特開 2024-118746 ホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024118746

(43)【公開日】2024-09-02

(54)【発明の名称】ホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/18 20060101AFI20240826BHJP

【ＦＩ】

B23K9/18 F

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023025198

(22)【出願日】2023-02-21

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-04-18

(71)【出願人】

【識別番号】592173124

【氏名又は名称】日本ファブテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100140718

【弁理士】

【氏名又は名称】仁内 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】上野 康雄

(72)【発明者】

【氏名】西本 哲也

(72)【発明者】

【氏名】奥村 泰輔

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB05

4E001CA01

4E001DC02

4E001DC03

4E001DC08

4E001DF01

4E001DF03

4E001DF05

4E001EA01

4E001EA03

4E001EA04

(57)【要約】

【課題】板厚１９ｍｍまでの開先において１パス溶接を可能とすることで、高品質で効率よく溶接を行うことができ、これにより溶接時間を短縮することができ、溶接欠陥を削減できる。
【解決手段】鋼板５の開先内にカットワイヤを散布する工程と、電源から電流を出力して先行溶接ワイヤ２に通電を行い、母材の開先内と先行溶接ワイヤ２との間でアークを発生させる工程と、電源から通電を行って半溶融状態まで加熱したホットワイヤ３を、アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させる工程と、を有し、鋼板５は、板厚が１６ｍｍ～１９ｍｍであり、開先のルートギャップが１２ｍｍ以下であり、１パス施工により溶接を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼板の開先内にカットワイヤを散布する工程と、
電源から電流を出力して先行溶接ワイヤに通電を行い、母材の開先内と前記先行溶接ワイヤとの間でアークを発生させる工程と、
電源から通電を行って半溶融状態まで加熱したホットワイヤを、前記アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させる工程と、
を有し、
前記鋼板は、板厚が１６ｍｍ～１９ｍｍであり、前記開先のルートギャップが１２ｍｍ以下であり、
１パス施工により溶接を行うホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項2】

前記鋼板の板厚が１６ｍｍの場合において、前記先行溶接ワイヤの入熱量が７０～８０ｋＪ／ｃｍである、請求項１に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項3】

前記ホットワイヤの入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍである、請求項２に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項4】

前記鋼板の板厚が１９ｍｍの場合において、前記先行溶接ワイヤの入熱量が７８～９８ｋＪ／ｃｍである、請求項１に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項5】

前記ホットワイヤの入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍである、請求項４に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項6】

前記カットワイヤの散布厚は、８～１８ｍｍである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項7】

前記先行溶接ワイヤと前記ホットワイヤとの極間は、４０ｍｍ以下である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項8】

前記先行溶接ワイヤを供給する第１ワイヤトーチと、前記ホットワイヤを供給する第２ワイヤトーチと、を一体に設けた溶接ヘッドを有する溶接装置を使用し、前記先行溶接ワイヤと前記ホットワイヤとの極間を一定に維持した状態で前記溶接ヘッドを溶接方向に沿って移動させながら溶接する、請求項７に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項9】

前記第２ワイヤトーチに向けて前記ホットワイヤを自動で送るホットワイヤ自動供給機が設けられ、
前記ホットワイヤ自動供給機は、前記溶接ヘッドとともに前記溶接方向に沿って移動する、請求項８に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、板厚１６ｍｍ～１９ｍｍの鋼床版デッキプレート等を現場溶接する場合、一般的にルートギャップの大きさに応じて多パスによる炭酸ガスアーク溶接あるいはサブマージアーク溶接が行われている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－２１３３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のような従来のサブマージアーク溶接方法では、とくに板厚１９ｍｍの溶接対象多パス溶接となることから、より効率よく溶接時間を短縮することができ、かつ溶接欠陥を削減することができる溶接方法が求められており、その点で改善の余地があった。

【0005】

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、板厚１９ｍｍまでの開先において１パス溶接を可能とすることで、高品質で効率よく溶接を行うことができ、これにより溶接時間を短縮することができ、溶接欠陥を削減できるホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明に係るホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法の態様１は、鋼板の開先内にカットワイヤを散布する工程と、電源から電流を出力して先行溶接ワイヤに通電を行い、母材の開先内と前記先行溶接ワイヤとの間でアークを発生させる工程と、電源から通電を行って半溶融状態まで加熱したホットワイヤを、前記アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させる工程と、を有し、前記鋼板は、板厚が１６ｍｍ～１９ｍｍであり、前記開先のルートギャップが１２ｍｍ以下であり、１パス施工により溶接を行うことを特徴としている。

