JP6188626B2 - ２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は造船、鉄骨、橋梁などの鋼構造物の製作において、特に厚板部材の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接を行うにあたり、ビード形状が良好で溶接部に欠陥のない大脚長のすみ肉ビードが得られ、かつ、プライマ塗装鋼板を用いた水平すみ肉ガスシールドアーク溶接において耐気孔性を向上させる上で好適な２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法に関する。

近年、各種溶接構造物の製作において、ガスシールドアーク溶接方法が溶接能率向上を図ることができることから、その適用が増大している。特に、造船、鉄骨、橋梁等の構造物ではすみ肉溶接の割合が多く、板厚３０ｍｍ以上の厚板での水平すみ肉溶接の場合、すみ肉溶接部の脚長は８ｍｍ以上が必要とされるため、高能率化の目的から、溶接用フラックス入りワイヤを用いる２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法が適用されている。例えば、特許文献１や特許文献２には、２電極で行う水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法が開示されている。

しかし、これらの溶接方法は、長尺部材で脚長４〜６ｍｍの場合における高速化を目的としたもので、各電極で生じる溶融プールを合体させる２電極１プール方式で溶接ビードを形成しているため、すみ肉溶接部の脚長が８ｍｍ以上の大脚長が要求される３０ｍｍ以上の板厚の場合、品質要求を十分に満足することは難しい。

一方、溶接用フラックス入りワイヤの成分組成によって大脚長のすみ肉溶接部を得る技術として、特許文献３や特許文献４には、いずれも１電極溶接で脚長１０ｍｍの大脚長を１パス溶接で得られる溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。しかし、これらの溶接用フラックス入りワイヤを用いて水平すみ肉溶接を行ったとしても、脚長が１０ｍｍを超えると、ルート部の溶け込み不足、ルート部近くのスラグ巻き込み及び上板側のアンダーカットが発生しやすくなる。

また近年、耐錆性の目的から、鋼板表面にプライマが塗装されている鋼板が多く使用されているが、このようなプライマ塗装鋼板を溶接した場合、立板及び下板に塗装したプライマや鋼板表面の赤錆及び付着する水分が溶接時に蒸気化して蒸気ガスが発生するためにピットが発生し、この手直し溶接に時間を要するため、生産コストが高くなるという問題がある。

これら問題を解決する方法として、特許文献５には、２電極１プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接で、先行電極及び後行電極に用いる溶接用フラックス入りワイヤの構成成分を限定することにより、プライマ塗装鋼板を用いた場合の耐気孔性を改善する方法が開示されている。しかし、特許文献５に開示された溶接方法は、２電極１プール方式での水平すみ肉溶接に関するものであるため、耐気孔性を改善することができたとしても、脚長８ｍｍ以上の大脚長での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接では、すみ肉溶接部にアンダーカットやオーバーラップが発生しやすくなるという問題があった。

特開平２−２８０９６８号公報 特開平６−２３４０７５号公報 特開平４−３０００９１号公報 特開平７−３２８７９５号公報 特開２００９−１９００４２号公報

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、厚板の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接において、アーク状態が良好で、スパッタ発生量が少なく、スラグ被包性及びスラグ剥離性が良好で、ビード形状が良好で、スラグ巻き込みや溶込み不足等の溶接欠陥がない各脚長が均等な大脚長のすみ肉溶接部が高能率に得られ、かつ、プライマ塗装鋼板を用いた水平すみ肉ガスシールドアーク溶接でも耐気孔性にも優れる２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、先行電極に溶接用ソリッドワイヤ、後行電極に溶接用フラックス入りワイヤを用い、先行電極と後行電極との溶接進行方向における電極間距離を１００ｍｍ以上、先行電極及び後行電極との下板に対するトーチ角度を４０〜６０°、先行電極のワイヤの狙い位置を下向きの水平すみ肉溶接の場合においてルート部から下板側に５〜１０ｍｍ、後行電極のワイヤ狙い位置を下向きの水平すみ肉溶接の場合においてルート部から上板側に３〜７ｍｍ、先行電極と後行電極のワイヤ径を１．２〜２．０ｍｍで溶接することを特徴とする。

