JP6715682B2

JP6715682B2 - サブマージアーク溶接方法

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Publication number: JP6715682B2
Application number: JP2016106917A
Authority: JP
Inventors: 大輔杉山; 正晴幸村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-05-30
Also published as: CN107442906A; JP2017213569A; CN107442906B

Description

本発明は、多数の電極を用いて片面１層の溶接を行うサブマージアーク溶接方法に関する。

多数の電極を用いて片面一層の溶接を行う多電極片面サブマージアーク溶接は、板継ぎ溶接として造船を中心に、広い分野に適用されている高能率の溶接施工方法である。このような高能率化を図った多電極片面サブマージアーク溶接方法が種々開示されている。

例えば、特許文献１には、単一の、または２本以上の電極で溶接を行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が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、３電極以上の多電極溶接において第１電極と第２電極にワイヤ径３．２ｍｍ以下のワイヤを適用し、第１電極は８００Ａ以上の電流で、かつ溶接電流をワイヤ断面積で除した電流密度が第１電極で１４５Ａ／ｍｍ^２以上、第２電極で９５Ａ／ｍｍ^２以上である多電極サブマージアーク溶接方法が開示されている。

特開２０１０−２２１２９６号公報特開２００７−２６８５６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている溶接方法を交流（Alternating Current；ＡＣ）で行うと、ワイヤ送給速度が一定でないため高電流領域で不安定となり、厚板での裏ビードの形状安定性を確保することが困難であるという問題があった。また、特許文献１に記載されている溶接方法を直流正極性（Direct Current Electrode Positive；ＤＣＥＰ）で行うと、溶け込み幅が狭いため、厚板での裏ビードの形状安定性を確保することが困難であるという問題があった。なお、本明細書において「厚板」とは、３０ｍｍ以上の板厚を有する鋼板をいう。また、特許文献１に記載されている溶接方法には、電極間距離の規定がないため、高温割れが発生し易い場合や表ビードの形状が不安定になる場合がある。なお、「高温割れ」とは、溶接中または冷却中の高温度域で発生する割れをいう。

また、特許文献２に記載されている溶接方法は、第１電極のワイヤ径と第２電極のワイヤ径が細いため、ルート部の溶け込み幅が狭くなり、高温割れが発生し易いという問題がある。また、特許文献２に記載されている溶接方法も電極間距離の規定がないため、特許文献１に記載されている溶接方法と同様に高温割れが発生し易い場合や表ビードの形状が不安定になる場合がある。

さらに、前記した特許文献１、２を含め、従来の多電極片面１層サブマージアーク溶接には、一般的に、厚板になるにつれて裏ビードの形状がなし型となり易く、高温割れの発生率が上昇するという問題がある。そこで、多電極片面１層サブマージ溶接を行う際は、厚板側における高温割れの発生率を低下させるため、裏ビードの形状を犠牲にした条件を採用せざるを得なかった。
また、従来の多電極片面１層サブマージアーク溶接は、溶接進行方向において厚板に対して最初にアーク溶接を行う第１電極を直流で電極側マイナス（Direct Current Electrode Negative；ＤＣＥＮ）とすると次のような問題があった。つまり、従来は、第１電極をＤＣＥＮとすると、直流で電極側プラス（ＤＣＥＰ）やＡＣとした場合と比較して、溶適移行が不安定であり、開先内に形成される溶接金属の形状が不安定となるため、スラグ巻込みが発生するという問題があった。なお、「スラグ巻込み」とは、スラグが溶接金属内に残留することをいう。

本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、高温割れが発生し難く、表ビードおよび裏ビードの形状が良好であり、さらにスラグ巻込みが低減されたサブマージアーク溶接方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決した本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、多数の電極を用いて片面１層の溶接を行うサブマージアーク溶接方法であって、第１電極の極性を直流で電極側マイナスとし、第１電極と第２電極との電極間距離Ｌ１を８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下とし、第２電極と第３電極との電極間距離Ｌ２を１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とし、第２電極の電流を９００Ａ以上１６００Ａ以下とし、前記Ｌ２を前記Ｌ１で除した値Ｌ２／Ｌ１が０．１２以上０．９０以下とした条件で溶接を行うこととしている。
このように、本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、第１電極の極性と、第１電極と第２電極との電極間距離と、第２電極と第３電極との電極間距離と、第１電極の電圧と、第２電極の電流と、を特定の条件としている。そのため、高温割れが発生し難く、表ビードおよび裏ビードの形状が良好であり、さらにスラグ巻込みを低減できる。また、本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、第１電極と第２電極との電極間距離Ｌ１と第２電極と第３電極との電極間距離Ｌ２との関係を特定しているので、スラグ巻込みをより低減できる。

