JP2007260684A - Multi-electrode submerged arc welding method for thick steel plate - Google Patents
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Abstract
【課題】従来どおりの溶け込み深さを確保しながら、溶接入熱を効果的に低減して、溶接欠陥の少ない高品質溶接部を得ることができる厚鋼板のサブマージアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】3電極以上の多電極サブマージアーク溶接において、第1電極および第2電極としてワイヤ径が3.2mm以下のワイヤを用い、そのうち少なくとも第1電極についてはフラックスコアードワイヤを適用し、また第1電極への給電は直流定電圧電源を用いて、700A以上の電流で、電流密度を130 A/mm2以上とし、一方第2電極への給電は交流電源を用いて、電流密度が95 A/mm2以上の条件下で溶接する。
【選択図】図1Provided is a thick steel plate submerged arc welding method capable of effectively reducing welding heat input and obtaining a high-quality welded portion with few welding defects while ensuring a penetration depth as before.
In multi-electrode submerged arc welding with three or more electrodes, a wire having a wire diameter of 3.2 mm or less is used as the first electrode and the second electrode, and a flux cored wire is applied to at least the first electrode. The first electrode is fed using a DC constant voltage power supply with a current of 700 A or more and the current density is 130 A / mm 2 or more, while the second electrode is fed using an AC power supply with a current density of 95 Weld under conditions of A / mm 2 or more.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、大径鋼管のシーム溶接などの用途に供して好適な厚鋼板の多電極サブマージアーク溶接方法に関し、特に厚鋼板の溶接に際し、高能率の下で高品質の溶接部を得ようとするものである。 The present invention relates to a multi-electrode submerged arc welding method for thick steel plates suitable for applications such as seam welding of large-diameter steel pipes. In particular, when welding thick steel plates, an attempt is made to obtain high-quality welds under high efficiency. To do.
サブマージアーク溶接は、溶接部の品質が優れていること、ビード外観が美麗であること、そしてなによりスラグにより溶融池がシールドされるため、大入熱での溶接が可能であるという特徴を有している。
そのため、溶接線が直線で長い厚鋼板の溶接には、2電極以上のサブマージアーク溶接が一般に適用され、高品質で高能率の溶接施工が行われている。
Submerged arc welding is characterized by excellent weld quality, beautiful bead appearance, and slag shielding of the molten pool, enabling welding with high heat input. is doing.
For this reason, submerged arc welding with two or more electrodes is generally applied to the welding of thick steel plates with long straight welding lines, and high-quality and high-efficiency welding is performed.
厚鋼板の溶接能率を高めるためには、溶け込み深さ(鋼板表面から溶接金属下端までの距離)と溶着速度の増大が必要である。
サブマージアーク溶接は、ガスシールドアーク溶接に比べて大電流を適用できるため、深い溶け込みを得ることができ、厚鋼板の溶接能率を高めるのに適している。しかしながら、大電流大入熱溶接が可能であるという利点により、溶接能率と欠陥抑制(スラグ巻き込み防止等)を重視するあまり、溶接入熱が過剰になり、溶接部特に熱影響部(HAZ部)の靭性が劣化するという問題がある。
In order to increase the welding efficiency of the thick steel plate, it is necessary to increase the penetration depth (distance from the steel plate surface to the lower end of the weld metal) and the welding speed.
Submerged arc welding can apply a larger current than gas shielded arc welding, so that deep penetration can be obtained and it is suitable for increasing the welding efficiency of thick steel plates. However, due to the advantage of high current and high heat input welding, too much emphasis is placed on welding efficiency and defect suppression (such as prevention of slag entrainment), resulting in excessive welding heat input, especially in the heat affected zone (HAZ zone). There is a problem that the toughness of the steel deteriorates.
この点、かような問題なしに、サブマージアーク溶接の溶け込み深さおよび溶着速度をさらに高めることができれば、過剰な入熱に起因した溶接部の靭性劣化やHAZの軟化による継手強度低下などの問題を克服することが可能となる。
なお、溶接入熱を下げた場合、必然的に溶着量が減少するので、開先断面積を溶着量の減少分に合わせて減らす必要が生じる。このため、より一層の深溶け込み溶接を行わなければ、溶け込み不足を生じてしまう。
従って、上記の問題を解決するには、投入入熱の低減と溶け込み深さの増大という相反する課題を両立させる必要がある。
Without this problem, if the penetration depth and welding speed of submerged arc welding can be further increased, problems such as deterioration of joint toughness due to excessive heat input and reduced joint strength due to HAZ softening will occur. Can be overcome.
Note that when the welding heat input is lowered, the welding amount inevitably decreases, so it is necessary to reduce the groove cross-sectional area in accordance with the decrease in the welding amount. For this reason, unless further deep penetration welding is performed, penetration will be insufficient.
Therefore, in order to solve the above problem, it is necessary to satisfy both conflicting problems of reduction of input heat input and increase of penetration depth.