【0007】

本発明に係るホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法の態様１によれば、開先内にカットワイヤを散布した状態でサブマージアーク溶接による先行溶接ワイヤの溶融金属に半溶融状態まで加熱したホットワイヤを供給することで、板厚１６ｍｍから１９ｍｍまでの鋼板の開先において効率よく、かつ高品質溶接が可能となる１パスでの溶接を確実に行うことができる。そして、本発明では、上述した溶接条件で施工することにより、多パスで溶接する場合に比べて、先行溶接ワイヤの入熱量を低減でき、溶接された部材の引張強さおよび衝撃値（靭性）を向上させることができる。これにより、本発明では、溶接時間の短縮を図ることができ、さらに溶接欠陥の削減が可能となるので高品質な溶接を行うことができる。そのため、例えば、橋梁のデッキプレート鋼床版における現場溶接部に対して好適である。

【0008】

しかも、本発明では、ルートギャップの設定範囲を最大１２ｍｍまで拡大することができるので、１パス溶接を精度よく実現することができる。
また、本発明に係るホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法では、１パス溶接となるので、多パス溶接の場合に比べて溶接部の外観も良好になる。さらにアークが開先内に埋もれた状態で溶接できるので、アーク光線が外に出ることがなく、作業性を向上できる。

【0009】

（２）本発明の態様２は、態様１のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記鋼板の板厚が１６ｍｍの場合において、前記先行溶接ワイヤの入熱量が７０～８０ｋＪ／ｃｍであることが好ましい。

【0010】

この場合には、例えばサブマージアーク溶接単独で行う場合に比べて、先行溶接ワイヤの入熱量を、大幅（例えばルートギャップが６ｍｍの場合において略２０％）に低減することができ、溶接された部材における溶接変形低減による出来形精度及び靭性による機械的性質を向上させることができる。

【0011】

（３）本発明の態様３は、態様２のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記ホットワイヤの入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍであることが好ましい。

【0012】

この場合には、鋼板の板厚が１６ｍｍの場合において、ホットワイヤの入熱量も抑えることができ、靭性の向上という効果をより確実に発揮することができる。

【0013】

（４）本発明の態様４は、態様１のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記鋼板の板厚が１９ｍｍの場合において、前記先行溶接ワイヤの入熱量が７８～９８ｋＪ／ｃｍであることを特徴としてもよい。

【0014】

この場合には、鋼板の板厚が１９ｍｍで１パス溶接を行った場合であっても、先行溶接ワイヤの入熱量を例えば１００ｋＪ／ｃｍ以下に抑えることができ、溶接された部材における靭性による機械的性質を向上させることができる。

【0015】

（５）本発明の態様５は、態様４のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記ホットワイヤの入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍであることを特徴としてもよい。

【0016】

この場合には、鋼板の板厚が１９ｍｍの場合において、ホットワイヤの入熱量も抑えることができ、靭性の向上という効果をより確実に発揮することができる。

【0017】

（６）本発明の態様６は、態様１から態様５のいずれか一つのホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記カットワイヤの散布厚は、８～１８ｍｍであることを特徴としてもよい。

【0018】

この場合には、開先内にカットワイヤを散布厚８～１８ｍｍで散布することで、板厚１６ｍｍから１９ｍｍまでの鋼板においてより確実に１パスで溶接することができる。

【0019】

（７）本発明の態様７は、態様１から態様５のいずれか一つのホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記先行溶接ワイヤと前記ホットワイヤとの極間は、４０ｍｍ以下であることを特徴としてもよい。

【0020】

この場合には、先行溶接ワイヤとホットワイヤとの極間が４０ｍｍ以下に設定されているので、板厚１６ｍｍから１９ｍｍまでの鋼板においてより確実に１パスで溶接することができる。

【0021】

（８）本発明の態様８は、態様７のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記先行溶接ワイヤを供給する第１ワイヤトーチと、前記ホットワイヤを供給する第２ワイヤトーチと、を一体に設けた溶接ヘッドを有する溶接装置を使用し、前記先行溶接ワイヤと前記ホットワイヤとの極間を一定に維持した状態で前記溶接ヘッドを溶接方向に沿って移動させながら溶接することを特徴としてもよい。

【0022】

この場合には、第１ワイヤトーチで供給される先行溶接ワイヤと、第２ワイヤトーチで供給されるホットワイヤとの極間が溶接ヘッドによって一定に維持されたまま溶接装置を溶接方向に移動して溶接されるので、効率よく溶接でき、かつ溶接精度を向上させることができる。