本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、溶接速度が５０ｃｍ／ｍｉｎ以上１５０ｃｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
このように、本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、溶接速度を特定の範囲としているので、裏ビードの形状がより良好となる。

本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、前記第１電極のワイヤ径が４．０ｍｍφ以上６．４ｍｍφ以下であることが好ましい。
このように、本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、第１電極のワイヤ径を特定の範囲としているので、安定した溶け込みが実現され、裏ビードの形状がより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保できるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。

本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、前記第２電極のワイヤ径が４．０ｍｍφ以上６．４ｍｍφ以下であり、前記第３電極のワイヤ径が４．０ｍｍφ以上６．４ｍｍφ以下であることが好ましい。
このように、本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、第２電極のワイヤ径および第３電極のワイヤ径をそれぞれ特定の範囲としているので、安定した溶け込み幅が確保でき、スラグ巻込みが発生し難い。また、アークの広がりが大きいので、表ビードの形状が良好となる。

本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、前記第１電極の電流が１０００Ａ以上１７００Ａ以下であることが好ましい。
このように、本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、第１電極の電流を特定の範囲としているので、安定した溶け込みが実現され、裏ビードの形状がより良好となる。

本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、前記第２電極の電圧が４０Ｖ以上５０Ｖ以下であることが好ましい。
このように、本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、第２電極が高電圧となり過ぎず、電圧値を適切な範囲としているので、溶け込み幅が十分確保できる。そのため、スラグ巻込みが発生し難くなる。

本発明に係るサブマージアーク溶接方法は、第１電極の極性や電極間の距離などの諸条件を特定しているので、高温割れが発生し難く、表ビードおよび裏ビードの形状が良好であり、さらにスラグ巻込みが低減される。

本発明の一実施形態に係るサブマージアーク溶接方法に用いる溶接装置の概略説明図である。本発明の一実施形態に係るサブマージアーク溶接方法で溶接する鋼板を上方から見た説明図である。サブマージアーク溶接を行う際の様子を断面にして示す鋼板周辺の概略説明図である。サブマージアーク溶接を行う際の様子を断面にして、裏当装置の構成を変えて示す鋼板周辺の概略説明図である。本発明の一実施形態に係るサブマージアーク溶接方法における電極間距離とワイヤ突出し長さを説明するための概略説明図である。実施例における耐高温割れ性について説明するための鋼板周辺の概略説明図である。

以下、適宜図面を参照して本発明の一実施形態に係るサブマージアーク溶接方法（以下、単に「溶接方法」ということもある。）について詳細に説明する。
本実施形態に係る溶接方法は、例えば、３本または４本などの多数の電極を用いて片面１層のサブマージアーク溶接を行う。そして、本実施形態に係る溶接方法は、電極の極性、電極間距離、電極の電流を特定し、好ましい態様として溶接速度、電極のワイヤ径、電極の極性や電圧などを特定したものである。
まず、本実施形態に係る溶接方法に用いる溶接装置の主要部の概略および鋼板について説明する。

（溶接装置）
図１に示すように、溶接装置１００は、架台フレーム１１と、溶接機１２と、溶接機ビーム１３と、を主に備える。
架台フレーム１１は、鋼製の角材を枠組みして、長手方向に対して垂直な方向の断面視で略Ｕ字状を呈するように形成されており、上方が開放されている。この架台フレーム１１の内部には、図３に示す裏当装置５０ａが支持されている。そして、裏当装置５０ａの裏当銅板５５上に鋼板２０、２０が載置されている。
なお、架台フレーム１１の内部には、図３に示す裏当装置５０ａに替えて、図４に示す裏当装置５０ｂが支持されていてもよい。この場合、裏当装置５０ｂの耐火性キャンバス５６上に鋼板２０、２０が載置される。

溶接機ビーム１３は、溶接機１２を鋼板２０、２０の溶接開先部Ｇ（図２参照）に沿って案内させるものである。
溶接機１２は、架台フレーム１１の上方（鋼板２０の上方）に配置され、鋼板２０の溶接開先部Ｇの表側から鋼板２０を溶接するものである。溶接機１２は、多数の電極（溶接トーチ）１５を備えている。溶接機１２は、溶接機ビーム１３に沿って所定速度で移動しながら、溶接開先部Ｇの表側から電極１５によって片面サブマージアーク溶接により鋼板２０を溶接する。なお、図１に示す溶接機１２は、図示しない駆動装置を作動させて同図中の矢印で示すように、左から右に移動しながら鋼板２０の溶接を行う。

本実施形態に係る溶接方法においては、図３に示すように、突き合わされた鋼板２０と鋼板２０の裏面から、裏当銅板５５上に層状に散布した裏当フラックス５２をエアホース５９などの押上機構により押圧して１パスで溶接する。

