厚鋼板的高效率焊接方法
【專利摘要】一種埋弧焊接方法，具備：對板厚超過50mm且為100mm以下的一對鋼材加工X坡口的加工工序；和對所述一對鋼材，采用2電極以上、6電極以下的多電極埋弧焊接，使用焊劑，從表面和背面分別實(shí)施單道焊接的焊接工序，在所述焊接工序中，將第1電極的焊接電流設(shè)為波形比率為60％以上、90％以下的交流電流，將其他電極的焊接電流設(shè)為波形比率為70％以上的交流電流、或者負(fù)的直流電流從而進(jìn)行焊接，所述焊劑以相對于所述焊劑的總質(zhì)量的質(zhì)量比計，含有Al2O3：10％以上50％以下、SiO2：16％以上30％以下，而且含有合計為10％以上60％以下的MgO、TiO2、CaF2、MnO之中的1種以上，將所述MgO限制為40％以下，將所述TiO2限制為20％以下，將所述CaF2限制為30％以下，將所述MnO限制為20％以下。
【專利說明】厚鋼板的高效率焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠?qū)υO(shè)置于寒冷地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的基礎(chǔ)部分高效率地進(jìn)行焊接施工的焊接技術(shù)。
[0002]本申請基于2011年11月15日在日本申請的專利申請2011-249928號要求優(yōu)先權(quán)，在此援引其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003]以能源供給的多樣化為目標(biāo)，在可再生能源領(lǐng)域，近年進(jìn)行著各種各樣的研究開發(fā)。關(guān)于作為其有力候補(bǔ)之一的風(fēng)力發(fā)電，發(fā)電量更高的大型設(shè)備受到關(guān)注。隨著設(shè)備的大型化，在被設(shè)置風(fēng)車的基礎(chǔ)部分，需要耐受設(shè)備的重量，因此研究了板厚為50mm至75mm左右的厚鋼板的使用。將來也考慮進(jìn)一步使用極厚鋼板、具體而言使用IOOmm左右的極厚鋼板。風(fēng)力發(fā)電用的厚鋼板的強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度)的水平，一般為400MPa以上700MPa以下。450MPa以上650MPa以下的抗拉強(qiáng)度的鋼材被較多地使用，特別是480MPa以上620MPa以下的抗拉強(qiáng)度的厚鋼板被使用的情況很多。
[0004]風(fēng)力發(fā)電今后是否廣泛普及，經(jīng)濟(jì)合理性很重要。從該觀點(diǎn)出發(fā)，風(fēng)力發(fā)電的基礎(chǔ)部分的施工成本削減也是重要的課題，在焊接領(lǐng)域也要求以高效率對那樣的厚鋼板進(jìn)行焊接施工。
[0005]以高效率對厚鋼板進(jìn)行焊接施工的方法之一有大線能量焊接?？墒牵缶€能量焊接，難以確保焊縫金屬的韌性的情況也多。而且，被設(shè)置風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的場所，是如歐州海洋區(qū)域那樣的寒冷地區(qū)，對焊縫金屬也要求低溫韌性。
[0006]因此，為了滿足上述的社會需求，需要即使是大線能量焊接超過50mm的厚鋼板也能夠得到對在寒冷地區(qū)的工作也能耐受的韌性優(yōu)異的焊縫金屬那樣的焊接技術(shù)。
[0007]作為以往的大線能量焊接厚鋼板的技術(shù)，已知如下的技術(shù)。
[0008]例如，專利文獻(xiàn)I中，公開了一種埋弧焊接方法，該埋弧焊接方法能夠以單面單層來焊接70mm厚的厚鋼板。
[0009]可是，由于該方法為單面焊接，因此坡口截面積非常大，780kJ/cm這樣的焊接線能量也非常高。專利文獻(xiàn)I中，沒有公開焊縫金屬的韌性，但如果考慮是建筑用途，則被認(rèn)為是與在o°c的韌性對應(yīng)的，可以推測不適合于在寒冷地區(qū)的使用。
[0010]在專利文獻(xiàn)2中，建筑以箱形柱為對象進(jìn)行了大線能量埋弧焊接?？墒?，焊縫金屬的夏比沖擊試驗不過是在_5°C來評價，而且與專利文獻(xiàn)I同樣為單面焊接，因此推測線能量變得過大。
[0011]要確保焊縫金屬的韌性的話，通過使坡口截面積極力狹窄，來不使用不必要地大的線能量較有效。為了抑制坡口截面積，如X坡口那樣從鋼材的表背兩側(cè)加工坡口，相比于從一面加工坡口，能夠抑制坡口截面積。
[0012]作為關(guān)于使用這樣的X坡口的雙面單層焊接方法的技術(shù)，已知如下技術(shù)。