【0023】

（９）本発明の態様９は、態様８のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記第２ワイヤトーチに向けて前記ホットワイヤを自動で送るホットワイヤ自動供給機が設けられ、前記ホットワイヤ自動供給機は、前記溶接ヘッドとともに前記溶接方向に沿って移動することを特徴としてもよい。

【0024】

この場合には、ホットワイヤ自動供給機も溶接ヘッドと一定の距離を維持したまま移動できるので、効率よく溶接でき、かつ溶接精度を向上させることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明に係るホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法によれば、板厚１９ｍｍまでの開先において１パス溶接を可能とすることで、高品質で効率よく溶接を行うことができ、これにより溶接時間を短縮することができ、溶接欠陥を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態によるホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法を示す模式的な断面図である。

【図2】図１に示すＡ－Ａ線矢視図である。

【図3】鋼板の開先内にカットワイヤを散布した状態を示す断面図である。

【図4】（ａ）は板厚１６ｍｍの溶接状態を示す断面図、（ｂ）は板厚１９ｍｍの溶接状態を示す断面図である。

【図5】溶接装置の全体構成を示す斜視図である。

【図6】図５に示す溶接装置の側面図である。

【図7】図６に示す溶接装置の溶接ヘッドを拡大した図である。

【図8】（ａ）、（ｂ）は、実施例において溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真の一例である。

【図9】実施例の第１試験結果を示す図である。

【図10】実施例の第２試験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明に係るホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において、各構成部材を視認可能な大きさとするために必要に応じて各構成部材の縮尺を適宜変更している場合がある。

【0028】

図１～図４に示すように、本実施形態のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法（以下、単に溶接方法という）は、母材である鋼板５の開先５１において、後述する図５～図７に示す溶接装置１を使用してサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）とホットワイヤ溶接とを組み合わせて１パス施工により溶接を行う方法である。
本溶接方法は、鋼板５として例えば、橋梁に使用されるデッキプレート鋼床版に好適に採用することができ、このようなデッキプレート鋼床版における現場溶接部の溶接に対して高い適用性をもつ。

【0029】

本実施形態による溶接方法は、鋼板５の開先５１内にカットワイヤ４を散布する工程と、電源から電流を出力して先行溶接ワイヤ２に通電を行い、母材の開先５１内と先行溶接ワイヤ２との間でアークを発生させる工程と、電源から通電を行って半溶融状態まで加熱したホットワイヤ３を、アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させる工程と、を有する。なお、半溶融状態とは、例えば１０００℃程度の高温をいう。
先行溶接ワイヤ２は、溶接装置１の先行トーチ１１（第１ワイヤトーチ）に保持される。ホットワイヤ３は、溶接装置１の後行トーチ１２（第２ワイヤトーチ）に保持される。

【0030】

母材である鋼板５は、板厚ｔが１６ｍｍ～１９ｍｍが採用される。鋼板５の開先５１のルートギャップＲｇが１２ｍｍ以下に設定されている。鋼板５は、本実施形態において、上面５ａを水平あるいは０～５％の勾配に配置させて溶接される。
図４（ａ）は、板厚が１６ｍｍの鋼板５Ａの開先５１に１パス溶接によって施工した溶接部１００Ａ（１００）を示している。図４（ｂ）は、板厚が１９ｍｍの鋼板５Ｂの開先５１に１パス溶接によって施工した溶接部１００Ｂ（１００）を示している。

【0031】

開先５１に散布されるカットワイヤ４は、直径１．０ｍｍのものを使用する。カットワイヤ４の散布厚は、８～１８ｍｍである。カットワイヤ４としては、例えば軟鋼用で１．５％Ｍｎが採用される。

【0032】

先行溶接ワイヤ２とホットワイヤ３との極間Ｄは、４０ｍｍ以下に設定される。

【0033】

先行溶接ワイヤ２は、直径４．８ｍｍのものを使用する。図１に示すように、先行トーチ１１における先行溶接ワイヤ２の突き出し長さＬ１（溶接開始前における先行トーチ１１の先端１１ａから先行溶接ワイヤ２の先端２ａまでの突出量）は、例えば板厚１６ｍｍのときに３６ｍｍ、板厚１９ｍｍのときに３９ｍｍに設定される。また、先行トーチ１１のトーチ角度θ１（先行トーチ１１における鉛直方向Ｃとの傾斜角度）は、０°となるように設定されている。そして、先行溶接ワイヤ２として直径４．８ｍｍのものを使用する場合には、６００～９００Ａの電流を出力する。