なお、前記したように、図３に示す裏当装置５０ａに替えて、図４に示す裏当装置５０ｂを用いた場合は、次のように溶接する。すなわち、図４に示すように、突き合わされた鋼板２０と鋼板２０の裏面から、耐火性キャンバス５６内に収容された裏当フラックス５２、下敷フラックス５８、および耐熱カバー５７をエアホース５９などの押上機構により押圧して１パスで溶接する。

本実施形態に係る溶接方法は、図３および図４に示す態様において、鋼板２０の表側から表フラックス５１を用いてサブマージアーク溶接を行い、鋼板２０の表面と裏面に、同時にビードを形成する。本実施形態に係る溶接方法を行うと、鋼板２０、２０同士が溶接金属５４を介して接合され、溶接金属５４の表面にはスラグ５３が形成される。

（鋼板）
鋼板２０としては、例えば、造船用鋼板（例えば、日本海事協会規格の軟鋼および高張力鋼）が挙げられる。鋼板２０は、断面形状が平板状、略Ｌ字状、略Ｉ字状、略Ｈ字状、略Ｕ字状、略Ｔ字状のものを用いることができるが、これらに限定されない。
本実施形態においては、例えば、図２に示すように鋼板２０、２０同士を突き合わせ、溶接開先部Ｇの位置で、断続または連続した面内仮付がなされたものを溶接するとよい。なお、図２に示す鋼板２０の始端３１および終端３２には、クレータを処理するためのタブ２１とタブ２２が取り付けられている。
鋼板２０の長さは、例えば、１０〜３０ｍである。鋼板２０の板厚は、例えば、１０〜４０ｍｍである。

また、本実施形態に係る溶接方法は、例えば、ボンドフラックスを用い、開先形状がＹ形開先である鋼板２０を溶接する際に適用できる。ただし、本実施形態に係る溶接方法が適用できる溶接はこれに限定されるものではなく、Ｖ形開先の鋼板を対象としたものであってもよいし、溶融フラックスや焼結フラックスを用いた溶接であってもよい。

（フラックスおよびワイヤの種類・化学成分）
なお、本実施形態に係る溶接方法で使用できるフラックス（前記したボンドフラックスや溶融フラックス）およびワイヤの種類や化学成分は特定のものに限定されず、サブマージアーク溶接に一般的に用いられているものであればどのようなものでも適用できる。

（溶接方法）
本実施形態に係る溶接方法は、前記した溶接装置１００を用い、図５に示すように、第１電極１５ａの極性を直流で電極側マイナス（ＤＣＥＮ）とし、第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの電極間距離Ｌ１を８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下とし、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの電極間距離Ｌ２を１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とし、第２電極１５ｂの電流を９００Ａ以上１６００Ａ以下とした条件で溶接を行う。

なお、サブマージアーク溶接では主にソリッドワイヤが使われており、そのワイヤ径は、一般的に、４．０ｍｍφ、４．８ｍｍφ、６．４ｍｍφなど特定の公称径に限定される。そして、実径については、誤差範囲を含むものとして広く解釈されるのが一般的である。

溶接機１２の電極１５は、例えば、図５に示すように、溶接進行方向（図中、矢印で示す方向）から順に、第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ、第３電極１５ｃの３本を備えている。なお、電極１５は、必要に応じてさらに図５中の二点鎖線で示す第４電極１５ｄを含めた４本を備えるようにすることができる。仮に、第４電極１５ｄを備えた場合には、プール（溶融池）をさらに盛ることできるようになる。電極１５を３本とするか４本とするかは任意に設定することができるが、本発明の効果は、第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ、第３電極１５ｃを前記した条件とすることで奏することができる。

ここで、電極間距離Ｌ１、Ｌ２とは、図５に示すように、溶接を行う際の電極１５の配置において、各電極１５ａ〜１５ｃから突出しているワイヤ１６ａ〜１６ｃの先端をそれぞれそのまま延長させて鋼板２０と接した箇所の距離をいう。なお、図５においては、ワイヤ１６ａ〜１６ｃの先端を延長させた部分をそれぞれ細い破線で示している。

また、ワイヤ１６ａ〜１６ｄの突出し長さとは、各電極１５ａ〜１５ｄのワイヤ１６ａ〜１６ｄを突出させる箇所１７ａ〜１７ｄから鋼板２０までの長さＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４をいう。本実施形態における第１電極１５ａのワイヤ１６ａの突出し長さＡ１は、例えば、３０〜４０ｍｍとすることができる。本実施形態における第２電極１５ｂのワイヤ１６ｂの突出し長さＡ２は、例えば、５０〜６０ｍｍとすることができる。また、本実施形態における第３電極１５ｃのワイヤ１６ｃの突出し長さＡ３は、例えば、５０〜６０ｍｍとすることができる。本実施形態における第４電極１５ｄのワイヤ１６ｄの突出し長さＡ４は、特に限定されず、一般的な条件で設定することができる。