[0013]例如專利文獻(xiàn)3中，作為采用雙面單層焊接的焊接鋼管的制造方法，公開了直到板厚38mm為止的研究結(jié)果?？墒?，沒有記載在風(fēng)力發(fā)電中所使用的極厚鋼板的焊接知識見解。
[0014]另外，專利文獻(xiàn)4中，50_的板厚采用雙面單層焊進(jìn)行了研究?？墒?，在風(fēng)力發(fā)電中，超過50_的板厚也在研究，專利文獻(xiàn)4也是不充分的知識見解。
[0015]專利文獻(xiàn)5中，公開了能夠?qū)?0mm以上的板厚進(jìn)行雙面單層焊的技術(shù)?？墒?，實(shí)際上實(shí)施例中所研究的是直到31.8_為止的見解，不是能夠應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的知識見解。
[0016]這樣，即使是采用X坡口進(jìn)行雙面單層焊的情況也沒有公開能夠應(yīng)用于以風(fēng)力發(fā)電為對象的社會需求的知識見解。
[0017]再者，在此，設(shè)想了大型結(jié)構(gòu)物，因此電子束焊接從真空室容積的觀點(diǎn)來看為對象之外。
[0018]如以上所示那樣，對以高效率單面單層或者雙面單層焊接超過50mm的板厚的鋼板，并且得到能耐受在寒冷地區(qū)的使用的高韌性的焊縫金屬有效的方法，以往沒有公開過。
[0019]可是，最近，在埋弧焊接的領(lǐng)域，如專利文獻(xiàn)6所公開的、通過驅(qū)使焊接電流的波形控制即使是相同焊接電流也能夠使熔敷量(送絲速度)增加的大容量數(shù)字控制交流/直流焊接電源已被開發(fā)，并開發(fā)了使用那樣的電源進(jìn)行埋弧焊接的技術(shù)。
[0020]將利用那樣的電源輸出的矩形波交流焊接電流的波形的一例示于圖2。焊接電流具有正部分和負(fù)部分。并且，正的極性(反接)具有控制焊接的熔深深度的作用，負(fù)的極性(正接)具有控制熔敷量的作用。
[0021]該焊接電源中，能夠自由變更電流波形的大小a、b和寬度(周期)C、d這4個參數(shù)，通過變更正部分和負(fù)部分的大小，能夠調(diào)整熔深深度或者熔敷量。
[0022]通過使用這樣進(jìn)行了波形控制的焊接電流，如果在相同焊接電流下加快送絲速度，則能夠以更少的電流供給填埋坡口截面積所需要的焊縫金屬量，因此作為結(jié)果可預(yù)想到能夠削減焊接線能量，對焊縫金屬的韌性確保有利。
[0023]作為使用如上述那樣的電源控制了焊接電流波形的見解，可舉出例如專利文獻(xiàn)7。在專利文獻(xiàn)7中，公開了以多層堆焊為前提的單層單道焊?？墒?，不是通過大線能量焊接來對極厚鋼板進(jìn)行高效率施工的焊接方法，從專利文獻(xiàn)7得不到能夠徹底性地改善如風(fēng)力發(fā)電那樣的極厚鋼板的焊接效率的見解。
[0024]而且，在對板厚超過50mm那樣的厚鋼材的X坡口，使用能夠控制輸出波形的的焊接電源，通過多電極埋弧焊接，將各坡口進(jìn)行單層單道焊、也就是將單面進(jìn)行單道焊的情況下，尚不知道從使送絲速度提高、抑制線能量的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選使用怎樣的焊材和焊接條件。
[0025]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0026]專利文獻(xiàn)
[0027]專利文獻(xiàn)1:日本國特開平9-206946號公報
[0028]專利文獻(xiàn)2:日本國特開平-9-277083號公報
[0029]專利文獻(xiàn)3:日本國特開2009-241128號公報
[0030]專利文獻(xiàn)4:日本國特開2009-195957號公報
[0031]專利文獻(xiàn)5:日本國特開2004-143556號公報
[0032]專利文獻(xiàn)6:日本國特開2005-193299號公報[0033]專利文獻(xiàn)7:日本國特開2011-200920號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0034]因此，本發(fā)明的課題是，提供一種使用能夠控制輸出波形的焊接電源，能夠以高效率焊接厚鋼板的X坡口，且能夠得到即使在低溫下韌性也優(yōu)異的焊縫金屬的埋弧焊接方法。
[0035]本發(fā)明人對于在使用能夠控制輸出波形的焊接電源，通過多電極埋弧焊接對坡口進(jìn)行單道焊的情況下，在相同焊接電流下能夠使送絲速度更快的焊接條件進(jìn)行了研究。