【0034】

ここで、鋼板５の板厚ｔが１６ｍｍの場合において、先行溶接ワイヤ２の入熱量は７０～８０ｋＪ／ｃｍに設定される。また、鋼板５の板厚ｔが１９ｍｍの場合において、先行溶接ワイヤ２の入熱量は７８～９８ｋＪ／ｃｍに設定される。

【0035】

ホットワイヤ３は、直径１．２ｍｍあるいは１．４ｍｍのものを使用する。後行トーチ１２におけるホットワイヤ３の突き出し長さＬ２（溶接開始前における後行トーチ１２の先端１２ａからホットワイヤ３の先端３ａまでの突出量）は、３５ｍｍに設定される。また、後行トーチ１２のトーチ角度θ２（後行トーチ１２における母材の鋼板５の上面５ａに沿う水平方向Ｓとの傾斜角度）は、３５°以上の角度となるように設定されている。そして、ホットワイヤ３として直径１．２ｍｍあるいは１．４ｍｍのものを使用する場合には、０～１２０Ａの電流を出力する。

【0036】

ここで、鋼板５の板厚ｔが１６ｍｍの場合において、ホットワイヤ３の入熱量は１．０～２．０ｋＪ／ｃｍに設定される。また、鋼板５の板厚ｔが１９ｍｍの場合において、ホットワイヤ３の入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍである。

【0037】

この状態で、図３に示すように、開先５１内にカットワイヤ４を散布した後、先行トーチ１１の近傍から先行トーチ１１の下方へ向けて粒状のフラックス７（図１参照）を定量的に連続供給しながら、電源（図示せず）から先行溶接ワイヤ２に通電を行い、鋼板５と先行溶接ワイヤ２との間でアークを発生させる。そして、先行トーチ１１及び後行トーチ１２を、進行方向（図１において紙面に直交する方向）へ所定の速度で移動させる。そうすると、アークの後方側に溶融池が形成される。

【0038】

また、後行トーチ１２においても、電源（図示せず）からホットワイヤ３への通電を行い、加熱して、後述するホットワイヤ自動供給機１５から後行トーチ１２へホットワイヤ３を所定の速度（例えば０～９．９ｃｍ／ｍｉｎ）で供給し、ホットワイヤ３をアークの後方側に形成される溶融池（溶接部１００）に供給しながら溶接を進行させる。

【0039】

次に、上述した溶接方法を行うための溶接装置１について、図５～図７に基づいて具体的に説明する。
溶接装置１は、溶接ヘッド１０と、ホットワイヤ自動供給機１５と、を備えている。溶接ヘッド１０及びホットワイヤ自動供給機１５は、連結部１５１を介して一体的に連結され、それぞれがレール１７上を走行可能な台車１６Ａ、１６Ｂに搭載されている。

【0040】

溶接ヘッド１０は、先行溶接ワイヤ２を供給する先行トーチ１１（第１ワイヤトーチ）と、ホットワイヤ３を供給する後行トーチ１２（第２ワイヤトーチ）と、を一体に設けている。

【0041】

ホットワイヤ自動供給機１５は、後行トーチ１２に向けてホットワイヤ３を自動で送る機能を有している。ホットワイヤ自動供給機１５は、溶接ヘッド１０とともに溶接方向Ｘに沿って移動する。
本溶接装置１では、先行溶接ワイヤ２とホットワイヤ３との極間Ｄを一定に維持した状態で溶接ヘッド１０を溶接方向Ｘに沿って移動させながら溶接する。

【0042】

次に、このように構成されるホットワイヤ３を使用したサブマージアーク溶接方法の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。

【0043】

本実施形態によるホットワイヤ３を使用したサブマージアーク溶接方法は、鋼板５の開先５１内にカットワイヤ４を散布する工程と、電源から電流を出力して先行溶接ワイヤ２に通電を行い、母材の開先５１内と先行溶接ワイヤ２との間でアークを発生させる工程と、電源から通電を行って半溶融状態まで加熱したホットワイヤ３を、アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させる工程と、を有する。鋼板５は、板厚ｔが１６ｍｍ～１９ｍｍであり、開先５１のルートギャップＲｇが１２ｍｍ以下であり、１パス施工により溶接を行う。