例えば、特許文献1には、最後方電極より先行する少なくとも1本の先行電極ワイヤ径を最後方電極よりも細径にし、かつ先行電極の少なくとも1極に直流電源を使用することからなる小入熱多電極サブマージアーク溶接方法が提案されている。
しかしながら、この方法では、本発明で所期したほど良好な溶け込み深さおよび溶着速度は得られないという問題と、スラグ巻き込み等の欠陥が増大するという問題があった。というのは、電流密度が不足しているため、溶け込み深さの増大と共に溶着量を増大させる効果が不十分であるだけでなく、細径ワイヤ適用によって生じる溶融池の後方への強い流れを制御することができないからである。
For example, Patent Document 1 discloses a small input consisting of a diameter of at least one preceding electrode wire preceding the last electrode smaller than that of the last electrode and using a DC power source for at least one pole of the preceding electrode. Thermal multi-electrode submerged arc welding methods have been proposed.
However, this method has a problem that a satisfactory penetration depth and welding speed cannot be obtained as expected in the present invention, and defects such as slag entrainment increase. This is because the current density is insufficient, so not only is the effect of increasing the welding amount with the increase of the penetration depth, but also the strong flow to the rear of the weld pool caused by the application of small diameter wire is controlled. Because you can't.
また、特許文献2には、電極径に応じて電流密度を高めることによって、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。
しかしながら、この方法では、電流および電流密度が不十分であるため、入熱の大幅な低減と溶け込み深さの増大を両立させることは困難であった。
However, in this method, since current and current density are insufficient, it is difficult to achieve both a significant reduction in heat input and an increase in penetration depth.
大径鋼管の溶接に際しては、高能率でかつ欠陥のない健全な溶接部を得るために、大電流大入熱でのシーム溶接が可能なサブマージアーク溶接が多用されている。しかしながら、大入熱のサブマージアーク溶接は、板厚方向だけでなく、板幅方向にも母材を溶解する。すなわち、本来、熱エネルギーの投入が不要な板幅方向の母材の溶解にも大量の熱エネルギーが消費されるため、溶接入熱が増大し、溶接金属や溶接熱影響部の靭性劣化を招いていたことは前述したとおりである。 In the welding of large diameter steel pipes, submerged arc welding that can perform seam welding with large current and high heat input is frequently used in order to obtain a high-efficiency and sound-free welded part. However, submerged arc welding with high heat input melts the base material not only in the plate thickness direction but also in the plate width direction. In other words, since a large amount of heat energy is consumed for melting the base metal in the plate width direction, which does not originally require the input of heat energy, the welding heat input increases, leading to deterioration of the toughness of the weld metal and weld heat affected zone. It was as described above.
しかしながら、アークエネルギーをできるだけ板厚方向のみに投入することによって、必要な溶け込み深さを確保し、板幅方向の母材の溶解は抑制することができれば、過剰な溶接入熱を省略でき、入熱低減効果により溶接HAZ部 (熱影響部)の靭性向上が可能となる。 However, excessive welding heat input can be omitted if the necessary penetration depth can be ensured and the melting of the base metal in the plate width direction can be suppressed by supplying arc energy only in the plate thickness direction as much as possible. The heat reduction effect makes it possible to improve the toughness of the welded HAZ (heat affected zone).
本発明は、上記の要請に有利に応えるもので、従来どおりの溶け込み深さを確保しながら、溶接入熱を効果的に低減することにより、溶接欠陥の少ない高品質溶接部を得て、靭性や継手強度など溶接部特性の劣化を効果的に抑制することができる、厚鋼板の多電極サブマージアーク溶接方法を提案することを目的とする。 The present invention advantageously responds to the above requirements, and by effectively reducing the welding heat input while ensuring the penetration depth as before, high quality welds with few welding defects are obtained, and toughness is achieved. It aims at proposing the multi-electrode submerged arc welding method of a thick steel plate which can suppress effectively deterioration of welded part characteristics, such as joint strength.
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.3電極以上の多電極サブマージアーク溶接において、第1電極および第2電極としてワイヤ径が3.2mm以下のワイヤを用い、そのうち少なくとも第1電極についてはフラックスコアードワイヤを適用し、また第1電極への給電は直流定電圧電源を用いて、700A以上の電流で、電流密度を130 A/mm2以上とし、一方第2電極への給電は交流電源を用いて、電流密度が95 A/mm2以上の条件下で溶接することを特徴とする厚鋼板の多電極サブマージアーク溶接方法。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
In multi-electrode submerged arc welding of 1.3 electrodes or more, wires having a wire diameter of 3.2 mm or less are used as the first electrode and the second electrode, and a flux cored wire is applied to at least the first electrode. The power supply to the electrode is a DC constant voltage power supply with a current of 700 A or more and the current density is 130 A / mm 2 or more, while the power supply to the second electrode is an AC power supply with a current density of 95 A / mm A multi-electrode submerged arc welding method for thick steel plates, characterized by welding under conditions of mm 2 or more.