[0036]在該過程中，特別地著眼于焊劑的組成以及施加于第I電極以及、第2電極及其以后的電極的焊接電流的波形而進(jìn)行研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過它們的最佳的組合能夠解決上述課題。
[0037]即，將本發(fā)明的要旨與優(yōu)選的實(shí)施方式一起顯示如下。
[0038](I)本發(fā)明的第一方式涉及的埋弧焊接方法，具備:對板厚超過50mm且為IOOmm以下的一對鋼材加工X坡口的加工工序；和對上述一對鋼材，米用2電極以上、6電極以下的多電極埋弧焊接，使用焊劑，從表面和背面分別實(shí)施單道焊接的焊接工序，在上述焊接工序中，將第I電極的焊接電流設(shè)為波形比率為60%以上、90%以下的交流電流，將其他電極的焊接電流設(shè)為波形比率為70%以上的交流電流、或者負(fù)的直流電流從而進(jìn)行焊接，上述焊劑以相對于上述焊劑的總質(zhì)量的質(zhì)量比計含有Al2O3:10%以上50%以下、SiO2:16%以上30%以下，而且含有合計為10%以上60%以下的MgO、TiO2, CaF2, MnO之中的I種以上，將上述MgO限制為40%以下，將上述TiO2限制為20%以下，將上述CaF2限制為30%以下，將上述MnO限制為20%以下。
[0039](2)根據(jù)上述(I)所記載的埋弧焊接方法，上述第I電極的上述焊接電流可以為2500A以上。
[0040](3)根據(jù)上述(I)或者(2)所記載的埋弧焊接方法，作為在上述一對鋼材間形成多個的坡口形狀，鈍邊的高度可以為5mm以上且上述板厚的25%以下。
[0041](4)根據(jù)上述(3)所記載的埋弧焊接方法，上述X坡口的坡口角度可以為30°以上50°以下。
[0042](5)根據(jù)上述(I)或者(2)所記載的埋弧焊接方法，上述X坡口的坡口角度可以為30°以上50°以下。
[0043]根據(jù)上述(I)?(5)所記載的方式，能夠?qū)皲摪宓腦坡口以高效率進(jìn)行焊接，且能夠得到在低溫下韌性也優(yōu)異的焊縫金屬，因此能夠高效率地實(shí)施設(shè)置于寒冷地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的基礎(chǔ)部分的制造，能夠大大地有助于可再生能源的普及。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1是表示焊劑組成對送絲速度造成的影響的圖。
[0045]圖2是焊接電流的波形和波形比率的說明圖。
[0046]圖3是表示焊劑成分的Al2O3含量對送絲速度以及夏比沖擊吸收能造成的影響的圖。
[0047]圖4是表示焊劑成分的SiO2含量對送絲速度以及夏比沖擊吸收能造成的影響的圖。
[0048]圖5是表示焊劑組成對送絲速度造成的影響(含有38%的Al2O3)的圖。
[0049]圖6A是表示焊縫金屬的熔深形狀的圖，是表示第I電極為直流正、發(fā)生了熔合不良的例子的圖。
[0050]圖6B是表示焊縫金屬的熔深形狀的圖，是表示將第I電極的波形比率設(shè)為60%從而避免了熔合不良的例子的圖。
[0051]圖7是表示6電極中的第I電極的波形比率和熔合不良發(fā)生率的關(guān)系的圖。
[0052]圖8是表示4電極中的第I電極的波形比率和熔合不良發(fā)生率的關(guān)系的圖。
[0053]圖9是表示2電極中的第I電極的波形比率和熔合不良發(fā)生率的關(guān)系的圖。
[0054]圖10是表示板厚IOOmm的坡口形狀的圖。
[0055]圖11是表示6電極中的第2電極至第6電極的波形比率和未填滿(未焊滿:underfill)發(fā)生率的關(guān)系的圖。
[0056]圖12是表示4電極中的第2電極至第4電極的波形比率和未填滿發(fā)生率的關(guān)系的圖。
[0057]圖13是表示2電極中的第2電極的波形比率和未填滿發(fā)生率的關(guān)系的圖。
[0058]圖14是表示板厚70mm的坡口形狀的圖。
[0059]圖15是表示板厚60mm的坡口形狀的圖。
[0060]圖16是表示板厚55mm的坡口形狀的圖。
[0061]圖17是表示板厚50mm的坡口形狀的圖。
[0062]圖18是表示板厚IlOmm的坡口形狀的圖。
[0063]圖19是說明試樣制取位置的圖。
[0064]圖20是說明各電極的配置的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065]本發(fā)明人對于在使用能夠控制輸出波形的焊接電源，對厚鋼板的X坡口通過多電極埋弧焊接(以下將埋弧焊接簡記為SAW。)將各個的表面和背面的坡口各焊接I道的情況下，在相同焊接電流下能夠使送絲速度更快的焊接條件，特別地著眼于焊劑的成分以及施加于第I電極I的焊接電流的波形，對各自求出了必要的條件。