【0044】

本実施形態によるホットワイヤ３を使用したサブマージアーク溶接方法によれば、開先５１内にカットワイヤを散布した状態でサブマージアーク溶接による先行溶接ワイヤ２の溶融金属に半溶融状態まで加熱したホットワイヤ３を供給することで、板厚１６ｍｍから１９ｍｍまでの鋼板５の開先５１において効率よく、かつ高品質溶接が可能となる１パスでの溶接を確実に行うことができる。そして、本実施形態では、上述した溶接条件で施工することにより、多パスで溶接する場合に比べて、先行溶接ワイヤ２の入熱量を低減でき、溶接された部材の引張強さおよび衝撃値（靭性）を向上させることができる。例えば、本実施形態では、引張強さをサブマージアーク溶接単独で行う場合に比べて略２．５％改善することができる。
これにより、本実施形態では、溶接時間の短縮を図ることができ、さらに溶接欠陥の削減が可能となるので高品質な溶接を行うことができる。そのため、例えば、橋梁のデッキプレート鋼床版における現場溶接部に対して好適である。

【0045】

しかも、本実施形態では、ルートギャップＲｇの設定範囲を最大１２ｍｍまで拡大することができるので、１パス溶接を精度よく実現することができる。
また、本実施形態に係るホットワイヤ３を使用したサブマージアーク溶接方法では、１パス溶接となるので、多パス溶接の場合に比べて溶接部１００の外観も良好になる。さらにアークが開先５１内に埋もれた状態で溶接できるので、アーク光線が外に出ることはなく、作業性を向上できる。

【0046】

また、本実施形態では、鋼板５の板厚が１６ｍｍの場合において、先行溶接ワイヤ２の入熱量が７０～８０ｋＪ／ｃｍである。
そのため、例えばサブマージアーク溶接単独で行う場合に比べて、先行溶接ワイヤ２の入熱量を、大幅（例えばルートギャップＲｇが６ｍｍの場合において略２０％）に低減することができ、溶接された部材における靭性による機械的性質を向上させることができる。

【0047】

また、本実施形態では、ホットワイヤ３の入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍであるので、鋼板５の板厚が１６ｍｍの場合において、ホットワイヤ３の入熱量も抑えることができ、靭性の向上という効果をより確実に発揮することができる。

【0048】

また、本実施形態では、鋼板５の板厚が１９ｍｍの場合において、先行溶接ワイヤ２の入熱量が７８～９８ｋＪ／ｃｍである。
そのため、鋼板５の板厚が１９ｍｍで１パス溶接を行った場合であっても、先行溶接ワイヤ２の入熱量を例えば１００ｋＪ／ｃｍ以下に抑えることができ、溶接された部材における靭性による機械的性質を向上させることができる。

【0049】

また、本実施形態では、ホットワイヤ３の入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍであるので、鋼板５の板厚が１９ｍｍの場合において、ホットワイヤ３の入熱量も抑えることができ、靭性の向上という効果をより確実に発揮することができる。

【0050】

また、本実施形態では、カットワイヤ４の散布厚は、８～１８ｍｍである。
そのため、開先５１内にカットワイヤ４を散布厚８～１８ｍｍで散布することで、板厚１６ｍｍから１９ｍｍまでの鋼板５においてより確実に１パスで溶接することができる。

【0051】

また、本実施形態では、先行溶接ワイヤ２とホットワイヤ３との極間は、４０ｍｍ以下である。
そのため、先行溶接ワイヤ２とホットワイヤ３との極間が４０ｍｍ以下に設定されているので、板厚１６ｍｍから１９ｍｍまでの鋼板においてより確実に１パスで溶接することができる。

【0052】

また、本実施形態では、先行溶接ワイヤ２を供給する先行トーチ１１と、ホットワイヤ３を供給する後行トーチ１２と、を一体に設けた溶接ヘッド１０を有する溶接装置１を使用し、先行溶接ワイヤ２とホットワイヤ３との極間を一定に維持した状態で溶接ヘッド１０を溶接方向に沿って移動させながら溶接する。
そのため、先行トーチ１１で供給される先行溶接ワイヤ２と、後行トーチ１２で供給されるホットワイヤ３との極間が溶接ヘッド１０によって一定に維持されたまま溶接装置１を溶接方向に移動して溶接されるので、効率よく溶接でき、かつ溶接精度を向上させることができる。

【0053】

また、本実施形態では、後行トーチ１２に向けてホットワイヤ３を自動で送るホットワイヤ自動供給機１５が設けられている。ホットワイヤ自動供給機１５は、溶接ヘッド１０とともに溶接方向に沿って移動する。
そのため、ホットワイヤ自動供給機１５も溶接ヘッド１０と一定の距離を維持したまま移動できるので、効率よく溶接でき、かつ溶接精度を向上させることができる。