2.溶接ワイヤの中心で測定する第1電極と第2電極間の距離が18mm以下であることを特徴とする上記1に記載の多電極サブマージアーク溶接方法。 2. 2. The multi-electrode submerged arc welding method according to 1 above, wherein the distance between the first electrode and the second electrode measured at the center of the welding wire is 18 mm or less.
3.第1電極の傾斜角度が溶接進行方向に対して−15°〜+15°で、かつ後行の電極の傾斜角度が直前の電極に対して0〜30°であることを特徴とする上記1または2に記載の多電極サブマージアーク溶接方法。 3. 1 or 2 above, wherein the inclination angle of the first electrode is −15 ° to + 15 ° with respect to the welding direction, and the inclination angle of the subsequent electrode is 0 to 30 ° with respect to the immediately preceding electrode. The multi-electrode submerged arc welding method according to 2.
4.鋼板の表裏両面にそれぞれ開先加工を施し、開先断面積Sが次式(1)
S≦3.15t−14 --- (1)
ここで、S:開先断面積(mm2)
t:板厚(mm)
を満足する条件下で溶接を実施することを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の多電極サブマージアーク溶接方法。
4). Groove processing is applied to both the front and back sides of the steel sheet, and the groove cross-sectional area S is given by
S ≦ 3.15t-14 --- (1)
Where S: groove cross-sectional area (mm 2 )
t: Thickness (mm)
The multi-electrode submerged arc welding method according to any one of the above items 1 to 3, wherein welding is performed under a condition that satisfies the following conditions.
本発明の効果を掲げると、次のとおりである。
a)適正な溶け込み深さを維持しながら溶接入熱を大幅に低減することができ、その結果、溶接金属および溶接熱影響部で優れた低温靭性を得ることができる。
b)高強度鋼管で問題になる溶接熱影響部の軟化を抑制できるので、安定な継手強度を得ることができる。
c)本発明のように、ビードの幅に対して溶け込み深さの比率が大きい溶接を行った場合に発生し易いスラグ巻き込みなどの溶接欠陥は、フラックスコアードワイヤを適用することによって大幅に抑制することができ、その結果、高品質の溶接金属を得ることが可能となる。
d)製造者側からすれば、靭性が十分でなかった例えばCが多く、Cu,Ni等の合金元素が少ない、低コスト鋼材を適用することが可能になり、製造コストの低減も可能になる。
The effects of the present invention are as follows.
a) Welding heat input can be significantly reduced while maintaining an appropriate penetration depth, and as a result, excellent low temperature toughness can be obtained in the weld metal and the weld heat affected zone.
b) Since the softening of the weld heat affected zone, which is a problem with high strength steel pipes, can be suppressed, a stable joint strength can be obtained.
c) As in the present invention, welding defects such as slag entrainment that are likely to occur when welding with a large penetration depth ratio to bead width is significantly suppressed by applying a flux cored wire. As a result, a high-quality weld metal can be obtained.
d) From the manufacturer's side, it is possible to apply a low-cost steel material in which the toughness is not sufficient, for example, the amount of C is high and the number of alloy elements such as Cu and Ni is small, and the manufacturing cost can be reduced. .
以下、本発明を具体的に説明する。
多電極溶接において溶け込み深さへの寄与が大きいのは第1電極と第2電極である。
そこで、発明者らは、この第1電極と第2電極について、それらの最適の形態について検討を重ねた。
その結果、以下に述べる知見を得た。
a)少なくとも第1電極については、細径のフラックス入りワイヤ(フラックスコアードワイヤともいう)を用いることが有効である。
b)また、第1電極および第2電極に対する給電方式も重要で、第1電極への給電は直流定電圧電源を用いて、700A以上の電流で、一方第2電極への給電は交流電源を用いることが有利である。
c)さらに、第1電極および第2電極の電流密度については、第1電極は130 A/mm2以上、一方第2電極は95 A/mm2以上とすることが有利である。
The present invention will be specifically described below.
It is the first electrode and the second electrode that greatly contribute to the penetration depth in multi-electrode welding.
Therefore, the inventors have repeatedly studied the optimum form of the first electrode and the second electrode.
As a result, the following knowledge was obtained.
a) For at least the first electrode, it is effective to use a thin flux-cored wire (also referred to as a flux cored wire).
b) In addition, the power supply method for the first electrode and the second electrode is also important. The power supply to the first electrode is a DC constant voltage power supply with a current of 700 A or more, while the power supply to the second electrode is an AC power supply. It is advantageous to use.
c) Further, regarding the current density of the first electrode and the second electrode, it is advantageous that the first electrode is 130 A / mm 2 or more, while the second electrode is 95 A / mm 2 or more.
