鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法
【課題】ＵＯＥ鋼管やスパイラル鋼管等大径鋼管の造管溶接に用いて好適な鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】３電極以上で両面１層溶接を行う鋼材のサブマージアーク溶接方法において、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足し、かつ第１電極の電流と最後尾の電極の電流が（３）式を満足する。ＤＬ≧２２０（１）、８０≦ＤＴ≦１２０（２）、ＩＴ／ＩＬ≧０．５０（３）ここで、ＤＬ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＤＴ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＩＬ：第１電極の電流（Ａ）、ＩＴ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。
【解決手段】３電極以上で両面１層溶接を行う鋼材のサブマージアーク溶接方法において、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足し、かつ第１電極の電流と最後尾の電極の電流が（３）式を満足する。ＤＬ≧２２０（１）、８０≦ＤＴ≦１２０（２）、ＩＴ／ＩＬ≧０．５０（３）ここで、ＤＬ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＤＴ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＩＬ：第１電極の電流（Ａ）、ＩＴ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法に関し、ＵＯＥ鋼管やスパイラル鋼管等大径鋼管の造管溶接に用いて好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
大径鋼管の造管溶接（シーム溶接）には２電極以上のサブマージアーク溶接が適用され、パイプ生産能率向上の観点から内面側を１パス、外面側を１パスで溶接する両面一層盛り溶接とする、高能率な溶接施工がなされている（例えば特許文献１，２）。
【０００３】
両面一層溶接では、内面溶接金属と外面溶接金属が重なり、未溶融部がないように十分な溶け込み深さを確保する必要があるため、１０００Ａ以上の大電流を適用して溶接を行うのが一般的であるが、能率と欠陥抑制を重視して、溶接入熱が高くなりすぎ、溶接部特に熱影響部の靭性が劣化する傾向にある。
【０００４】
溶接部の高靭性化には、溶接入熱を低減するのが有効であるが、通常行われているシーム溶接の入熱に対して大幅に入熱を低減させなければ、その靭性向上効果は明確とならず、大幅に入熱を低減させると溶着量も減少するため開先断面積を溶着量減少分に合わせて小さくする必要が生じる。そのため、一層の深溶け込み溶接を行わなければ内外面の溶接金属は重ならず、溶け込み不足が生じる危険性が増大する。
【０００５】
従って、溶接部の高靭性化は、投入入熱の大幅な低減と溶け込み深さの増大を両立させなければならず、従来より種々の提案がなされているがその達成は極めて困難である。
【０００６】
例えば、上記特許文献２では電極径に応じて電流密度を高め、溶け込み深さを増大させるサブマージアーク溶接方法が提案されているが、最近の仕様に対しては、電流および電流密度が不十分で入熱の大幅な低減と溶け込み深さの増大の両立は困難である。
【０００７】
特許文献３には高電流で更なる高電流密度でのサブマージアーク溶接方法が提案されており、アークエネルギーをできるだけ板厚方向に投入することにより、必要な溶け込み深さだけを確保し、鋼材幅方向の母材の溶解を抑制することで過剰な溶接入熱を省いて、入熱低減と深溶け込みの両立が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１３８２６６号公報
【特許文献２】特開平１０−１０９１７１号公報
【特許文献３】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】
【０００９】
しかしながら、特許文献３記載のサブマージアーク溶接方法では、入熱低減と深溶け込みが両立できるものの、鋼板表面でのビード幅が小さくなってアンダーカットが発生しやすくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、鋼材を両面から３電極以上でサブマージアーク溶接するのに際し、小さい入熱で十分な溶け込みを得ながらアンダーカットの無い健全な溶接ビードが得られる鋼材の多電極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】
【００１１】
本発明者らは、多電極でのサブマージアーク溶接で種々の溶接条件下において鋼材の両面溶接継手を作製し、溶接金属断面形状およびビードの外観について調査した。
【００１２】
その結果、第１電極と最後尾の電極の電流を適正に制御することで、十分な溶け込みを得ながら鋼板表面でのビード幅を広げ、アンダーカットの無い健全なビードが得られることを見出した。本発明は、得られた知見を基に更に検討を加えてなされたもので、その要旨は以下の通りである。
