厚钢板的多电极气电焊方法和钢管的多电极气电环缝焊方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及厚钢板的多电极气电焊方法（multi-electrodeelectrogasarc weldingmethod)，特别是设及在使用板厚为40~300mm左右的厚钢板构件来制作、建造大 型钢结构物时进行钢板构件彼此的对接焊接、进行将钢管的端部彼此对接的环缝焊接、或 将钢管的缝（seam)部分W立向姿态进行对接焊接时，通过W高的生产率进行单道的气电 焊，能够提高焊接效率和减少焊接缺陷的厚钢板的多电极气电焊方法、W及钢管的多电极 气电环缝焊方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着结构物的大型化，单纯的钢板构件或者作为柱构件使用的钢管构件 的板厚增大，例如，超过200mm的厚板构件、或者将超过100mm的板厚的钢板弯曲加工成圆 筒形并将对接部分进行缝焊而制造的钢管之类的例子也增加。另外，在建筑领域使用的钢 审揃柱构件，除了W往就使用的箱式柱之类的方形（角型）截面的柱构件之外，最化从设 计性的观点等出发，将截面圆形的钢管作为柱构件应用的例子正在增加。另外，钢管状构件 被用于大型铁塔、发电用大型风车等等，与钢板一起，作为钢管的大型钢结构物的利用例正 在增加。
[0003] 现在，在制造作为结构物的钢管柱的情况下，通过将比最终的结构物的总长短的 钢管构件彼此在它们的端部进行环缝焊接，来多个接合而制造的方法是主流。另外，作为它 们的连接方法，一般采用通过例如二氧化碳电弧焊、或者在较小的线能量下的埋弧焊等来 进行多道、多层焊接的方法。另一方面，当钢管的板厚超过50mm时，若采用如上述那样的小 线能量的多层焊接，则施工时间、施工成本变得巨大，因此要求提高焊接效率（焊接速度）、 缩短焊接施工时间、即减少施工成本。另外，提高效率的要求，在由厚钢板构成的结构物的 制作中也是同样，在由厚钢板构成的平板接头或者钢管构件的缝焊接、钢管构件彼此的端 部处的环缝焊接之类的大型焊接结构物的建造中，期待着应用使用了例如气电焊巧GW焊 接）等的、大线能量的单道焊接，来代替W往的多道、多层焊接。
[0004] 上述的EGW焊接，作为一般W立向姿态进行的高效率的单道焊接方法而为人所 知，特别是在造船领域被很好地采用。作为EGW焊接的一般的形态，例如，对被焊接钢板的 端部分别实施坡口加工，W将其坡口面彼此对接、并且焊接线（焊缝）实质上成为铅垂方向 的方式配置被焊接钢板之后，W从被焊接钢板构件的下端朝向上端的方式使焊枪垂直向上 来进行焊接。另外，在此使用的焊枪（焊接电极），通常与自动台车成为一体，一般具有：检 测在坡口内不断形成焊缝金属的速度（液面上升速度），使台车与该速度同步地自动地向 垂直上方行走的机构。
[0005] 另外，近年来，曾提出了通过如上述那样的EGW焊接来制造用于建筑钢骨柱的钢 管构件的方法。在专利文献1、2中分别公开了将非贯通型和贯通型的隔膜板（diaphragm plate)通过EGW焊接而与钢管构件的端面、或筒体的外周面接合的方法。在此，专利文献 1、2中记载的技术，不是将钢管构件彼此进行环缝焊接，而是用于将作为连接构件的隔膜板 (钢板）构件外嵌于钢管构件的外周面、且将其与钢管的外周面进行焊接接合的环缝焊接 方法。另外，在专利文献2中，除了专利文献1中记载的构成之外，还记载了进一步规定焊 接中的电流监视方法，谋求烙池液面的稳定化。