また、前記溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、スラグ形成剤の合計を３．５〜８．５％含有し、残部は鉄粉、合金粉及び不可避不純物であることも特徴とする２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法にある。

本発明に係る２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法によれば、厚板の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接において、アーク状態が良好で、スパッタ発生量が少なく、スラグ被包性及びスラグ剥離性が良好で、ビード形状が良好で、すみ肉溶接部にスラグ巻き込みや溶込み不足などの溶接欠陥がない各脚長が均等な大脚長のすみ肉ビードが得られ、かつ、プライマ塗装鋼板を用いた場合でも耐気孔性にも優れ、溶接能率の向上及及び高品質の溶接部を提供することができる。

本発明の２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法における各電極の配置を示す模式図である。 本発明の２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法で溶接したすみ肉溶接部の断面図である。

本発明者らは、前記課題を解決するため、２電極２プール方式のすみ肉ガスシールドアーク溶接での溶接施工条件について検討した。

図１は、本発明における２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接において、溶接進行方向に向けて先行して溶接する先行電極Ｔ、及び当該先行電極Ｔに後行して溶接する後行電極Ｌの配置を示す模式図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。また、図２は、本発明の２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法により得られたすみ肉溶接部の断面形状を示す。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、２電極２プール方式の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接は、下板１と上板２をＴ字型又はＬ字型に組んだ部材における隅部に相当するルート部３に対して、先行電極Ｌ及び後行電極Ｔで同時にガスシールドアーク溶接を行う。このとき、本発明におけるガスシールドアーク溶接方法では、図１（ｃ）に示すように、先行電極Ｌの溶融プール４と後行電極Ｔの溶融プール５を別々に形成し、２プール状態で溶接を行う。なお、先行電極Ｌおよび後行電極Ｔの溶接トーチには、安定したアーク状態及びすみ肉溶接部の優れたビード形状を得る目的から、図１（ａ）に示すように、溶接進行方向と直交方向に傾斜（以下、トーチ角度θ₁という。）を設けた状態で溶接を行う。このトーチ角度θ₁における基準となる方向は、水平方向である。また、溶接進行方向と平行方向に対しては、図１（ｂ）に示すように、先行電極Ｌには鉛直方向から後方への傾斜（以下、後退角θ₂）を、後行電極Ｔには鉛直方向から前方への傾斜（以下、前進角θ₃）を設けた状態で溶接を行う。なお、後退角θ₂、前進角θ₃における基準となる方向は鉛直方向である。

この溶接方法は、通常は両電極に溶接用フラックス入りワイヤが用いられるが、厚板の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接では、すみ肉溶接部の脚長が８ｍｍ以上必要となるため、大電流域で２電極２プール方式で水平すみ肉ガスシールドアーク溶接した場合、先行電極Ｌに用いられている溶接用フラックス入りワイヤのアーク力は溶接用ソリッドワイヤに比べて弱く、内包するスラグも多いため、ルート部を完全に溶融させることが困難であり、溶け込み不良やスラグ巻き込みも発生し易くなる。また、図１（ｃ）に示すように、先行電極Ｌの溶融プール４と後行電極の溶融プール５を別々に形成させる必要があるため、大電流域での２電極２プール方式でのガスシールドアーク溶接では、先行電極Ｌと後行電極Ｔの極間Ｄ、先行電極Ｌ及び後行電極Ｔのワイヤ狙い位置等の溶接施工条件の調整が難しく、すみ肉溶接部の脚長が不均等になったり、アンダーカットやオーバーラップが発生し、ビード形状が不良になることが多い。