【0054】

上述のように構成された本実施形態によるホットワイヤ３を使用したサブマージアーク溶接方法では、板厚１９ｍｍまでの開先５１において１パス溶接を可能とすることで、高品質で効率よく溶接を行うことができ、これにより溶接時間を短縮することができ、溶接欠陥を削減できる。

【0055】

次に、上述した実施形態によるホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法の効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。

【0056】

（実施例）
実施例では、板厚と材料が異なる３つの実施例１～３と比較例１、２の合計４つの開先を有する試験鋼板に対して溶接を行った。実施例１～３は、開先にカットワイヤを散布し、ホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法により１パスにより溶接を実施した。比較例１、２は、サブマージアーク溶接のみで１パスにより溶接を実施した。
実施例１は、板厚ｔが１６ｍｍで一般タイプの溶融フラックスからなる鋼板を使用した。
実施例２は、板厚ｔが１６ｍｍで靭性タイプの溶融フラックスからなる鋼板を使用した。
実施例３は、板厚ｔが１９ｍｍで一般タイプの溶融フラックスからなる鋼板を使用した。
比較例１は、板厚ｔが１６ｍｍで一般タイプの溶融フラックスからなる鋼板を使用した。
比較例２は、板厚ｔが１６ｍｍで靭性タイプの溶融フラックスからなる鋼板を使用した。

【0057】

実施例１～３における溶接条件は、以下の通りである。
（溶接条件）
先行トーチ電流・電圧： ６００～９００Ａ・３１～４０Ｖ
先行溶接ワイヤ送給速度： １６－２６ｃｍ／ｍｉｎ
先行溶接ワイヤ直径： ４．８ｍｍ
ホットワイヤ直径： １．２ｍｍ
極間Ｄ： ０～４０ｍｍ
ホットワイヤ送給速度： ０～９．９ｃｍ／ｍｉｎ
ホットワイヤ突出長Ｌ２： ３０～３５ｍｍ
後行トーチ電流： ０～１２０Ａ
トーチ間角度Ｒ： ４５°
カットワイヤ散布厚： ８～１８ｍｍ

【0058】

図８（ａ）、（ｂ）は、本実施例において溶接を行った鋼板の断面を撮影した写真の一例である。図８（ａ）は、実施例２の板厚１６ｍｍにおいてルートギャップＲｇが１２ｍｍの場合を示している。図８（ｂ）は、実施例３の板厚１９ｍｍにおいてルートギャップＲｇが１２ｍｍの場合を示している。これらの写真からもわかるように、実験の結果、板厚１６ｍｍ及び１９ｍｍのいずれにおいても、１パスで問題なく溶接できていることが確認された。

【0059】

実施例では、各実施例１～３、比較例１、２において、第１試験で先行溶接ワイヤの入熱量（ｋＪ／ｃｍ）を測定し、第２試験で引張強さ（Ｎ／ｍｍ^２）を測定し、それぞれ評価した。

【0060】

第１試験は、実施例１～３と比較例１で試験し、それぞれルートギャップＲｇを３ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍで変えて先行溶接ワイヤの入熱量（ｋＪ／ｃｍ）を測定した。

【0061】

図９は、第１試験結果を示している。図９に示すように、入熱量の基準値を１００ｋＪ／ｃｍとしたとき、実施例１～３と比較例１のすべてが基準値以下となっている。すなわち、実施例３の板厚が１９ｍｍの場合でも、１パス溶接で９３～９６ｋＪ／ｃｍの範囲となり、１００ｋＪ／ｃｍ以下の入熱量であることが確認できた。
また、とくに実施例１のルートギャップＲｇが６ｍｍの場合には、７５．５ｋＪ／ｃｍとなり、比較例１のルートギャップＲｇが６ｍｍの場合の９１．２ｋＪ／ｃｍに比べて入熱量が略２０％低減できることがわかった。また実施例２のルートギャップＲｇが６ｍｍの場合にも、比較例１と比べて入熱量が略１８％低減できることがわかった。

【0062】

第１試験結果より、板厚１６ｍｍ、１９ｍｍともに入熱量が１００ｋＪ／ｃｍ以下に抑えられ、とくに板厚１６ｍｍではサブマージアーク溶接単独で溶接する場合に比べて大幅に入熱量が低減された。すなわち、本実施例の溶接条件において、板厚１６ｍｍ、１９ｍｍともに１パスによる溶接を行うことが可能であることが確認できた。

【0063】

次に、第２試験は、実施例１～３と比較例１、２で試験し、それぞれ溶接金属（本発明の溶接を実施した部材）と継手（従来のボルト継手等）において、引張強さ（Ｎ／ｍｍ^２）を測定した。