[0066]最初對焊劑成分的條件進(jìn)行說明。
[0067]本發(fā)明人關(guān)于焊劑的成分進(jìn)行了如下那樣的實(shí)驗研究。
[0068]SAW用焊劑，是配合氧化物、氟化物等的各種的物質(zhì)而形成。為了調(diào)查在那樣的焊劑成分之中，為使送絲速度上升哪種物質(zhì)最有效果，將由各物質(zhì)單獨(dú)構(gòu)成的焊劑用于實(shí)驗，調(diào)查了其對送絲速度的影響。
[0069]埋弧焊接，使用如圖2所示那樣的矩形波交流焊接電流進(jìn)行。其結(jié)果示于圖1。再者，所謂在圖1中使用的波形比率，是如式I以及圖2所示那樣，交流電流的正與負(fù)的面積比率，是正的面積記為P、負(fù)的面積記為N時，將由N/(N+P)表示的數(shù)值換算成百分率后的值。波形比率O %意指直流正，波形比率100%意指直流負(fù)。
[0070]波形比率=面積N/(面積N+面積P)..?式(I)
[0071]從圖1的結(jié)果來看，在實(shí)驗中使用的各種焊劑成分之中，Al2O3和SiO2，與其他的成分比較，使送絲速度增加的效果特別高。另外得出了下述結(jié)論:Mg0、Ti02、CaF2、MnO也呈現(xiàn)同樣的效果。相反地，得到ZrO2使送絲速度降低的結(jié)果。
[0072]如果送絲速度變大，則能夠抑制用于得到填埋坡口的熔敷金屬的電流，因此能夠用于焊接線能量的削減。從上述的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為用于增大送絲速度、使熔敷量增加的焊劑的設(shè)計指針，是含有A1203、SiO2來作為必需成分，且選擇性地含有MgO、TiO2, CaF2, MnO0
[0073]而且，進(jìn)一步對各成分的含量進(jìn)行研究，確定如下。
[0074]作為必需物質(zhì)的Al203、Si02的含量，以相對于焊劑總質(zhì)量的質(zhì)量％ (以下,焊劑的成分全部用相對于焊劑總質(zhì)量的質(zhì)量％表記。)計，將Al2O3設(shè)為10%以上50%以下、SiO2設(shè)為16%以上30%以下。
[0075]Al2O3和SiO2的各自的下限值10%以及16%，是因下述理由而規(guī)定的:當(dāng)為比其少的含量時，送絲速度增加的效果沒有明了地呈現(xiàn)。為了送絲速度的提高，也可以將Al2O3的下限設(shè)為15%、20%、25%或者30%、將5丨02的下限設(shè)為18%或者20%。對于上限值，Al2O3若超過50%地含有，則焊縫金屬8中的Al量變得過量，不能確保低溫韌性，因此將上限設(shè)為50%。為了低溫韌性的提高，也可以將其上限限制為47%、45%或者40%。SiO2S超過30%地含有，則焊縫金屬8的氧量變得過量，變得難以確保低溫韌性，因此將上限設(shè)為30%。為了低溫韌性的提高，也可以將其上限限制為28%或者26%。
[0076]另外，從圖3、圖4來看，在Al2O3和SiO2的上述的含有范圍中，Al2O3若含有36%以上，則增加送絲速度的作用變得更高，故優(yōu)選。SiO2在含有22 %以上的情況下通過與Al2O3和SiO2的復(fù)合作用，提高波形比率的情況下的送絲速度提高效果變得更加明了，故進(jìn)一步優(yōu)選。圖5表示在含有38%的Al2O3的情況下，關(guān)于相對于這樣的送絲速度提高效果的Al2O3和SiO2的復(fù)合作用的實(shí)驗結(jié)果。為了提高送絲速度，可以將Al2O3和SiO2的合計量限制為30%以上80%以下。為了更加提高送絲速度，可以將Al2O3和SiO2的合計量的下限設(shè)為35%,40%或者45%，可以將其合計量的上限設(shè)為75%、70%或者68%。
[0077]本發(fā)明中使用的焊劑，除了含有Al2O3和SiO2之外，進(jìn)而作為選擇物質(zhì)，需要在MgO:40%以下、TiO2:20%以下、CaF2:30%以下、MnO:20%以下的范圍以這些選擇物質(zhì)的合計為10%以上60%以下的范圍含有Mg0、Ti02、CaF2、Mn0中的I種以上的物質(zhì)。
[0078]這些物質(zhì)與Al203、Si02比較，送絲速度提高的效果少，但沒有如ZrO2那樣在提高了波形比率的情況下使送絲速度減少的不良影響，從將熔渣的流動性、粘性合適化的觀點(diǎn)出發(fā)，需要適量含有。從將該熔渣的流動性、粘性合適化的觀點(diǎn)出發(fā)，可以將這些選擇物質(zhì)的合計量的下限設(shè)為13 %、15 %或者20 %，可以將其合計量的上限設(shè)為55 %、50 %或者45 %。