以下、上記したa〜cの点について詳細に説明する。
まず、フラックスコアードワイヤを用いる点について述べると、このフラックスコアードワイヤは、ワイヤ中に粉体の充填材を含むため、同じワイヤ径のソリッドワイヤに比べて断面積上の金属部分が少ない。そのため、実質的な電流密度が高くなる。電流密度が高くなると、アークが集中し、アークエネルギーが板厚方向に投入されるようになるため、溶け込み深さおよび溶着速度が同径のソリッドワイヤに比べて大きくなる。すなわち、細径のフラックスコアードワイヤを用いることにより、深い溶け込み深さを得ることができ、さらに細径化によりワイヤ溶融速度を向上させて溶接入熱当たりの溶着量を増加させることができるので、低入熱溶接で高い溶着速度と深い溶け込み深さの両者が達成できるのである。
この点、ソリッドワイヤでは、同じ径でも金属部分の断面積が大きく、その分電流密度の低下が避けられないので、十分な効果は得られない。
Hereinafter, the above points a to c will be described in detail.
First, the flux cored wire will be described. Since the flux cored wire includes a powder filler in the wire, the metal portion on the cross-sectional area is smaller than that of the solid wire having the same wire diameter. Therefore, a substantial current density is increased. When the current density is increased, the arc is concentrated and the arc energy is input in the thickness direction, so that the penetration depth and the welding speed are larger than those of the solid wire having the same diameter. In other words, by using a small-diameter flux cored wire, a deep penetration depth can be obtained, and further, by reducing the diameter, the wire melting rate can be improved and the amount of welding per welding heat input can be increased. Both high welding speed and deep penetration depth can be achieved with low heat input welding.
In this regard, in the case of a solid wire, even if the diameter is the same, the cross-sectional area of the metal portion is large, and a reduction in current density is inevitable.
ここに、第1電極および第2電極のワイヤ径は3.2mm以下とする必要がある。というのは、ワイヤ径が 3.2mm超では、十分な電流密度の向上、ひいては溶け込み深さおよび溶着速度の増大が望めないからである。なお、ワイヤ径の下限については1.8mmとするのが好ましい。というのは、ワイヤ径がこれより細くなると、ワイヤ送給速度が速くなりすぎて溶接機が対応できなくなるばかりでなく、ワイヤの抵抗発熱が大きくなりすぎ、ワイヤが溶けすぎるため、アーク長が一定にならず溶接条件が不安定になるからである。 Here, the wire diameter of the first electrode and the second electrode needs to be 3.2 mm or less. This is because when the wire diameter exceeds 3.2 mm, it is not possible to expect a sufficient improvement in current density, and hence an increase in penetration depth and welding speed. The lower limit of the wire diameter is preferably 1.8 mm. This is because if the wire diameter is smaller than this, not only the wire feeding speed becomes too fast and the welding machine can not cope, but the resistance heat of the wire becomes too large and the wire is too melted, so the arc length is constant. This is because the welding conditions become unstable.
また、フラックスコアードワイヤを適用するメリットとして、スラグ巻き込みの発生を効果的に抑制できることが挙げられる。この理由は定かではないが、溶滴が移行に際して細粒化し、アークが安定化するためと考えられる。
この効果を得るには、フラックスコアードワイヤに充填する粉体に含まれる金属酸化物成分を粉体重量の1mass%以上とすることが望ましい。また、高溶着速度を得るためには、粉体に含まれる金属成分を粉体重量の80mass%以上とすることが望ましい。
In addition, as a merit of applying the flux cored wire, it is possible to effectively suppress the occurrence of slag entrainment. The reason for this is not clear, but it is thought that the droplets become finer when transferred and the arc is stabilized.
In order to obtain this effect, the metal oxide component contained in the powder filled in the flux cored wire is desirably 1 mass% or more of the powder weight. Moreover, in order to obtain a high welding speed, it is desirable that the metal component contained in the powder is 80 mass% or more of the powder weight.
なお、本発明では、上記したようなフラックスコアードワイヤを、第1電極および第2電極の両者に適用することが好ましいが、第1電極のみとしてもよい。
また、第3電極以降の電極については、特に制限はなく、通常のソリッドワイヤを用いることができる。また、本発明のフラックスコアードワイヤを用いても何ら問題ない。
また、ワイヤ径についても特に制限はなく、従来から使用される4.0〜6.4mm程度の径のワイヤを使用することができる。
In the present invention, the flux cored wire as described above is preferably applied to both the first electrode and the second electrode, but only the first electrode may be used.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the electrode after the 3rd electrode, A normal solid wire can be used. Moreover, there is no problem even if the flux cored wire of the present invention is used.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about a wire diameter, The wire of the diameter of about 4.0-6.4 mm used conventionally can be used.