【0064】

図１０は、第２試験結果を示している。図１０に示すように、比較例１の溶接金属の引張強さ（ここでは４９５Ｎ／ｍｍ^２）を基準値（基準１）としたとき、実施例１の溶接金属は５０７Ｎ／ｍｍ^２となり、引張強さが略２．４％向上したことがわかる。また、比較例２の溶接金属の引張強さ（ここでは４６９Ｎ／ｍｍ^２）を基準値（基準２）としたとき、実施例２の溶接金属は４８１Ｎ／ｍｍ^２となり、引張強さが略２．５％向上したことがわかる。また、実施例３の板厚１９ｍｍの場合には、比較例による基準は示されていないが、引張強さは概ね４９０Ｎ／ｍｍ^２以上が確保されることがわかった。

【0065】

第２試験結果より、溶接金属における板厚１６ｍｍで引張強さが継手よりも２．４％～２．５％向上することが確認でき、板厚１９ｍｍにおいても板厚１６ｍｍと同等以上の引張強さになることがわかった。すなわち、本実施例の溶接条件において、板厚１６ｍｍ、１９ｍｍともに１パスによる溶接を行うことが可能であることが確認できた。

【0066】

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形例には、例えば当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものなどが含まれる。

【0067】

例えば、上記実施形態では、鋼板の板厚が１６ｍｍの場合において、先行溶接ワイヤの入熱量を７５～８０ｋＪ／ｃｍとしているが、このような溶接条件に限定されることはない。

【0068】

また、本実施形態では、ホットワイヤの入熱量を１．３～１．８ｋＪ／ｃｍとしているが、このような溶接条件に限定されることはない。

【0069】

また、本実施形態では、鋼板の板厚が１９ｍｍの場合において、先行溶接ワイヤの入熱量を９３～９６ｋＪ／ｃｍとしているが、このような溶接条件に限定されることはない。

【0070】

また、本実施形態では、ホットワイヤ３の入熱量を１．５ｋＪ／ｃｍとしているが、このような溶接条件に限定されることはない。

【0071】

また、本実施形態では、カットワイヤ４の散布厚を８～１８ｍｍとしているが、このような溶接条件に限定されることはない。

【0072】

また、本実施形態では、先行溶接ワイヤ２とホットワイヤ３との極間を４０ｍｍ以下としているが、このような溶接条件に限定されることはない。

【0073】

また、本実施形態では、先行溶接ワイヤ２を供給する第１ワイヤトーチと、ホットワイヤ３を供給する第２ワイヤトーチと、を一体に設けた溶接ヘッド１０を有する溶接装置１を使用し、先行溶接ワイヤ２とホットワイヤ３との極間を一定に維持した状態で溶接ヘッド１０を溶接方向に沿って移動させながら溶接する構成としているが、このような溶接装置１であることに限定されることはないし、溶接装置を省略してもよい。
また、第２ワイヤトーチに向けてホットワイヤ３を自動で送るホットワイヤ自動供給機１５が設けられ、ホットワイヤ自動供給機１５が溶接ヘッド１０とともに溶接方向に沿って移動する構成としているが、これに限定されることはない。

【符号の説明】

【0074】

１ 溶接装置
２ 先行溶接ワイヤ
３ ホットワイヤ
４ カットワイヤ
１０ 溶接ヘッド
１１ 先行トーチ（第１ワイヤトーチ）
１２ 後行トーチ（第２ワイヤトーチ）
１５ ホットワイヤ自動供給機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-08

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼板の開先内にカットワイヤを散布する工程と、
電源から電流を出力して先行溶接ワイヤに通電を行い、母材の開先内と前記先行溶接ワイヤとの間でアークを発生させる工程と、
電源から通電を行って半溶融状態まで加熱したホットワイヤを、前記アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させる工程と、
を有し、
前記鋼板は、板厚が１６ｍｍ～１９ｍｍであり、前記開先のルートギャップが１２ｍｍ以下であり、
１パス施工により溶接を行い、
前記鋼板の板厚が１６ｍｍの場合において、前記先行溶接ワイヤの入熱量が７０～８０ｋＪ／ｃｍであるホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項2】

前記ホットワイヤの入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍである、請求項１に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項3】