また、本実施形態における第１電極１５ａは、溶接方向に対する鋼板からの開き角度θ１を、例えば７０〜９０°（つまり、トーチ角度：−２０〜０°）とするのが好ましい。本実施形態における第２電極１５ｂは、溶接方向に対する鋼板からの開き角度θ２を、例えば８０〜１００°（つまり、トーチ角度：−１０〜＋１０°）とするのが好ましい。本実施形態における第３電極１５ｃは、溶接方向に対する鋼板からの開き角度θ３を、例えば８０〜１００°（つまり、トーチ角度：−１０〜＋１０°）とするのが好ましい。本実施形態における第４電極１５ｄは、溶接方向に対する鋼板からの開き角度θ４を、例えば９０〜１１０°（つまり、トーチ角度：０〜＋２０°）とするのが好ましい。

以下、各条件について説明する。
（第１電極の極性）
本実施形態における第１電極１５ａの極性は、ＤＣＥＮとする。
第１電極１５ａの極性をＤＣＥＮとすると、溶け込みが浅くなることによって生じる、電流変化に対する溶け込み深さの変動を少なくすることができる。これにより、安定した溶け込みが実現され、裏ビードの形状が安定する。また、第１電極１５ａの極性をＤＣＥＮとすると、同電流におけるワイヤ溶着量が多く、溶接金属中にワイヤの化学成分が多く歩留まることになるため、機械的性質（例えば、衝撃性能）が良好になる。

なお、第１電極１５ａの極性をＡＣとすると、ワイヤ送給速度が一定でないため高電流領域で不安定となり、裏ビードの形状が不安定となる。
また、第１電極１５ａの極性をＤＣＥＰとすると、溶け込み幅が狭いため、裏ビードの形状が不安定となる。また、この場合、ワイヤ溶着量が少なく、溶接金属中におけるワイヤの化学成分の歩留まりが少なくなるので機械的性質（例えば、衝撃性能）が良好とならない。

（第１電極と第２電極との電極間距離Ｌ１）
第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの電極間距離Ｌ１は、８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下とする。電極間距離Ｌ１をこの範囲とすると、第１電極１５ａと第２電極１５ｂの間隔が適切であるので冷却時間が適切となり、プールが凝固しないうちに第２電極１５ｂの溶接を行うことができる。そのため、第２電極１５ｂの溶接において溶接金属の溶け込みを深くすることができる。
ここで、第１電極１５ａで形成される溶接金属６０（図６参照）の組織は柱状晶が横方向に成長するため、高温割れが発生し易い。
しかし、前記したように、第２電極１５ｂで発生する溶接金属６１が深く溶け込むと、その脆弱な組織を溶かすことができ、耐高温割れ性が向上する。

電極間距離Ｌ１が８０ｍｍ未満であると、第１電極１５ａのアークと第２電極１５ｂのアークとが干渉するため、裏ビードの形状が不安定となる。
また、電極間距離Ｌ１が１４０ｍｍを超えると、第１電極１５ａと第２電極１５ｂの間隔が離れているので冷却時間が長くなり、プールが凝固してしまう。そのため、第２電極１５ｂの溶接において溶け込みが浅くなり、高温割れが発生する。
裏ビードの形状をより安定化する観点から、電極間距離Ｌ１は、９０ｍｍ以上とするのが好ましい。高温割れをより発生し難くする観点から、電極間距離Ｌ１は、１３０ｍｍ以下とするのが好ましく、１２０ｍｍ以下とするのがより好ましい。

（第２電極と第３電極との電極間距離Ｌ２）
第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの電極間距離Ｌ２は、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とする。電極間距離Ｌ２をこの範囲とすると、溶け込み幅が広くなる。そのため、第１電極１５ａにより、表ビードの止端に発生したスラグを溶かし易くなり、スラグ巻込みの発生を防止できる。
電極間距離Ｌ２が１０ｍｍ未満であると、第２電極１５ｂのアークと第３電極１５ｃのアークとが干渉するため、表ビードの形状が不安定になる。
また、電極間距離Ｌ２が１００ｍｍを超えると、第２電極１５ｂと第３電極１５ｃの間隔が離れているので溶け込み幅が狭くなる。そのため、第１電極１５ａにより、表ビードの止端に発生したスラグを溶かし難くなり、スラグ巻込みが発生する。
表ビードの形状を安定させる観点から、電極間距離Ｌ２は１５ｍｍ以上とするのが好ましい。スラグ巻込みを発生し難くする観点から、電極間距離Ｌ２は８０ｍｍ以下とするのが好ましく、３０ｍｍ以下とするのがより好ましい。