本発明者らは、２電極２プール方式での水平すみ肉溶接において、図２（ａ）に示すように、先行電極Ｌで形成される先行電極ビード１０と後行電極Ｔで成形される後行電極ビード１１のバランスが良く、下板脚長Ｓ１と上板脚長Ｓ２が均等で、かつ、大脚長が得られるすみ肉溶接部を得るために種々検討した結果、先行電極Ｌに溶接用ソリッドワイヤ、後行電極Ｔに溶接用フラックス入りワイヤを用い、後行電極Ｔの溶接用フラックス入りワイヤのスラグ形成剤の合計量を規定することで、先行電極Ｌの溶接用ソリッドワイヤで大脚長のすみ肉溶接部を形成するのに必要な溶着量を確保し、かつ、後行電極Ｔの溶接用フラックス入りワイヤで後行電極Ｔの溶融プール表面を溶融スラグで均一に被包させ、脚長８ｍｍ以上の大脚長でも良好なスラグ剥離性及びスラグ被包性が得られることを見出した。

また、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、先行電極Ｌ及び後行電極Ｔの溶接進行方向における極間Ｄを規定するとともに、ルート部３からの先行電極Ｌの下板側のワイヤ２０の狙い位置（以下、ワイヤ狙い位置という。）の距離をＡ、ルート部３からの後行電極Ｔの上板１側のワイヤ３０の狙い位置（以下、ワイヤ狙い位置という。）の距離をＢとし、かつ、先行電極Ｌ及び後行電極Ｔのトーチ角度θ₁を規定することで、アーク状態が安定し、オーバーラップ、アンダーカット、溶け込み不良及びスラグ巻き込みがなく、脚長８ｍｍ以上の大脚長で下板脚長Ｓ１及び上板脚長Ｓ２が均等なすみ肉溶接部が得られることを見出した。

また、先行電極Ｌの溶接用ソリッドワイヤから発生するアーク力が強いので、先行電極Ｌの溶融プールが攪拌されて蒸気ガスが放出し、ピットの発生を抑制することができることも見出した。

以下に、本発明における２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法の施工条件の限定理由を述べる。

［先行電極に溶接用ソリッドワイヤ、後行電極に溶接用フラックス入りワイヤを用いる］
２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接で先行電極Ｌに溶接用ソリッドワイヤを用いると、先行電極Ｌ及び後行電極Ｔともに溶接用フラックス入りワイヤを用いた場合に比べて、先行電極Ｌの溶接用ソリッドワイヤからのアーク力が強いので、溶接時にルート部を十分に溶融させることができ、スラグ量も少ないので、すみ肉溶接部の溶け込み不良やスラグ巻き込みを抑制することができる。また、先行電極Ｌの溶接用ソリッドワイヤは、溶接用フラックス入りワイヤに比べて溶着量も多いので、８ｍｍ以上の大脚長のすみ肉溶接部を得るための溶着量を十分に確保でき、良好なビード形状を得ることができる。また、後行電極Ｔに溶接用フラックス入りワイヤを用いているので、後行電極Ｔの溶融プール５表面を溶融スラグで均一に被包でき、スラグ被包性およびスラグ剥離性も良好にすることができる。

さらに、プライマ塗装鋼板を用いて２電極２プール方式で水平すみ肉ガスシールドアーク溶接した場合、先行電極Ｌの溶融プールが攪拌され、プライマ塗装鋼板から発生した蒸気ガスが外に放出されるので、ピットを低減することもできる。

一方、先行電極及Ｌ及び後行電極Ｔともに溶接用フラックス入りワイヤを用いた場合、先行電極Ｌのアーク力が溶接用ソリッドワイヤより弱いので、先行電極Ｌの溶融プールが十分に攪拌されず、ピットの発生を十分に抑えることができない。また、先行電極Ｌの溶着量を増加させた場合に、図２（ｂ）に示すように、ルート部３におけるスラグ巻き込み７が発生しやすくなる。

先行電極Ｌ及び後行電極Ｔともに溶接用ソリッドワイヤを用いた場合、後行電極Ｔのアーク力も強いので、すみ肉溶接部のビード表面が凸状になり、ビード形状が不良になる。さらに、両電極から供給されるスラグ形成剤が極めて少ないので、溶融スラグが後行電極Ｔの溶融プールを全面被包できず、溶接ビードの垂れを支えきれなくなり、すみ肉溶接部の脚長が不均等となるとともに、スラグ被包性及びスラグ剥離性も不良となる。

