WO2009104806A1

WO2009104806A1 - 鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法

Info

Publication number: WO2009104806A1
Application number: PCT/JP2009/053472
Authority: WO
Inventors: 石神篤史; 大井健次; 早川直哉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2010-08-22
Also published as: RU2486996C2; RU2010138932A; US20110036814A1; US8785806B2; CN101952074B; CN101952074A; EP2255915A1; EP2255915A4; EP2255915B1

Abstract

母材の板厚が１０～５０ｍｍの、ＵＯＥ鋼管やスパイラル鋼管等の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。具体的には、鋼材を３電極以上の多電極でサブマージアーク溶接するにあたり、第１電極への給電に直流電源を用いて、第１電極による溶接は、電流密度２５０Ａ／ｍｍ^２以上、好ましくはワイヤ径３．２ｍｍ、溶接電流１０００Ａ以上、で行い、第２電極による溶接は、電流密度１５０Ａ／ｍｍ^２以上、好ましくは溶接電流６００Ａ以上で行い、電極間距離は１つが前記鋼材表面位置において２３ｍｍ以上、残りの電極間距離は２０ｍｍ以下とする。

Description

明細書

銅材の多電極サブマージアーク溶接方法技術分野

本発明は、鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法（Submerged Arc Welding Method w ith Multiple Electrodes)に関し、詳しくは、母材（base material)の板厚が 1 0 ~ 5 0 mmの、 U O E鋼管（UOE Steel Pipe)やスパイラル鋼管（spiral steel pipe)等の大径鋼管（large diameter steel pipe)の造管時の溶接に用いて好適な、ものに関する。背景技術

大径鋼管のシーム溶接には、 3電極以上の多電極サブマージアーク溶接で、内面側を 1パスで溶接した後、外面側を 1パスで溶接する両面一層盛り溶接（double one layer w eldingが一般的に用いられている。両面一層盛り溶接部の断面形状を図 3に示す。

すなわち、大径鋼管の造管時の溶接（シーム溶接（seam welding) ) には二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（production efficiency of steel pipe) の向上の観点から内面側（inner side)を 1パスで溶接した後、外面側（external s ide)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 (例えば特開平 1 1— 1 3 8 2 6 6号公報、特開平 1 0— 1 0 9 1 7 1号公報）。

両面一層溶接は高能率な溶接施工法 (welding procedure)であるが、内面溶接金属 4 B (internal weld metal).と外面溶接金属 4 A (external weld metal)力重なり、未溶融部 (unmelted part)がないように十分な溶け込み深さ（depth of fusion)を確保する必要があり、 1 0 0 0 A以上の大電流（large- current)を適用して溶接を行うのが一般的である。し力しながら、溶接能率と溶接欠陥の抑制を重視して、入熱 (heat input)を増大させた場合は溶接熱影響部 (welded heat affected zone)の組織が粗大化して溶接部の靭性 (t oughness)の劣化が生じ、一方、入熱を低減した場合はスラグ巻き込み 1 3 (slag inclus ion)等の溶接欠陥（welding defect)が増加するため、低入熱（low-heat input)であっても溶接欠陥の発生防止に優れる、大径鋼管のシーム溶接法が提案されている。

すなわち、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 fc入熱を低減させると溶着量 (amount of deposit metal)も減少するため開先断面積（cross-section area of groove)を溶着量の減少分に合わせて減らす必要が生じる。そのため、さらなる深溶け込み溶接（deep penetration welding) を行わなければ内面の溶接金属と外面の溶接金属は、お互いに重ならず、溶け込み不足（lack of penetration)が生じる危険性が増大する。

従って、溶接部の高靭性化は、投入される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。

特開昭 5 2— 8 2 6 5 2号公報は、多電極サブマージアーク溶接法に関し、十分な溶け込み深さと良好なビード形状 (bead shape)を得るために最後行電極に太径のワイヤー (thick wire)を使用してビード形状を整え、先行電極では直流電源（direct- current pow er source)を使用し、細径のヮィヤー（thin wire)によつて電流密度（current density) を増大することで溶け込み深さを得る方法が開示されている。