[0079]MgO若超過40%地含有，則熔渣的粘性變低，變得容易發(fā)生咬邊，因此將上限設(shè)為40%以下。為了更不會產(chǎn)生咬邊，也可以將其上限限制為30%、25%或者20%。Ti02、Mn0若過量地含有，則焊縫金屬8的韌性劣化，因此將上限都規(guī)定為20%以下。為了焊縫金屬8的韌性的提高，也可以將Ti02、Mn0的上限分別限制為15%或者10%。CaF2S過量地含有，則電弧變得不穩(wěn)定，發(fā)生熔合不良的可能性變高，因此將上限規(guī)定為30%以下。為了防止熔合不良，也可以將CaF2的上限限制為25%、20%或者15%。
[0080]另外，在這些選擇物質(zhì)的含量的合計低于10%的情況下，熔渣的流動性、粘性合適化的效果呈現(xiàn)并不明了，因此變得容易產(chǎn)生咬邊，因此將其下限設(shè)為10%。為了防止咬邊，也可以將這些選擇物質(zhì)的含量的合計設(shè)為13%以上、16%以上或者20%以上。若超過60%地含有，則電弧變得不穩(wěn)定，變得容易產(chǎn)生熔合不良，因此將其合計含量設(shè)為60%以下。為了防止熔合不良，也可以將這些選擇物質(zhì)的含量的合計設(shè)為55%以下、50%以下或者45%以下。
[0081 ] 本發(fā)明中，對于其他的焊劑成分，并不特別限制，能夠適當(dāng)含有作為SAW用的焊劑成分一般所使用的成分。
[0082]例如，以焊縫金屬8的成分調(diào)整為目的，有時在焊劑中含有S1、Mn、Al、T1、Mo、Cu、N1、Cr、V等的金屬粉。它們的含量，能夠以上述的專利文獻(xiàn)等為參考來適當(dāng)調(diào)整。另外，以熔敷量的增大和電弧穩(wěn)定為目的，在焊劑中也能夠含有鐵粉。該情況下的鐵粉的含量優(yōu)選為10%以上、40%以下。若大量地添加，則電弧容易變得不穩(wěn)定，電弧在焊接中容易途切札，因此也可以將其含量的上限根據(jù)需要設(shè)為30%、20%或15%以下。
[0083]接著，對電源條件進(jìn)行說明。
[0084]在使用如專利文獻(xiàn)6所記載的大容量數(shù)字控制交流/直流焊接電源，以多電極進(jìn)行埋弧焊接(SAW)的情況下，各電極7的焊接電流波形能夠獨(dú)立地控制?？墒?，在采用多電極的單道焊接中，由第I電極I所致的熔深很重要，因此對第I電極I的電流條件進(jìn)行了研究。
[0085]在專利文獻(xiàn)6中記載了為了得到必要的熔深深度，第I電極I采用直流的例子。于是，將第I電極I設(shè)為直流正而進(jìn)行X坡口的雙面單道SAW的結(jié)果，所得到的焊縫金屬8的熔深形狀示于圖6A。坡口角度從線能量抑制的觀點(diǎn)出發(fā)設(shè)為30°，但有時因鋼材的殘留磁的影響，電弧紊亂，確認(rèn)到焊縫金屬8的熔深形狀的中心在表面和背面并不一致的情況。而且，從焊縫金屬8的熔深形狀的觀點(diǎn)出發(fā)，焊縫金屬8的底部過于變細(xì)，因此確認(rèn)到稍微地中心偏移就引起熔合不良的危險性高。因此，可以認(rèn)為該方法是對需要深的熔深的單面焊接的情況有效的方法，對于采用X坡口的雙面焊接而言，難以應(yīng)用，不現(xiàn)實(shí)。
[0086]另一方面，第I電極I應(yīng)用了正部分和負(fù)部分的波形比率60%的交流焊接電流的情況下的焊縫金屬8的熔深形狀示于圖6B。該情況的熔深深度，比將第I電極I設(shè)為直流正的情況減少。可是，焊縫寬度變粗，即使在表背面兩側(cè)的焊縫金屬8中，中心發(fā)生了偏移的情況，也難以引起熔合不良，判明優(yōu)選該波形控制。再者，若第I電極I應(yīng)用直流負(fù)，則因高殘留磁的影響，有電弧變得不穩(wěn)定的情況，因此在本發(fā)明中設(shè)為對象之外。
[0087]由于上述的理由，第I電極I的焊接電流波形，優(yōu)選有送絲速度的提高效果、并且即使是狹窄坡口也容易避免熔合不良的焊接電流波形。為此，作為條件，設(shè)為波形比率60%以上、90%以下的交流電流。為了防止熔合不良，也可以將波形比率的下限設(shè)為65%、68%或者71%，也可以將波形比率的上限設(shè)為85%、82%或者78%。
[0088]對其更詳細(xì)地驗證所得到的數(shù)據(jù)示于圖7至圖9。圖10的坡口，將第I電極I的條件設(shè)為2500A、35V、第2電極2及其以后的電極設(shè)為1500A、40V，將波形比率固定在90%，以50cm/分的焊接條件產(chǎn)生電弧。改變第I電極I的波形比率，制作5m的焊接長度，以IOcm間隔切取宏觀截面50個,來確認(rèn)鈍邊(root face)部的熔合不良的有無。關(guān)于評價,如果在50個的宏觀試樣中，有I個熔合不良，則為1/50，評價為2%的熔合不良發(fā)生率。