また、先行電極Ｌに溶接用フラックス入りワイヤ、後行電極Ｔに溶接用ソリッドワイヤを用いた場合、ビード形状を整える働きをする後行電極Ｔに溶接用ソリッドワイヤを用いているので、後行電極Ｔからのアークが強く、すみ肉溶接部のビード表面が凸状となり、ビード形状が不良となる。また、溶融スラグが後行電極Ｔの溶融プール５全面に均一に被包できないので、すみ肉溶接部の脚長も不均等となり、スラグ被包性及びスラグ剥離性が不良となる。

したがって、先行電極Ｌには溶接用ソリッドワイヤ、後行電極Ｔには溶接用フラックス入りワイヤを用いるものとする。

［先行電極と後行電極との溶接進行方向における電極間距離：１００ｍｍ以上］
図１（ａ）に示す２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接で大脚長のすみ肉溶接部を得るためには、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す先行電極Ｌと後行電極Ｔとの溶接進行方向における電極間距離Ｄを適正にする必要がある。先行電極Ｌと後行電極Ｔとの溶接進行方向における電極間距離Ｄが１００ｍｍ未満であると、先行電極Ｌの溶融プール４が未凝固の状態で後行電極Ｔの溶融プール５が生成し、これらの溶融プールが重なっていびつな１プール状態となり、すみ肉溶接部の下板１側止端部にオーバーラップ、上板２側止端部にアンダーカットが生じ、ビード形状が不良になる。したがって、先行電極Ｌと後行電極Ｔとの溶接進行方向における電極間距離Ｄは１００ｍｍ以上とする。なお、先行電極Ｌと後行電極Ｔとの溶接進行方向における電極間距離Ｄの上限は特に限定しないが、溶接作業の容易さ及び溶接装置の大きさから２００ｍｍ以下であることが好ましい。

［先行電極及び後行電極の下板に対するトーチ角度：４０〜６０°］
図１（ａ）に示す２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接で、先行電極Ｌ及び後行電極Ｔの下板１に対するトーチ角度θ₁が４０°未満であると、アークが下板１に近づきすぎてアーク状態が不安定になり、スパッタが多発する。さらに、図２（ｃ）に示すように、すみ肉溶接部の下板１側止端部にアンダーカット８が生じてビード形状が不良になるとともに、下板脚長Ｓ１が小さくなって脚長が不均等になる。一方、先行電極Ｌ及び後行電極Ｔの下板１に対するトーチ角度θ₁が６０°を超えると、逆にアークが上板２に近づきすぎてアーク状態が不安定になり、スパッタが多発する。さらに、すみ肉溶接部の下板１側止端部にはオーバーラップ、上板２側止端部にアンダーカットが生じてビード形状が不良になるとともに、上板脚長Ｓ２も小さくなって脚長が不均等になる。したがって、先行電極Ｌ及び後行電極Ｔの下板１に対するトーチ角度θ₁は４０°〜６０°とする。

［先行電極の狙い位置を下向きの水平すみ肉溶接の場合においてルート部から下板側に５〜１０ｍｍ］
先行電極Ｌの下板１側へのワイヤ狙い位置とは、先行電極Ｌにおけるワイヤ２０の略延
長線上と下板１との交点である。図１（ａ）に示す先行電極Ｌの下板１側へのワイヤ狙い
位置とルート部３との距離Ａが５ｍｍ未満であると、図２（ｄ）に示すように、先行電極
Ｌによって形成された先行電極ビード１０が後行電極ビード１１により完全に溶融されて
覆われるため、下板脚長Ｓ１が小さくなるとともに、すみ肉溶接部の下板１側止端部のな
じみが悪くなってオーバーラップ９が生じ、ビード形状が不良になる。一方、先行電極Ｌ
の下板１側へのワイヤ狙い位置とルート部３との距離Ａが１０ｍｍを超えると、図２（ｅ
）に示すように、先行電極ビード１０と後行電極ビード１１との重ねしろが少なく、ビー
ド形状が不良になるとともに、上板脚長Ｓ２が小さくなり、８ｍｍ以上の脚長が得られな
くなる。また、先行電極Ｌのワイヤ狙い位置がルート部３から離れすぎているので、後行
電極Ｌのアークがルート部３を完全に溶融することができず、ルート部３に溶け込み不良
６が生じる。したがって、先行電極Ｌの狙い位置は下向きの水平すみ肉溶接の場合においてルート部３から下板１側に５〜１０ｍｍとする。