図1に、本発明に従うサブマージアーク溶接の溶け込み挙動を、従来のサブマージアーク溶接における溶け込み挙動と比較して示す。
同図(a)に示したように、従来は、大電流大入熱溶接を指向していたことから、開先断面性が大きく、かかる大開先断面性の下で高能率溶接を実施していたため、板厚方向だけでなく、板幅方向にも母材が溶解され、その結果、不要に熱エネルギーが消費されていただけでなく、溶接熱影響部の靭性劣化を余儀なくされていた。
これに対し、本発明では、同図(b)に示すように、ワイヤの径を細くして、アークを絞り、かつ深い溶け込みを得ることができるので、開先断面性を小さくしてトータル溶着量を低減することができ、その結果、低入熱の溶接が可能となり、溶接熱影響部の靭性劣化も防止することができる。
FIG. 1 shows the penetration behavior of submerged arc welding according to the present invention in comparison with the penetration behavior of conventional submerged arc welding.
As shown in Fig. 3 (a), since the conventional approach is directed to large current and large heat input welding, the groove cross-section is large, and high-efficiency welding is performed under such large groove cross-section. Therefore, the base material is melted not only in the plate thickness direction but also in the plate width direction. As a result, the heat energy is not consumed unnecessarily, and the toughness of the weld heat affected zone is forced to deteriorate.
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 5 (b), the diameter of the wire can be reduced, the arc can be reduced, and deep penetration can be obtained. The amount can be reduced. As a result, welding with low heat input becomes possible, and toughness deterioration of the weld heat affected zone can also be prevented.
次に、図2に、同一の溶接条件下でワイヤ径を種々に異ならせた場合における、溶接電流と溶着量との関係について調べた結果を示す。
同図に示したとおり、ワイヤ径を細くするほど、同じ溶接電流値での溶着量は増大し、この傾向は、溶接電流が700A以上で顕著になる。
また、このときの電流密度(電流値/ワイヤ断面積)の適正範囲についても検討したところ、130 A/mm2以上とする必要があることが判明した。なお、ワイヤ断面積は、便宜上、ワイヤ外径に囲まれた面積とした。
Next, FIG. 2 shows the results of examining the relationship between the welding current and the welding amount when the wire diameters are variously changed under the same welding conditions.
As shown in the figure, the thinner the wire diameter, the larger the amount of welding at the same welding current value, and this tendency becomes remarkable when the welding current is 700 A or more.
In addition, when an appropriate range of current density (current value / wire cross-sectional area) at this time was examined, it was found that it was necessary to set the current density to 130 A / mm 2 or more. In addition, the wire cross-sectional area was made into the area enclosed by the wire outer diameter for convenience.
すなわち、700A以上の大電流化とすることによってアークが母材を掘り込む力が強くなり、また130 A/mm2以上と電流密度を高めることによってアークが集中するため、アークエネルギーを効果的に板厚方向に投入することができ、その結果、開先断面積を減少させ、トータルの溶着量を低減した場合であっても、深い溶け込みを得ることができ、かつ低入熱での溶接が可能になったのである。 In other words, by increasing the current to 700A or higher, the strength of the arc digging the base metal becomes stronger, and by increasing the current density to 130A / mm 2 or higher, the arc concentrates, so the arc energy is effectively reduced. Even if it is a case where the groove cross-sectional area is reduced and the total amount of welding is reduced, deep penetration can be obtained and welding with low heat input can be performed. It became possible.
なお、溶接電流があまりに大きくなると、入熱量の増大が避けられず、HAZ部靱性に悪影響を及ぼすようになるので、溶接電流の上限は1400A程度とするのが好適である。
また、電流密度があまりに大きくなると、アークの安定性が劣化するので、電流密度の上限は300 A/mm2程度とするのが好適である。好ましくは、200 A/mm2以上である。
If the welding current becomes too large, an increase in heat input is unavoidable and adversely affects the toughness of the HAZ part. Therefore, the upper limit of the welding current is preferably about 1400A.
In addition, if the current density becomes too high, the stability of the arc deteriorates, so the upper limit of the current density is preferably about 300 A / mm 2 . Preferably, it is 200 A / mm 2 or more.
本発明において、特に第1電極については、細径ワイヤであるため、高速で送給する必要があるが、かような高速送給のためには、給電方式としては直流定電圧特性の電源を用いることが有利である。この直流定電圧特性電源は、アークを安定化させ、欠陥の発生を抑制する効果がある。 In the present invention, the first electrode is a thin wire, and therefore needs to be fed at high speed. For such high speed feeding, a power source with a DC constant voltage characteristic is used. It is advantageous to use. This DC constant voltage characteristic power supply has an effect of stabilizing the arc and suppressing the occurrence of defects.