[0089]從圖7至圖9確認(rèn)到:在2電極焊接、4電極焊接、6電極焊接的任一情況下都是在第I電極I的波形比率為60%以上、90%以下時，熔合不良發(fā)生率得到了抑制。
[0090]另外，第2電極2及其以后的電極，對焊縫金屬8的熔深形狀不造成大的影響，考慮送絲速度的提高即可，因此在自第2電極2以后的全部電極7中，波形比率設(shè)為70%以上(包括波形比率100%的直流負(fù))。為了提高送絲速度，也可以將其波形比率設(shè)為75%以上、80%以上或者85%以上。再者，用于焊接的電極數(shù)，從能夠某種程度地確保生產(chǎn)率(焊接速度)、且避免設(shè)備構(gòu)成變得過度復(fù)雜的觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)為2電極以上、6電極以下。為了更充分利用本申請的特征，也可以將電極數(shù)設(shè)為3電極或4電極以上、或者將鋼材的板厚設(shè)為55mm以上、60_以上或者65_以上。
[0091]對第2電極2及其以后的電極的波形比率進(jìn)行詳細(xì)研究的結(jié)果示于圖11至圖13。6電極焊接是使用了圖10的坡口，4電極焊接是使用了圖14的坡口，2電極焊接是使用了圖15的坡口。焊接條件，第I電極I的條件設(shè)為2500A、35V、波形比率70%。第2電極2及其以后的電極為1800A、40V，并使波形比率變化。焊接速度為50cm/分來實(shí)施。與上述同樣地，改變波形比率，制作5m的焊接長度，以IOcm間隔切取宏觀截面50個，來確認(rèn)未填滿的有無。關(guān)于評價，采用發(fā)生了未填滿的宏觀試樣的比率來評價。例如，如果在50個宏觀試樣中有I個未填滿，則評價為2%的未填滿發(fā)生率。從圖11至圖13可確認(rèn)到:隨著波形比率的上升，未填滿減少，不使線能量變化就能得到必要的熔敷量。
[0092]再者，在本發(fā)明中，關(guān)于第I電極I至第2電極2及其以后的各電極7的間隔、配置、角度等，不需要特別地制約。在上述的焊接試驗中，各電極7的配置如圖20所示那樣，各電極7的間隔設(shè)為70_，并配置于坡口寬度的中央部。第I電極的角度設(shè)為后退角10°，第2電極的角度設(shè)為后退角7° ,第3電極的角度設(shè)為后退角4° ,第4電極的角度設(shè)為前進(jìn)角4°，第5電極的角度設(shè)為前進(jìn)角7°，第6電極(最終極)的角度設(shè)為前進(jìn)角10°。
[0093]如以上那樣的本發(fā)明的鋼材板厚的適用范圍，考慮用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)車的基礎(chǔ)部分的鋼材板厚，設(shè)為超過50mm且為IOOmm以下。
[0094]在板厚超過50mm的鋼材的焊接中，特別能發(fā)揮本發(fā)明的效果，因此將下限規(guī)定為超過50mm。可是，若板厚超過100mm，則即使應(yīng)用本發(fā)明，也線能量變得過大，得不到必要的韌性，因此將IOOmm作為上限。
[0095]作為在一對鋼材間形成有多個的坡口形狀，鈍邊(具體而言，鈍邊的高度)優(yōu)選為5mm以上、且板厚的25%以下。作為其理由，當(dāng)高度為5mm以下時，從工作精度的觀點(diǎn)出發(fā)，有相對于錯邊不能夠?qū)?yīng)的可能性，若高度超過板厚的25%，則鈍邊過于變得過大，產(chǎn)生熔合不良的可能性變高。在此，所謂鈍邊的高度，是指鋼材的板厚方向的鈍邊的高度。例如在圖10中鈍邊的高度為14mm。
[0096]另外，坡口角度，從線能量抑制的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為30°以上、50°以下。作為其理由，是由于當(dāng)為角度低于30°的狹窄坡口時，焊縫寬度的中心容易偏移，另外，也難以得到充分的熔深深度，另一方面，若角度超過50°，則坡口截面積變大，焊接線能量變大，因此不優(yōu)選。
[0097]以上對于對板厚超過50mm且為IOOmm以下的一對鋼材加工X坡口，對其采用多電極埋弧焊接從表面和背面分別實(shí)施單道焊接時的、本發(fā)明中規(guī)定的方式以及優(yōu)選的方式進(jìn)行了說明，但以下在實(shí)施例中進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施可能性以及效果。
[0098]實(shí)施例