鋼板の開先内にカットワイヤを散布する工程と、
電源から電流を出力して先行溶接ワイヤに通電を行い、母材の開先内と前記先行溶接ワイヤとの間でアークを発生させる工程と、
電源から通電を行って半溶融状態まで加熱したホットワイヤを、前記アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させる工程と、
を有し、
前記鋼板は、板厚が１６ｍｍ～１９ｍｍであり、前記開先のルートギャップが１２ｍｍ以下であり、
１パス施工により溶接を行い、
前記鋼板の板厚が１９ｍｍの場合において、前記先行溶接ワイヤの入熱量が７８～９８ｋＪ／ｃｍであるホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項4】

前記ホットワイヤの入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍである、請求項３に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項5】

前記カットワイヤの散布厚は、８～１８ｍｍである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項6】

前記先行溶接ワイヤと前記ホットワイヤとの極間は、４０ｍｍ以下である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項7】

前記先行溶接ワイヤを供給する第１ワイヤトーチと、前記ホットワイヤを供給する第２ワイヤトーチと、を一体に設けた溶接ヘッドを有する溶接装置を使用し、前記先行溶接ワイヤと前記ホットワイヤとの極間を一定に維持した状態で前記溶接ヘッドを溶接方向に沿って移動させながら溶接する、請求項６に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【請求項8】

前記第２ワイヤトーチに向けて前記ホットワイヤを自動で送るホットワイヤ自動供給機が設けられ、
前記ホットワイヤ自動供給機は、前記溶接ヘッドとともに前記溶接方向に沿って移動する、請求項７に記載のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

（１）本発明に係るホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法の態様１は、鋼板の開先内にカットワイヤを散布する工程と、電源から電流を出力して先行溶接ワイヤに通電を行い、母材の開先内と前記先行溶接ワイヤとの間でアークを発生させる工程と、電源から通電を行って半溶融状態まで加熱したホットワイヤを、前記アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させる工程と、を有し、前記鋼板は、板厚が１６ｍｍ～１９ｍｍであり、前記開先のルートギャップが１２ｍｍ以下であり、１パス施工により溶接を行い、前記鋼板の板厚が１６ｍｍの場合において、前記先行溶接ワイヤの入熱量が７０～８０ｋＪ／ｃｍであることを特徴としている。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

また、この場合には、例えばサブマージアーク溶接単独で行う場合に比べて、先行溶接ワイヤの入熱量を、大幅（例えばルートギャップが６ｍｍの場合において略２０％）に低減することができ、溶接された部材における溶接変形低減による出来形精度及び靭性による機械的性質を向上させることができる。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

（３）本発明に係るホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法の態様３は、鋼板の開先内にカットワイヤを散布する工程と、電源から電流を出力して先行溶接ワイヤに通電を行い、母材の開先内と前記先行溶接ワイヤとの間でアークを発生させる工程と、電源から通電を行って半溶融状態まで加熱したホットワイヤを、前記アークの後方側に形成される溶融池に供給しながら溶接を進行させる工程と、を有し、前記鋼板は、板厚が１６ｍｍ～１９ｍｍであり、前記開先のルートギャップが１２ｍｍ以下であり、１パス施工により溶接を行い、前記鋼板の板厚が１９ｍｍの場合において、前記先行溶接ワイヤの入熱量が７８～９８ｋＪ／ｃｍであることを特徴としている。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0015】

（４）本発明の態様４は、態様３のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記ホットワイヤの入熱量は、１．０～２．０ｋＪ／ｃｍであることを特徴としてもよい。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0017】

（５）本発明の態様５は、態様１から態様４のいずれか一つのホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記カットワイヤの散布厚は、８～１８ｍｍであることを特徴としてもよい。

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0019】

（６）本発明の態様６は、態様１から態様４のいずれか一つのホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記先行溶接ワイヤと前記ホットワイヤとの極間は、４０ｍｍ以下であることを特徴としてもよい。

【手続補正9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0021】

（７）本発明の態様７は、態様６のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記先行溶接ワイヤを供給する第１ワイヤトーチと、前記ホットワイヤを供給する第２ワイヤトーチと、を一体に設けた溶接ヘッドを有する溶接装置を使用し、前記先行溶接ワイヤと前記ホットワイヤとの極間を一定に維持した状態で前記溶接ヘッドを溶接方向に沿って移動させながら溶接することを特徴としてもよい。

【手続補正10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0023】

（８）本発明の態様８は、態様７のホットワイヤを使用したサブマージアーク溶接方法において、前記第２ワイヤトーチに向けて前記ホットワイヤを自動で送るホットワイヤ自動供給機が設けられ、前記ホットワイヤ自動供給機は、前記溶接ヘッドとともに前記溶接方向に沿って移動することを特徴としてもよい。