特開 2024-126893 多層盛り溶接方法

(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】P2024126893

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】多層盛り溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/095 20060101AFI20240912BHJP

   B23K 9/23 20060101ALI20240912BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20240912BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

B23K9/095 501G

B23K9/23 A

B23K9/173 A

B23K35/30 320F

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023035629

(22)【出願日】2023-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】馬塲 勇人

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB09

4E001CA02

4E001DD04

4E001EA02

4E001EA04

4E001EA05

4E001EA09

(57)【要約】

【課題】局所的なじん性低下領域の少ない高品質な溶接金属を得ることができる多層盛り溶接方法を提供する。
【解決手段】アシキュラーフェライトを析出させるためにＴｉを含有した溶接ワイヤを用い、入熱上限値を設けて行う消耗電極式の多層盛り溶接方法であって、先行パスに次ぐ後続パスを１層複数パスで溶接する場合、前記入熱上限値より５ｋＪ／ｃｍ小さい入熱を上限値として溶接を行う。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アシキュラーフェライトを析出させるためにＴｉを含有した溶接ワイヤを用い、入熱上限値を設けて行う消耗電極式の多層盛り溶接方法であって、
先行パスに次ぐ後続パスを１層複数パスで溶接する場合、前記入熱上限値より５ｋＪ／ｃｍ小さい入熱を上限値として溶接を行う
多層盛り溶接方法。

【請求項2】

前記後続パスを１層１パスで溶接する場合、前記入熱上限値を上限とした条件で溶接を行う
請求項１に記載の多層盛り溶接方法。

【請求項3】

前記入熱上限値は５０ｋＪ／ｃｍである
請求項２に記載の多層盛り溶接方法。

【請求項4】

前記溶接ワイヤはＪＩＳ規格ＹＧＷ１８のワイヤである
請求項２に記載の多層盛り溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多層盛り溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、高電流条件でのＧＭＡ溶接が着目されている（例えば、特許文献１）。高電流溶接では、深い溶込みが得られることや、溶接ワイヤの溶着速度が高いことにより、厚板溶接を高能率化することができる。
しかし、高電流条件での多層溶接においては、高い入熱による溶接金属のじん性低下が問題となる。そのため、溶接入熱及びパス間温度に制限が設けられる場合がある。最も一般的な基準は、溶接入熱４０ｋＪ／ｃｍ以下、パス間温度３５０℃以下である。このような場合、埋もれアーク溶接を含む高電流ＧＭＡ溶接を用いても、入熱制限により、溶接能率を十分に向上させることができない。
ただし、４０ｋＪ／ｃｍを超える入熱条件で溶接を行っても、溶接金属のじん性が要求値を満足する場合があり、４０ｋＪ／ｃｍを超える高入熱溶接施工はしばしば行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６５８１４３８号公報

【特許文献2】特許第６７４８５５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、溶接金属のじん性指標の測定方法として最も一般的なのはシャルピー衝撃試験である。ただしこの試験で得られるのは、特定の位置、すなわち試験片を取得した位置におけるじん性指標であり、他の位置におけるじん性の指標を得ることはできない。そのため、試験を行った特定の位置において、シャルピー衝撃試験の結果が溶接金属への要求性能を満たしていたとしても、別の位置には要求性能を満たしていない部分が存在する可能性がある。溶接金属全体のじん性分布を調べることができれば望ましいが、そのためには膨大なコストが必要であり、現実的でない。したがって、通常は、例えば溶接金属の中央部や表面近傍、裏面近傍など、代表位置で行ったシャルピー衝撃試験の結果が、溶接金属全体のじん性指標を代表しているとみなされて用いられる場合が多い。

【0005】

本開示の目的は、局所的なじん性低下領域の少ない高品質な溶接金属を得ることができる多層盛り溶接方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る多層盛り溶接方法は、アシキュラーフェライトを析出させるためにＴｉを含有した溶接ワイヤを用い、入熱上限値を設けて行う消耗電極式の多層盛り溶接方法であって、先行パスに次ぐ後続パスを１層複数パスで溶接する場合、前記入熱上限値より５ｋＪ／ｃｍ小さい入熱を上限値として溶接を行う。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、局所的なじん性低下領域の少ない高品質な溶接金属を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態１に係る消耗電極式のアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。