しかしながら、特開昭 5 2 - 8 2 6 5 2号公報記載の方法では溶け込み深さが得られ、ビード表面の形状は良好になるものの、先行電極で深く掘り下げた溶接金属の底部からスラグ (slag)が十分に浮上せず、欠陥として残留する場合が指摘されている。

また、特開昭 5 8 - 3 2 5 8 3号公報は大径鋼管の造管溶接法に関し、内面側溶接を小入熱の多電極サブマージアーク溶接で行い、外面側溶接をガスメタルアーク溶接 (gas metal arc welding)とサブマージアーク溶接による多層盛り溶接（multi layer welding) にて欠陥の抑制やビード形状を確保しつつ高性能な溶接部の特性を持つ継手 (weld join t)の作製方法が記載されている。

しかしながら、特開昭 5 8 - 3 2 5 8 3号公報記載の溶接法は、内面側溶接を小入熱溶接とし、外面側溶接を 2層盛り溶接 (two layer welding)とする必要があるため、能率が極めて低く、実操業には適用しがたい。

また、上記特開平 1 0— 1 0 9 1 7 1号公報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、銅管の溶接としては、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。

また、特開 2 0 0 6— 2 7 2 3 7 7号公報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 (arc energy)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。し力しながら、特開 2 0 0 6— 2 7 2 3 7 7号公報に記載の技術では、板厚が一定以上となる厚鋼板を溶接する際に溶融スラグ（liquid slag)が浮上しにくく、スラグ巻き込みなどの溶接欠陥が発生しゃす、傾向があった。

上述したように、実用に耐えうる、低入熱であっても溶接欠陥の発生防止に優れる、大径鋼管のシーム溶接法は十分完成されているとは言い難く、実操業においては、高能率でかつ欠陥のな、健全な溶接部を得るため、大電流の大入熱のシーム溶接が実施されているのが現状である。

その結果、 A P I X I 2 0の実機化など最近のラインパイプ (line pipe)の高強度化に伴い、溶接金属や溶接熱影響部で良好な靭性の確保が困難となりつつある。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、従来どおりの溶け込みを確保しながら溶接入熱を低減し、さらには溶接欠陥の発生を抑制す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。

そこで、本発明は、低入熱であっても、スラグ巻き込みの溶接欠陥が発生しにくい厚鋼板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。

本発明者らは、既に、 3電極以上の多電極サブマージアーク溶接の場合、溶接部において溶け込み深さを得るために細径のワイヤーを用いて電流および電流密度（=電流 Z ワイヤ断面積）を高めることが効果的であることを明らかにしている（例えば、特開 2 0 0 6— 2 7 2 3 7 7号公報）。電流および電流密度の増大によってアークの集中による母材へのガウジンダカ（gouging force)が強くなることが要因であり、特に先行する 1 2電極—の電流値と電流密度が一定値以上で効果が最大になる。

しかしながら、竃流および電流密度の増大によって深溶け込みは得られるものの、溶け込みが深いために、溶接金属内で起きているスラグメタル反応で生成したスラグの浮上が十分でなく、溶接欠陥（welding defects)の発生率（incidence rate)が増加する傾向が認められた。発明の開示

すなわち、本発明は、

1 . 鋼材を 3電極以上の多電極でサブマージアーク溶接するにあたり、第 1電極への給電に直流電源を用いて、第 1電極の電流密度を 2 5 0 AZmm²以上とし、第 2電極の電流密度を 1 5 O A/mm ²以上とし、 1つの電極間距離（隣接するワイヤ (wire)の中心間距離）が前記鋼材表面位置において 2 3 mm以上、残りの電極間距離は 2 0 mm以下とすることを特徴とする鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法。 2 . 第 1電極の電流を 1 0 0 0 A以上、第 2電極の電流を 6 0 0 A以上で行うことを特徴とする請求項 1記載の鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法。

3 . 第 1電極による溶接を、ワイヤ径 3 . 2 mm以下で行うことを特徴とする 1または 2記載の鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法。

4 . 請求項:！〜 3の任意の請求項において、前記第 1電極から前記第 3電極までのワイャの中心間距離（center- to- center spacing)が鋼材表面位置において 4 O mm以上 6 0 mm以下で、前記第 1電極 ( I J と前記第 2電極 ( I ₂) の電流比が下式を満たす厚鋼板の多電極サブマージアーク溶接方法。