［後行電極の狙い位置を下向きの水平すみ肉溶接の場合においてルート部から上板側に３〜７ｍｍ］
後行電極Ｔの上板２側へのワイヤ狙い位置とは、後行電極Ｔにおけるワイヤ３０の略 延長線上と下板１との交点である。図１（ａ）に示す後行電極Ｔの上板２側へのワイヤ 狙い位置とルート部３との距離Ｂが３ｍｍ未満であると、上板脚長Ｓ２が小さくなる。 また図２（ｄ）に示すように、すみ肉溶接部の下板１側止端部にオーバーラップ９が生 じ、ビード形状が不良になる。一方、後行電極Ｔの上板２側のワイヤ狙い位置とルート 部３との距離Ｂが７ｍｍを超えると、図２（ｆ）に示すように、すみ肉溶接部の上板２ 側止端部にアンダーカット８が生じ、ビード形状が不良になる。また、先行電極ビード １０と後行電極ビード１１との重ねしろが少なく、ビード形状が不良になる。したがっ て、後行電極Ｔの狙い位置は下向きの水平すみ肉溶接の場合においてルート部３から上 板２側に３〜７ｍｍとする。

［先行電極及び後行電極のワイヤ径：１．２〜２．０ｍｍ］
先行電極Ｌ及び後行電極Ｔのワイヤ２０、３０のワイヤ径は、すみ肉溶接部の８ｍｍ以上の大脚長及び溶接速度に適応したワイヤ径を選定する必要がある。先行電極Ｌ及び後行電極Ｔの各ワイヤ２０、３０のワイヤ径が１．２ｍｍ未満であると、脚長８ｍｍ以上の大脚長のすみ肉溶接部を確保するためにはワイヤ送給速度を上限近くまで上げなければならず、アーク状態が不安定になり、スパッタが多発し、ビード形状も不良となる。一方、先行電極Ｌ及び後行電極Ｔのワイヤ径が２．０ｍｍを超えると、通常のワイヤ送給装置ではワイヤが送給できず、専用のワイヤ送給装置を設置しなければならないので、設備コストが高くなる。したがって、先行電極及び後行電極のワイヤ径は１．２〜２．０ｍｍとしている。

［スラグ形成剤の合計：３．５〜８．５％］
前述の施工条件で２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接を行うことで、アーク状態が安定し、スパッタ及びピットの発生が少なく、スラグ被包性、スラグ剥離性が良好で、アンダーカットやオーバーラップのない均等な大脚長の溶接ビードが得ることができ、溶接の高能率化を達成することができる。一方、厚板での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接の場合、更にビード形状、スラグ被包性及びスラグ剥離性を良好にさせるため、後行電極Ｔに用いる溶接用フラックス入りワイヤのスラグ形成剤量を限定する必要がある。

後行電極Ｔに用いる溶接用フラックス入りワイヤのスラグ形成剤は、２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接ですみ肉溶接部を形成する際、溶融スラグとなって後行電極Ｔの溶融プール全面を被包してすみ肉溶接部のビード形状を整えるとともに、溶融された金属が下板側に流れるのを防止し、脚長８ｍｍ以上の大脚長でもすみ肉溶接部の脚長を均等にする作用がある。ワイヤ全質量に対して、スラグ形成剤の合計が３．５質量％未満であると、スラグ生成量が不足して後行電極Ｔの溶融プール全面を均一に被包できないので、ビード形状が不良になるとともに、溶融スラグがビード表面に焼き付き、スラグ剥離性も不良となる。一方、スラグ形成剤の合計が８．５質量％を超えると、スラグ過多となってスラグ被包状態にムラが発生し、ビード形状が不良になる。したがって、スラグ形成剤の合計は、ワイヤ全質量に対して３．５〜８．５質量％とする。