一方、第2電極については、通常は、溶け込みを得る機能は強くないが、細径ワイヤ(好適にはフラックスコアードワイヤ)を適用し、第1電極との適正な極間距離および適正な電流密度の下で、交流電源を適用することにより、第1電極で得られる深い溶け込みをさらに深くすることが可能となる。
すなわち、第1電極と第2電極を1つの電極と見立て、第2電極も強力なガウジング機能が発揮できるようにすることによって深い溶け込みを得るのである。このためには、溶接ワイヤの中心で測定する第1電極と第2電極間の距離は、18mm以下とすることが好ましい。
On the other hand, the second electrode usually does not have a strong function of obtaining penetration, but a small-diameter wire (preferably a flux cored wire) is applied to provide an appropriate distance between the electrode and an appropriate current. By applying an AC power supply under the density, it is possible to further deepen the deep penetration obtained in the first electrode.
In other words, the first electrode and the second electrode are regarded as one electrode, and the second electrode can also exert a strong gouging function to obtain deep penetration. For this purpose, the distance between the first electrode and the second electrode measured at the center of the welding wire is preferably 18 mm or less.
深い溶け込みを得るには、上述したとおり第1電極と第2電極を接近させる必要があるが、電極間距離があまりに狭くなると、給電方式として直流電源を用いた場合、両者が干渉する不利が生じる。
そこで、本発明では、かような干渉を避けるため、第2電極の電源としては第1電極と干渉しない交流電源を用いることにした。
In order to obtain a deep penetration, it is necessary to bring the first electrode and the second electrode closer as described above. However, if the distance between the electrodes is too narrow, there is a disadvantage in that both interfere with each other when a DC power source is used as a power feeding method. .
Therefore, in the present invention, in order to avoid such interference, an AC power supply that does not interfere with the first electrode is used as the power supply for the second electrode.
交流電源を使用する場合、アーク電圧をワイヤ送給速度にフィードバックし、溶接条件(アーク長)を制御するが、細径ワイヤで高電流密度の溶接を行うためには、ワイヤ送給速度を高める必要があり、フィードバック制御が難しくなるという問題がある。こうした問題を避けるためには、ワイヤ送給モーターに1.0×10-4kg・m以下の低イナーシャのサーボモーターを用いるのが望ましい。一般にサブマージアーク溶接機に用いられているモーターは、慣性が大きく6.0×10-4kg・m程度であり、ワイヤ高速送給時のフィードバック応答が遅れる傾向が生じ、短絡によるアーク切れが生じやすいためである。以上の操作により、第1、第2電極のアークが安定し、深溶け込みでかつ欠陥のない高品質の溶接部を得ることができる。 When an AC power supply is used, the arc voltage is fed back to the wire feed speed and the welding conditions (arc length) are controlled. However, in order to perform welding at a high current density with a thin wire, the wire feed speed is increased. There is a problem that the feedback control becomes difficult. To avoid these problems, it is desirable to use a low inertia servo motor of 1.0 × 10 −4 kg · m or less for the wire feed motor. Generally, motors used in submerged arc welders have a large inertia of approximately 6.0 × 10 −4 kg · m, and the feedback response tends to be delayed during high-speed wire feeding, and arc breaks due to short circuits are likely to occur. It is. By the above operation, the arcs of the first and second electrodes are stabilized, and a high-quality welded part having deep penetration and no defects can be obtained.
ここに、第2電極の電流密度は95 A/mm2以上とする必要がある。というのは、この電流密度が95 A/mm2に満たないと、第1電極で得た深い溶け込みをさらに深くすることが難しいからである。なお、第2電極の電流密度があまりに大きくなると、ビードが凸形になることが避けられず、ビードの形状が劣化するので、電流密度の上限は250A/mm2程度とするのが好適である。好ましくは、130A/mm2以上である。
上記したように、第1電極、第2電極に細径ワイヤを用い、高電流密度で溶接を行うことにより、ワイヤの通電発熱量が増大し、溶着速度も増大する。そのため、さらに溶接入熱を低減することが可能となる。
Here, the current density of the second electrode needs to be 95 A / mm 2 or more. This is because if the current density is less than 95 A / mm 2 , it is difficult to further deepen the deep penetration obtained in the first electrode. In addition, if the current density of the second electrode becomes too large, it is inevitable that the bead becomes convex and the shape of the bead deteriorates. Therefore, the upper limit of the current density is preferably about 250 A / mm 2. . Preferably, it is 130 A / mm 2 or more.
As described above, by using thin wires for the first electrode and the second electrode and performing welding at a high current density, the amount of heat generated by energizing the wire increases, and the welding speed also increases. Therefore, it is possible to further reduce welding heat input.
なお、前述した第1、第2電極の激しいガウジングにより、第2電極の後方には溶融金属の激しい後方への湯流れが生じる。従って、この湯流れを減速させ、ビード形状を整えためには、その機能を付与した第3電極が必要となる。
そのためには、第2電極と第3電極以降の各電極間の距離は、鋼板表面位置でのワイヤ中心間距離で30mm以下(好ましくは13mm以上)とすることが望ましい。
また、電極の傾斜角度については、溶接進行方向に対して被処理鋼板に垂直な線を0°として、第1電極の傾斜角度を−15°〜+15°とし、第2電極以降の電極の傾斜角度は直前の電極に対して0〜30°とすることが好ましい。なお、傾斜角度に関し、−側は後退角側を、+側は前進角側を意味する。
Note that, due to the violent gouging of the first and second electrodes described above, the molten metal flows violently behind the second electrode. Therefore, in order to decelerate the hot water flow and adjust the bead shape, a third electrode having the function is required.