[0099]將用于試驗的鋼材和焊絲的化學(xué)組成示于表1，焊劑的組成示于表2。表2中的值的0，表示沒有有意地含有。將一對鋼材的坡口形狀示于圖10、圖14?圖18。一對鋼材的焊接，使用能夠進(jìn)行焊接電流的波形控制的焊接電源，采用2電極至6電極的埋弧焊接，進(jìn)行各面單道焊接。波形比率以外的焊接條件示于表3?表8，各電極7的焊接電流的波形比率示于表9?表13。表3為板厚100mm、6電極的焊接條件，表4為板厚70mm、5電極的焊接條件，表5為板厚60mm、4電極的焊接條件，表6為板厚55mm、3電極的焊接條件，表7為板厚51mm、2電極的焊接條件,表8為板厚110mm、6電極的焊接條件。
[0100]關(guān)于各電極7的角度，第I電極1，出于確保熔深的目的，設(shè)為后退角10°，最終極從確保焊縫外觀的觀點(diǎn)出發(fā)采用了前進(jìn)角10°。各極間的間隔，進(jìn)行考慮以使得將熔融金屬的積留量合適化，米用了各極70mm的電極間隔。各個電極7配置于坡口寬度的中央部。
[0101]所制作的焊縫金屬8，從圖19的位置切取斷片，將其加工成成分分析試樣、JISZ3111的Al號圓棒拉伸試樣(直徑:12.5mm、標(biāo)點(diǎn)間距離(GL):50mm)以及JIS Z2242的V缺口試樣(IOmm全尺寸試樣)，供試驗用。以表14的合格與否的基準(zhǔn)對它們進(jìn)行判定,將判定的結(jié)果不于表15?表19。夏比沖擊試驗溫度設(shè)為_40°C。
[0102]試驗編號100-1號至100-37號、試驗編號70_1號至70-37號、試驗編號60_1號至60-37號、試驗編號55-1號至55-37號、試驗編號51_1號至51-37號為本發(fā)明的實(shí)施例，因此得到了焊縫的余高高度合適，沒有熔合不良，沒有咬邊的發(fā)生，焊縫金屬8的強(qiáng)度、韌性也良好的結(jié)果。特別是Al2O3為38%、SiO2為22%以上的試驗編號100-3號至100-6號、試驗編號100-15號至100-18號、試驗編號100-27號至100-30號、試驗編號70_3號至70-6號、試驗編號70-15號至70-18號、試驗編號70-27號至70-30號、試驗編號60_3號至60-6號、試驗編號60-15號至60-18號、試驗編號60-27號至60-30號、試驗編號55_3號至55-6號、試驗編號55-15號至55-18號、試驗編號55-27號至55-30號、試驗編號51_3號至51-6號、試驗編號51-15號至51-18號、試驗編號51-27號至51-30號，確保了 3mm以上的余高高度，呈現(xiàn)出由焊劑組成所帶來的送絲速度增加的效果。
[0103]另外，試驗編號100-11號、100-23號、100-35號、試驗編號70-11號、70-23號、70-35號、試驗編號60-11號、60-23號、60-35號、試驗編號55-11號、55-23號、55-35號、試驗編號51-11號、51-23號、51-35號中，盡管不含有鐵粉，但由于Al203、Si02的效果，余高高度為2mm以上，呈現(xiàn)了優(yōu)異的熔敷量增加的效果。
[0104]進(jìn)而，試驗編號100-12號、100-24號、100-36號、試驗編號70-12號、70-24號、70-36號、試驗編號60-12號、60-24號、60-36號、試驗編號55-12號、55-24號、55-36號、試驗編號51-12號、51-24號、51-36號中，除了上述的A1203、SiO2的效果之外，將鐵粉的含量增加至20%的試驗編號的余高高度為4mm以上，確認(rèn)到更高的熔敷量增加的效果。
[0105]另一方面，試驗編號100-38號、70-38號、60-38號、55-38號、51-38號，第I電極I的焊接電流的波形比率為50%，脫離了本發(fā)明的范圍，因此焊縫金屬8的熔深形狀的寬度變窄，如圖6A所示那樣發(fā)生熔合不良，變得不合格。試驗編號100-39號、70-39號、60-39號、55-39號、51-39號中，作為第I電極I的焊接電流使用了波形比率100%的直流負(fù)，因此電弧不穩(wěn)定，得不到合適的焊縫金屬8的熔深深度，發(fā)生了熔合不良，因此變得不合格。
[0106]試驗編號100-40號至100-44號、試驗編號70-40號至70-43號、試驗編號60-40號至60-42號、試驗編號55-40至55-41號、試驗編號51-40號中，自第2電極2以后的電極，有焊接電流的波形比率為60%這樣的脫離本發(fā)明的電極7，因此得不到必要的熔敷量，余高高度變?yōu)樨?fù)，不能將熔敷金屬堆敷到鋼板9的表面，變得不合格。[0107]試驗編號100-45號和試驗編號100-46號、試驗編號70-44號和試驗編號70-45號、試驗編號60-43號和試驗編號60-44號、試驗編號55-42號和試驗編號55-43號、試驗編號51-41號和試驗編號51-42號中，Al2O3或者SiO2低于本發(fā)明的下限值，因此得不到必要的熔敷量，余高高度變?yōu)樨?fù)，不能將熔敷金屬堆敷到鋼板9的表面，變得不合格。