１．３電極以上で両面１層溶接を行う鋼材のサブマージアーク溶接方法において、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足し、かつ第１電極の電流と最後尾の電極の電流が（３）式を満足することを特徴とする鋼材のサブマージアーク溶接方法。
ＤＬ≧２２０ （１）
８０≦ＤＴ≦１２０ （２）
ＩＴ／ＩＬ≧０．５０ （３）
ここで、ＤＬ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＤＴ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＩＬ：第１電極の電流（Ａ）、ＩＴ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小さい入熱で十分な溶け込みを得ながらアンダーカットの無い健全なビードが得られ、産業上極めて有用である。また、ビード幅を増やすことで余盛高さを減らすという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】開先形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る鋼材の多電極サブマージアーク溶接法は、板厚２０ｍｍ〜４０ｍｍの鋼材を内外面合計入熱量７０〜１６０ｋＪ／ｃｍ程度で両面１層溶接を行う場合の内面溶接、外面溶接のそれぞれを対象とし、３電極以上の溶接において第１電極で溶け込み不良を防止し、最後尾の電極で美麗なビード外観が得られるように溶接条件を調整することを特徴とする。尚、従来、板厚２０ｍｍ〜４０ｍｍの鋼材は内外面合計入熱量８０〜２００ｋＪ／ｃｍ程度で溶接されることが一般的である。
【００１６】
本発明では、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足するように、第１電極と最後尾の電極のワイヤ径と溶接電流を設定する。
【００１７】
第１電極の電流密度が２２０（Ａ／ｍｍ２）未満では、溶け込み不足が生じるため、２２０（Ａ／ｍｍ２）以上とする。
【００１８】
このような場合はビードの表面外観においてビード幅が小さくなりやすく、またハンピングビードになりやすいため、最後尾の電極の電流密度は（２）式を満足するように設定する。
【００１９】
更に、本発明では、第１電極による深溶け込み溶接効果と、最後尾の電極によるアンダーカットおよびハンピングビードの抑制効果の連携を確実に得るため、第１電極の電流と最後尾の電極の電流を（３）式を満足するように設定する。
ＤＬ≧２２０ （１）
８０≦ＤＴ≦１２０ （２）
ＩＴ／ＩＬ≧０．５０ （３）
ここで、ＤＬ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＤＴ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＩＬ：第１電極の電流（Ａ）、ＩＴ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。
【実施例】
【００２０】
板厚２５．４ｍｍおよび３８．１ｍｍの鋼板に、図１に示す開先を加工した後、種々の溶接条件で両面１層溶接の多電極サブマージアーク溶接を施して溶接継手を作製し、ビード外観および溶け込み深さを調査した。表１に開先寸法（図１においてθ１：外面開先角度、θ２：内面開先角度、１：外面開先深さ、２：内面開先深さを指す）を、表２に内面溶接条件を、表３に外面溶接条件を示す。尚、表２、３においてＤＬは第１電極の電流密度を、ＤＴは最後尾の電流密度を指す。
【００２１】
表４に内面溶接におけるビード外観および溶け込み深さ（表中、ビード断面形状）を調査した結果を、表５に外面溶接の場合を示す。溶け込み深さは鋼板表面から溶け込み先端までの距離を測定した。
【００２２】
表４より本発明の規定を満足する溶接条件（内面溶接条件Ｎ１，Ｎ２）で良好なビード外観、ビード断面形状が得られている。
【００２３】
表５においてＮｏ．１〜５は本発明例で、（１）式、（２）式および（３）式を満足し、小さい入熱で十分な溶け込みを得ながらアンダーカットの無い健全なビードが得られた。
【００２４】
一方、Ｎｏ．６〜２０は比較例で、Ｎｏ．６〜１０は第１電極の電流密度が低く（１）式を満たさず、溶け込み深さが不足した。Ｎｏ．１１〜１５は最後尾の電極の電流密度が低く（２）式を満たさず、アンダーカットが発生した。
【００２５】
Ｎｏ．１６、１７は最後尾の電極の電流密度が高く（２）式を満たさず、ハンピングビードが発生した。Ｎｏ．１８は（１）式および（２）式を満たさず、溶け込み不足とアンダーカットが発生した。Ｎｏ．１９、２０は第１電極と最後尾の電極の電流比が（３）式を満たさず、ハンピングビードが発生した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
【表３】
【００２９】
【表４】
【００３０】
【表５】
【符号の説明】
【００３１】
１：外面開先深さ
２：内面開先深さ
θ１：外面開先角度
θ２：内面開先角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法に関し、ＵＯＥ鋼管やスパイラル鋼管等大径鋼管の造管溶接に用いて好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