なお、スラグ形成剤は、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｇＯなどの酸化物及びＣａＦ₂、Ｋ₂ＳｉＦ₆、Ｎａ₃ＡｌＦ₆などの弗化物などの合計をいう。

以上、本発明の後行電極Ｔに用いる溶接用フラックス入りワイヤの構成成分の限定理由を述べたが、残部は、鋼製外皮成分のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ及び不可避不純物、フラックス中の鉄粉、合金粉及び不可避不純物である。鉄粉は、溶着速度を高める目的から適量添加することができる。また、合金粉は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇなどの金属粉や、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｔｉなどの鉄合金粉などをいい、溶接金属の機械的性質の向上などの目的から適量添加することができる。

なお、上記の鋼製外皮は、フラックス充填した後の伸線加工性に優れる熱間圧延鋼帯で、鋼製外皮全質量に対して、質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．２０〜０．８０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下のものが適しており、特に、Ｃが０．００５〜０．０３％のものは、スパッタ低減及び低ヒューム化にも有効である。

また、溶接用フラックス入りワイヤのワイヤ断面形状は、かしめタイプ又はシームレスタイプのどちらでもよいが、ワイヤ表面に銅めっきを施すことができるシームレスタイプは、チップの摩耗が少なく、安定したアーク状態が長時間維持することができ、溶接の高能率化を図ることができる。また、ワイヤに継ぎ目が無いので、吸湿性に優れており、長期間保管することができる。

さらに、溶接用フラックス入りワイヤ中の水素量及び窒素量は、耐気孔性及び衝撃靭性の低下を防止するため、ワイヤ全質量に対して４０ｐｐｍ以下にするのが望ましい。

また、スラグ剥離剤として、ＳをＦｅＳなどの形態で故意に添加するのは有効であるが、Ｓがワイヤ全質量に対して質量％で０．０３０％を超えると、スラグ被包性が悪くなり、ビード形状が不良となる。

また、シールドガスはＣＯ₂が経済的であり通常使用されるが、ＡｒとＣＯ₂の混合ガスも使用できる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

熱間圧延鋼帯の軟鋼外皮（Ｃ：０．０２質量％、Ｓｉ：０．０１質量％、Ｍｎ：０．３５質量％、Ａｌ：０．０２質量％、Ｎ：０．００１５質量％）に、表１に示すスラグ形成剤の含有率からなる各種フラックスをフラックス充填率１７質量％で充填し、軟鋼外皮をパイプ状に成形して端面同士を溶接してシームレス状にした後、表３に示す各種ワイヤ径に縮径した溶接用フラックス入りワイヤを各種試作した。

表１に示す溶接用フラックス入りワイヤを後行電極に用い、先行電極には表２に示す溶接用ソリッドワイヤを用いて、表３に示す各種溶接施工条件で、２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接（１パス両側同時溶接）を行い、溶接作業性を調査した。なお、チップ母材間距離は２５〜３０ｍｍ、シールドガスはＣＯ₂ガスを使用し、ガス流量２５リットル／ｍｉｎで、溶接長７５０ｍｍで溶接を行った。

試験体は、４９０Ｎ／ｍｍ²級高張力鋼表面にプライマを塗装した鋼板（以下、プライマ鋼板という。プライマ膜厚は側面約１５μｍ、端面はフライス加工、鋼板寸法：板幅１００ｍｍ×長さ１０００ｍｍ×板厚３２ｍｍを用い、下板と上板との隙間がない状態でＴ字に組んだものを使用した。