For this purpose, the distance between each electrode after the second electrode and the third electrode is preferably 30 mm or less (preferably 13 mm or more) in terms of the distance between the wire centers at the steel plate surface position.
Regarding the inclination angle of the electrodes, the line perpendicular to the steel plate to be treated with respect to the welding progress direction is set to 0 °, the inclination angle of the first electrode is set to −15 ° to + 15 °, and the inclination of the electrodes after the second electrode is set. The angle is preferably 0 to 30 ° with respect to the immediately preceding electrode. Regarding the tilt angle, the-side means the receding angle side, and the + side means the advancing angle side.
上述したとおり、第1電極および第2電極では、極めてエネルギ密度の高い溶接が行われるため、アーク圧力が高く、第1電極、第2電極後方の溶融金属が激しく後方に流れ、凸ビードが形成され易い。しかしながら、3極目以降の電極の配置を適正化することによって、ビード形状を適正に保ち、欠陥のない高品質なビードを得ることが可能になる。
すなわち、電極間距離を30mm以下とすることにより、溶融池の揺動が緩和させて、凸ビードが抑制され、さらに後方に配置される電極を直前の電極に対し0〜30°前進角側に傾斜させることにより、第1電極からの溶融金属の流れを緩和し、溶融池の動きを安定化させて、欠陥のない高品質なビードとすることができる。
As described above, the first electrode and the second electrode are welded with extremely high energy density, so the arc pressure is high, the molten metal behind the first electrode and the second electrode flows violently, and a convex bead is formed. It is easy to be done. However, by optimizing the arrangement of the third and subsequent electrodes, it is possible to keep the bead shape appropriate and obtain a high-quality bead having no defects.
That is, by setting the distance between the electrodes to 30 mm or less, the oscillation of the molten pool is mitigated, the convex bead is suppressed, and the electrode disposed at the rear is 0 to 30 ° forward angle side with respect to the immediately preceding electrode. By inclining, the flow of the molten metal from the first electrode can be relaxed, the movement of the molten pool can be stabilized, and a high-quality bead without defects can be obtained.
次に、図3に、鋼板の表裏両面にそれぞれ、開先加工を施し、同一の条件でサブマージアーク溶接を行った場合に、適正な溶接を行うことができる板厚と開先断面積との関係について調べた結果を、整理して示す。
同図に示したとおり、鋼板の表裏両面にそれぞれ開先加工を施した場合には、開先断面積Sが次式(1)
S≦3.15t−14 --- (1)
ここで、S:開先断面積(mm2)
t:板厚(mm)
の関係を満足する場合に、良好なサブマージアーク溶接を行うことができた。
このように、本発明では、開先断面積を小さく保つことによって所望の効果を得ることができる。
Next, in FIG. 3, when the groove processing is performed on both the front and back surfaces of the steel sheet and the submerged arc welding is performed under the same conditions, the plate thickness and the groove cross-sectional area that can perform appropriate welding are shown. The results of investigating the relationship are organized and shown.
As shown in the figure, when groove processing is performed on both the front and back surfaces of the steel sheet, the groove cross-sectional area S is expressed by the following equation (1)
S ≦ 3.15t-14 --- (1)
Where S: groove cross-sectional area (mm 2 )
t: Thickness (mm)
When the above relationship was satisfied, good submerged arc welding could be performed.
Thus, in the present invention, a desired effect can be obtained by keeping the groove cross-sectional area small.
本発明で対象とする厚鋼板とは、板厚が10mm以上のものを指す。
また、本発明では、必ずしも表裏両面を本発明法で溶接する必要はなく、片側からのみ深溶け込み溶接を行う方法としても、本発明の効果を得ることができる。
The thick steel plate to be used in the present invention refers to a steel plate having a thickness of 10 mm or more.
Moreover, in this invention, it is not necessary to weld both front and back by this invention method, and the effect of this invention can be acquired also as a method of performing deep penetration welding only from one side.