大径鋼管の造管溶接（シーム溶接）には２電極以上のサブマージアーク溶接が適用され、パイプ生産能率向上の観点から内面側を１パス、外面側を１パスで溶接する両面一層盛り溶接とする、高能率な溶接施工がなされている（例えば特許文献１，２）。
【０００３】
両面一層溶接では、内面溶接金属と外面溶接金属が重なり、未溶融部がないように十分な溶け込み深さを確保する必要があるため、１０００Ａ以上の大電流を適用して溶接を行うのが一般的であるが、能率と欠陥抑制を重視して、溶接入熱が高くなりすぎ、溶接部特に熱影響部の靭性が劣化する傾向にある。
【０００４】
溶接部の高靭性化には、溶接入熱を低減するのが有効であるが、通常行われているシーム溶接の入熱に対して大幅に入熱を低減させなければ、その靭性向上効果は明確とならず、大幅に入熱を低減させると溶着量も減少するため開先断面積を溶着量減少分に合わせて小さくする必要が生じる。そのため、一層の深溶け込み溶接を行わなければ内外面の溶接金属は重ならず、溶け込み不足が生じる危険性が増大する。
【０００５】
従って、溶接部の高靭性化は、投入入熱の大幅な低減と溶け込み深さの増大を両立させなければならず、従来より種々の提案がなされているがその達成は極めて困難である。
【０００６】
例えば、上記特許文献２では電極径に応じて電流密度を高め、溶け込み深さを増大させるサブマージアーク溶接方法が提案されているが、最近の仕様に対しては、電流および電流密度が不十分で入熱の大幅な低減と溶け込み深さの増大の両立は困難である。
【０００７】
特許文献３には高電流で更なる高電流密度でのサブマージアーク溶接方法が提案されており、アークエネルギーをできるだけ板厚方向に投入することにより、必要な溶け込み深さだけを確保し、鋼材幅方向の母材の溶解を抑制することで過剰な溶接入熱を省いて、入熱低減と深溶け込みの両立が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１３８２６６号公報
【特許文献２】特開平１０−１０９１７１号公報
【特許文献３】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】
【０００９】
しかしながら、特許文献３記載のサブマージアーク溶接方法では、入熱低減と深溶け込みが両立できるものの、鋼板表面でのビード幅が小さくなってアンダーカットが発生しやすくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、鋼材を両面から３電極以上でサブマージアーク溶接するのに際し、小さい入熱で十分な溶け込みを得ながらアンダーカットの無い健全な溶接ビードが得られる鋼材の多電極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】
【００１１】
本発明者らは、多電極でのサブマージアーク溶接で種々の溶接条件下において鋼材の両面溶接継手を作製し、溶接金属断面形状およびビードの外観について調査した。
【００１２】
その結果、第１電極と最後尾の電極の電流を適正に制御することで、十分な溶け込みを得ながら鋼板表面でのビード幅を広げ、アンダーカットの無い健全なビードが得られることを見出した。本発明は、得られた知見を基に更に検討を加えてなされたもので、その要旨は以下の通りである。
１．３電極以上で両面１層溶接を行う鋼材のサブマージアーク溶接方法において、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足し、かつ第１電極の電流と最後尾の電極の電流が（３）式を満足することを特徴とする鋼材のサブマージアーク溶接方法。
ＤＬ≧２２０ （１）
８０≦ＤＴ≦１２０ （２）
ＩＴ／ＩＬ≧０．５０ （３）
ここで、ＤＬ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＤＴ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＩＬ：第１電極の電流（Ａ）、ＩＴ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小さい入熱で十分な溶け込みを得ながらアンダーカットの無い健全なビードが得られ、産業上極めて有用である。また、ビード幅を増やすことで余盛高さを減らすという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】開先形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る鋼材の多電極サブマージアーク溶接法は、板厚２０ｍｍ〜４０ｍｍの鋼材を内外面合計入熱量７０〜１６０ｋＪ／ｃｍ程度で両面１層溶接を行う場合の内面溶接、外面溶接のそれぞれを対象とし、３電極以上の溶接において第１電極で溶け込み不良を防止し、最後尾の電極で美麗なビード外観が得られるように溶接条件を調整することを特徴とする。尚、従来、板厚２０ｍｍ〜４０ｍｍの鋼材は内外面合計入熱量８０〜２００ｋＪ／ｃｍ程度で溶接されることが一般的である。
【００１６】
本発明では、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足するように、第１電極と最後尾の電極のワイヤ径と溶接電流を設定する。
【００１７】
第１電極の電流密度が２２０（Ａ／ｍｍ２）未満では、溶け込み不足が生じるため、２２０（Ａ／ｍｍ２）以上とする。
【００１８】
このような場合はビードの表面外観においてビード幅が小さくなりやすく、またハンピングビードになりやすいため、最後尾の電極の電流密度は（２）式を満足するように設定する。