【図2】埋もれアークの溶接条件を示す模式図である。

【図3】本実施形態１に係る多層盛り溶接方法の手順を示すフローチャートである。

【図4】本実施形態２に係る多層盛り溶接方法を示す概念図である。

【図5】本実施形態２に係る多層盛り溶接方法を示す概念図である。

【図6】本実施形態２に係る多層盛り溶接方法を示す概念図である。

【図7】本実施形態２に係る多層盛り溶接方法の手順を示すフローチャートである。

【図8】本実施形態２に係る多層盛り溶接方法の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の実施形態に係る多層盛り溶接方法を、以下に図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る溶接方法は、ＧＭＡ溶接、具体的には埋もれアーク溶接を用いた厚板の高入熱多層盛り溶接を実現する方法である。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

【0010】

＜アーク溶接装置＞
図１は、本実施形態１に係る消耗電極式のアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。本実施形態１に係るアーク溶接装置は、ＧＭＡ（Gas Metal Arc）を行う溶接半自動溶接機であり、溶接電源１、トーチ２及びワイヤ送給装置３を備える。また、本実施形態１に係る多層盛り溶接方法を実施するための温度センサ６を用意する。温度センサ６は、多層盛り溶接におけるパス間温度、具体的には母材４の温度を検出するセンサである。温度センサ６は、半導体温度センサ、赤外線温度センサ、温度によって色が変化するシール又はチョーク等である。

【0011】

トーチ２は、銅合金等の導電性材料からなり、母材４の被溶接部へ溶接ワイヤ５を案内すると共に、アークの発生に必要な溶接電流Ｉｗを供給する円筒形状のコンタクトチップを有する。コンタクトチップは、その内部を挿通する溶接ワイヤ５に接触し、溶接電流Ｉｗを溶接ワイヤ５に供給する。また、トーチ２は、コンタクトチップを囲繞する中空円筒形状をなし、被溶接部へシールドガスを噴射するノズルを有する。シールドガスは、例えば炭酸ガス、炭酸ガス及びアルゴンガスの混合ガス、アルゴン等の不活性ガス等である。

【0012】

溶接ワイヤ５は、例えばソリッドワイヤであり、その直径は０．９ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であり、消耗電極として機能する。溶接ワイヤ５は、例えば、螺旋状に巻かれた状態でペールパックに収容されたパックワイヤ、あるいはワイヤリールに巻回されたリールワイヤである。

【0013】

ワイヤ送給装置３は、溶接ワイヤ５をトーチ２へ送給する送給ローラと、当該送給ローラを回転させるモータとを有する。ワイヤ送給装置３は、送給ローラを回転させることによって、ワイヤリールから溶接ワイヤ５を引き出し、引き出された溶接ワイヤ５をトーチ２へ供給する。なお、かかる溶接ワイヤ５の送給方式は一例であり、特に限定されるものでは無い。

【0014】

溶接電源１は、給電ケーブルを介して、トーチ２のコンタクトチップ及び母材４に接続され、溶接電流Ｉｗを供給する電源部１１と、溶接ワイヤ５の送給速度を制御する送給速度制御部１２とを備える。なお、電源部１１及び送給速度制御部１２を別体で構成しても良い。電源部１１は、ＰＷＭ制御された直流電流を出力する電源回路１１ａ、制御回路１１ｂ、電圧検出部１１ｃ、電流検出部１１ｄを備える。

【0015】

電圧検出部１１ｃは、溶接電圧Ｖｗを検出し、検出した電圧値を示す電圧値信号Ｖｄを制御回路１１ｂへ出力するセンサである。

【0016】

電流検出部１１ｄは、例えば、溶接電源１からトーチ２を介して溶接ワイヤ５へ供給され、アークを流れる溶接電流Ｉｗを検出し、検出した電流値を示す電流値信号Ｉｄを制御回路１１ｂへ出力するセンサである。

