多电极单面埋弧焊方法、焊接物的制造方法

多电极单面埋弧焊方法、焊接物的制造方法
【专利摘要】焊接装置(1)通过使用了第一焊丝(110)的第一焊接单元(10)、使用了第二焊丝(120)的第二焊接单元(20)、使用了第三焊丝(130)的第三焊接单元(30)和使用了第四焊丝(140)的第四焊接单元(40)对钢板进行单面埋弧焊。此时，在第一焊接单元(10)中，使用第一供给装置(11)将第一焊丝(110)的供给速度控制为恒定速度，并且使用设定成供电方式为交流且外部特性为恒定电压特性的第一焊接电源(12)对第一焊丝(110)进行供电。由此，降低由多电极单面埋弧焊得到的根部焊道的外观不良。
【专利说明】
多电极单面埋弧焊方法、焊接物的制造方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种多电极单面埋弧焊方法、焊接物的制造方法。
【背景技术】
[0002] 作为自耗电极式电弧焊接法的一种，已知如下的埋弧焊法:将由粉状的金属、人工 氧化物或矿物等构成的焊剂散布在设置于钢板的坡口的表面，并且在堆积于钢板的坡口的 焊剂中对供给来的电极焊丝通入电流而从电极焊丝产生电弧，由此将电极焊丝和钢板烙融 混合而一体化。与气体保护金属极电弧焊法、鹤极惰性气体保护电弧焊法、气体保护电弧焊 法等其他电弧焊接法相比，该埋弧焊法通过使用大电流而使烙透变深、具有高能率的优点。
[0003] 在此，在专利文献1中记载了一种埋弧焊法，其使用具有作为外部特性的下垂特性 或恒定电流特性的焊接电源对电极焊丝进行供电，并且利用焊接电压设定信号与焊接电压 反馈信号之差的信号的大小来控制电极焊丝供给速度。
[0004] 另外，在引用文献2中记载了一种多电极单面埋弧焊法，其沿着坡口并列配置多个 电极焊丝，并且在钢板的背面侧配置衬垫材料，由此使用多个电极焊丝W行走1次的方式对 从钢板的表面侧到背面侧进行焊接。该多电极单面埋弧焊法由于能够将钢板的全部厚度W 行走1次(将其称作一次运行(one run))完全焊接施工而无需翻转钢板，因此被广泛地活用 在造船、桥梁等领域中。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本特开2000-117442号公报 [000引专利文献2:日本特开2007-268551号公报

【发明内容】

[0009] 发明要解决的课题
[0010] 就上述的多电极单面埋弧焊而言，在多个电极焊丝中，主要利用最先对钢板进行 焊接的电极焊丝(先行电极)在钢板的背面侧形成根部焊道。
[0011] 然而，在采用对先行电极的电极焊丝使用具有下垂特性或恒定电流特性的焊接电 源进行供电、并且基于电弧电压反馈控制供给速度的构成的情况下，有时在所得的根部焊 道产生外观不良。
[0012] 本发明的目的在于降低由多电极单面埋弧焊得到的根部焊道的外观不良。
[0013] 用于解决课题的手段
[0014] 本发明为一种多电极单面埋弧焊方法，其特征在于，其是使用了先行电极和继该 先行电极的后行电极的多电极单面埋弧焊方法，在上述先行电极及上述后行电极中分别使 用直径为2.4mmW上的焊丝，对各个焊丝进行供电的电源的供电方式及外部特性与各个焊 丝的供给速度的速度控制方式如下：在上述先行电极中设定成上述供电方式为交流、上述 外部特性为恒定电压特性、上述速度控制方式为恒定速度控制，在上述后行电极设定成W 下的任一种，即
[0015] (a)上述供电方式为直流、上述外部特性为恒定电压特性、上述速度控制方式为恒 定速度控制，
[0016] (b)上述供电方式为交流、上述外部特性为恒定电压特性、上述速度控制方式为恒 定速度控制，
[0017] (C)上述供电方式为交流、上述外部特性为恒定电流特性、上述速度控制方式为基 于电弧电压的电压反馈控制，
[0018] (d)上述供电方式为交流、上述外部特性为下垂特性、上述速度控制方式为基于电 弧电压的电压反馈控制，及
[0019] (e)上述供电方式为直流、上述外部特性为恒定电流特性、上述速度控制方式为基 于电弧电压的电压反馈控制。
[0020] 就此种多电极单面埋弧焊方法而言，其特征在于，上述后行电极包含继上述先行 电极的多个电极而构成，在构成上述后行电极的上述多个电极中分别将上述供电方式、上 述外部特性及上述速度控制方式设定为上述(a)~上述(e)中的任一种。
[0021] 另外，可W为如下特征:在构成上述后行电极的上述多个电极中，从上述先行电极 来看位于最后侧的最终电极将上述供电方式、上述外部特性及上述速度控制方式设定为上 述(C)或上述(d)。
[0022] 进而，可W为如下特征:在使用具有上述恒定电压特性的上述电源的情况下，在工 作点的电压相对电流的斜率即微分值dV/dl为一12.0Χ10-3(ν/Α似上。
[0023] 而且，可W为如下特征：在使用具有上述恒定电流特性或上述下垂特性的上述电 源的情况下，在工作点的电压相对电流的斜率即微分值dV/dl为一24.0Χ10-3(ν/Α似下。
[0024] 另外，若从其他观点出发，则本发明为一种焊接物的制造方法，其特征在于，其是 通过使用了先行电极和继该先行电极的后行电极的单面埋弧焊对母材进行焊接而成的焊 接物的制造方法，在上述先行电极及上述后行电极中分别使用直径为2.4mmW上的焊丝，对 各个焊丝进行供电的电源的供电方式及外部特性与各个焊丝的供给速度的速度控制方式 如下:在上述先行电极中设定成上述供电方式为交流、上述外部特性为恒定电压特性、上述 速度控制方式为恒定速度控制，在上述后行电极中设定成W下的任一种，即
[0025] (a)上述供电方式为直流、上述外部特性为恒定电压特性、上述速度控制方式为恒 定速度控制，
[0026] (b)上述供电方式为交流、上述外部特性为恒定电压特性、上述速度控制方式为恒 定速度控制，
[0027] (C)上述供电方式为交流、上述外部特性为恒定电流特性、上述速度控制方式为基 于电弧电压的电压反馈控制，
[0028] (d)上述供电方式为交流、上述外部特性为下垂特性、上述速度控制方式为基于电 弧电压的电压反馈控制，及
[0029] (e)上述供电方式为直流、上述外部特性为恒定电流特性、上述速度控制方式为基 于电弧电压的电压反馈控制。
[0030] 发明效果
[0031] 根据本发明，可W降低由多电极单面埋弧焊得到的根部焊道的外观不良。
【附图说明】
[0032] 图1为表示本发明的实施方式的焊接装置的概略构成的图。
[0033] 图2为用于说明第一焊接单元~第四焊接单元的各个焊接电源及供给装置的构成 的图。
[0034] 图3的(a)~(C)为用于说明焊接电源的外部特性的图。
[0035] 图4为用于说明第一实施例及第一比较例的实验装置的构成的图。
[0036] 图5为用于说明第二实施例及第二比较例的实验装置的构成的图。
[0037] 图6为用于说明第Ξ实施例及第Ξ比较例的实验装置的构成的图。
[0038] 图7的(a)为用于说明第一实施例及第一比较例的各钢板及坡口的尺寸的图、（b) 为用于说明第二实施例及第二比较例的各钢板及坡口的尺寸的图、（C)为用于说明第Ξ实 施例及第Ξ比较例的各钢板及坡口的尺寸的图。
【具体实施方式】
[0039] W下，参照添附附图对本发明的实施方式进行详细地说明。
[0040] 图1为表示本实施方式的焊接装置1的概略构成的图。该焊接装置1为使用4个电极 (焊丝)对包含钢板的工件(未图示)进行单面埋弧焊(4电极单面埋弧焊）的装置。