[0006] 另外，例如，在专利文献3等中公开了通过EGW焊接而将钢管构件和设置于其外周 面的钢骨连接部等的凸缘状构件进行环缝焊接的装置。特别是专利文献3中记载的焊接装 置，为了能够将相对于一个钢管柱（工件）安装的多个的凸缘状构件同时地统一施工，被设 为下述构成：设置了应施工的部位数量的多个焊枪（电极）。再者，此处的多电极的意思， 意指1台焊接设备具备焊接部位数量的电极的构成，不是意指在1个坡口内具有多个电极。
[0007] 在此，关于EGW焊接方法，曾提出了对一个焊接部位使用了多个焊枪（电极）的双 电极型的EGW焊接装置（例如，专利文献4)，特别是被用于需要进行厚钢板的焊接的集装箱 船建造。相对于对一个焊接部位只使用1个电极的W往的构成的EGW焊接装置，专利文献4 中记载的焊接装置被设为对一个焊接部位应用了双电极的设备构成。而且，在双电极化时， 在克服了两个枪一过于接近就产生的电弧的相互干扰的问题的同时，实现了双电极化。根 据专利文献4,双电极化的效用之中，第一是能够焊接的板厚的上限扩大，第二是能够实现 焊接效率的提高、即由焊接施工时间的缩短带来的生产率的提高。在EGW焊接中，在由相面 对的坡口面围成的空隙（区域）内，从被送给到枪的焊接材料（焊丝）的顶端（尖端）发 生的电弧成为热源，焊丝自身和坡口面（母材）表面一样地烙融混合，最终，由相对的坡口 面围成的空间全部被烙融的焊缝金属填满。然后，其通过进行凝固而变为焊缝金属，作为结 果，各母材和焊缝金属成为一体，由此形成了焊接接头。
[0008] -般地，在要对过度厚的母材进行焊接的情况下，当电极数只为1个时，不能够将 坡口面整体一样地加热，在坡口面的一部分的范围有未烙融的部分，发生所谓的烙合不良 缺陷。专利文献4中记载的焊接装置，即使是采用单电极EGW焊接时发生烙合不良缺陷的 板厚，通过将电极数增设为两个，能够将坡口面充分地加热烙融，能够抑制烙合不良缺陷的 发生。由此，在专利文献4中，实现了能够焊接的板厚的上限扩大。另外，焊接效率、即每单 位时间能够得到的、填充由相对的坡口面围成的空隙的焊缝金属的生成量（质量），就两个 电极而言都为大致相同的量，因此通过电极数增加为两个，与单电极EGW焊接的情况比较， 单纯地实现了约2倍的焊接效率。再者，在电极为1个的情况下，从维持稳定的良好的电弧 状态，即，使电弧稳定地发生、维持实用的施工性的观点出发，能够对电极给予的电能存在 上限，因此，例如，想要通过使电流值或者电压值增大为2倍，在每单位时间中单纯地向电 极投入2倍的能量来得到2倍的烙敷效率一般较困难。
[0009] 另外，专利文献4的双电极型的EGW焊接装置，具备：通过总是监视焊接电流值来 检测液面上升速度，通过控制台车的上升速度来继续适当的焊接的机构。
[0010] 在专利文献5、6中，利用当液面和枪（焊丝）顶端接近时焊接电流值上升、当液面 和枪顶端远离时焊接电流值降低的现象，使枪的上升速度和/或焊丝的供给速度变化W使 得焊接电流值为规定的范围内。
[0011] 在专利文献7中，由焊接电流W及预先求出的系数检测液面和枪（焊丝）顶端之 间的距离，调整枪位置使得修正与设定距离之差。
[0012] 在先技术文献
[001引专利文献
[0014] 专利文献1:特开平11-33716号公报
[0015] 专利文献2:特开2005-74442号公报
[0016] 专利文献3:特开2003-245775号公报
[0017] 专利文献4:特开平10-118771号公报
[0018] 专利文献5:特开2012-11400号公报
[0019] 专利文献6:特开2012-11407号公报
[0020] 专利文献7:特开2007-160349号公报
【发明内容】