【0017】

電源回路１１ａは、商用交流を交直変換するＡＣ－ＤＣコンバータ、交直変換された直流をスイッチングにより所要の交流に変換するインバータ回路、変換された交流を整流する整流回路等を備える。制御回路１１ｂは、設定された溶接条件、検出された溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗに基づいて、電源回路１１ａのインバータ回路をＰＷＭ制御する。母材４及び溶接ワイヤ５間には、所用の溶接電圧Ｖｗが印加され、溶接電流Ｉｗが通電する。

【0018】

トーチ２側に設けられた手元操作スイッチが操作された場合、トーチ２は溶接電源１へ出力指示信号を出力する。出力指示信号は、図示しない制御通信線を介して溶接電源１に入力され、制御回路１１ｂは、当該出力指示信号をトリガにして、電源回路１１ａに溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗの出力を開始させる。

【0019】

＜埋もれアーク溶接＞
本実施形態１の多層盛り溶接方法は、ＧＭＡ溶接、具体的には埋もれアーク溶接を用いて行う。

【0020】

図２は、埋もれアークの溶接条件を示す模式図である。溶接ワイヤ５に大電流を供給すると、図２に示すように、母材４に凹状の溶融部分が形成され、溶接ワイヤ５の先端部が溶融部分によって囲まれた空間に進入する。以下、凹状の溶融部分によって囲まれる空間を埋もれ空間と呼び、埋もれ空間に進入した溶接ワイヤ５と、母材４又は溶融部分との間に発生するアークを、適宜、埋もれアークと呼ぶ。

【0021】

図２に示すグラフの横軸は溶接電流Ｉｗ、縦軸は溶接電圧Ｖｗを示している。埋もれアーク溶接を実現する溶接条件は、溶接電流Ｉｗの平均電流が３００Ａ以上、好ましくは３００Ａ以上１０００Ａ以下、より好ましくは４００Ａ以上６５０Ａ以下である。溶接電流Ｉｗが３００Ａ未満になると、アーク圧力が弱くなり、溶融金属を押し下げることができず、埋もれアーク溶接を維持することができなくなる。

【0022】

溶接電圧Ｖｗ（アーク電圧）は、溶接条件等によって変化する上限電圧が存在する。上限電圧は、埋もれアークを維持できる上限の電圧であり、その電圧を超えると、埋もれアーク溶接でなく、通常の直流溶接となる臨界電圧である。上限電圧は、溶接電流Ｉｗの増加関数であり、溶接電流Ｉｗが大きくなる程、高くなる。この上限電圧よりも約４Ｖ低い電圧が下限電圧である。下限電圧より低い電圧では、溶接ワイヤ５の先端位置の下降に伴い、溶接ワイヤ５と溶融池との短絡が頻発し、溶接が不安定化する。

【0023】

なお、上限電圧及び下限電圧は、溶接ワイヤ５の種類、ワイヤ径、溶接電流Ｉｗ、ワイヤ突出し長さ、開先形状、溶接速度、溶接電源二次側の負荷状態等の様々な影響を受けて変化するが、溶接電流Ｉｗと溶接電圧Ｖｗの関係は概ね図２に示した通りである。

【0024】

高電流の埋もれアーク溶接を安定化させる溶接条件は以下の通りである。埋もれアーク溶接においては、１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数、好ましくは５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数、より好ましくは８０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数で溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを振動させるとよい。電流振幅は、５０Ａ以上、好ましくは１００Ａ以上５００Ａ以下、より好ましくは２００Ａ以上４００Ａ以下に設定するとよい。安定した高電流溶接が可能となる。

【0025】

一般的なＧＭＡ溶接は、高電流条件では安定しにくく、スパッタも多いため、低電流条件で溶接される場合が多く、再熱部のじん性低下が問題とならない場合が多い。一方、埋もれアーク溶接は、上記の通り、高電流での安定化制御が確立されており、３００Ａ以上の高電流溶接が可能である。しかし、埋もれアーク溶接においては、高電流溶接による再熱部のじん性低下が問題となる。本実施形態１に係る多層盛り溶接方法は、この埋もれアーク溶接における再熱部のじん性低下を防ぐ方法として有効に働く。

