電極を指す。第２電極は、進行方向の２番目に配置される電極を指す。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、サブマージアーク溶接の溶接速度の増速を達成できる。しかも通常の太さのワイヤ径を有する溶接用ワイヤに本発明を適用できるので、従来の溶接装置で施工でき、施工コストの低減に寄与する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、REMを含有する溶接用ワイヤを使用する。その溶接用ワイヤは、単一の電極でサブマージアーク溶接を行なう場合には、その電極で使用し、２本以上の電極でサブマージアーク溶接を行なう場合には、第１電極（すなわち進行方向の先頭に配置される電極）で使用する。溶接用ワイヤのREM含有量が0.01質量％未満では、十分な溶込み深さが得られない。一方、１質量％を超えると、素材の溶製工程でREMを均一に混合することが困難になるばかりでなく、溶接用ワイヤの加工工程で割れが生じる。したがって、溶接用ワイヤのREM含有量は0.01〜１質量％の範囲内とする。
【００１２】
その溶接用ワイヤを使用する電極は、直流正極性（すなわち電極を陰極）とすることが好ましい。その理由は、溶込み深さが増大するからである。交流とした場合でも、直流正極性ほどの効果は得られないものの、溶込み深さは増大する。
さらに、適用するフラックスについては、CaＯの含有量が30質量％以下であることが好ましい。フラックスのCaＯ含有量が30質量％を超えると、溶込み深さを増大する効果が得られない。一方、CaＯ含有量が５質量％未満では、スラグの塩基度が低下し、溶接金属の靭性が劣化する。そのため、フラックスのCaＯ含有量は５〜30質量％がより好ましい。
【００１３】
また、２本以上の電極でサブマージアーク溶接を行なう場合には、進行方向の先頭に配置される電極（すなわち第１電極）と２番目に配置される電極（すなわち第２電極）の電流比を適正に維持することが好ましい。電流比は、第１電極の電流をＩ1（Ａ）とし、第２電極の溶接電流をＩ2（Ａ）として、Ｉ2／Ｉ1で算出される値である。電流比が0.65未満では、溶込みの先端部にスラグが巻き込まれ易くなる。したがって、電流比は0.65以上が好ましい。ただし電流比が0.8を超えると、溶接欠陥が発生し易くなる。そのため、電流比は0.65〜0.8がより好ましい。
【００１４】
単一の電極でサブマージアーク溶接を行なう場合には、電流比を規定する必要はない。
【実施例】
【００１５】
＜実施例１＞
厚さ12mmのSM490B鋼板に単一の電極でサブマージアーク溶接を行なった。開先はＩ形開先とし、裏面側と表面側から両面１層溶接を行なった。サブマージアーク溶接の溶接電流，溶接電圧，溶接速度および極性は表３に示す通りである。表３中のワイヤ記号Ａ，Ｂとフラックス記号ａ，ｄは、それぞれ表１，２に対応する。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
表３に示す比較例（すなわち溶接番号４）は、REMを含有しない溶接用ワイヤを用いた例である。これに対して、REMを含有する溶接用ワイヤを用いた発明例（すなわち溶接番号１，３，６，７）では、十分な溶込み深さが得られるので、溶接速度を増速できた。溶接番号２は、逆極性でサブマージアーク溶接を行なったので、溶接速度が溶接番号１，３に比べて遅かった。フラックスのCaＯが32質量％でかつ逆極性の溶接番号５も、溶込み深さが浅いため、溶接速度が遅かった。溶接番号６は、フラックスのCaＯがやや多いが、REMを含有する溶接用ワイヤを用いて正極性で溶接することによって、溶接番号５に比べて溶接速度の増速効果が得られた。
＜実施例２＞
厚さ28mmのSM490C鋼板に２本の電極でサブマージアーク溶接を行なった。開先角度を40°とし、ルートフェースを２〜６mmとして角継手を作製し、片面１層溶接を行なった。サブマージアーク溶接の溶接電流，溶接電圧，溶接速度，極性および開先形状は表４に示す通りである。表４中のワイヤ記号Ｃ，Ｄ，Ｅとフラックス記号ｂは、それぞれ表１，２に対応する。使用したフラックスｂはCaＣＯ3を19質量％含有しているが、溶接時にCaＣＯ3がCaＯとＣＯ2に分解するので、CaＯは７質量％＋19質量％×0.56＝17.6質量％含有するものとした。
【００２０】
【表４】
【００２１】