I ₂/ 1 !≥0 . 5

ここで、 I _{1 :}第 1電極電流（A) ， 1 _{2 :}第 2電極電流（A)

5 . 請求項 1〜4の任意の請求項において、更に、多電極サブマージアーク溶接方法における電極数が 4電極で、前記第 3電極から前記第 4電極までのワイヤの中心間距離が鋼材表面位置において 2 0 mm以下である厚鋼板の多電極サブマージアーク溶接方法。 6 =4=. 鋼材の内面と外面の夫々を、 1乃至 5のいずれか一つに記載の多電極サブマージアーク溶接で、一層盛り溶接することを特徴とする鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法。

7 . 厚鋼板の 3電極以上の多電極サブマージアーク溶接方法であって、第 1電極から第

3電極までのワイヤの中心間距離が鋼材表面位置において 4 0 mm以上 6 0 mm以下で、第 1電極（I J と第 2電極 ( I ₂) の電流比が下式を満たし、且つ第 1電極の電流密度を 2 5 O AZmm²以上、第 2電極の電流密度を 1 5 0 A, mm ²以上と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。

I ₂/ I !≥0 . 5

ここで、 1 _{1 :}第1電極電流（A) ， 1 _{2 :}第 2電極電流 (A)

8 . 更に、多電極サブマージアーク溶接方法における電極数が 4電極で、第 3電極から第 4電極までのワイヤの中心間距離が鋼材表面位置において 2 0 mm以下であることを特徴とする 8記載の厚鋼板の多電極サブマージアーク溶接方法。

本発明によれば、従来どおりの溶け込みを確保しながら溶接入熱を低減し、さらには溶接欠陥の発生を抑制する多電極サブマージアーク溶接方法が得られるので、シーム溶接部の靭性に優れる A P I (American Petroleum Institute) X 1 0 0以上の高強度銅管が生産性良く製造可能となり産業上極めて有用である。 API X100以外の鋼管にももちろん適用可能である。また、本発明によれば、溶接能率 (welding efficiency)を低下させずに、低入熱で溶融スラグの巻き込みが抑制されるので、健全な溶接ビードを備えた溶接部の靭性に優れた大径溶接鋼管の製造が可能で、産業上極めて有用である。図面の簡単な説明

図 1 ：開先形状（shape of groove)を示す断面図。

図 2 ：電極角度（angle of electrode)を説明する図。

図 3 ：シャルピー衝撃試験片（Charpy impact test specimen)の採取位置を示す断面図。

図 4 ： 3電極で形成される溶融池内の乱流によりスラグ巻き込みを発生する状況を示す断面図。

図 5 ： 3電極で形成される溶融池が後行極から押し出されるメタルによって溶け込み深さが減少する状況を示す断面図。

図 6 ： 3電極で形成される溶融池をセミ 1プールにすることで、溶融池の強い流れが安定となり、凝固時のスラグ卷き込みや溶け込み深さを確保できることを示す断面図。

図 7 A，図 7 B ： 3電極で形成される溶融池を従来例の図 7 Aよりも溶接方向に長い形状（図 7 B ) として溶融スラグが浮上するための時間を確保する状況を示す平面図。

図 8 ： 4電極において、鋼材表面位置での電極間距離の 1つが 2 3 mm以上であり、かつ残りの電極間距離を 2 O mm以下とすることで、溶融池をセミ 1プールが得られる状況を示す断面図。

図 9 ： 4電極において、鋼材表面位置での電極間距離の全てを 2 O mm未満とすることで、溶融池の底面が円弧状となり欠陥が発生させ、溶け込み深さが小さくなつている状況を示す断面図。

図 1 0 ： 4電極において、 2つ以上の電極間距離が 2 0 mm以上の場合に溶融池が大きくなりすぎ、溶融池底部の凝固速度が速くなりすぎるために、欠陥が著しく増加する状況を示す断面図。

図 1 1 ： 3電極において、第 1電極から第 3電極までの電極の中心間距離が 6 0 m mを超えた場合に、各電極で形成される溶融池の連結性が低下して、溶接ビードの形状が不整となつた状況を示す平面図。