[0041] 焊接装置1具备使用第一焊丝110进行焊接的第一焊接单元10、使用第二焊丝120 进行焊接的第二焊接单元20、使用第Ξ焊丝130进行焊接的第Ξ焊接单元30和使用第四焊 丝140进行焊接的第四焊接单元40。另外，焊接装置1具备:搭载第一焊接单元10~第四焊接 单元40并且沿着图中从右侧向左侧的移动方向A运行的台车90、驱动台车90的台车驱动装 置50、和控制第一焊接单元10~第四焊接单元40及台车驱动装置50的动作的控制装置60。 进而，焊接装置1具备在内部收容表焊剂(未图示)并且朝向图中下方供给表焊剂的第一焊 剂供给装置70及第二焊剂供给装置80。予W说明，在该例中，控制装置60、第一焊剂供给装 置70及第二焊剂供给装置80均搭载在台车90上。
[0042] 其中，第一焊接单元10具有:具备沿着图中从上方向下方的供给方向B供给第一焊 丝110的第一供给漉11a的第一供给装置11、及同与所供给来的第一焊丝110接触而供给焊 接电流(第一焊接电流)的第一接触忍片12a连接的第一焊接电源12。另外，第一焊接单元10 还具备退卷第一焊丝110并且成为第一焊丝110的供给源的卷盘(未图示）。
[0043] 另外，第二焊接单元20具有:具备沿着图中从上方向下方的供给方向B供给第二焊 丝120的第二供给漉21a的第二供给装置21、及同与所供给来的第二焊丝120接触而供给焊 接电流(第二焊接电流)的第二接触忍片2姑连接的第二焊接电源22。另外，第二焊接单元20 还具备退卷第二焊丝120并且成为第二焊丝120的供给源的卷盘(未图示）。
[0044] 进而，第Ξ焊接单元30具有:具备沿着图中从上方向下方的供给方向B供给第Ξ焊 丝130的第Ξ供给漉31a的第Ξ供给装置31、及同与所供给来的第Ξ焊丝130接触而供给焊 接电流(第Ξ焊接电流）的第Ξ接触忍片3姑连接的第Ξ焊接电源32。另外，第Ξ焊接单元30 还具备退卷第Ξ焊丝130并且成为第Ξ焊丝130的供给源的卷盘(未图示）。
[0045] 而且，第四焊接单元40具有:具备沿着图中从上方向下方的供给方向B供给第四焊 丝140的第四供给漉41a的第四供给装置41、及同与所供给来的第四焊丝140接触而供给焊 接电流(第四焊接电流）的第四接触忍片4?连接的第四焊接电源42。另外，第四焊接单元40 还具备退卷第四焊丝140并且成为第四焊丝140的供给源的卷盘(未图示）。
[0046] 予W说明，在本实施方式的焊接装置1中，在台车90上搭载第一焊接电源12、第二 焊接电源22、第Ξ焊接电源32及第四焊接电源42,并且按照使第一焊接电源12~第四焊接 电源42与台车90-起运行的方式构成，但是并不限定于此。例如，也可W将运些第一焊接电 源12~第四焊接电源42固定配置在台车90的外部，使用线缆等将第一焊接电源12~第四焊 接电源42与台车90上的各构成要素连接。
[0047] 另外，第一焊剂供给装置70具备将收容于内部的表焊剂向图中下方供给的第一焊 剂供给口 70a。而且，基于第一焊剂供给装置70的表焊剂的供给量通过设置于第一焊剂供给 装置70的阀（未图示)来调整。
[0048] 进而，第二焊剂供给装置80具备将收容于内部的表焊剂向图中下方供给的第二焊 剂供给口 80a。而且，基于第二焊剂供给装置80的表焊剂的供给量通过设置于第二焊剂供给 装置80的阀（未图示)来调整。
[0049] 在该焊接装置1中，从移动方向A来看，在最下游侧配置成为第一电极的第一焊丝 110,在第一焊丝110的更上游侧配置成为第二电极的第二焊丝120,在第二焊丝120的更上 游侧配置成为第Ξ电极的第Ξ焊丝130,在第Ξ焊丝130的更下游侧且为最上游侧配置成为 第四电极的第四焊丝140。另外，在该焊接装置1中，第一焊剂供给装置70配置在从移动方向 A来看的第一焊丝110的更下游侧，第二焊剂供给装置80配置在从移动方向A来看的第二焊 丝120的更上游侧且为第Ξ焊丝130的更下游侧。而且，在从图中上方观察焊接装置1时，第 一焊剂供给口 70a、第一焊丝110、第二焊丝120、第二焊剂供给口 80a、第Ξ焊丝130及第四焊 丝140依次沿着沿移动方向A的直线进行排列。
[0050] 另外，在该焊接装置1中，作为第一焊丝110~第四焊丝140,使用各自的直径为 2.4mmW上且6.4mmW下的焊丝。在此，就第一焊丝110~第四焊丝140而言，可W使4个全部 为相同的直径，也可W使3个为相同的直径而另一个为不同的直径，也可W使2个为相同的 直径而另外2个为另外的相同直径，还可W使4个全部为不同的直径。
[0051] 进而，在该焊接装置1中使用的第一焊丝110~第四焊丝140分别由基本上不具有 焊剂的实屯、焊丝构成。但是，也可W使它们中的1个W上由药忍焊丝构成。
[0052] 予W说明，在W下的说明中，有时将包含第一焊丝110的第一焊接单元10称为"先 行电极"。另外，有时将包含第二焊丝120的第二焊接单元20、包含第Ξ焊丝130的第Ξ焊接 单元30及包含第四焊丝140的第四焊接单元40统称为"后行电极"。进而，有时将包含第二焊 丝120的第二焊接单元20称为"第一中间电极"，将包含第Ξ焊丝130的第Ξ焊接单元30称为 "第二中间电极"，将包含第四焊丝140的第四焊接单元40成为"最终电极"。
[0053] 图2为用于说明构成焊接装置1的第一焊接单元10~第四焊接单元40的各个焊接 电源（第一焊接电源12~第四焊接电源42)及供给装置(第一供给装置11~第四供给装置 41)的构成的图。在此，图2表示各焊接单元、各焊接电源的供电方式及外部特性、W及各供 给装置的焊丝速度控制方式的关系。
[0054] 首先，对第一焊接单元10进行说明。
[0化日]构成第一焊接单元10的第一焊接电源12为采用ACUlternating化rrent)作为供 电方式的交流电源，其外部特性为恒定电压特性。另外，第一供给装置11进行W恒定速度供 给第一焊丝110的恒速控制作为焊丝速度控制方式。
[0056] 接着，对第二焊接单元20进行说明。在本实施方式中，第二焊接单元20由W下说明 的5个组合(第一构成~第五构成）中的任意一种来构成。
[0057] (a)第一构成
[005引第一构成中的第二焊接电源22为采用DC(Direct Current)作为供电方式的直流 电源，其外部特性为恒定电压特性。另外，第一构成中的第二供给装置21进行W恒定速度供 给第二焊丝120的恒速控制作为焊丝速度控制方式。
[0059] (b)第二构成
[0060] 第二构成中的第二焊接电源22为采用AC作为供电方式的交流电源，其外部特性为 恒定电压特性。另外，第二构成中的第二供给装置21进行W恒定速度供给第二焊丝120的恒 速控制作为焊丝速度控制方式。运样，第二构成成为与第一焊接单元10相同的组合。
[0061] (C)第 Ξ 构成
[0062] 第Ξ构成中的第二焊接电源22为采用AC作为供电方式的交流电源，其外部特性为 恒定电流特性。另外，第Ξ构成中的第二供给装置21进行通过基于电弧电压的反馈控制而 逐渐W适当的速度供给第二焊丝120的电压FB(Feed Back)变速控制作为焊丝速度控制方 式。
[0063] (d)第四构成
[0064] 第四构成中的第二焊接电源22为采用AC作为供电方式的交流电源，其外部特性为 下垂特性。另外，第四构成中的第二供给装置21进行通过基于电弧电压的反馈控制而逐渐 W适当的速度供给第二焊丝120的电压FB变速控制作为焊丝速度控制方式。