【００１９】
更に、本発明では、第１電極による深溶け込み溶接効果と、最後尾の電極によるアンダーカットおよびハンピングビードの抑制効果の連携を確実に得るため、第１電極の電流と最後尾の電極の電流を（３）式を満足するように設定する。
ＤＬ≧２２０ （１）
８０≦ＤＴ≦１２０ （２）
ＩＴ／ＩＬ≧０．５０ （３）
ここで、ＤＬ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＤＴ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＩＬ：第１電極の電流（Ａ）、ＩＴ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。
【実施例】
【００２０】
板厚２５．４ｍｍおよび３８．１ｍｍの鋼板に、図１に示す開先を加工した後、種々の溶接条件で両面１層溶接の多電極サブマージアーク溶接を施して溶接継手を作製し、ビード外観および溶け込み深さを調査した。表１に開先寸法（図１においてθ１：外面開先角度、θ２：内面開先角度、１：外面開先深さ、２：内面開先深さを指す）を、表２に内面溶接条件を、表３に外面溶接条件を示す。尚、表２、３においてＤＬは第１電極の電流密度を、ＤＴは最後尾の電流密度を指す。
【００２１】
表４に内面溶接におけるビード外観および溶け込み深さ（表中、ビード断面形状）を調査した結果を、表５に外面溶接の場合を示す。溶け込み深さは鋼板表面から溶け込み先端までの距離を測定した。
【００２２】
表４より本発明の規定を満足する溶接条件（内面溶接条件Ｎ１，Ｎ２）で良好なビード外観、ビード断面形状が得られている。
【００２３】
表５においてＮｏ．１〜５は本発明例で、（１）式、（２）式および（３）式を満足し、小さい入熱で十分な溶け込みを得ながらアンダーカットの無い健全なビードが得られた。
【００２４】
一方、Ｎｏ．６〜２０は比較例で、Ｎｏ．６〜１０は第１電極の電流密度が低く（１）式を満たさず、溶け込み深さが不足した。Ｎｏ．１１〜１５は最後尾の電極の電流密度が低く（２）式を満たさず、アンダーカットが発生した。
【００２５】
Ｎｏ．１６、１７は最後尾の電極の電流密度が高く（２）式を満たさず、ハンピングビードが発生した。Ｎｏ．１８は（１）式および（２）式を満たさず、溶け込み不足とアンダーカットが発生した。Ｎｏ．１９、２０は第１電極と最後尾の電極の電流比が（３）式を満たさず、ハンピングビードが発生した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
【表３】
【００２９】
【表４】
【００３０】
【表５】
【符号の説明】
【００３１】
１：外面開先深さ
２：内面開先深さ
θ１：外面開先角度
θ２：内面開先角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３電極以上で両面１層溶接を行う鋼材のサブマージアーク溶接方法において、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足し、かつ第１電極の電流と最後尾の電極の電流が（３）式を満足することを特徴とする鋼材のサブマージアーク溶接方法。
ＤＬ≧２２０ （１）
８０≦ＤＴ≦１２０ （２）
ＩＴ／ＩＬ≧０．５０ （３）
ここで、ＤＬ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＤＴ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＩＬ：第１電極の電流（Ａ）、ＩＴ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。
【請求項１】
３電極以上で両面１層溶接を行う鋼材のサブマージアーク溶接方法において、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足し、かつ第１電極の電流と最後尾の電極の電流が（３）式を満足することを特徴とする鋼材のサブマージアーク溶接方法。
ＤＬ≧２２０ （１）
８０≦ＤＴ≦１２０ （２）
ＩＴ／ＩＬ≧０．５０ （３）
ここで、ＤＬ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＤＴ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ２）、ＩＬ：第１電極の電流（Ａ）、ＩＴ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１７２８９６（Ｐ２０１０−１７２８９６Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４８９７（Ｐ２００９−１４８９７）
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【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８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【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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