図 1 2 A， 1 2 B ： 4電極において、第 3電極から第 4電極までのワイヤ中心間距離を鋼材表面位置において、 2 0 mm以下にした場合の溶接部の断面形状（図 1 2 A) と第 3電極から第 4電極までのワイヤ中心間距離を 2 0 mm未満にした場合の溶接部の断面形状（図 1 2 B ) を示す図。

(符号の説明）

1 ： U O E鋼管、 2 ：試験片、 3 ：切欠き位置（location of notch)

4 :溶接部、 4 A :外面溶接部、 4 B :内面溶接部、 5 : B O N D、 6 ：第 1電極、 7 ：第 2電極、 8 ：第 3電極、 9 ：第 4電極、 1 0 ：アーク、 1 1 ：溶融池、 1 2 ：溶融スラグ、 1 3 :スラグ巻き込み、 1 4 ：溶接金属、 1 5 ：溶接進行方向、 t ：管厚 1 6 ：内面、 1 7 ：外面、 α ：電極角度、 1 8 ：湯流れに乱れ有り発明を実施するための最良の形態

本発明者等は、背景技術で述べた上記課題を解決すべく鋭意検討し、以下の知見を得た。

( 1 ) 電流密度を高めて深溶け込み（deep penetration)を得る場合、強いアーク力によつて、多電極で形成される溶融池 (molten pool)内に強いメタル (metal)の流れ（flow)が発生し、その乱流 (disturbed flow)が凝固時のスラグ巻き込みの原因となる。（図 4参照）

( 2 ) 先行の 2極に高い電流および電流密度を適用して、溶融池を 1プールではなく、セミ 1プール（semi one pool)とした場合、溶融池の強い流れが安定となり、凝固時のスラグ巻き込みが防止される。（図 6参照)

( 3 ) さらには、アーク力で母材をガウジングする際に後行極から押し出されるメタルによって溶け込み深さが減少する場合（図 5参照）についても、セミ 1プールにすることで安定的に溶け込み深さを確保できる。（図 6参照）

さらに、本発明者らは、板厚 2 5 mm以上 5 O mm以下の厚鋼板を 3電極以上のサブマージアーク溶接で溶接する場合について詳細に検討し、図 7 Aに代えて、図 7 Bのように、溶融池を溶接方向に長い形状として溶融スラグが浮上するための時間を確保することで溶融スラグ巻き込みの溶接欠陥を抑制できることを見出した。

本発明は上記知見を基に更に検討を加えてなされたものである。

以下、本発明の要件の限定理由について説明する。

本発明は、 3電極以上の多電極サブマージアーク溶接を対象とし、第 1電極 6から第 3電極 8までの電極の中心間距離と第 1電極 6と第 2電極 7の電流値や電流密度を規定する。ここで、溶接進行方向での先行電極を第 1電極 6、以下、順に、第 2電極 7、第 3電極 8、第 4電極.9とする。 [溶接電源 (welding power source) ]

本発明では、 3電極以上の多電極サブマージアーク溶接法において、第 1電極 6への給電に直流電源を用いる。極性 (polar character)は、正極性（straight polarity)、逆極性（reverse polarity)のいずれでも良く特に規定しない。

第 1電極 6への給電に直流電源を用いた場合、小入熱であっても十分な溶け込み深さが得られる。第 2電極 7以降は、互いのアーク 1 0が干渉しないように交流電源 (AC sou rce)を用いることが望ましい。

[溶接電流]

第 1電極 6による溶接は、電流密度 2 5 O A/mm ²以上で行い、第 2電極 7による溶接は、電流密度 1 5 O AZmm ²以上で行う。

3電極以上の多電極サブマージアーク溶接の場合、第 1電極 6および第 2電極 7による溶け込みが溶接部の溶け込み形状に与える影響が大きいので、両者の電流密度（=溶接電流ワイヤ断面積）を規定する。

第 1電極 6の電流密度 2 5 0 AZmm ²未満で、第 2電極の電流密度 1 5 0 A/mm ² 未満の場合、アークエネルギーの密度が不十分で、鋼材厚さ方向への十分な溶け込みを得ることができない。好適範囲は第 1電極 6が 260A/ ²から 310A/ 第 2電極 7は 1 60A/ ²から 240A/ ²の範囲である。なお、本発明が適用できる溶接ワイヤの種類はソリッドワイヤやコアードワイヤが適用できる。