[00化](e)第五构成
[0066] 第五构成中的第二焊接电源22为采用DC作为供电方式的直流电源，其外部特性为 恒定电流特性。另外，第五构成中的第二供给装置21进行通过基于电弧电压的反馈控制而 逐渐W适当的速度供给第二焊丝120的电压FB变速控制作为焊丝速度控制方式。
[0067] 另外，与第二焊接单元20同样，第Ξ焊接单元30及第四焊接单元40也可W由上述 的第一构成(a)~第五构成(e)中的任一种来构成。在此，就第二焊接单元20、第Ξ焊接单元 30及第四焊接单元40而言，可W使3个全部为相同的构成，也可W使2个为相同的构成而另 一个为不同的构成，还可W使3个全部为不同的构成。
[0068] 予W说明，第一焊丝110~第四焊丝140的供给速度可W基于向台车90的移动方向 A的移动速度(焊接速度)来确定。例如在恒速控制的情况下，操作者基于焊接速度来确定供 给速度的基准值，并且W维持该供给速度的基准值的方式进行恒速控制。另外，例如在电压 FB变速控制的情况下，操作者W焊接速度为基准来确定供给速度的基准值，并且对供给速 度的基准值反馈电弧电压来进行变速控制。
[0069] 接着，对上述的各焊接电源的外部特性进行说明。
[0070] 图3为用于说明焊接电源的外部特性的图。在此，图3(a)例示出恒定电压特性，图3 (b)例示出恒定电流特性，图3(c)例示出下垂特性。另外，在图3(a)~（C)的各图中，横轴为 输出电流1(A)，纵轴为输出电压V(V)。根据输入到焊接电源的电流或电压的指示，外部特性 曲线发生移动(变化）。图3(a)中例示出与4个阶段的指示电压对应的外部特性曲线，另外， 图3(b)~（C)中例示出与4个阶段的指示电流对应的外部特性曲线。予W说明，在焊接电源 的情况下，输出电流I与焊接电流对应，输出电压V与在电弧电压中加 W其他电压损失要因 (线缆内消耗、接点电阻等)的合计值对应。
[0071] 首先，对图3(a)所示的恒定电压特性进行说明。
[0072] 在恒定电压特性的情况下，相对于输出电流I的变动而言，输出电压V的变动变小。
[0073] 接着，对图3(b)所示的恒定电流特性进行说明。
[0074] 在恒定电流特性的情况下，相对于输出电流I的变动而言，输出电压V的变动变大。 若将其从相反的观点来看，则在恒定电流特性中，即使输出电压V发生大幅变动，输出电流I 的变动也较小。
[0075] 接着，对图3(c)所示的下垂特性进行说明。
[0076] 在下垂特性的情况下，与恒定电流特性的情况同样，相对于输出电流I的变动而 言，输出电压V的变动变大。但是，在下垂特性的情况下，与恒定电流特性的情况相比，输出 电压V的变动平缓，且随电流值而变化。
[0077] 在此，图3(a)~(C)中还与各个外部特性一起示出用W产生焊弧长度L的电弧的电 弧特性。在各图中，任一外部特性的曲线与电弧特性的曲线的交点成为产生目标焊弧长度L 的电弧的工作点P(特定的输出电流I及与之对应的特定的输出电压V)。予W说明，在W下的 说明中，将用于产生目标焊弧长度L的电弧的工作点P的、电压相对电流的斜率称作微分值 dV/dIo
[0078] 在此，具有下垂特性、恒定电流特性的焊接电源因烙透深度的变动小而适合于埋 弧焊。但是，在具有下垂特性、恒定电流特性的焊接电源中电弧电压容易发生变化，因此通 常与基于电压FB变速控制的焊丝的供给相组合。在将具有下垂特性、恒定电流特性的焊接 电源与电压FB变速控制组合的情况下，若焊弧长度L变短，则通过根据电弧电压的降低而降 低焊丝的供给速度，从而使焊弧长度L回到原来的长度，另一方面，若焊弧长度L变长，则通 过根据电弧电压的上升而提高焊丝的供给速度，从而使焊弧长度L回到原来的长度。
[0079] 另一方面，具有恒定电压特性的焊接电源适合于使用细径的焊丝的金属极活性气 体保护电弧焊(MAG焊）、金属极惰性气体保护焊(MIG焊）。另外，具有恒定电压特性的焊接电 源有时还用于使用了直径2.OmmW下的焊丝的埋弧焊。但是，在具有恒定电压特性的焊接电 源中，焊接电流容易发生变化，因此通常与基于恒速控制的焊丝的供给相组合。在将具有恒 定电压特性的焊接电源与恒速控制组合的情况下，若焊弧长度L变短，则通过使焊接电流自 动变大，从而使焊弧长度L回到原来的长度，另一方面，若焊弧长度变长，则通过使焊接电流 自动变小，从而使焊弧长度L回到原来的长度。
[0080] 接下来，在此将对本实施方式的多电极单面埋弧焊方法的焊接条件的特征进行说 明。
[0081] <关于各焊丝的直径>
[0082] 在单面埋弧焊法中，需要在强电弧力下使坡口烙化而形成根部焊道。但是，并不单 单是焊接电流越高越好，若在高速供给下使焊丝大部分烙化，则导致在电弧正下方存留烙 液，其自身使电弧力得到缓冲，使烙透变小。因此，理想的是焊接电流高但是焊丝烙融量不 多，满足该条件的是电流密度(A/mm2)低的条件、即焊丝径变粗，并且适合W低速供给焊丝。 在气体保护电弧焊中通常使用直径1.6mmW下的细径的焊丝，但是，作为单面埋弧焊用，适 合的是直径2.4111111^上的焊丝。理想的是使用优选直径3.2111111^上、进而直径4.8111111^上的焊 丝。对设定上限的技术并无特别限制，从焊丝的供给性、切割性的方面出发，直径为6.4mmW 下是较为实用的。
[0083] <关于电极的数量>
[0084] 先行电极具有使坡口较深地烙化而形成烙融池及根部焊道的作用，焊接条件是该 作用所特有的，因此即使母材的板厚较薄而使烙融池到达母材的表面，也不会使单电极的 表焊道外观良好。与此相对，最终电极主要具有修整表焊道的外观的作用，因此其焊接条件 与先行电极不同。运样在单面埋弧焊中需要分担作用，因此需要使用2根W上的焊丝的多电 极化。通常，随着钢板的板厚变厚，焊丝的数量增加。对电极的数量设定上限的技术并无特 别限制，作为单面焊接用途，例如被实用化至图1所示的4电极系统。
[0085] 在各个电极间设定适度的间隔。对板厚、焊接速度、所用的焊接机、焊丝供给的各 种控制不能一概而论，可W进行适当调整。予W说明，有时也在电极间设置焊剂的供给口 (图1所示的第一焊剂供给口 70a、第二焊剂供给口 80a)。
[0086] <关于先行电极的焊丝速度控制方式、外部特性及供电方式>
[0087] [关于先行电极的焊丝速度控制方式]
[0088] 在多电极单面埋弧焊中，先行电极主要用于形成根部焊道。本发明人等发现:在根 部焊接中烙透的驱动力会显著地影响根部品质，容易出现根部焊道的过剩或根部不足。而 且，本发明人等对烙透的驱动力进行反复实验，发现:在通常的接口电流及电压因子正确， 但是在单面焊接中电流及电压因子并不正确，焊丝的供给速度的影响度最大。
[0089] 目P，若焊丝的供给速度过量，则焊丝容易将被表面张力主体支撑的烙融池下压到 钢板背面，过量地形成根部。进而，若供给速度变快，则还会使焊丝扎破烙融池。
[0090] 相反，若焊丝的供给速度不足，则烙融池不会从钢板背面受到挤压，则使根部不 足。运些现象在理论上应该不会使焊丝的供给速度对于不可避免地产生的焊弧长度L的变 化无时间损失地作出反应而使焊弧长度L回到原来的状态。然而，在实际中供给焊丝的焊丝 发动机为工业制品，在反应中产生一定程度的延迟。对该反应时间的延迟，根部焊道的高度 并不具有牢固的性质而容易受到其变化的影响。