（第２電極の電流）
第２電極１５ｂの電流は、９００Ａ以上１６００Ａ以下とする。第２電極１５ｂの電流をこの範囲とすると、第１電極１５ａで形成した裏ビードに悪影響を与えないので、裏ビードの形状を安定させることができる。また、第２電極１５ｂの電流をこの範囲とすると、第２電極１５ｂの溶接において溶接金属の溶け込みを深くすることができる。従って、第２電極１５ｂで発生する溶接金属６１が深く溶け込むことにより、第１電極１５ａで発生した、前記脆弱な組織を溶かすことができ、耐高温割れ性が向上する。
第２電極１５ｂの電流が９００Ａ未満であると、第２電極１５ｂの溶接において、溶け込みが浅くなり、高温割れが発生する。
また、第２電極１５ｂの電流が１６００Ａを超えると、第２電極１５ｂの溶接において、第１電極１５ａの溶接で形成した裏ビードに悪影響を及ぼし、裏ビードの形状が不安定となる。
なお、高温割れをより発生し難くする観点から、第２電極１５ｂの電流は９５０Ａ以上とするのが好ましい。裏ビードの形状をより安定なものとする観点から、第２電極１５ｂの電流は１５５０Ａ以下とするのが好ましい。

以上に説明した本実施形態に係る溶接方法は、第１電極の極性と、第１電極と第２電極との電極間距離Ｌ１と、第２電極と第３電極との電極間距離Ｌ２と、第２電極の電流と、をそれぞれ特定の条件としている。そのため、本実施形態に係る溶接方法によれば、高温割れが発生し難く、表ビードおよび裏ビードの形状が良好であり、さらにスラグ巻込みを低減できる。
すなわち、従来は、一般的に、第１電極をＤＣＥＮでサブマージアーク溶接を行うと、表ビードの形状が山型となり、止端部にスラグが食い込み易く、第２電極でそのスラグを溶かしきれないため、スラグ巻込みが発生していた。
しかしながら、本実施形態に係る溶接方法においては、溶接条件を上述した条件に規定することにより、高温割れが発生し難く、また、表ビードだけでなく裏ビードの形状も良好であり、さらにスラグ巻込みを低減可能としているのである。

（他の実施形態）
なお、本実施形態に係る溶接方法は、以下のような態様とすると、高温割れをより発生し難くするとともに、表ビードおよび裏ビードの形状をより良好なものとし、さらに、スラグ巻込みをより低減できる。

（Ｌ２／Ｌ１）
第２電極１５ｂと第３電極１５ｃとの電極間距離Ｌ２を第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの電極間距離Ｌ１で除した値Ｌ２／Ｌ１は、例えば、０．１２以上１．１３以下であるのが好ましい。このようにすると、第２電極１５ｂおよび第３電極１５ｃで発生するアーク力が強く、広い溶け込み幅が確保できる。また、第１電極１５ａで発生するプールが完全凝固していないかまたは高温を保持しているため、溶け易くなっていることから第２電極１５ｂおよび第３電極１５ｃによる溶け込み幅が広くなり、スラグ巻込みをより低減できる。
スラグ巻込みをさらに低減する観点から、Ｌ２／Ｌ１は０．１６以上とするのがより好ましく、０．９０以下とするのがより好ましい。
Ｌ２／Ｌ１は、溶接機１２に取り付ける第１電極１５ａ、第２電極１５ｂ、第３電極１５ｃの取り付け位置を適宜変更することにより設定できる。

（溶接速度）
溶接速度（電極の移動速度）は、例えば、５０ｃｍ／ｍｉｎ以上１５０ｃｍ／ｍｉｎ以下であるのが好ましい。このようにすると、溶接速度が適切であるので、裏ビードの形状がより安定する。
裏ビードの形状をさらに安定にする観点から、溶接速度は６０ｃｍ／ｍｉｎ以上とするのがより好ましく、１４０ｃｍ／ｍｉｎ以下とするのがより好ましい。
溶接速度は、鋼板２０の板厚、電極１５に供給する電流および電圧、溶接機ビーム１３を移動する溶接機１２の移動速度などを適宜変更することで調節することができる。

（第１電極のワイヤ径）
第１電極１５ａのワイヤ径は、例えば、４．０ｍｍφ以上６．４ｍｍφ以下であるのが好ましい。このようにすると、安定した溶け込みが実現され、裏ビードの形状がより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、板厚が３０ｍｍ以上である厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。
裏ビードの形状のさらなる安定化と高温割れの発生防止を図る観点から、第１電極１５ａのワイヤ径は、例えば、４．８ｍｍφ以上とするのが好ましい。