[0108]試驗編號100-47號和試驗編號100-48號、試驗編號70_46號和試驗編號70_47號、試驗編號60-45號和試驗編號60-46號、試驗編號55-44號和試驗編號55-45號、試驗編號51-43號和試驗編號51-44號中，Al2O3或者SiO2大于本發(fā)明的上限值從而過量地含有，因此焊縫金屬8的韌性劣化，變得不合格。
[0109]試驗編號100-49號至100-52號、試驗編號70-48號至70-51號、試驗編號60-47至60-50號、試驗編號55-46號至55-49號、試驗編號51-45號至51-48號中，MgO、TiO2,CaF2、MnO的合計含量低于作為本發(fā)明的下限值的10%，因此發(fā)生咬邊，變得不合格。
[0110]試驗編號100-53號、70-52號、60-51號、55-50號、試驗編號51-49號,MgO的含量脫離本發(fā)明而過量，因此發(fā)生咬邊，變得不合格。
[0111]試驗編號100-54號、70-53號、60-52號、試驗編號55-51號、51-50號，TiO2的含量脫離本發(fā)明而過量，因此焊縫金屬8的韌性劣化，變得不合格。
[0112]試驗編號100-55號、70-54號、60-53號、55-52號、51-51號,CaF2的含量脫尚本發(fā)明而過量，因此電弧不穩(wěn) 定，得不到合適的焊縫金屬8的熔深深度，發(fā)生了熔合不良，因此變得不合格。
[0113]試驗編號100-56號、70-55號、60-54號、55-53號、51-52號,MnO的含量脫尚本發(fā)
明而過量，因此焊縫金屬8的韌性劣化，變得不合格。
[0114]試驗編號100-57 號、70-56 號、60-55 號、55-54 號、51-53 號，MgO、TiO2, CaF2'MnO的合計含量超過作為本發(fā)明的上限值的60%而過量，因此電弧不穩(wěn)定，得不到合適的焊縫金屬8的熔深深度，發(fā)生了熔合不良，因此變得不合格。
[0115]試驗編號100-58號，脫離本發(fā)明的范圍，板厚過量，因此線能量變多，焊縫金屬8的韌性劣化，變得不合格。
[0116]表1(質(zhì)量％)
[0117]
【權(quán)利要求】
1.一種埋弧焊接方法，其特征在于，具備: 對板厚超過50mm且為1OOmm以下的一對鋼材加工X坡口的加工工序；和對所述一對鋼材，采用2電極以上、6電極以下的多電極埋弧焊接，使用焊劑，從表面和背面分別實(shí)施單道焊接的焊接工序， 在所述焊接工序中，將第1電極的焊接電流設(shè)為波形比率為60%以上、90%以下的交流電流，將其他電極的焊接電流設(shè)為波形比率為70 %以上的交流電流、或者負(fù)的直流電流從而進(jìn)行焊接， 所述焊劑，以相對于所述焊劑的總質(zhì)量的質(zhì)量比計，含有 Al2O3:10% 以上 50% 以下、 SiO2:16%以上30%以下， 而且含有合計為10%以上60%以下的]\%0、1102、0&?2、]\1110之中的I種以上， 將所述MgO限制為40%以下，將所述TiO2限制為20%以下，將所述CaF2限制為30%以下，將所述MnO限制為20%以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋弧焊接方法，其特征在于，所述第I電極的所述焊接電流為2500A以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的埋弧焊接方法，其特征在于，作為在所述一對鋼材間形成多個的坡口形狀，鈍邊的高度為5mm以上且所述板厚的25%以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的埋弧焊接方法，其特征在于，所述X坡口的坡口角度為30°以上50°以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的埋弧焊接方法，其特征在于，所述X坡口的坡口角度為30°以上50°以下。
【文檔編號】B23K35/30GK103945973SQ201280055656
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月15日
【發(fā)明者】兒島一浩, 野瀨哲郎, 井上裕滋 申請人:新日鐵住金株式會社