[0091] 鉴于该问题可知，对形成根部焊接造成影响的先行电极中理想的是：即使电流、电 压发生变化，对供给速度也不造成影响、供给速度恒定的控制(恒速控制）。其原因在于:如 上所述，迄今为止在粗径埋弧焊中进行焊丝供给恒定控制为W往不适用的控制法。作为其 理由，粗径焊丝难W使全部截面一样地烙融，结果使焊丝烙融速度不稳定化，进而也无法期 待焊弧长度L的稳定化。然而，只要在W单面焊接形成根部焊道的情况下，与焊弧长度L的稳 定化相比，供给速度稳定化更使形状稳定化效果高。
[0092] [关于先行电极的外部特性]
[0093] 接下来，是先行电极的外部特性，常识性的有作为现有技术的下垂特性。就下垂特 性而言，如上所述，相对电压值的变动，电流值的变动较小。作为结构简单且廉价、维护容易 的焊接机结构，并不使用电子学元件，而一直W来使用的是利用了泄漏电抗元件的铁忍可 动式焊接机，在该方式中还具有仅下垂特性起作用的时代性问题。
[0094] 电流值应用在对烙透深度最具影响的非根部焊接时对烙透稳定化有效，但是对于 面裏波焊接的根部焊道的形状稳定化而言，电流值的变动并非上位的影响因子。另一方面， 虽然与供给速度的变动相比，焊弧长度L对根部稳定化的影响也不大，但是焊弧长度L发生 过度地急剧变化时，会带来不良影响。例如，若焊弧长度L为零、即电弧消失，导致焊接本身 终止，或者在再点弧时爆炸式地产生电弧，因此W该力无法正常地形成根部焊道。另一方 面，若焊弧长度L过量，则仍然无法维持电弧而使电弧立即消失，或者使每单位面积的电弧 力减少，无法形成根部焊道。
[0095] 进而，招致产生焊接焊道形状的不规则、受到磁偏吹的影响的偏移、鄉挖母材所致 的底切等缺陷。即，需要焊弧长度L的稳定化控制。
[0096] 若为了根部稳定化而W供给速度恒定为前提，则作为使焊弧长度L稳定化的手段， 需要除供给速度控制W外的控制对象。已知自耗电极式焊接焊丝的烙融速度W式（1)来表 示，暗示着电流值(焊接电流I)的平方的影响度最大。
[0097] Mw=Kl · I+K2 · l2 · P ·心..（1)
[0098] Mw:焊丝烙融速度
[0099] I:焊接电流
[0100] P:电阻率
[0101] ^焊丝突出长度
[0102] Κ1、Κ2:常数
[0103] 由此，作为W供给速度恒定为前提而使焊弧长度L稳定化的手段，有效的是主动使 焊接电流I发生变化。例如，若焊弧长度L变短，则通过使焊接电流I急剧上升，从而焊丝烙融 速度Mw降低，使焊弧长度L回到原来的状态。另一方面，若焊弧长度L变长，则通过使电流急 剧降低，从而焊丝烙融速度Mw上升，还是使焊弧长度L回到原来的状态。该现象通常被称作 焊弧长度的自我控制作用。在焊弧长度的自我控制作用中需要电流的急剧变化，实现其的 外部特性仅为恒定电压特性。因此，为了实现用于使根部焊接稳定化所需的焊丝供给速度 恒定，作为间接性因子，需要使与先行电极对应的焊接电源的外部特性为恒定电压特性。
[0104] 此种"焊丝速度控制:恒速"及"外部特性:恒定电压特性"的组合被用在采用直径 1.6mmW下的细焊丝的气体保护电弧焊法中。运是由于：由于焊丝细而使烙融性优异，因此 焊弧长度的自我控制作用非常有效。然而，就直径为2.4mmW上的焊丝而言，与比其细的焊 丝相比，烙融性变差，若用于非单面焊接，则焊弧长度的自我控制作用无法敏锐地发挥作 用，招致电弧及焊道形状不稳定。
[0105] [关于先行电极的供电方式]
[0106] 接下来，是先行电极的供电方式，在单面焊接的先行电极中需要交流。在多电极单 面埋弧焊中，由于各电极的电流高，因此随着电流的供给而在电流路径的周围产生较强的 磁场。若各电极的距离较近，则发生磁场的相互作用、所谓的电弧相互干渉，或者发生由配 电或起因于母材的磁偏吹所致的磁力，因此使电弧不稳定化。此种现象在磁场方向固定的 直流下变得显著，若使用交流，则由于丧失方向性，因此对电弧的不良影响被大幅地降低。 因此，对全部电极而言理想的是交流，但是最低限也需要对形成根部焊道的先行电极采用 交流。
[0107] 基于W上所示的理由，先行电极采用"焊丝速度控制:恒速"、"外部特性:恒定电压 特性"及"供电方式:交流"的组合。
[0108] 予W说明，现在最普及的大电流埋弧焊机为廉价的铁忍工作式的交流机。在该方 式中，必然使外部特性为下垂特性。在本发明中，先行电极在交流机运一点上与W往是通用 的，但是在外部特性为恒定电压特性运一点上是不同的。该组合无法利用通常的铁忍工作 式来得到。为了得到恒定电压特性，能够通过使用闽流晶体管、逆变器之类的电子学元件的 电路设计来生成。或者，也有通过仅使用最大电流容量大的铁忍工作式的低电流域侧而得 到实用域的恒定电压特性的特殊手段。
[0109] <关于后行电极的焊丝速度控制方式、外部特性及供电方式>
[0110] 虽然在多电极单面埋弧焊中并不能目视确认，但是在堆积于钢板上的表焊剂中所 形成的烙融池为基本上将全部焊丝的烙融金属相连的被称作一体池 (one pool)的巨大液 体金属。如上所述，先行电极具有对根部焊道的形状最大的影响度，但是若为一体池，虽然 影响度相对变小，但是后行电极也会对根部焊道的形状造成影响。例如，即使在成为先行电 极的第一电极能够形成良好形状的液体状态的根部焊道，若在成为后行电极的第二电极W 后按照将形成有第一电极的烙融池向背面侧挤出的方式发挥作用，则最终的凝固状态的根 部焊道变得不规则。因此，在第二电极W后也可W与先行电极同样地应用"焊丝速度控制： 恒速"及"外部特性:恒定电压特性"。在此，供电方式期望与先行电极同为交流，第二电极W 后的极性的影响度比第一电极相对变小，因此即使在直流下也具有实用性。
[0111] 另一方面，若钢板的板厚变厚而使电极数也变多，则虽然是一体池，即使在后行电 极所形成的烙融池的压力有些许变化，也不会在距离远的烙融池的背面侧造成大幅影响。 在此种情况下也可W应用一直W来使用的"焊丝速度控制：电压FB变速控制"及"外部特性： 下垂特性"。当然即使使用代替下垂特性而目标性质相同的"外部特性:恒定电流特性"的焊 接电源也不会构成问题。后行电极有时还需要具有修整表焊道的形状的作用，即使基于该 目的而改变供给速度，优先使电流值、焊弧长度L稳定化也是有效的。对于此种要求，"丝速 度控制：电压FB变速控制"、"外部特性:下垂特性或恒定电流特性"W及不易引起电弧相互 干渉或由磁偏吹所致的偏向的"供电方式:交流"的组合较为合适。
[0112] < 其他 >
[011引[关于衬垫]
[0114] 在单面焊接中通常使用带遮挡根部焊道的槽的铜制或固体氧化物制的衬垫材。予 W说明，固体氧化物具体属于陶瓷制或玻璃。在玻璃的情况下，通常使用将玻璃纤维编织成 的带状玻璃。若并没有衬垫材，则过剩的电弧力对初层起作用时使烙融池落下，电弧消失， 陷入不能继续进行焊接的情况。若使用一些衬垫材，则可W防止此种最差的事态。
[0115] 若成为母材的钢板底面能密合，则即使电弧力不稳定，根部焊道的形状也应该稳 定化，但是，实际上大的钢板并不平整而大多会发生些许弯曲或起伏，因此未必密合。为此， 为了填埋不可避免地产生的钢板底面与衬垫材之间的间隙，有时要预先散布衬垫焊剂。运 样一来，能够一定程度地防止背面侧的烙融池的垂落。进而，还有通过不铺设衬垫材而较厚 地散布衬垫焊剂、并对在其下铺设的空气软管注入气体来挤压衬垫焊剂、提高密合性的方 法。此时，为了防止烙融池垂落到衬垫焊剂中，有时也制成与固化性树脂的粉体层叠结构。
[0116] [关于表焊剂]