（第２電極のワイヤ径、第３電極のワイヤ径）
第２電極１５ｂのワイヤ径および第３電極１５ｃのワイヤ径はいずれも、例えば、４．０ｍｍφ以上６．４ｍｍφ以下であるのが好ましい。このようにすると、安定した溶け込み幅が確保でき、スラグ巻込みが発生し難い。また、このようにすると、アークの広がりが大きいので、表ビードの形状が良好となる。
スラグ巻込みを発生し難くし、表ビードの形状をさらに良好とする観点から、第２電極１５ｂのワイヤ径および第３電極１５ｃのワイヤ径はいずれも、例えば、４．８ｍｍφ以上とするのが好ましい。

（第１電極の電流）
第１電極１５ａの電流は、例えば、１０００Ａ以上１７００Ａ以下であるのが好ましい。このようにすると、第１電極１５ａが高電流となり過ぎず、電流値が適切な範囲にあるので、裏ビードの形状がより安定する。また、このような溶接方法とすると、ルート部の溶け込み幅を十分に確保することができるので、厚板を溶接する場合であっても高温割れをより発生し難くすることができる。
なお、裏ビードの形状のさらなる安定化と高温割れの発生防止を図る観点から、第１電極１５ａの電流は、例えば、１１００Ａ以上とするのがより好ましく、１１５０Ａ以上とするのがさらに好ましい。また、同様の観点から、第１電極１５ａの電流は、例えば、１６５０Ａ以下とするのがより好ましく、１６００Ａ以下とするのがさらに好ましい。
前記した第１電極１５ａの電流値の範囲は好ましい数値範囲を例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。第１電極１５ａの電流値は、１０００Ａ未満（例えば、９５０Ａ）としたり、１７００Ａを超えたり（例えば、１７５０Ａ）することもできる。このようにしても、裏ビードの形状は十分に安定しており、高温割れも十分に発生し難いものとなる。

（第２電極の電圧）
第２電極１５ｂの電圧は、例えば、４０Ｖ以上５０Ｖ以下であるのが好ましい。このようにすると、第２電極１５ｂが高電圧となり過ぎず、電圧値が適切な範囲にあるので、溶け込み幅が十分確保できる。そのため、スラグ巻込みがより発生し難くなる。また、第２電極１５ｂの電圧をこの範囲とすると、ガスの吹上げが少なくなるので、表ビードの形状もより安定化する。
なお、スラグ巻込みをさらに発生し難くするとともに、表ビードの形状をさらに安定化する観点から、第２電極１５ｂの電圧は、例えば、４２Ｖ以上とするのがより好ましく、４４Ｖ以上とするのがさらに好ましい。また、同様の観点から、第２電極１５ｂの電圧は、例えば、４８Ｖ以下とするのがより好ましく、４６Ｖ以下とするのがさらに好ましい。
前記した第２電極１５ｂの電圧値の範囲は好ましい数値範囲を例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。第２電極１５ｂの電圧値は、４０Ｖ未満（例えば、３８Ｖ）としたり、５０Ｖを超えたり（例えば、５２Ｖ）することもできる。このようにしてもスラグ巻込みは十分発生し難く、表ビードの形状も安定したものとなる。

（第２電極の極性、第３電極の極性）
第２電極１５ｂの極性および第３電極１５ｃの極性は、例えばＡＣにすればよい。

（前記していない条件）
前記していない条件は、一般的な条件にて適宜に設定することで実施可能である。一般的な条件としては、例えば、第３電極１５ｃの電流値については７００Ａ以上１３００Ａ以下とし、電圧値については４３Ｖ以上４６Ｖ以下とすることが挙げられる。
さらに、例えば、第４電極１５ｄを設ける場合は、第４電極１５ｄのワイヤ径を４．０ｍｍφ以上６．８ｍｍφ以下とし、電流値を７００Ａ以上１５００Ａ以下とし、電圧値を４０Ｖ以上５０Ｖ以下とすることが挙げられる。
第３電極１５ｃと第４電極１５ｄとの電極間距離は任意に設定できる。
なお、第４電極１５ｄのワイヤ径、電圧値、電流値、極性などに関して特に限定や好ましい範囲はなく、一般的な条件で行える。この一般的な条件としては、例えば、ワイヤ径を６．４ｍｍφとし、電圧値を４６Ｖとし、電流値を１３００Ａとし、極性をＡＣ、ＤＣＥＮまたはＤＣＥＰなどとすることができる。