表４に示す比較例（すなわち溶接番号10）は、REMを含有しない溶接用ワイヤを第１電極で用いた例である。これに対して、REMを含有する溶接用ワイヤを第１電極で用いた発明例（すなわち溶接番号８）では、十分な溶込み深さが得られるので、溶接速度を増速できた。
なお、比較例である溶接番号９では、使用した溶接用ワイヤのREM含有量が本発明の範囲を外れるので、溶接速度を増速できなかった。
＜実施例３＞
厚さ25.4mmのAPIX65鋼板に４本の電極でサブマージアーク溶接を行なった。開先はＸ開先とし、裏面側と表面側から両面１層溶接を行なった。サブマージアーク溶接の溶接電流，溶接電圧，溶接速度，極性，電流比および開先形状は表５，６に示す通りである。表５中のワイヤ記号Ｆ，Ｇとフラックス記号ｃは、それぞれ表１，２に対応する。
【００２２】
【表５】
【００２３】
【表６】
【００２４】
表６に示す比較例（すなわち溶接番号13）は、REMを含有しない溶接用ワイヤを第１電極で用いた例である。これに対して、REMを含有する溶接用ワイヤを第１電極で用いた発明例（すなわち溶接番号11，12）では、十分な溶込み深さが得られるので、溶接速度を増速できた。ただし溶接番号12は、第１電極と第２電極の電流比が0.65未満であるので、スラグ巻込みの溶接欠陥が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
サブマージアーク溶接の溶接速度の増速を達成でき、施工コストの低減に寄与するので、産業上格段の効果を奏する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の電極あるいは２本以上の電極を用いてサブマージアーク溶接を行なう方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接は、溶融メタルがスラグによって保護されるので、アークが外気から遮断されて安定し、溶接電流を増大させて溶接速度を増速することが可能であるばかりでなく、溶接金属の品質が高く、低温靭性に優れるという効果を有する。さらに、美麗な外観の溶接金属が得られるという利点がある。そのため、様々な分野（たとえば造船，建築，橋梁等）で広く普及している。
【０００３】
サブマージアーク溶接は、溶接電流を大きく設定して１パスで溶接を行なう大入熱溶接が可能であるから、施工能率に優れた溶接技術であるが、施工能率のさらなる向上を目的として、溶接速度を高める技術が検討されている。
たとえば特許文献１には、細径の溶接用ワイヤを用いて溶込み深さを増大する技術が開示されている。細径の溶接用ワイヤを使用すればアークが集中するので、溶接電流が同一であっても溶込み深さを増大することが可能であり、溶接速度を増速できる。しかし、入熱が集中することによってＨＡＺの温度が過剰に上昇した後、急激に冷却されて、ＨＡＺの靭性が劣化する。
【０００４】
しかも細径の溶接用ワイヤを用いる場合は、溶接用ワイヤを高速で供給しなければならない。そのため、特殊な溶接装置を使用する必要があり、サブマージアーク溶接の施工コストの上昇を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006-272377号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、溶接速度の増速を達成できる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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、通常の太さのワイヤ径を有する溶接用ワイヤを用いてサブマージアーク溶接を行ない、溶接速度を増速する技術について調査検討した。そして、溶接用ワイヤに希土類元素（以下、REMという）を添加すると、アークの集中度が向上して、溶接速度の増速が可能になることが分かった。
従来、REMはガスシールドアーク溶接におけるアークを安定させる、あるいは炭酸ガスアーク溶接におけるスパッタを低減させることを目的として溶接用ワイヤに添加されていた。しかし、サブマージアーク溶接で用いる溶接用ワイヤにREMを添加した場合の効果については解明されていなかった。サブマージアーク溶接は、アークがスラグの中で発生するので、スパッタの発生が問題にならない。そのため、溶接用ワイヤにREMを添加する必要性がなかった。
【０００８】