[0117] 由于是作为埋弧焊的最低限的基本构成，因此无需特别说明，但是，焊剂被装入到 被称作料斗的下方带软管的容器（图1所示的第一焊剂供给装置70、第二焊剂供给装置80) 中，随着焊接的进行，从先行电极的正前方或根据需要而进一步设置于电极间的软管前端 的焊剂供给口 W恒恒速进行散布。
[011引[关于坡口填充材料]
[0119] 若预先在坡口内散布粉体状的钢或钢合金，则在焊接时烙融而形成烙融金属的一 部分。除高能率的效果W外，在焊道间隙局部过大的情况下，不易抽出根部。进而，还具有增 大焊接部附近的冷却速度而抑制母材热影响部的品质劣化的效果。另外，还具有在根部焊 接时供给第一电极W后的后行电极的焊丝、使电弧不稳定得到缓和的效果。但是，若散布量 过多，则无法全部烙化而W固体的状态残留，有时成为缺陷，因此不能过度的散布。由电流、 坡口形状的平衡来确定最佳量。作为粉体的材质，使用所谓粒度细的铁粉、将细径的焊接焊 丝切割而成为粗大的粒状。
[0120] [关于具有恒定电压特性的焊接电压的微分值]
[0121] 通常，就焊接机而言，在恒定电压特性、下垂特性、恒定电流特性等名目中记载了 规格，因此使用者方很少对其特性进行精确查证。然而，运些外部特性的名称为概况性的命 名，并无定量性的定义。最近，使用者还推出能够调整外部特性的机型。被期待作为工作点 电流中的恒定电压特性的电压一电流特性的斜率、即微分值dV/dl位于一12.0Χ10-3(ν/Α) 的水平侧。换言之，微分值dV/dI为一12.0X10-3(V/A似上。若微分值dV/dI为一12.0X10-3 (V/A) W上，则对应焊弧长度L的变化而使电流发生大幅变化，有效地发挥焊弧长度L的自我 控制作用，故较为理想。更理想的是，若微分值dV/dl为一8.0X1(T3(V/A)W上，则根部形状 更加稳定化。予W说明，作为包括恒定电压特性的外部特性一般性质，无法得到成为+侧的 斜率，因此微分值dV/dl的实际上限为0。
[0122] [关于具有恒定电流特性或下垂特性的焊接电压的微分值]
[0123] 对于恒定电流特性及下垂特性也无法列举定量性的定义。恒定电流特性和下垂特 性可W认为差别在于是使用整流元件而生成、或利用由铁忍工作所致的漏磁通，但是，在即 使焊弧长度L发生变化也会保证电流恒定运一点上是相同的。在恒定电流特性和下垂特性 中共通的理想的电压一电流特性的斜率、即工作点电流的微分值dV/dI处于一24.0 X 1 0-3(V/A)的铅垂侧、换言之，理想的微分值dV/dl为一24.0 X 10-3(V/A) W下。若将微分值dV/dl 为一24.0X1(T3(V/A)W下的特性与供给速度的电压反馈控制组合，则可W通过敏感地捕 捉电弧电压的变化、改变供给速度来测定焊弧长度L的稳定化，有助于表焊道形状的稳定 化。予W说明，作为包含恒定电流特性及下垂特性的外部特性一般性质，无法得到成为+侧 的斜率，因此实际的下限为一cx^(无限大）。
[0124] 实施例
[0125] W下，基于实施例对本发明进行更详细地说明。但是，本发明只要不超出其主旨则 并不限定于W下的实施例。
[01%](第一实施例及第一比较例）
[0127] 图4为用于说明第一实施例及第一比较例的实验装置的构成的图。予W说明，图4 所示的实验装置的基本构成与图1所示的焊接装置1通用。在此，图4中与实验装置一并示出 包含第一钢板201及第二钢板202的工件200、供给到工件200的表面侧的表焊剂300、配置于 工件200的背面侧的衬垫部400、伴随焊接而形成于工件200的焊接金属500。
[0128] 另外，图7(a)示出第一实施例及第一比较例的各钢板及坡口的尺寸。在该例中，第 一钢板201及第二钢板202使用抗拉强度为490MPa级的板厚35mm、宽500mm X长3000mm碳钢 板，并分别进行坡口端面处理，制成对接接头。坡口形状为从表面至29mm的45° V型，剩余板 厚6mm作为根部纯边而垂直。根部间隙W最短部接触两侧钢板而设为0mm，但是存在因钢板 的应变而不可避免地产生最大2mm的间隙的部位。各焊丝(第一焊丝110~第四焊丝140)使 用JIS Z3351YS-S6规格品，表焊剂300使用JIS Z3352SACI1规格品。在第一电极(先行电 极)的更前方W及第二电极与第Ξ电极之间自动的地连续散布适量表焊剂300。
[0129] 在钢板坡口内侧安放带散布了少量衬垫焊剂401的槽的衬垫铜板402作为衬垫部 400。另外，在与各电极对应的接触忍片与钢板之间接线独立的焊接电源。予W说明，各焊丝 被设置于各接触忍片的正上方的供给漉送至焊接部。
[0130] 而且，使用图4所示的实验装置，进行四电极单面埋弧焊方法的试验。更具体而言， 使用图4所示的试验装置，对每个电极改变焊丝直径、供电方式、外部特性、焊丝速度控制、 焊接电流、电弧电压，确认其影响。在图4所示的实验装置中，第一焊丝110的前端与第二焊 丝120的前端的电极间距离设为40mm，第二焊丝120的前端与第Ξ焊丝130的前端的电极间 距离设为120mm，第Ξ焊丝130的前端与第四焊丝140的前端的电极间距离设为30mm。而且， 该例中的焊接速度均同为44( cm/min)。
[0131] 另外，作为试验结果，对根部焊道形状、表焊道形状、内部缺陷进行了评价。就根部 焊道形状而言，W宽度为lOmmW上、根部高度为2mmW上且6mmW下较为理想，并且W偏移 小、宽度的偏差小的情况设为非常良好即A，将若干的运些评价较差但未到需要修正的程度 的情况设为B，将根部焊道形状不良而需要修正的情况设为C即不合格。对于表焊道形状也 设定与根部焊道形状同样的评价基准。对于内部缺陷，将即使进行超声波探伤试验、剖面宏 观切口试验也未观察到缺陷的情况设为"无"，将确认到融合不良的情况设为"有"。
[0132] 将第一实施例及第一比较例中的制造条件及试验结果示于表1及表2。在此，表1所 示的No. 1 -1~No. 1 -5为第一实施例，表2所示的No. 1 -6~No. 1 -11为第一比较例。
[01削予W说明，在表巧表2所示的供电方式中，"AC'是指交流，"DC(EPr是指直流且W 焊丝即电极侧为正极的巧lectrode Plus"，"DC(EN)"是指直流且W焊丝即电极侧为负极的 巧lectrode Negative"。该标记在后述的表3~表6中也同义。
[0134][表 1]
[0135]
[0136] [表 2]
[0137]
[0138] 首先，对第一实施例进行说明。
[0139] No.1-1中，虽然第一电极使用交流·恒定电压特性?恒速控制，第二电极W后使 用一直W来的的交流?下垂特性?电压FB变速控制，但得到良好的根部焊道形状。另外，通 过将成为最终道次的第四电极设为交流?下垂特性?电压FB变速控制，从而表焊道形状也 非常良好。
[0140] No. 1-2为与No. 1-1相比第一电极的焊接电源的外部特性的微分值dV/dl较小、 即恒定电压特性减弱的情况，随之，第一电极的初层焊接中的焊弧长度的自我控制作用减 弱而不稳定化，因此根部焊道形状与No.1-1相比略差。也就是说，由于采用交流·恒速控 审IJ，因此得到处于容许范围内的根部焊道形状。
[0141] No. 1-3与No. 1-1类似，但是不仅第一电极设为交流?恒定电压特性·恒速控 审IJ，而且第二电极也与第一电极同样设为交流?恒定电压特性?恒速控制。通过使对根部 焊道形状的品质造成的影响仅次于第一电极的第二电极也采用恒速控制，从而比No. 1-1 更进一步提高了根部焊道形状的品质。