また、溶け込みが深く鋼材幅方向の母材の溶融量を抑制した溶接を行うため、第 1電極（I J と第 2電極（I ₂) の電流比を式（1 ) を満たすように設定する。 / ^ 0 . 5 ( 1 )

ここで、 I i：第 1電極電流（A) 1 _{2 :}第 2電極電流（A)

/ が 0. 5未満ではスラグ巻き込み、高温割れなどの溶接欠陥が発生しゃすい。欠陥抑制の観点から好ましい範囲は 0. 55-0. 85の間である。

また、こうした高電流密度溶接を行うためには、ワイヤ径 (wire diameter)を細くする必要があり、前記電流密度を得るためにはワイヤ径を 3 . 2 mm以下、好ましくは 2 . 4 mm以下とし、第 1電極の溶接電流は 1 0 0 0 A以上、第 2電極の溶接電流は 6 0 0 A以上とすることが望ましい。上限はワイヤ送給装置の能力に応じて適宜選定するが、第 1電極 6はおよそ 1600A、第 2電極 7は 1300A程度である。

溶接電流の増加に伴い、ワイヤ送給速度 (wire feeding speed)を早くすることが必要である。その結果、ワイヤ送給装置（feed controlling device or wire feeder)に負担がかかるようになり、安定したワイヤーの送給が困難となるため、溶接電流の上限は使用する溶接機 (welding machine)のワイャ送給装置の能力に応じて適宜選定する。

[電極間距離]

本発明では複数の電極間距離（隣接するワイヤの中心間距離）の一つを前記鋼材表面位置において 2 3 mm以上、残りの電極間では 2 0 mm以下とする。例えば、 4電極の場合、 3つの電極間距離の一つが 2 3 mm以上で、残りの 2つが 2 0 mm以下であれば良く、 2. 3 mm以上とする電極間距離は第 1電極 6—第 2電極 7間、第 2電極 7—第 3電極間 8、第 3電極 8—第 4電極 9間、のいずれであっても良い

先行電極は極めてエネルギー密度（energy density)の高い溶接を行うものであるため、アーク圧力（arc pressure)が高く、アーク後方の溶融金属が激しく後方に流れ、溶融池を振動させてスラグや開先表面（surface of groove)の残留物（residual material)を卷き込んで欠陥を生じたりする。

そこで、本発明は、溶融池内において溶融金属が底面に沿って緩やかに流れるように、溶融池の形状を、溶融池の底面の一部が縊れて浅くなつた、セミ 1プールとする。セミ 1プールとは前後 2つの溶融池が、連結した図 8に示すような略ひょうたん状（like bo ttle gourd) の形状を指す。

そのため、図 8に示すように、 3電極以上の多電極間において鋼材表面位置での電極間距離の 1つが 2 3 mm以上でありかつ残りの電極間距離を 2 O mm以下とする。セミ 1プールの溶融池が得られ、深い溶け込みを確保しつつ欠陥の発生を抑制することが可能である。

図 9に示すように、すべての極間の距離が 2 3 mm未満の場合は、溶融池はその底面が円弧状となり欠陥が発生しやすく、しかも後行極からのメタルの流れによってかえつて溶け込み深さを小さくする恐れがある。

一方、図 1 0に示すように、 2つ以上の電極間距離が 2 3 mm以上の場合は溶融池が大きくなりすぎ、溶接金属底部の凝固速度が速くなりすぎるために、欠陥が著しく増加する。

また、第 1電極から第 3電極までの電極の中心間距離が 4 O mm未満の場合、スラグが浮上するまでの時間が短くなり、スラグ巻き込みが発生しやすい。一方、 6 0 mmを超えると図 1 1に示すように、各電極で形成される溶融池の連結性が低下し、ビードが不整となりやすいため、 6 0 mm以下とする。尚、電極間距離は鋼材表面位置における値とする。更に、溶接部の断面形状を、図 1 2 Aに示すように、銅板表層側で溶け込み幅が広く、 B O N Dが傾斜した形状（傾斜角度を図 1 2 Bの i3 Bに対して Aにする）とする場合、第 3電極 8から第 4電極 9までのワイヤ中心間距離を鋼材表面位置において 2 0 mm以下とする。