【0026】

＜厚板の多層盛り溶接方法＞
本実施形態１に係る多層盛り溶接方法は、代表位置におけるシャルピー衝撃試験によって得られたじん性指標に対して、他の位置におけるじん性が著しく劣ることがないような溶接金属が得られる溶接施工方法である。

【0027】

多層溶接継手の溶接金属におけるじん性低下の主たる原因は、後続パスによる再熱である。より具体的には、着目するパスを再溶融させる後続パスの入熱によって、再熱を受けるパスの金属組織が変化し、じん性が低下する。再熱を受けるパスを再溶融させないパスについては、両パス間の距離が離れているため、再熱の影響はほとんどないとみなすことができる。再熱パスの入熱が大きいほど、再熱を受けるパスのじん性は低下する。特に、１層を２パス以上に振り分けて溶接する場合には、それらのパスがそれぞれ前層を再熱する。再熱を受ける回数が多くなるほどじん性は低下しやすいため、複数回の再熱を受ける領域では、局所的なじん性低下が生じやすくなる。

【0028】

そこで本実施形態１では、この影響を低減するため、１層を２パス以上に振り分けて溶接する層において、入熱に制限を設ける。入熱制限として、例えば、入熱の上限を、予め定めた入熱上限値より５ｋＪ／ｃｍ小さい値とする。更に望ましくは、入熱上限値より１０ｋＪ／ｃｍ小さい値を上限値として定めるのがよい。

【0029】

溶接ワイヤ５としてＹＧＷ１８を用いる場合、入熱上限値を５０ｋＪ／ｃｍとし、１層を複数パスで溶接する際の入熱の上限を、４５ｋＪ／ｃｍとする入熱制限が有効である。この入熱制限を設けることで、複数回の再熱を受ける領域のじん性低下が緩和され、局所的なじん性低下領域の少ない高品質な溶接金属を得ることができる。

【0030】

図３は、本実施形態１に係る多層盛り溶接方法の手順を示すフローチャートである。以下、埋もれアークによって、９～３０ｍｍの厚板である母材４を能率的に多層盛り溶接する方法を説明する。ここでは、所定の入熱制限が設けられているものとする。例えば、パス間温度上限値は３５０℃、入熱上限値は５０ｋＪ／ｃｍである。

【0031】

まず、溶接作業者は、溶接により接合されるべき一対の母材４をアーク溶接装置に配置し、溶接条件等の各種設定を行う（ステップＳ１１）。具体的には、板状の第１母材及び第２母材を用意し、被溶接部である端面を突き合わせて、所定の溶接作業位置に配する。なお、必要に応じて、第１母材及び第２母材にＹ形、レ形等の任意形状の開先を設けても良い。第１及び第２母材は、例えば軟鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼等の鋼板であり、厚みは９ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。そして、上記した埋もれアーク溶接を実現する電圧、電流、周波数、電流振幅等を設定する。

【0032】

そして、溶接作業者は、母材４の温度がパス間温度上限値（例えば、３５０℃）を超えないようにするために、温度センサ６を用いて母材４の温度を検出する（ステップＳ１２）。溶接作業者は、母材４の温度がパス間温度上限値（例えば、３５０℃）超であると判定した場合、溶接作業者は、母材４の温度がパス間上限値以下になるまで後続パスの溶接を行わずに待機する。母材４の温度がパス間温度上限値以下であると判定した場合、後続パスの溶接を実行する。

【0033】

溶接作業者は、１層複数パスの溶接であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。つまり、溶接作業者は、ある層を溶接する際、この１層を２パス以上に振り分けて溶接するか否かを判定する。１層複数パスの溶接であると判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、溶接作業者は、予め定めた入熱上限値（５０ｋＪ／ｃｍ）より５ｋＪ／ｃｍ小さい入熱を上限値（４５ｋＪ／ｃｍ）とした条件で多層盛り溶接を行う（ステップＳ１４）。

【0034】

１層複数パスの溶接でないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、つまり、１層１パス溶接であると判定した場合、溶接作業者は、予め定めた入熱上限値（５０ｋＪ／ｃｍ）を上限値とした条件で多層盛り溶接を行う（ステップＳ１５）。