[0021] 近年来，随着结构物的大型化，结构构件的板厚增大，产生了应用最大竟达300mm 左右的厚钢板的例子。在制作将运样的厚钢板接合的焊接接头时，在应用了W往的小线能 量的多道焊接的情况下，施工时间的增大变得显著，因此强烈希望减少施工成本、即提高焊 接效率。于是，期待着应用能够在短暂的时间内对一个焊接部位的全部板厚量进行焊接的、 大线能量的单道焊接，谋求由厚钢板构件构成的结构物的焊接施工时间的缩短。
[0022] 在上述各专利文献中记载的W往的方法或装置中，在想要应用单道焊接来对最大 板厚竟达300mm的厚钢板进行EGW焊接的情况下，存在如W下所说明的问题。
[0023] 对板厚超过100mm的厚钢板实施单道焊接的情况下的第一个对应方法，是通过从 构件的表面和背面的各面侧各进行1次、合计为2次的单道焊接，将每一侧、即每1次能够 焊接的板厚的上限通常被限定为80mm左右的机械材料反复使用两次，从而能够实质上焊 接到2倍的板厚的方法。例如，采用如X型坡口那样的坡口形状，采用能够从构件的表面和 背面运两面进行焊接的坡口形状。更具体而言，是从表面侧完成单道焊接之后，将钢板翻过 来，从背面侧再一次实施单道焊接的方法。根据该方法，利用双电极型的EGW焊接装置，能 够在只一侧的焊接施工中W单道施工板厚80~90mm量，通过分成两次而进行两面焊接，能 够对应到最大160~180mm的板厚。
[0024] 然而，作为应用上述对策的情况下的问题，可列举如下：在形成了与表面侧坡口对 应的焊道后从背面侧再次进行EGW焊接的情况下，为了将在表面侧先形成的焊缝金属的根 部（焊根）完全再烙融，得到没有未烙合部的完全的烙深，需要与焊接施工相关的高度的技 能。另外，可列举出下述问题：在上述的方法中，来自两面的焊缝金属分别在板厚中央附近 形成根部，但在第二次焊接时，有可能在根部侧产生的渣未浮起排出、在根部附近产生由渣 卷入导致的焊接缺陷。另外，说起来，遍及作为对象的构件的整个板厚，不是进行单道焊接， 而是进行两次焊接施工，运是非高效的，而且，还会增加使一般成为巨大的重量物的接头翻 转过来的工序，进而可W说是谈不上高效率的施工法。另外，虽然也取决于应用的焊接材料 的性质，但在先的焊缝金属受到后续的（第2次焊接）的焊道的热影响，也产生初性降低的 可能。
[00巧]另外，作为对厚钢板实施单道焊接的情况下的第二对应方法，将能够采用单道焊 接来应对的板厚W外的部分，采用小线能量多道（多层）焊接来应对的方法也被较多地采 用。在该情况下，关于坡口形状，单面焊接的V型坡口、从两面进行焊接的X型坡口等任何形 状的坡口都能够采用，但可采取下述两种顺序：先实施小线能量焊接，将剩余的板厚进行大 线能量单道焊接，或者，反过来，先实施大线能量单道焊接，然后，将剩余的板厚进行小线能 量焊接来填埋完。上述的对应方法，如果将用于变更焊接设备的备置（setup)时间除外， 则与对全部的板厚量应用小线能量焊接的情况相比，切实地缩短了施工时间。
[0026] 另一方面，作为采用上述方法的情况下的注意点，可举出：根据对接头所要求的机 械性质的标准，在应用的焊接材料的选择上需要特别的考虑。例如，在先实施小线能量焊 接、且将剩余的板厚进行大线能量单道焊接的情况下，大线能量焊接对通过小线能量焊接 形成的焊缝金属后续地实施再加热，因此小线能量焊接得到的焊缝金属过度软化，因此需 要对引起部分的强度降低的可能性进行研究。另外，相反地，在先实施大线能量单道焊接、 且将剩余的板厚进行小线能量焊接的情况下，通常，小线能量焊接对将泽火性设定为较高 水准的大线能量焊缝金属后续地实施再加热，因此大线能量焊接得到的焊缝金属过度地硬 化，作为结果，需要对引起该区域的焊缝金属初性降低的可能性进行研究。
[0027]W往，在对板厚超过100mm的厚钢板进行对接焊接的情况下，不得已大多采用下 述的方法等等极多的工序时间和劳力进行多道（多层）焊接，或者，伴随有使巨大的工 件翻