このような図 1 2 Aに示すような断面形状の溶接部の場合、切欠き位置を B O NDとするシャルピー衝撃試験では、図 1 2 Bに示すような B O NDが直立した溶接部と比較して良好な靭性値が得られる。

また、電極の角度については、図 2に示すように、第 1電極 6が- 10° 〜+5° (図 2は、電極角度がプラス側に傾斜していることを示す。マイナス側は後退角と称す。）の範囲とすることが好ましい。この範囲とすることで、適正な溶け込みを得ることが容易となる。第 2電極 7については- 5° ~+20° の範囲が好ましい。第 3電極 8については 0° 〜3 5° の範囲が好ましい。さらに後続の電極は前の電極角度 +5〜十 15° の範囲が好ましい。このような電極角度とすることで、欠陥のない良好な品質の溶接部を得ることが容易となる。

本発明によれば、造管時に、溶接入熱の小さな深い溶け込み形状のビードが得られ、溶接欠陥の発生も従来以下であることから、特には厚肉で高靭性が要求される、高強度鋼管のシーム溶接などに有効な溶接方法である。

すなわち、高靭性を得るために溶接入熱を低減することで、溶接欠陥の発生が増大することによる歩留まりの低下や、鋼材を低成分（例えば、炭素当量等の数値を下げる）で造り込まなければならないために、鋼管に使用する厚板の製造能率が極めて悪くなり、トータルの製造能率の劣化 ·製造コストの増大を余儀なくされていたが、本発明により容易に高強度で高靭性の厚肉材の大径鋼管の製造が可能となった。

.尚、本発明を U O E鋼管のシーム溶接（両面一層盛り溶接）に用いる場合、内面側、外面側のいずれか一面側だけに適用した場合には、本発明の効果（深溶け込み溶接が可能になる効果）が発現しにくいので、両面側に適用するのが好ましい。

また、本発明によれば、 3電極以上の多電極サブマージアーク溶接で、溶接欠陥がなく、良好なビード外観の溶接部が得られる。具体的な溶接条件は、溶接部靭性など客先仕様（customer specif ication)に求められる特性値を満足するように、試験材を用いて予め選定し、データベース化（make a database)しておくと実生産（actual production) における溶接条件 (welding condition)の選定が容易となり好ましい。

表 8に溶接条件のデータベースの一例としてワイヤ径と電流密度の関係を示す。小径ワイヤで溶接電流を大きくした場合、ワイヤの高速送給が可能なように、適切なイナ一シャ（inertia)とトルク（torque)を有する送給モータ（feeding motor)を備えた溶接機を. 使用する。実施例 1

表 1に示すィ匕学成分 (chemical component)と機械的性質 nechanical property)の鋼板を用いて、通常の工程（conventional process)により U O E鋼管を作成した。シーム溶接の開先形状は図 1に示すものとし、表 2に示す寸法形状とした。

シーム溶接は 3電極サブマージアーク溶接と 4電極サブマージアーク溶接で、内外面溶接をおこなった。内面溶接および外面溶接は、全く同じ溶接条件で行った。なお、表 3-2は靱性は外面溶接部から試験片を採取し、溶接欠陥や溶接部の外観の評価は内外面溶接部でおこなった。

表 3 _ 1および表 3— 2に 3電極サブマージアーク溶接の溶接条件と溶接欠陥の有無とビード外観の目視結果および総合評価を示す。また、表 4一 1および、表 4一 2に 4 電極サブマージアーク溶接の溶接条件と溶接欠陥の有無とビード外観の目視検査の結果および総合評価を示す。総合評価は溶接欠陥評価おょぴ HAZ靱性評価の結果から、 ◎

(A) は極めて良好（靱性優れるかつ、溶接欠陥無し）、 O ( B ) は良好（靱性良好かつ、溶接欠陥無し）、 X ( C) は劣る（溶接欠陥あり）とした。

なお、溶接欠陥の有無と溶け込み状況の確認は、 X線検査 (X- ray inspection)により行つた。

尚、表中の電極角度（electrode angle)を図 2に示す。図 3は表中の UO E鋼管 1の F L靭性（v T r s ) を求めたシャルピー衝撃試験の試験片 2の採取位置を示し、 F i n a 1側（外面側）の溶接部 4 Aの B O ND 5を切欠き位置 3とした。