そこで発明者らは、サブマージアーク溶接におけるREMの挙動について詳細に研究した。その結果、溶接用ワイヤに添加されたREMが酸化物となって液滴表面に存在し、そのREMから電子が優先的に放出されて、アークの分散を抑制することが判明した。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、単一の、または２本以上の電極で溶接を行なうサブマージアーク溶接方法において、REMを0.01〜１質量％含有する溶接用ワイヤを第１電極で用いるサブマージアーク溶接方法である。
【０００９】
本発明のサブマージアーク溶接方においては、CaＯを30質量％以下含有するフラックスを使用することが好ましい。さらに、第１電極の溶接電流をＩ1（Ａ）とし、第２電極の溶接電流をＩ2（Ａ）として、電流比Ｉ2／Ｉ1を0.65以上とすることが好ましい。
なお、第１電極は、単一の電極を用いる場合はその電極を指し、複数の電極を用いる場合は進行方向の先頭に配置される電極を指す。第２電極は、進行方向の２番目に配置される電極を指す。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、サブマージアーク溶接の溶接速度の増速を達成できる。しかも通常の太さのワイヤ径を有する溶接用ワイヤに本発明を適用できるので、従来の溶接装置で施工でき、施工コストの低減に寄与する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、REMを含有する溶接用ワイヤを使用する。その溶接用ワイヤは、単一の電極でサブマージアーク溶接を行なう場合には、その電極で使用し、２本以上の電極でサブマージアーク溶接を行なう場合には、第１電極（すなわち進行方向の先頭に配置される電極）で使用する。溶接用ワイヤのREM含有量が0.01質量％未満では、十分な溶込み深さが得られない。一方、１質量％を超えると、素材の溶製工程でREMを均一に混合することが困難になるばかりでなく、溶接用ワイヤの加工工程で割れが生じる。したがって、溶接用ワイヤのREM含有量は0.01〜１質量％の範囲内とする。
【００１２】
その溶接用ワイヤを使用する電極は、直流正極性（すなわち電極を陰極）とすることが好ましい。その理由は、溶込み深さが増大するからである。交流とした場合でも、直流正極性ほどの効果は得られないものの、溶込み深さは増大する。
さらに、適用するフラックスについては、CaＯの含有量が30質量％以下であることが好ましい。フラックスのCaＯ含有量が30質量％を超えると、溶込み深さを増大する効果が得られない。一方、CaＯ含有量が５質量％未満では、スラグの塩基度が低下し、溶接金属の靭性が劣化する。そのため、フラックスのCaＯ含有量は５〜30質量％がより好ましい。
【００１３】
また、２本以上の電極でサブマージアーク溶接を行なう場合には、進行方向の先頭に配置される電極（すなわち第１電極）と２番目に配置される電極（すなわち第２電極）の電流比を適正に維持することが好ましい。電流比は、第１電極の電流をＩ1（Ａ）とし、第２電極の溶接電流をＩ2（Ａ）として、Ｉ2／Ｉ1で算出される値である。電流比が0.65未満では、溶込みの先端部にスラグが巻き込まれ易くなる。したがって、電流比は0.65以上が好ましい。ただし電流比が0.8を超えると、溶接欠陥が発生し易くなる。そのため、電流比は0.65〜0.8がより好ましい。
【００１４】
単一の電極でサブマージアーク溶接を行なう場合には、電流比を規定する必要はない。
【実施例】
【００１５】
＜実施例１＞
厚さ12mmのSM490B鋼板に単一の電極でサブマージアーク溶接を行なった。開先はＩ形開先とし、裏面側と表面側から両面１層溶接を行なった。サブマージアーク溶接の溶接電流，溶接電圧，溶接速度および極性は表３に示す通りである。表３中のワイヤ記号Ａ，Ｂとフラックス記号ａ，ｄは、それぞれ表１，２に対応する。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
表３に示す比較例（すなわち溶接番号４）は、REMを含有しない溶接用ワイヤを用いた例である。これに対して、REMを含有する溶接用ワイヤを用いた発明例（すなわち溶接番号１，３，６，７）では、十分な溶込み深さが得られるので、溶接速度を増速できた。溶接番号２は、逆極性でサブマージアーク溶接を行なったので、溶接速度が溶接番号１，３に比べて遅かった。フラックスのCaＯが32質量％でかつ逆極性の溶接番号５も、溶込み深さが浅いため、溶接速度が遅かった。溶接番号６は、フラックスのCaＯがやや多いが、REMを含有する溶接用ワイヤを用いて正極性で溶接することによって、溶接番号５に比べて溶接速度の増速効果が得られた。