Ｔ字型の試験体を、２電極２プール方式の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接で、各試作ワイヤのアーク安定性、スパッタ発生量、スラグ被包性、スラグ剥離性、ピット発生数、ビード形状、脚長（実測値）について調査し、評価を行った。アーク安定性、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状については、目視観察により良好が否かを確認した。また、スパッタ発生量については、目視観察により多いか否かを、また、ピット発生量については、ピット発生の有無について確認し、ピットが発生していた場合にはその個数を測定した。脚長については、下板脚長Ｓ１及び上板脚長Ｓ２ともに脚長８ｍｍ以上で、かつ、ＪＩＳ Ｚ ３３１３に準拠し、各脚長の脚長差が０．５×Ｓmin（下板脚長Ｓ１及び上板脚長Ｓ２の最小値）−０．５以下であるものを均等として合格とした。それら結果を表４にまとめて示す。

表３、表４、中Ｎｏ．１〜６が本発明例、Ｎｏ．７〜１９は比較例である。

本発明例であるＮｏ．１〜４は、先行電極に溶接用ソリッドワイヤ、後行電極に溶接用フラックス入りワイヤを用い、先行電極と後行電極の溶接進行方向における電極間距離、先行電極及び後行電極との下板に対するトーチ角度、先行電極及び後行電極の下板及び上板に対する狙い位置、先行電極及び後行電極のワイヤ径が適正で、さらに、前記溶接用フラックス入りワイヤラック入り中のスラグ形成剤の含有量が適正なので、プライマ塗装した厚鋼板での２電極２プール方式での水平すみ肉ガスシールドアーク溶接でのアーク状態が良好で、スパッタ発生量が少なく、ビード形状、スラグ被包性及びスラグ剥離性がいずれも良好で、ピットの発生もなく、両脚長が８ｍｍ以上で均等な大脚長のすみ肉溶接部を得ることができ、極めて良好な結果であった。

なお、Ｎｏ．５は、後行電極に用いた溶接用フラックス入りワイヤ（記号Ｆ５）のフラックス形成剤の合計が３．５％未満であり少ないので、スラグ被包性及びスラグ剥離性並びにビード形状がやや悪かったが、すみ肉溶接部の品質上の問題は無かった。また、Ｎｏ．６は、後行電極に用いた溶接用フラックス入りワイヤ（記号Ｆ６）のフラックス形成剤の合計が８．５％超であり多いので、スラグ被包性及びビード形状がやや悪かったが、すみ肉溶接部の品質上の問題は無かった。

比較例中Ｎｏ．７は、先行電極及び後行電極の両方に溶接用フラックス入りワイヤ（記号Ｆ２）を用いたので、すみ肉溶接部のルート部にスラグ巻き込みが発生し、耐気孔性が不良でピットが発生した。

Ｎｏ．８は、先行電極に溶接用フラックス入りワイヤ、後行電極に溶接用ソリッドワイヤを用いたので、スラグ被包性及びスラグ剥離性並びにビード形状が不良であった。また、すみ肉溶接部の脚長も不均等であった。

Ｎｏ．９は、先行電極及び後行電極の両方に溶接用ソリッドワイヤを用いたので、スラグ被包性及びスラグ剥離性並びにビード形状が不良で、すみ肉溶接部の脚長も不均等であった。

Ｎｏ．１０は、先行電極及び後行電極のワイヤ径が２．０ｍｍを超えているので、通常のワイヤ送給装置ではワイヤが送給できず、専用のワイヤ送給装置を設置したので、設備コストが高かった。また、後行電極に用いた溶接用フラックス入りワイヤ（記号Ｆ６）のスラグ形成剤の合計が８．５％超であり多いので、スラグ被包性及びビード形状が不良であった。

Ｎｏ．１１は、先行電極と後行電極の電極間距離が短いので、アーク状態が不安定で、スパッタ発生量が多かった。また、すみ肉溶接部の下板側止端部にオーバーラップ、上板側止端部にアンダーカットが生じ、ビード形状が不良であった。