[0142] No.1-4中，将全部电极设为恒定电压特性?恒速控制，仅第二电极设为直流，其 他均设为交流。通过对全部全电极采取减小烙融池的压力变化的控制，从而得到非常良好 的根部焊道形状。另外，支配表焊道形状的第Ξ电极、第四电极设为不会受到电弧相互干 渉、磁偏吹的影响的交流，因此得到第一实施例中最优异的表焊道形状及根部焊道形状。
[0143] No.1-5与No.1-4同样将全部电极设为恒定电压特性?恒速控制，但是，将第二 电极W后全部设为直流。若与No. 1-4不同而将直流排列成较近的距离，则引起电弧相互干 渉而带来影响，因此在容许范围内，若与No. 1 -1~No. 1 -4相比，则焊道外观略差。
[0144] 接着，对第一比较例进行说明。
[0145] No.1-6是目前正在使用的典型。全部电极采用交流?下垂特性?电压FB变速控 审IJ。供给速度的变动会使根部烙融池不稳定，虽然内部缺陷、表焊道形状倒是没有特别的问 题，但是不适于根部焊接，使根部焊道形状的不良变得显著。
[0146] No.1-7为与No.1-6相比而使第四电极应用恒定电压特性?恒速控制的情况，即 使仅对成为最终电极的第四电极加 W减小烙融池的压力变化的控制，贡献率也比第一电极 低，因此并未改善根部焊道形状。
[0147] No. 1-8与No. l-6、No. 1-7类似，但是第二电极应用恒定电压特性?恒速控制。 但是，与第一电极相比，成为第一中间极的第二电极对形成根部焊道的烙融池施加的压力 的稳定化贡献率较低，无法得到根部焊道形状的改善效果。
[0148] No. 1-9为第一电极、第二电极均在W往的交流?下垂特性的焊接电源的状态下 将焊丝供给设为恒速控制的情况。就下垂特性而言，理论上焊弧长度稳定化应该通过焊丝 供给控制而实现，但是由于进行恒速化，因此焊弧长度稳定化作用完全未发挥作用。因此， 焊弧长度常发生大幅变动，无法稳定的焊接。结果:根部焊道形状及表焊道形状均很粗糖且 不稳定，还在内部产生了融合不良。
[0149] No.1-10为第一电极设为直流?恒定电流特性、另一方面将焊丝速度控制设为恒 速控制的构成。直流?恒定电流特性的焊接电源为在并非由通常的非烙极式、即自耗焊丝 产生电弧而是由非消耗鹤电极产生电弧的鹤极惰性气体保护焊、等离子体焊法中使用的电 源方式，关于焊弧长度的控制，与下垂特性相同，需要处于电极侧的上下。即使本电源W烙 极式来使用，在对焊丝进行恒速控制的情况下，也完全未发挥焊弧长度稳定化作用。因此， 与No. 1-9同样，焊弧长度常发生大幅变动，无法进行稳定的焊接。根部焊道形状及表焊道 形状均很粗糖且不稳定，还在内部产生了融合不良。
[0150] No. 1-11中，将W往的全电极从交流?下垂特性?电压FB变速控制变为直流?恒 定电流特性?电压FB变速控制，但是第一电极并非交流·恒定电压特性?恒速控制，因此 根部焊道形状不稳定化。对于表焊道形状而言，恒定电流特性?电压FB变速控制发挥作用， 虽然观察到由直流特有的电弧相互干渉所致的不稳定性，但是在容许范围内。
[0151] (第二实施例及第二比较例）
[0152] 图5为用于说明第二实施例及第二比较例的实验装置的构成的图。予W说明，图5 所示的实验装置的基本构成为从图1所示的焊接装置1除去第四焊接单元40。在此，图5中与 实验装置一并示出包含第一钢板201及第二钢板202的工件200、供给到工件200的表面侧的 表焊剂300、配置于工件200的背面侧的衬垫部400、伴随焊接而形成于工件200的焊接金属 500。
[0153] 另外，图7(b)示出第二实施例及第二比较例的各钢板及坡口的尺寸。在该例中，第 一钢板201及第二钢板202使用抗拉强度为490MPa级的板厚30mm、宽500mm X长3000mm的碳 钢板，并分别进行坡口端面处理，制成对接接头。坡口形状为从表面至25mm为止的45°V型， 剩余板厚5mm作为根部纯边而垂直。根部间隙W最短部接触两侧钢板而设为0mm，但是存在 因钢板的应变而不可避免地产生最大2mm的间隙的部位。各焊丝(第一焊丝110~第Ξ焊丝 130)使用JIS Z3351YS-S6规格品，表焊剂300使用JIS Z3352SACI1规格品。在第一电极(先 行电极)的更前方W及第二电极与第Ξ电极之间自动的地连续散布适量表焊剂300。
[0154] 在钢板坡口内侧不使用铜板、陶瓷板运样的成型固体作为衬垫部400,而在下敷焊 剂411上散布少量加入有固化性树脂成分的衬垫焊剂412,并从通入下敷焊剂411的内部的 空气软管413注入气体，由此将衬垫焊剂412安放在钢板背面。另外，在与各电极对应的接触 忍片与钢板之间接线独立的焊接电源。予W说明，各焊丝被设置于各接触忍片的正上方的 供给漉送至焊接部。
[0155] 而且，使用图5所示的实验装置，进行Ξ电极单面埋弧焊方法的试验。更具体而言， 使用图5所示的试验装置，对每个电极改变焊丝直径、供电方式、外部特性、焊丝速度控制、 焊接电流、电弧电压，确认其影响。在图5所示的实验装置中，第一焊丝110的前端与第二焊 丝120的前端的电极间距离设为40mm，第二焊丝120的前端与第Ξ焊丝130的前端的电极间 距离设为120mm。而且，该例中的焊接速度均同为47 (cm/min)。
[0156] 作为试验结果，对根部焊道形状、表焊道形状、内部缺陷进行了评价。就根部焊道 形状而言，W宽度为9mmW上、根部高度为2mmW上且5mmW下较为理想，并且将偏移小、宽度 的偏差小的情况设为非常良好即A，将若干的运些评价较差但未到需要修正的程度的情况 设为B，将根部焊道形状不良而需要修正的情况设为C即不合格。对于表焊道形状也设定与 根部焊道形状同样的评价基准。对于内部缺陷，将即使进行超声波探伤试验、剖面宏观切口 试验也未观察到缺陷的情况设为"无"，将确认到融合不良的情况设为"有"。
[0157] 将第二实施例及第二比较例的制造条件及试验结果示于表3及表4。在此，表3所示 的No. 2-1~No. 2-4为第二实施例，表4所示的No. 2-5~No. 2-10为第二比较例。
[015 引[表 3]
[0159]
[0160] [表 4]
[0161]
[0162] 首先，对第二实施例进行说明。
[0163] No.2-1中，第一电极使用交流.恒定电压特性.恒速控制，第二电极W后使用一 直W来的的交流?下垂特性?电压FB变速控制，得到良好的根部焊道形状。另外，通过将成 为最终道次的第Ξ电极设为交流?下垂特性?电压FB变速控制，从而表焊道形状也非常良 好。
[0164] No . 2- 2为与No . 2- 1相比第二电极、第Ξ电极的焊接电源的外部特性的微分值 dV/dl较大、即恒定电流特性减弱的情况。若恒定电流性减弱，则电弧电压也不易变化，焊弧 长度的反馈控制也不易奏效。因此，虽然在容许范围内，但是使与根部焊道形状相比对焊弧 长度的稳定性产生更大影响的表焊道形状变差。即，暗示着:为了使表焊道形状良好，微分 值dV/d I小的电压FB变速控制更优选。
[0165] No.2-3中，将全部电极设为交流·恒定电压特性?恒速控制，在第二电极W后也 采取减小烙融池的压力变化的控制，由此得到非常良好的根部焊道形状。另外，支配表焊道 形状的第Ξ电极设为不受电弧相互干渉、磁偏吹的影响的交流，因此得到第二实施例中最 优异的表面?背面品质。