【0035】

ステップＳ１４又はステップＳ１５に次いで、溶接作業者は溶接を完了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。溶接を完了していないと判定した場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、溶接作業者は、ステップＳ１２～ステップＳ１６の工程を繰り返し、多層盛り溶接を行う。溶接を完了したと判定した場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、溶接作業者は、多層盛り溶接方法を終了する。

【0036】

（実施例）
溶接ワイヤ５としてワイヤ径１．４ｍｍのソリッドワイヤ（ＹＧＷ１８）を用い、シールドガスとして炭酸（ＣＯ２）ガスを用いて埋もれアーク溶接を行う。埋もれアーク溶接には、安定化のために、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを周期的に変動させる上記した電圧振幅制御を適用する。
母材４の開先角度３５°、ルートギャップ４ｍｍで、板圧４０ｍｍの圧延鋼材（ＳＮ４９０Ｂ）の多層溶接を行う。裏当ては板厚９ｍｍの圧延鋼材（ＳＮ４９０Ｂ）とする。継手に要求するじん性として、７０Ｊ以上のシャルピー吸収エネルギーを定める。予め定める溶接入熱の上限は５０ｋＪ／ｃｍとするが、１層を２パス以上で溶接する層の入熱上限は４５ｋＪ／ｃｍとする。パス間温度の上限は、溶接パスによらず３５０℃とする。この条件で多層溶接を行うことで、局所的なじん性低下を緩和し、高品質な溶接金属を得ることができる。

【0037】

以上の通り、本実施形態１に係る多層盛り溶接方法によれば、溶接継手のじん性低下を軽減しつつ、高入熱溶接により溶接能率を向上させることができる。

【0038】

本実施形態１に係る多層盛り溶接方法は、特に、１層１パスで溶接する間（積層全体の前半）は高入熱で溶接し、１層を２パス以上に振り分ける層になってからは低入熱で溶接するのが特に有効である。

【0039】

また、本実施形態１に係る多層盛り溶接方法と埋もれアーク溶接を組み合わせることによって、高入熱による高能率多層盛り溶接が可能になる。

【0040】

なお、本実施形態１ではＹＧＷ１８の溶接ワイヤ５を説明したが、アシキュラーフェライトを析出させるためにＴｉを含有した溶接ワイヤ５であれば、他のワイヤを用いてもよい。

【0041】

（実施形態２）
実施形態２に係る多層盛り溶接方法は、入熱制限の内容が実施形態１と異なる。多層盛り溶接方法のその他の構成は、実施形態１に係る多層盛り溶接方法と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0042】

高電流条件においては、高い入熱による溶接金属のじん性低下が問題となるため、溶接入熱及びパス間温度に制限が設けられる場合がある。最も一般的な基準は、溶接入熱４０ｋＪ／ｃｍ以下、パス間温度３５０℃以下である。ただし、４０ｋＪ／ｃｍを超える入熱条件で溶接を行っても、溶接金属のじん性が要求値を満足する場合があり、４０ｋＪ／ｃｍを超える高入熱溶接施工はしばしば行われている。

【0043】

しかし、４０ｋＪ／ｃｍを超える高入熱溶接が許容される場合でも、必ずしも全ての溶接パスの入熱が４０ｋＪ／ｃｍを超えるとは限らない。例えば１パス目や２パス目等の序盤の溶接パスでは、開先の奥深くを溶接するために、ワイヤ突出し長さ（コンタクトチップ－溶融金属間距離）が伸びやすくなり、溶接電流が低下して溶接入熱が減少する場合がある。あるいは、１つの層を複数パスで溶接する場合に、当該層の未溶着部の大きさに合わせて溶接電流や溶接速度が調整され、その結果として溶接入熱が減少する場合がある。すなわち、比較的低入熱条件での溶接パスと、比較的高入熱条件での溶接パスが混在することになる。このような場合、特定の条件下においては、溶接金属のじん性が低下する場合がある。具体的には、
（１）溶接金属のじん性を微細なアシキュラーフェライトの析出によって担保するような溶接ワイヤ５を使用する場合において、
（２）アシキュラーフェライトの析出量が小さいパスに、
（３）後続パスによって高入熱での再熱がかかった場合に、
溶接金属のじん性が低下する。