（溶接の概略）
次に、本実施形態に係る溶接方法を適用した多電極（以下の例では３電極）片面１層サブマージアーク溶接の概略について図１〜５を参照して説明する。

（準備工程）
準備工程では、まず、図２に示すように、タブ２１とタブ２２が取り付けられ、断続または連続した面内仮付がされた鋼板２０と鋼板２０を準備する。
次に、図３に示すように、裏当装置５０ａの裏当銅板５５上面に、図示しないフラックス供給手段により裏当フラックス５２を供給する。
そして、図１に示すように、鋼板２０と鋼板２０を溶接装置１００にセットし、図３に示すように、裏当装置５０ａの上方に鋼板２０と鋼板２０によって形成された溶接開先部Ｇを配置させる。
そして、図示しない駆動装置を作動させて溶接開先部Ｇの直下に裏当銅板５５が位置するように微調整を行う。
次に、エアホース５９に圧縮空気を導入して膨張させ、溶接開先部Ｇの裏面に裏当フラックス５２を押し当てる。

なお、図３に示す裏当装置５０ａに替えて、図４に示す裏当銅板５５を用いた場合は、次のようにする。すなわち、図４に示すように、裏当装置５０ｂの耐火性キャンバス５６内の耐熱カバー５７上面に、図示しないフラックス供給手段により下敷フラックス５８を供給し、さらにその上に裏当フラックス５２を供給する。
そして、図１に示すように、鋼板２０と鋼板２０を溶接装置１００にセットし、図４に示すように、裏当装置５０ｂの上方に鋼板２０と鋼板２０によって形成された溶接開先部Ｇを配置させる。
そして、図示しない駆動装置を作動させて溶接開先部Ｇの直下に耐火性キャンバス５６が位置するように微調整を行う。
次に、エアホース５９に圧縮空気を導入して膨張させ、溶接開先部Ｇの裏面に裏当フラックス５２を押し当てる。

（電極調整工程）
電極調整工程では、第１電極１５ａの極性と、前記した電極間距離Ｌ１、Ｌ２を前記した条件となるように調整する。なお、準備工程と電極調整工程の順序は特に規定されるものではなく、どちらの工程を先に行ってもよいし、同時に行ってもよい。

（溶接工程）
溶接工程では、まず、溶接装置１００の溶接機１２を溶接開始位置に移動させる。次に、第２電極１５ｂの電流値が前記した条件となるように電流を供給し、溶接機１２を作動させる。そして、図１に示すように、鋼板２０の始端３１から終端３２（いずれも図２参照）に向かって溶接機１２を溶接機ビーム１３に沿って所定速度で移動させつつ表フラックス５１を供給し、鋼板２０と鋼板２０を溶接する。

以下、本発明の効果について確認した確認実験について説明する。
端面に斜面を形成した２枚の鋼板について、端面を相互に対向させて突き合わせ、Ｙ字形開先を形成した。このＹ字形開先は、開先角が４５°、５０°、６０°、ルートフェースが３〜６ｍｍ、ルートギャップが０ｍｍである。また、本実施例においては、鋼板の長さは１．２ｍ、鋼板の厚さは１２〜４０ｍｍとした。なお、開先角は、板厚が１２ｍｍのものが６０°、３２ｍｍのものが４５°、４０ｍｍのものが４５°である。
鋼板の組成、使用したワイヤの組成、および、フラックスの組成を表１に示す。

この鋼板について、表２から表４のＮｏ．１〜６８に示す条件で３電極または４電極の片面１層のサブマージアーク溶接を行い、溶接試験体を作製して以下の評価を行った。
溶接装置は、図３に示す裏当装置５０ａを有するものを用い、表フラックスとしてボンドフラックスを用いた。なお、表２から表４に示す条件以外の条件は従来公知の条件であり、すべて同一条件とした。表２と表４における第４電極に関する「―」は、第４電極を設けていないことを示す。第２電極と第３電極の極性はいずれもＡＣとした。

（ビード形状）
ビード形状は、表ビードおよび裏ビードの形状を目視にて観察して評価した。表ビードおよび裏ビードの形状は、それぞれ、余盛高さが２〜６ｍｍ、かつ、余盛高さおよびビード幅が略均一なものを非常に良好（◎）、余盛高さが２〜６ｍｍ、かつ、余盛高さおよびビード幅がやや均一なものを良好（○）とした。また、表ビードおよび裏ビードの形状が、余盛が過少または過剰であるもの、アンダーカットが多発したもの、ビード幅が不均一なもの、および／または、ビード外観が不良となったものはいずれも不良（×）とした。