[0166] No.2-4中，第一电极采用交流?恒定电压特性?恒速控制，另一方面，第二电极 设为直流·恒定电流特性?电压FB变速控制，第Ξ电极设为交流?恒定电流特性?电压FB 变速控制。第二电极的直流?电压FB变速控制对根部形状产生若干的不良影响，因此得到 虽然不是最好但是在容许范围内的根部焊道形状。另外，对于形成表焊道的第Ξ电极(最终 电极），使用与下垂特性相比对恒定电流性而言更优异的恒定电流特性，从而使焊弧长度更 稳定，并且得到优异的表焊道形状。
[0167] 接着，对第二比较例进行说明。
[0168] No. 2-5为与No. 2-1相比而使第一电极为直流而并非交流的情况。直流容易受到 电弧相互干渉、磁偏吹的影响，即使通过对焊丝进行恒速控制而一定程度地获得根部焊道 形状的稳定化作用，也还是不足W称作稳定形状。
[0169] No.2-6是目前正在使用的典型。全部电极采用交流?下垂特性?电压FB变速控 审IJ。虽然内部缺陷、表焊道形状倒是没有特别的问题，但是变速控制不适于根部焊接，使根 部焊道形状产生不良。
[0170] No.2-7中，第二电极组合了交流?下垂特性?电流FB变速控制。就下垂特性而 言，相对于焊弧长度的变动，电流不怎么变动，因此监控电流的反馈控制是比电压反馈更差 的焊弧长度控制手段。由于焊弧长度的控制无法顺利地进行，且焊丝供给也并非恒定速度， 因此不仅产生根部焊道形状的不良，而且还产生融合不良的内部缺陷、表焊道形状的不良。
[0171] No.2-8中，全部电极组合了交流·恒定电流特性?电流FB变速控制。由于焊弧长 度的控制无法顺利地进行，且焊丝供给也并非恒定速度，因此不仅产生根部焊道形状的不 良，而且产生融合不良的内部缺陷、表焊道外观的不良，整体品质比No.2-7更差。
[0172] No.2-9中，第一电极组合了交流·恒定电压特性?电压FB变速控制。就恒定电压 特性而言，相对于焊弧长度的变动，电压不怎么变动，因此监控电压的反馈控制作为焊弧长 度控制手段的性能低，并且对形成根部焊道的第一电极而言，焊丝的供给速度恒定对形状 稳定化最重要，因此在本构成中未得到良好的根部焊道形状。另外，由于基于第一电极的初 层明显不稳定，因而在与第二电极的会合部也产生融合不良。
[0173] No.2-10中，第一电极组合了交流·恒定电流特性?恒速控制，但是该组合中未 进行焊弧长度的稳定化控制，因此焊接不稳定，不仅产生根部焊道形状的不良，而且由于基 于第一电极的初层明显不稳定，因而在与第二电极的会合部也产生融合不良。
[0174] (第S实施例及第Ξ比较例）
[0175] 图6为用于说明第Ξ实施例及第Ξ比较例的实验装置的构成的图。予W说明，图6 所示的实验装置的基本构成为从图1所示的焊接装置1除去第Ξ焊接单元30、第四焊接单元 40及第二焊剂供给装置80。在此，图6中与实验装置一并示出包含第一钢板201及第二钢板 202的工件200、供给到工件200的表面侧的表焊剂300、配置于工件200的背面侧的衬垫部 400、伴随焊接而形成于工件200的焊接金属500、预先被供给到坡口的坡口填充材料600。
[0176] 另外，图7(c)示出第Ξ实施例及第Ξ比较例的各钢板及坡口的尺寸。在该例中，第 一钢板201及第二钢板202使用抗拉强度为520M化级碳钢板的板厚14mm、宽500mmX长 3000mm分别进行坡口端面处理，制成对接接头。坡口形状为无根部纯边的50°V型。根部间隙 W最短部接触两侧钢板而设为0mm，但是存在因钢板的应变而不可避免地产生最大2mm的间 隙的部位。各焊丝(第一焊丝110及第二焊丝120)使用JIS Z3351YS-S6规格品，表焊剂300 使用JIS Z3352SACI1规格品。在第一电极(先行电极)的更前方自动地连续散布适量的表焊 剂300。另外，预先与表焊剂300另行将包含铁粉的坡口填充材料600手动地散布到坡口内。 将坡口填充材料600的填充高度管理为距离钢板表面位置3mm。该坡口填充材料600在焊接 时与各焊丝、表焊剂300-起烙融，形成烙融池。
[0177] 在钢板坡口内侧不使用铜板、陶瓷板运样的成型固体或衬垫焊剂作为衬垫部400 而贴附将玻璃纤维编织成数mm厚的称作玻璃带的软质衬垫材421。由于玻璃带较软，因此钢 板的起伏等不会受影响，能够与背面密合。在焊接时电弧附近烙融，但是非烙融部具有防止 根部的过度烙落的作为缓冲物功能的作用。另外，在与各电极对应的接触忍片与钢板之间 接线独立的焊接电源。予W说明，各焊丝被设置于各接触忍片的正上方的供给漉送至焊接 部。
[0178] 而且，使用图6所示的实验装置，除一部分(后述的No.3-8)外，进行二电极单面埋 弧焊方法的试验。更具体而言，使用图6所示的试验装置，对每个电极改变焊丝直径、供电方 式、外部特性、焊丝速度控制、焊接电流、电弧电压，确认到其影响。在图6所示的实验装置 中，第一焊丝110的前端与第二焊丝120的前端的电极间距离设为70mm。而且，该例中的焊接 速度虽然在各个制造条件下为恒定，但是根据制造条件的不同而不同。予W说明，No. 3-8 中为基于仅使用第一焊丝110的单电极单面埋弧焊方法的试验。
[0179] 作为试验结果，评价了根部焊道形状、表焊道形状、内部缺陷。就根部焊道形状而 言，W宽度为6mmW上、根部高度为1mmW上且4mmW下较为理想，并且将偏移小、宽度的偏差 小的情况设为非常良好即A，将若干的运些评价较差但未到需要修正的程度的情况设为B， 将根部焊道形状不良而需要修正的情况设为C即不合格。对于表焊道形状也设定与根部焊 道形状同样的评价基准。对于内部缺陷，将即使进行超声波探伤试验、剖面宏观切口试验也 未观察到缺陷的情况设为"无"，将确认到融合不良的情况设为"有"。
[0180] 将第Ξ实施例及第Ξ比较例的制造条件及试验结果示于表5及表6。在此，表5所示 的No. 3-1~No. 3-4为第Ξ实施例，表6所示的No. 3-5~No. 3-14为第Ξ比较例。
[0181] [表 5]
[0182]
[0183][表 6]
[0184]
[0185] 首先，对第Ξ实施例进行说明。
[0186] No.3-1中，第一电极使用交流?恒定电压特性?恒速控制，第二电极使用一直W 来的交流?下垂特性?电压FB变速控制，得到良好的根部焊道形状及表焊道形状。
[0187] No. 3-2为与No. 3-1相比而将第二电极设为直流?恒定电流特性?电压FB变速 控制的情况。与将第二电极设为直流相比，像No.3-1那样设为交流时会使原本根部焊道形 状的稳定性更优异，在此，通过使用坡口填充材料600,从而使该影响并不那么波及到根部 焊道形状。另一方面，在二电极法的情况下，成为最终电极的第二电极为表焊道形状的支配 电极，因此虽然在容许范围内，但是容易受到电弧相互干渉、磁偏吹的影响的直流会使形状 稳定性变差。
[0188] No.3-3中，第一电极、第二电极均使用恒定电压特性?恒速控制，第一电极为交 流、第二电极为直流。如上所述，第二电极成为表焊道形状的支配电极，因此虽然在容许范 围内，但是容易受到电弧相互干渉、磁偏吹的影响的直流方面比像No.3-1那样的两极交流 形状稳定性更差。
[0189] No.3-4中，两电极均设为交流?恒定电压特性·恒速控制的通用构成。对根部焊 道形状影响最大的焊丝的供给控制均为恒速化，支配表焊道形状的第二电极为不受电弧相 互干渉、磁偏吹的影响的交流，因此得到第Ξ实施例中最优异的表面?背面品质。
[0190] 接着，对第Ξ比较例进行说明。