【0044】

上記（１）で述べた、溶接金属のじん性を微細なアシキュラーフェライトの析出によって担保するような溶接ワイヤ５としては、例えば、ＪＩＳ規格ＹＧＷ１８が挙げられる。当該ワイヤは、アシキュラーフェライトを析出させるためにＴｉを含有した溶接ワイヤ５の一例である。ＹＧＷ１８を用いた溶接金属においては、アシキュラーフェライトの析出量が多く、それにより溶接金属のじん性が確保されている。

【0045】

上記（２）については、溶接ワイヤ５としてＹＧＷ１８を用いた場合には、溶接入熱が小さいと、アシキュラーフェライトの析出量が減少する。これは、溶接入熱が小さいと、冷却過程におけるオーステナイトの結晶粒が小さくなってオーステナイト粒界の割合が増加し、その後にオーステナイト粒界から析出する粗大な粒界フェライトの割合が増えることで、オーステナイト粒内から析出するアシキュラーフェライトが減少するためである。逆に溶接入熱が大きいと、オーステナイトの結晶粒が大きくなるためにオーステナイト粒界の割合が減少し、粗大な粒界フェライトの析出量が小さくなり、オーステナイト粒内からのアシキュラーフェライトの析出量が大きくなる。溶接金属が十分なじん性を有するためには、溶接入熱は最低でも２５ｋＪ／ｃｍ以上が望ましく、２７ｋＪ／ｃｍ以上がより望ましく、３０ｋＪ／ｃｍ以上が更に望ましい。溶接入熱が２５ｋＪ／ｃｍを下回ると、アシキュラーフェライトの析出量は著しく減少する。一方、溶接入熱が３０ｋＪ／ｃｍ以上となると、それ以上溶接入熱が大きくなっても、アシキュラーフェライトの析出量は大きくは変化しない。

【0046】

上記（３）については、具体的には、着目するパスを再溶融させる後続パスの入熱によって、再熱を受けるパスの金属組織が変化し、じん性が低下する。再熱を受けるパスを再溶融させないパスについては、両パス間の距離が離れているため、再熱の影響はほとんどないとみなすことができる。
例えば、先行パスと、後続パスとが隣り合っている場合、先行パスは再熱を受けて再溶融する。この場合、先行パスが受ける再熱の影響は大きく、じん性が低下するおそれがある。
先行パスと、後続パスとが隔離している場合、先行パスは再熱を受けても再溶融しない。この場合、再熱の影響は小さいと見なすことができ、じん性が低下するおそれは低い。
再熱パスの入熱が大きいほど、再熱を受けるパスのじん性は低下するが、特に以下の条件において、じん性が著しく低下しやすい。
（３－１）再熱を与える後続パスの入熱が４０ｋＪ／ｃｍを超える場合
（３－２）再熱を与える後続パスの入熱が、再熱を受けるパスの入熱＋１５ｋＪ／ｃｍを超える場合

【0047】

上記した条件（１）～（３）、すなわち、条件（１）、（２）及び（３－１）を全て満たす場合、又は条件（１）、（２）及び（３－２）を全て満たす場合、溶接金属のじん性が低下する場合がある。

【0048】

具体的には、溶接ワイヤ５としてＹＧＷ１８を用いて、入熱３０ｋＪ／ｃｍ未満で溶接された先行パスが、４０ｋＪ／ｃｍを超える入熱の後続パスによって再熱を受けた場合、溶接金属のじん性が低下する傾向にある。また、溶接ワイヤ５としてＹＧＷ１８を用いて、入熱３０ｋＪ／ｃｍ未満で溶接された先行パスが、当該パスの入熱＋１５ｋＪ／ｃｍを超える高入熱の後続パスによって再熱を受けた場合、溶接金属のじん性が低下する傾向にある。じん性低下の具体例としては、例えばシャルピー吸収エネルギーが７０Ｊを下回る場合がある。