（耐高温割れ性）
図６に示すように、前記条件の溶接方法で形成される溶接金属は、第１電極で形成される溶接金属６０と、第２電極で形成される溶接金属６１と、第３電極のみ、または第３電極および第４電極で形成される溶接金属６２と、からなる。
前記したように、第１電極で形成される溶接金属６０の組織は、柱状晶が横方向に成長するため、高温割れが発生し易い。そのため、第２電極で発生する溶接金属が深く溶け込み、その脆弱な組織を溶かすことで耐高温割れ性は良好となる。
よって、断面マクロ組織から、第２電極および第３電極（または第２電極から第４電極）で形成される溶接金属６１および溶接金属６２の溶け込み深さＴを計測して評価した。鋼板２０の板厚をｔとしたとき、鋼板２０の表面（上面）から、第２電極および第３電極（または第２電極から第４電極）で形成される溶接金属６１および溶接金属６２の溶け込み深さＴが「１４／１６ｔ≦Ｔ＜１６／１６ｔ」の関係になる場合を耐高温割れ性が非常に良好（◎）、「１２／１６ｔ≦Ｔ＜１４／１６ｔ」の関係になる場合を耐高温割れ性が良好（○）、「Ｔ＜１２／１６ｔ」または「Ｔ≧１６／１６ｔ」の関係になる場合を耐高温割れ性が不良（×）とした。

（スラグ巻込み）
溶接長１２００ｍｍのうち、始端２００ｍｍ、終端２５０ｍｍを除外した７５０ｍｍの範囲についてＸ線透過試験を行い、スラグ巻込みがゼロのものをスラグ巻込みが非常に良好（◎）、スラグ巻込みの最大寸法≦ｔ／２、かつ、きずの総和≦２ｔのものをスラグ巻込みが良好（○）、スラグ巻込みの最大寸法が＞ｔ／２、かつ、きずの総和＞２ｔのものをスラグ巻込みが不良（×）とした（なお、ｔは板厚を示す）。

表２および表３に示すように、Ｎｏ．１〜４７に係る溶接試験体は、本発明の要件を満たしていたので、ビード形状、耐高温割れ性、およびスラグ巻込みが優れていた（実施例）。これらの中でも、Ｎｏ．１、３〜５、８、９、１１、１２、１５、１６、１８〜２２、２５〜２８、３０〜３５、３８〜４１、４３、４４、４６、４７に係る溶接試験体は、ビード形状およびスラグ巻込みについて非常に良好であった。

一方、表４に示すように、Ｎｏ．４８〜６８に係る溶接試験体は、本発明の要件を満たしていなかったので、ビード形状、耐高温割れ性、またはスラグ巻込みが劣っていた（比較例）。
具体的には、Ｎｏ．４８に係る溶接試験体は、第２電極の電流が低過ぎたので、耐高温割れ性が劣っていた。
Ｎｏ．４９、５６、６３に係る溶接試験体は、第１電極の極性がＤＣＥＰであったので、ビード形状が劣っていた。
Ｎｏ．５０、５７、６４に係る溶接試験体は、第１電極の極性がＡＣであったので、ビード形状が劣っていた。
Ｎｏ．５１、５８、６５に係る溶接試験体は、第１電極と第２電極との電極間距離が短過ぎたので、ビード形状が劣っていた。
Ｎｏ．５２、５９、６６に係る溶接試験体は、第１電極と第２電極との電極間距離が長過ぎたので、耐高温割れ性が劣っていた。
Ｎｏ．５３、６０、６７に係る溶接試験体は、第２電極と第３電極との電極間距離が長過ぎたので、スラグ巻込みが劣っていた。
Ｎｏ．５４、６１、６８に係る溶接試験体は、第２電極と第３電極との電極間距離が短過ぎたので、ビード形状が劣っていた。
Ｎｏ．５５、６２に係る溶接試験体は、第２電極の電流が高過ぎたので、ビード形状が劣っていた。

１５電極
１５ａ第１電極
１５ｂ第２電極
１５ｃ第３電極
Ｌ１、Ｌ２電極間距離

Claims

多数の電極を用いて片面１層の溶接を行うサブマージアーク溶接方法であって、
第１電極の極性を直流で電極側マイナスとし、
第１電極と第２電極との電極間距離Ｌ１を８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下とし、
第２電極と第３電極との電極間距離Ｌ２を１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とし、
第２電極の電流を９００Ａ以上１６００Ａ以下とし、
前記Ｌ２を前記Ｌ１で除した値Ｌ２／Ｌ１が０．１２以上０．９０以下とした条件で溶接を行う
ことを特徴とするサブマージアーク溶接方法。
溶接速度が５０ｃｍ／ｍｉｎ以上１５０ｃｍ／ｍｉｎ以下であ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。
前記第１電極のワイヤ径が４．０ｍｍφ以上６．４ｍｍφ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサブマージアーク溶接方法。
前記第２電極のワイヤ径が４．０ｍｍφ以上６．４ｍｍφ以下であり、
前記第３電極のワイヤ径が４．０ｍｍφ以上６．４ｍｍφ以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のサブマージアーク溶接方法。
前記第１電極の電流が１０００Ａ以上１７００Ａ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のサブマージアーク溶接方法。
前記第２電極の電圧が４０Ｖ以上５０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のサブマージアーク溶接方法。