＜実施例２＞
厚さ28mmのSM490C鋼板に２本の電極でサブマージアーク溶接を行なった。開先角度を40°とし、ルートフェースを２〜６mmとして角継手を作製し、片面１層溶接を行なった。サブマージアーク溶接の溶接電流，溶接電圧，溶接速度，極性および開先形状は表４に示す通りである。表４中のワイヤ記号Ｃ，Ｄ，Ｅとフラックス記号ｂは、それぞれ表１，２に対応する。使用したフラックスｂはCaＣＯ3を19質量％含有しているが、溶接時にCaＣＯ3がCaＯとＣＯ2に分解するので、CaＯは７質量％＋19質量％×0.56＝17.6質量％含有するものとした。
【００２０】
【表４】
【００２１】
表４に示す比較例（すなわち溶接番号10）は、REMを含有しない溶接用ワイヤを第１電極で用いた例である。これに対して、REMを含有する溶接用ワイヤを第１電極で用いた発明例（すなわち溶接番号８）では、十分な溶込み深さが得られるので、溶接速度を増速できた。
なお、比較例である溶接番号９では、使用した溶接用ワイヤのREM含有量が本発明の範囲を外れるので、溶接速度を増速できなかった。
＜実施例３＞
厚さ25.4mmのAPIX65鋼板に４本の電極でサブマージアーク溶接を行なった。開先はＸ開先とし、裏面側と表面側から両面１層溶接を行なった。サブマージアーク溶接の溶接電流，溶接電圧，溶接速度，極性，電流比および開先形状は表５，６に示す通りである。表５中のワイヤ記号Ｆ，Ｇとフラックス記号ｃは、それぞれ表１，２に対応する。
【００２２】
【表５】
【００２３】
【表６】
【００２４】
表６に示す比較例（すなわち溶接番号13）は、REMを含有しない溶接用ワイヤを第１電極で用いた例である。これに対して、REMを含有する溶接用ワイヤを第１電極で用いた発明例（すなわち溶接番号11，12）では、十分な溶込み深さが得られるので、溶接速度を増速できた。ただし溶接番号12は、第１電極と第２電極の電流比が0.65未満であるので、スラグ巻込みの溶接欠陥が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
サブマージアーク溶接の溶接速度の増速を達成でき、施工コストの低減に寄与するので、産業上格段の効果を奏する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の、または２本以上の電極で溶接を行なうサブマージアーク溶接方法において、希土類元素を0.01〜１質量％含有する溶接用ワイヤを第１電極で用い、前記電極の極性を直流正極性または交流とすることを特徴とするサブマージアーク溶接方法。
【請求項２】
前記溶接にて、CaＯを30質量％以下含有するフラックスを使用することを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接方法。
【請求項３】
前記第１電極の溶接電流をＩ1（Ａ）とし、第２電極の溶接電流をＩ2（Ａ）として、電流比Ｉ2／Ｉ1を0.65以上とすることを特徴とする請求項１または２に記載のサブマージアーク溶接方法。
【請求項１】
単一の、または２本以上の電極で溶接を行なうサブマージアーク溶接方法において、希土類元素を0.01〜１質量％含有する溶接用ワイヤを第１電極で用い、前記電極の極性を直流正極性または交流とすることを特徴とするサブマージアーク溶接方法。
【請求項２】
前記溶接にて、CaＯを30質量％以下含有するフラックスを使用することを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接方法。
【請求項３】
前記第１電極の溶接電流をＩ1（Ａ）とし、第２電極の溶接電流をＩ2（Ａ）として、電流比Ｉ2／Ｉ1を0.65以上とすることを特徴とする請求項１または２に記載のサブマージアーク溶接方法。
【公開番号】特開２０１０−２２１２９６（Ｐ２０１０−２２１２９６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３８２３５（Ｐ２０１０−３８２３５）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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