[0191] No.3-5是目前使用的典型。两极均采用交流?下垂特性?电压FB变速控制。虽然 内部缺陷、表焊道形状倒是没有特别的问题，但是变速控制不适于根部焊接，根部焊道形状 明显不良。另外，与上述的第一实施例、第二实施例相比，钢板的板厚较小，因此根部焊道形 状的不良对表焊道形状也有影响而使其变差。
[0192] No.3-6中，第一电极组合了交流·恒定电流特性?恒速控制，在该组合中不进行 焊弧长度的稳定化控制，因此焊接不稳定，不仅产生根部焊道形状的不良，而且由于基于第 一电极的初层明显不稳定，因而在与第二电极的会合部也产生融合不良。若像第一实施例、 第二实施例那样使电极数变多，则基于第一电极的根部焊道形状的不良不怎么对表焊道形 状产生影响，但是由于该例为二电极施工，因此根部焊道形状的不稳定对表焊道形状带来 影响而招致其变差。
[0193] No.3-7中，第一电极的恒定电压特性?恒速控制运一组合在本发明的范畴，但是 焊丝直径较细而达到2.0mm。结果:无法形成根部焊道，在钢板的背面侧产生凹陷。为了形成 根部焊道，需要兼顾较强的电弧力和对其无影响的烙融池的厚度降低。为了适应于该组合， 有效的是使电流密度变小，焊丝直径越大越有利。即，焊丝直径为2.0mm是不够的。
[0194] No.3-8中，恒定电压特性?恒速控制运一组合在发明的范畴，但是了仅W-个电 极同时完成根部焊道形成和表焊道形成，是具挑战性的。但是，虽然根部焊道能够得到良好 的形状，但是无法使表焊道形状良好。由于形成根部焊道为第一电极的作用所特有的，因此 对焊接条件并无限制，表焊道形状不得不成为宽度窄的凸状。若为二电极W上，则使用用于 在后行电极(尤其是最终电极)使表焊道形状良好的焊接条件，能够对在先行电极所形成的 细且凸起的烙融池形状进行修整，在一电极施工中无法分担该作用，因此不适于根部焊接。
[0195] No.3-9中，先行电极采用交流?恒定电流特性?电压FB变速控制。虽然内部缺 陷、表焊道形状倒是没有特别的问题，但是变速控制不适于根部焊接，根部焊道形状明显不 良。
[0196] No.3-10的先行电极、No.3-ll、No.3-12的后行电极设为恒定电压特性?电压 FB变速控制，无论是直流还是交流，就恒定电压特性而言，相对于焊弧长度的变动，电压不 怎么变动，因此监控电压的反馈控制作为焊弧长度控制手段的性能低，因而焊接不稳定，根 部焊道形状、表焊道形状均产生外观不良，在会合部也产生融合不良。
[0197] No. 3-13、No. 3-14的后行电极设为恒定电流特性?恒速控制，但不论是直流还 是交流，该组合中均未进行焊弧长度的稳定化控制，因此焊接不稳定，根部焊道形状、表焊 道形状均产生外观不良，在会合部也产生融合不良。
[0198] 予W说明，在第一实施例中，对四电极单面埋弧焊中使用衬垫焊剂401及衬垫铜板 402作为衬垫部400的情况进行了说明。另外，在第二实施例中，对Ξ电极单面埋弧焊中使用 下敷焊剂411、衬垫焊剂412及空气软管413作为衬垫部400的情况进行了说明。进而，在第Ξ 实施例中，对二电极单面埋弧焊中使用软质衬垫材421作为衬垫部400的情况进行了说明。 但是，多电极单面埋弧焊的电极的数量与衬垫部400的构成并不限于上述的组合，可W对该 组合进行适当改变。
[0199] 符号说明
[0200] 1…焊接装置、10···第一焊接单元、11···第一供给装置、12···第一焊接电源、20···第 二焊接单元、21···第二供给装置、22···第二焊接电源、30···第Ξ焊接单元、31···第Ξ供给装 置、32-第；焊接电源、40···第四焊接单元、41···第四供给装置、42···第四焊接电源、50…台 车驱动装置、60···控制装置、70···第一焊剂供给装置、80···第二焊剂供给装置、90···台车、 110…第一焊丝、120…第二焊丝、130…第Ξ焊丝、140…第四焊丝、200…工件、201…第一钢 板、202…第二钢板、300…表焊剂、400…衬垫部、500…焊接金属、600…坡口填充材料。
【主权项】
1. 一种多电极单面埋弧焊方法，其特征在于，是使用了先行电极和继该先行电极的后 行电极的多电极单面埋弧焊方法， 在所述先行电极及所述后行电极中分别使用直径2.4mm以上的焊丝， 对各个焊丝进行供电的电源的供电方式及外部特性与各个焊丝的供给速度的速度控 制方式如下： 在所述先行电极中设定成所述供电方式为交流、所述外部特性为恒定电压特性、所述 速度控制方式为恒定速度控制， 在所述后行电极中设定成以下中的任一种，即 (a) 所述供电方式为直流、所述外部特性为恒定电压特性、所述速度控制方式为恒定速 度控制， (b) 所述供电方式为交流、所述外部特性为恒定电压特性、所述速度控制方式为恒定速 度控制， (c) 所述供电方式为交流、所述外部特性为恒定电流特性、所述速度控制方式为基于电 弧电压的电压反馈控制， (d) 所述供电方式为交流、所述外部特性为下垂特性、所述速度控制方式为基于电弧电 压的电压反馈控制，及 (e) 所述供电方式为直流、所述外部特性为恒定电流特性、所述速度控制方式为基于电 弧电压的电压反馈控制。2. 根据权利要求1所述的多电极单面埋弧焊方法，其特征在于，所述后行电极包含继所 述先行电极的多个电极而构成， 在构成所述后行电极的所述多个电极中分别将所述供电方式、所述外部特性及所述速 度控制方式设定为所述(a)~所述(e)中的任一种。3. 根据权利要求2所述的多电极单面埋弧焊方法，其特征在于，在构成所述后行电极的 所述多个电极中，从所述先行电极来看位于最后侧的最终电极将所述供电方式、所述外部 特性及所述速度控制方式设定为所述(c)或所述(d)。4. 根据权利要求1~3中任一项所述的多电极单面埋弧焊方法，其特征在于，在使用具 有所述恒定电压特性的所述电源的情况下，在工作点的电压相对电流的斜率即微分值dV/ dl 为-12.0X10-3(V/A)以上。5. 根据权利要求1所述的多电极单面埋弧焊方法，其特征在于，在使用具有所述恒定电 流特性或所述下垂特性的所述电源的情况下，在工作点的电压相对电流的斜率即微分值 dV/dl 为-24.0X10-3(V/A)以下。6. -种焊接物的制造方法，其特征在于，是通过使用了先行电极和继该先行电极的后 行电极的单面埋弧焊对母材进行焊接而成的焊接物的制造方法， 在所述先行电极及所述后行电极中分别使用直径为2.4mm以上的焊丝， 对各个焊丝进行供电的电源的供电方式及外部特性与各个焊丝的供给速度的速度控 制方式如下： 在所述先行电极中设定成所述供电方式为交流、所述外部特性为恒定电压特性、所述 速度控制方式为恒定速度控制， 在所述后行电极中设定成以下的任一种，即 (a) 所述供电方式为直流、所述外部特性为恒定电压特性、所述速度控制方式为恒定速 度控制， (b) 所述供电方式为交流、所述外部特性为恒定电压特性、所述速度控制方式为恒定速 度控制， (c) 所述供电方式为交流、所述外部特性为恒定电流特性、所述速度控制方式为基于电 弧电压的电压反馈控制， (d) 所述供电方式为交流、所述外部特性为下垂特性、所述速度控制方式为基于电弧电 压的电压反馈控制，及 (e) 所述供电方式为直流、所述外部特性为恒定电流特性、所述速度控制方式为基于电 弧电压的电压反馈控制。
【文档编号】B23K9/12GK105939812SQ201480074393
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年10月3日
【发明人】铃木励, 铃木励一, 山崎圭, 幸村正晴, 村西良昌
【申请人】株式会社神户制钢所