それぞれ表 3— 2および表 4— 2の結果から 3電極サブマージアーク溶接、 4電極サブマージアーク溶接ともに本発明例では、スラグ巻き込みや溶け込み不足のない良好な溶接部が得られた。

なお、表 4 _ 2の記号 3は 4電極サブマージアーク溶接の第 3電極から第 4電極までのワイヤ中心間距離が鋼材表面位置において 2 O mmを越えており、請求項 5および 8 の発明範囲外で、 B O N Dが直立した溶接部になっており、靱性が少し劣るが、請求項 4および 7の本発明例で、溶接欠陥がなく、ビード外観も良好であった。

特に、表 4一 2の実施例において、記号 1、 2、 4〜6までは請求項 5および 8記載の発明を満足し、請求項 5および 8記載の発明を満足しない記号 3と比較すると、シャルビー衝撃試験（切欠き位置 B O N D , 試験片採取位置：外面側表面 2 mm) で良好な靭性が得られた。表 4— 2の記号 3は 4電極サブマージアーク溶接の第 3電極から第 4 電極までのワイヤ中心間距離が鋼材表面位置において 2 O mmを越えており、請求項 5 の発明範囲外で、 B ONDが直立した溶接部になっており、靭性が少し劣るが、請求項 4の本発明例で、溶接欠陥がなく、ビード外観も良好であった。

一方、電極間距離および Zまたは第 1、 2電極（6， 7 ) の電流密度が本発明範囲外となる比較例（表 3— 2の記号 5 ~ 9および表 4一 2の記号 7〜1 3 ) では、スラグ卷き込みや溶け込み不足が観察された。

特に、表 3— 2の記号 5は鋼材表面位置における第 1電極 6から第 3電極 8までのヮィャ中心間距離が大きく、ビードの幅が不ぞろい（以下、不整（irregularity)と称す）となった。実施例 2

図 1に示す大径鋼管造管シーム溶接用開先形状の開先加工を施した後、多電極サブマージアーク溶接にて内外面一層盛りの大径鋼管の造管時のシーム溶接相当の溶接を施して溶接継手 (welded joint)を作製した。表 5に開先寸法を示す。

表 6—1および、表 6— 2に、内面溶接の溶接条件を、表 7—1および表 7— 2に外面溶接の溶接条件およぴ溶接部の観察結果を示す。総合評価は溶接欠陥評価および HAZ 靱性評価の結果から、 ◎ (A) は極めて良好（靱性優れるかつ、溶接欠陥無し）、 O

(B) は良好（辍性良好かつ、溶接欠陥無し）、 X (C) は劣る（溶接欠陥あり）とした。

なお、本発明範囲内の内面溶接条件 N 1 ~N 3で得られた溶接部はいずれも溶接欠陥がなく、ビード外観も良好であった。

外面溶接条件記号:！〜 4はいずれも 4電極サブマージアーク溶接の場合の発明例で、得られた溶接部はいずれも溶接欠陥がなく、ビード外観も良好であった。外面溶接条件記号 5は 3電極サブマージアーク溶接の場合の本発明例で、溶接欠陥がなく、ビード外観も良好であった。

外面溶接条件記号 6は 4電極サブマージアーク溶接の第 3電極から第 4電極までのヮィャ中心間距離が鋼材表面位置において 2 0 mmを越えており、請求項 5および 8の発明範囲外で、 B ONDが直立した溶接部になっており、靭性が少し劣るが、請求項 4および 7の本発明例で、溶接欠陥がなく、ビード外観も良好であった。

以上の実施^!において、外面溶接条件記号 1〜 4までは請求項 5および 8記載の発明を満足し、請求項 5および 8記載の発明を満足しない外面溶接条件記号 6と比較すると、シャルピー衝撃試験（切欠き位置 B O ND , 試験片採取位置：外面側表面 2'm m) で良好な靭性が得られた。

一方、外面溶接条件 7は鋼材表面位置における第 1電極 6から第 3電極 8までのワイャ中心間距離が小さく、スラグ巻き込み 1 3の溶接欠陥が生じた。外面溶接条件 8は鋼材表面位置における第 1電極 6から第 3電極 8までのワイヤ中心間距離が大きく、ビード幅に乱れが生じ不整となつた。