実施例1
表1に示す成分組成になる鋼板に、表2に示す加工条件で図4に示すような開先加工を施したのち、板厚ごとに溶接条件を設定して、表3および表4示す溶接条件で内面側溶接を行ったのち、表5および表6に示す溶接条件で外面側溶接を実施した。
表3中のC1,C3,C5および表5中のD1,D4,D7は、第1電極のみに、またその他については第1電極および第2電極それぞれに、フラックスコアードワイヤを適用した。軟鋼による外皮と充填される粉体の重量比率は3:1であり、粉体中のフラックス成分は1.5mass%、金属成分は98mass%とした。フラックスとしては、SiO2−CaO−CaF2を主成分とする溶融型フラックスを用いた。また、フラックスコアードワイヤ以外の溶接ワイヤとしては、C:0.07mass%、Si:0.5mass%およびMo:0.5mass%を含むソリッドワイヤを用いた。
Example 1
After subjecting the steel sheet having the composition shown in Table 1 to groove processing as shown in FIG. 4 under the processing conditions shown in Table 2, welding conditions are set for each plate thickness, and welding shown in Tables 3 and 4 is performed. After performing inner surface side welding under the conditions, outer surface side welding was performed under the welding conditions shown in Tables 5 and 6.
C1, C3, and C5 in Table 3 and D1, D4, and D7 in Table 5 were flux cored wires only for the first electrode, and the others were the first electrode and the second electrode, respectively. The weight ratio between the outer shell made of mild steel and the powder to be filled was 3: 1, the flux component in the powder was 1.5 mass%, and the metal component was 98 mass%. As the flux, a melt type flux mainly composed of SiO 2 —CaO—CaF 2 was used. Moreover, as a welding wire other than the flux cored wire, a solid wire containing C: 0.07 mass%, Si: 0.5 mass%, and Mo: 0.5 mass% was used.
上記した多電極サブマージアーク溶接の際の溶接入熱を、従来法に従った場合の溶接入熱と比較して、表4,表6に示す。
また、表4および表6には、溶け込み深さおよび溶接部外観について調べた結果も併記する。
さらに、表4および表6には、HAZ靱性を評価するために、溶接部のボンド部からシャルピー試験片を採取し、−50℃でのシャルピー吸収エネルギーを測定した結果も、併せて示す。
なお、ここでいう溶け込み深さとは、開先底部より溶け込み先端までの距離を指し、開先内に仮付けビードがあっても、そのビード高さは含まない。
Tables 4 and 6 show the welding heat input in the multi-electrode submerged arc welding described above in comparison with the welding heat input when the conventional method is followed.
Tables 4 and 6 also show the results of examining the penetration depth and the welded portion appearance.
Further, Tables 4 and 6 also show the results of collecting Charpy test pieces from the bond portion of the weld and measuring the Charpy absorbed energy at −50 ° C. in order to evaluate HAZ toughness.
Here, the penetration depth refers to the distance from the bottom of the groove to the penetration tip, and does not include the bead height even if there is a temporary bead in the groove.
表3,4に示した内面側溶接はすべて発明例であるが、表4から明らかなように、本発明に従った場合には、低入熱で、深い溶け込み深さが得られ、またHAZ靱性も良好であった。
表5,6に示した外面側溶接のうち、記号D1、D3、D4、D7、D8、D10が発明例であり、この場合にはいずれも、良好な溶接結果が得られた。すなわち、低入熱で、深い溶け込み深さが得られ、またHAZ靱性も良好であった。
これに対し、記号D2は、第3電極の電極角度が大きすぎたため、欠陥が生じると共にビード形状の乱れを生じた。
D5は、第2電極−第3電極間距離が大きすぎたため、スラグ巻き込みの欠陥を生じると共に、第2電極の電流密度が不足したため、溶け込み不足を生じた。
記号D6は、第1電極の電流が不足したため、溶け込み不足が生じた。
記号D9は、第1電極の電流密度が不足しため、溶け込み不足が生じた。
The inner surface side welding shown in Tables 3 and 4 are all invention examples. As is apparent from Table 4, when the present invention is followed, a deep penetration depth can be obtained with low heat input, and HAZ. The toughness was also good.
Among the outer surface side weldings shown in Tables 5 and 6, symbols D1, D3, D4, D7, D8, and D10 are invention examples. In this case, good welding results were obtained. That is, deep penetration depth was obtained with low heat input, and HAZ toughness was also good.
On the other hand, in the symbol D2, since the electrode angle of the third electrode was too large, defects occurred and the bead shape was disturbed.
D5 caused a slag entrainment defect because the distance between the second electrode and the third electrode was too large, and also caused a lack of penetration because the current density of the second electrode was insufficient.
The symbol D6 was insufficiently melted because the current of the first electrode was insufficient.
The symbol D9 was insufficiently melted because the current density of the first electrode was insufficient.
Claims (4)
S≦3.15t−14 --- (1)
ここで、S:開先断面積(mm2)
t:板厚(mm)
を満足する条件下で溶接を実施することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の多電極サブマージアーク溶接方法。 Groove processing is applied to both the front and back sides of the steel sheet, and the groove cross-sectional area S is given by
S ≦ 3.15t-14 --- (1)
Where S: groove cross-sectional area (mm 2 )
t: Thickness (mm)
The multi-electrode submerged arc welding method according to any one of claims 1 to 3, wherein the welding is performed under a condition that satisfies the following conditions.
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