【0049】

そこで、本実施形態２に係る多層盛り溶接方法においては、実施形態１の入熱制限に加え、低入熱で溶接された先行パスが後続パスによって再溶融されるような場合、上記条件（１）～（３）が重ならないようにすることで、溶接金属のじん性低下を軽減する。つまり、ＹＧＷ１８を使う埋もれアーク溶接で、溶接パスの入熱が４０ｋＪ／ｃｍを超えることを許容して行う厚板のＧＭＡ多層溶接において、３０ｋＪ／ｃｍ以下の入熱で溶接された先行パスの一部を再溶融させて再熱を与える後続パスの入熱が、４０ｋＪ／ｃｍを超えず、かつ先行パスの入熱＋１５ｋＪ／ｃｍを超えないようにして、多層盛り溶接を行う。

【0050】

図４、図５及び図６は、本実施形態２に係る多層盛り溶接方法を示す概念図である。グラフの横軸は時間、縦軸は溶接入熱を示している。図４に示すように、先行パスの入熱が３０ｋＪ／ｃｍ超である場合であって、後続パスが１層１パスである場合、後続パスによって再熱を受けてもじん性が低下するおそれは小さい。そこで、４０ｋＪ／ｃｍを超える入熱上限値（５０ｋＪ／ｃｍ）を上限として、高入熱で溶接を行うことにより、溶接能率を向上させることができる。

【0051】

ただし、図５に示すように、先行パスの入熱が３０ｋＪ／ｃｍ超である場合であっても、後続パスが１層複数パスである場合、後続パスによって再熱を繰り返し受けてじん性が低下するおそれがある。したがって、入熱上限値（５０ｋＪ／ｃｍ）よりも５ｋＪ／ｃｍ小さい入熱を上限値として、後続パスを１層複数パスで多層盛り溶接する。１層複数パスの溶接によってじん性が低下することを防ぎつつ、４０ｋＪ／ｃｍを超える溶接入熱によって溶接能率を向上させることができる。

【0052】

一方、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、先行パスの入熱が３０ｋＪ／ｃｍ以下である場合、後続パスによって再熱を受けてもじん性が低下するおそれがある。このため、溶接作業者は、図６Ａに示すように、４０ｋＪ／ｃｍ以下の入熱で後続パスを溶接する。更に、溶接作業者は、図６Ｂに示すように、先行パスの入熱より１５ｋＪ／ｃｍを超えない入熱で後続パスを溶接する。このように後続パスの溶接条件を設定することによって、先行パスが再熱を受けることによってじん性が著しく低下することを防ぐことができる。

【0053】

図７及び図８は、本実施形態２に係る多層盛り溶接方法の手順を示すフローチャートである。まず、溶接作業者は、溶接により接合されるべき一対の母材４をアーク溶接装置に配置し、溶接条件等の各種設定を行う（ステップＳ５１）。そして、溶接作業者は、設定された溶接条件にしたがって初層を溶接する（ステップＳ５２）。ここでは、初層は、１層１パスで溶接するものとする。４０ｋＪ／ｃｍを超える入熱を許容した条件で溶接してもよい。

【0054】

次いで、溶接作業者は、母材４の温度がパス間温度上限値（例えば、３５０℃）を超えないようにするために、温度センサ６を用いて母材４の温度を検出する（ステップＳ５３）。溶接作業者は、母材４の温度がパス間温度上限値（例えば、３５０℃）超であると判定した場合、溶接作業者は、母材４の温度がパス間上限値以下になるまで後続パスの溶接を行わずに待機する。母材４の温度がパス間温度上限値以下であると判定した場合、後続パスの溶接を実行する。

【0055】

溶接作業者は、先行パスの入熱を測定する（ステップＳ５４）。入熱は、溶接電圧Ｖｗ（アーク電圧）に溶接電流Ｉｗ（アーク電流）を乗算した値を溶接速度で除算することにより得られる。

【0056】

そして、溶接作業者は、後続パスが先行パスの一部を再溶融させるパスであるか否かを判定する（ステップＳ５５）。後続パスが先行パスの一部を再溶融させるパスであると判定した場合（ステップＳ５５：ＹＥＳ）、溶接作業者は、再溶融させる先行パスの入熱が全て３０ｋＪ／ｃｍ超であるか否かを判定する（ステップＳ５６）。