外面溶接条件 9は第 1電極の電流密度が小さく、外面溶接条件 1 0は第 2電極の電流密度が小さく、いずれも溶け込み不足が生じた。

外面溶接条件 1 1は 3電極サブマージアーク溶接の場合で鋼材表面位置における第 1 電極 6から第 3電極 8までのワイャ中心間距離が小さく、スラグ卷き込みの溶接欠陥が生じた。外面溶接条件 1 2は 3電極サブマージアーク溶接の場合で鋼材表面位置における第 1電極 6から第 3電極 8までのワイャ中心間距離が大きく、ビードが不整となつた。産業上の利用可能性

本発明によれば、従来どおりの溶け込みを確保しながら溶接入熱を低減し、さらには溶接欠陥の発生を抑制する多電極サブマージアーク溶接方法が得られるので、シーム溶接部の靭性に優れる A P I (American Petroleum Institute) X 1 0 0以上の高強度鋼管が生産性良く製造可能となり産業上極めて有用である。 API X100以外の鋼管にももちろん適用可能である。

また、本発明によれば、溶接能率 (welding efficiency)を低下させずに、低入熱で溶融スラグの巻き込みが抑制されるので、健全な溶接ビードを備えた溶接部の靭性に優れた大径溶接鋼管の製造が可能で、産業上極めて有用である。

表 3— 1

下線:発明の範囲外

表 3— 2

CJ1

極めて

不良良可好好

表 4一 1

表 6—1

表 6— 2

7— 1

表 7— 2

： *印は発明でること示極めて良良好不可

◎ o X

Claims

請求の範囲 '

1. 鋼材を 3電極以上の多電極でサブマージアーク溶接するにあたり、第 1電極への給電に直流電源を用いて、第 1電極の電流密度を 250 AZmm²以上とし、第 2電極の電流密度を 1 50 A/mm²以上とし、 1つの電極間距離が前記鋼材表面位置において 2 3 mm以上、残りの電極間距離は 20 mm以下とする鋼材の多電極サブマージアーク接方法。

2. 第 1電極の電流を 1000 A以上、第 2電極の電流を 600 A以上で行う鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法。

3. 第 1電極による溶接を、ワイヤ径 3. 2 mm以下で行う請求項 1または 2記載の鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法。 ·

4. 請求項 1〜3の任意の請求項において、前記第 1電極から前記第 3電極までのワイャ中心間距離が鋼材表面位置において 40 mm以上 60 mm以下で、前記第 1電極（I _x) と前記第 2電極（1₂) の電流比が下式を満たす鋼材の多電極サブ.マージアーク溶接方法。

I ₂/ I !≥ 0. 5

ここで、 1_{1 :}第1電極電流（A) ， I _2:第 2電極電流（A)

5. 請求項 1〜4の任意の請求項において、更に、多電極サブマージアーク溶接方法における電極数が 4電極で、前記第 3電極から前記第 4電極までのワイャ中心間距離が鋼材表面位置において 2 Omm以下である鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法。

64. 鋼材の内面と外面の夫々を、 1乃至 5のいずれか一つに記載の多電極サブマージアーク溶接で、一層盛り溶接することを特徴とする鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法。

7. 厚鋼板の 3電極以上の多電極サブマージアーク溶接方法であって、第 1電極から第 3電極までのワイヤ中心間距離が鋼材表面位置において 40mm以上 60mm以下で、第 1電極 (I と第 2電極（1₂) の電流比が下式を満たし、且つ第 1電極の電流密度を 250 AZmm²以上、第 2電極の電流密度を 150 A, mm²以上とする厚鋼板の多電極サブマージアーク溶接方法。

I ₂/Ι ι≥0. 5

ここで、 1_{1 :}第1電極電流（A) ， I ₂：第 2電極電流（A)

8. 更に、多電極サブマージアーク溶接方法における電極数が 4電極で、第 3電極から第 4電極までのワイヤ中心間距離が鋼材表面位置において 20 mm以下であることを特徴とする 84=記載の厚鋼板の多電極サブマージアーク溶接方法。