Ｎｏ．１２は、先行電極の下板側のワイヤ狙い位置とルート部との距離が１０ｍｍ超であり長いので、すみ肉溶接部のルートに溶け込み不良が生じ、ビード形状も不良であった。また、すみ肉溶接部の上板脚長が小さく、脚長が不均等であった。

Ｎｏ．１３は、先行電極の下板側のワイヤ狙い位置とルート部との距離が５ｍｍ未満であり短いので、すみ肉溶接部の下板側止端部にオーバーラップが生じ、ビード形状が不良であった。また、すみ肉溶接部の下板脚長が小さく、脚長が不均等であった。

Ｎｏ．１４は、後行電極の上板側のワイヤ狙い位置とルート部との距離が７ｍｍ超であり長いので、すみ肉溶接部の上板側止端部にアンダーカット６が生じ、ビード形状が不良であった。

Ｎｏ．１５は、後行電極の上板側のワイヤ狙い位置とルート部との距離が３ｍｍ未満であり短いので、すみ肉溶接部の下板止端部にオーバーラップが生じ、ビード形状が不良であった。また、すみ肉溶接部の上板脚長が小さく、脚長が不均等であった。

Ｎｏ．１６は、先行電極及び後行電極の下板に対するトーチ角度が４０°未満であり低いので、アーク状態が不安定で、スパッタ発生量が多かった。また、すみ肉溶接部の下板側止端部にアンダーカットが生じてビード形状が不良で、下板脚長も小さく、脚長が不均等であった。

Ｎｏ．１７は、先行電極及び後行電極のワイヤ径が１．２ｍｍ未満であり細いので、アーク状態が不安定で、スパッタ発生量が多く、ビード形状も不良であった。

Ｎｏ．１８は、先行電極及び後行電極の下板に対するトーチ角度が６０°超であり高いので、アーク状態が不安定で、スパッタ発生量が多かった。また、すみ肉溶接部の下板側止端部にオーバーラップ、上板側止端部にアンダーカットが生じてビード形状が不良で、上板脚長も小さく、脚長が不均等であった。

Ｎｏ．１９は、先行電極及び後行電極のワイヤ径が２．０ｍｍ超であり太いので、通常のワイヤ送給装置ではワイヤが送給できず、専用のワイヤ送給装置を設置しなければならないので、設備コストが高かった。また、後行電極に用いた溶接用フラックス入りワイヤ（記号Ｆ５）のスラグ形成剤の合計が３．５％未満と少ないので、スラグ被包性及びスラグ剥離性並びにビード形状が不良であった。

１ 下板
２ 上板
３ ルート部
４ 先行電極の溶融プール
５ 後行電極の溶融プール
６ 溶け込み不良
７ スラグ巻き込み
８ アンダーカット
９ オーバーラップ
１０ 先行電極ビード
１１ 後行電極ビード
２０、３０ ワイヤ
Ｌ 先行電極
Ｔ 後行電極
Ｄ 極間距離
Ｓ１ 下板脚長
Ｓ２ 上板脚長
θ₁ トーチ角度
θ₂ 前進角
θ₃ 後退角

Claims (2)

1. ２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法において、
   先行電極に溶接用ソリッドワイヤ、後行電極に溶接用フラックス入りワイヤを用い、
   先行電極と後行電極との溶接進行方向における電極間距離を１００ｍｍ以上、
   先行電極及び後行電極との下板に対するトーチ角度を４０〜６０°、
   先行電極のワイヤ狙い位置を下向きの水平すみ肉溶接の場合においてルート部から下板側に５〜１０ｍｍ、
   後行電極のワイヤ狙い位置を下向きの水平すみ肉溶接の場合においてルート部から上板側に３〜７ｍｍ、
   先行電極及び後行電極のワイヤ径を１．２〜２．０ｍｍで溶接することを特徴とする ２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。
2. 前記溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、スラグ形成剤の合計を３．５〜８．５％含有し、
   残部は鉄粉、合金粉及び不可避不純物であることを特徴とする請求項１記載の２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法。

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