【0057】

再溶融する先行パスのうち少なくとも一つの先行パスの入熱が３０ｋＪ／ｃｍ以下であると判定した場合（ステップＳ５６：ＮＯ）、溶接作業者は、入熱上限値（４０ｋＪ／ｃｍ）以下、かつ再溶融される先行パスの中で最も低い入熱に１５ｋＪ／ｃｍの入熱を加算して得られる入熱以下の条件で後続パスを溶接する（ステップＳ５７）。

【0058】

後続パスが先行パスの一部を再溶融させるパスでないと判定した場合（ステップＳ５５：ＮＯ）、又は再溶融させる先行パスの入熱が全て３０ｋＪ／ｃｍ超であると判定した場合（ステップＳ５６：ＹＥＳ）、溶接作業者は、１層複数パスの溶接であるか否かを判定する（ステップＳ５８）。１層複数パスの溶接であると判定した場合（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、溶接作業者は、予め定めた入熱上限値（５０ｋＪ／ｃｍ）より５ｋＪ／ｃｍ小さい入熱を上限値とした条件で多層盛り溶接を行う（ステップＳ５９）。

【0059】

１層複数パスの溶接でないと判定した場合（ステップＳ５８：ＮＯ）、つまり、１層１パス溶接であると判定した場合、溶接作業者は、入熱上限値（５０ｋＪ／ｃｍ）を上限値とした条件で後続パスを溶接する（ステップＳ６０）。

【0060】

ステップＳ５７、ステップＳ５９及びステップＳ６０に次いで、溶接作業者は溶接を完了したか否かを判定する（ステップＳ６１）。溶接を完了していないと判定した場合（ステップＳ６１：ＮＯ）、溶接作業者は、ステップＳ５３～ステップＳ６０の工程を繰り返し、多層盛り溶接を行う。溶接を完了したと判定した場合（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、溶接作業者は、多層盛り溶接方法を終了する。

【0061】

実施形態２に係る多層盛り溶接方法によれば、溶接継手のじん性低下を軽減しつつ、高入熱溶接により溶接能率を向上させることができる。

【0062】

なお、先行パスを低入熱で溶接し、後続パスを高入熱で溶接した際にじん性が著しく低下するが、先行パスを高入熱で溶接し、後続パスを低入熱で溶接することは問題ない。したがって、最終層を化粧盛りする際に、低電流及び低入熱溶接を行うのは問題ない。
また、本実施形態ではＹＧＷ１８の溶接ワイヤ５を説明したが、アシキュラーフェライトを析出させるためにＴｉを含有した溶接ワイヤ５であれば、他のワイヤを用いてもよい。

【0063】

本開示の課題を解決するための手段を付記する。
（付記１）
アシキュラーフェライトを析出させるためにＴｉを含有した溶接ワイヤを用い、入熱上限値を設けて行う消耗電極式の多層盛り溶接方法であって、
先行パスに次ぐ後続パスを１層複数パスで溶接する場合、前記入熱上限値より５ｋＪ／ｃｍ小さい入熱を上限値として溶接を行う
多層盛り溶接方法。
（付記２）
前記先行パスを１層１パスで溶接する場合、前記入熱上限値を上限とした条件で溶接を行う
付記１に記載の多層盛り溶接方法。
（付記３）
前記入熱上限値は５０ｋＪ／ｃｍである
付記１又は付記２に記載の多層盛り溶接方法。
（付記４）
前記溶接ワイヤはＪＩＳ規格ＹＧＷ１８のワイヤである
付記１から付記３のいずれか１つに記載の多層盛り溶接方法。

【符号の説明】

【0064】

１：溶接電源、２：トーチ、３：ワイヤ送給装置、４：母材、５：溶接ワイヤ、６：温度センサ、１１：電源部、１１ａ：電源回路、１１ｂ：制御回路、１１ｃ：電圧検出部、１１ｄ：電流検出部、１２：送給速度制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】