12．水中溶接継手の試験検査 ※1

宮 森 勝 弥　 村 井 徹

被覆アーク溶接法による水中溶接は実際の工事に用いられているが、特殊な環境で施工されるために、陸上のものに比

し、強度的にやや劣るものと思われる。また実際に海中で行われた試験結果も公表されたものが少ない。そこで現在行われ

ている水中溶接の強度的信頼性を調査することを目的として、水深約４ｍの海中で板厚12mmの軟綱板を下向き、横向き、

立向きの姿勢で突き合せ溶接したものについて、Ｘ線検査、強度試験、顕微鏡観察等を行った。

以上の諸試験より、外観が良好でも内面にブローホール等の欠陥が発生すること、引張り強度は母材の80％以上となり

好結果を示すが伸びが毋材の1/3～1/2 になること等が判明した。

Test Results of Underwater Welding

Katsuya MlYAMORI *4, Tohru MURAI * s

The strength reliability of an underwater welding using conventional welding

rods was studied. Mild steel plates of 12mm thickness were welded in 4 meters

depth of water for three different attitudes including of that horizontal

and vertical. A series of X-ray inspections and mechanical tests for the welds

indicated that many blow-holes were concealed inside the welding beads of good

appearances, and that tensile strength and elongation of the welded specimens

were more than 80 percent and less than 50 percent of parent metal respectively.

ま え が き

近年海洋工事がさかんになり、水中溶接の分野に

おいても数多くの基礎研究やプラズマ溶接、水ジェ

ット局部乾式水中溶接等の試みがなされている。こ

れらは新しい海洋構造物の建造方法を生み出すもの

と期待されている。ダイバーによる被覆アーク溶接

法は古くから沈船引上げ、船舶の応急修理、護岸工

事等に用いられている。これらの溶接施工法は陸上

と同じイルミナイト系、あるいはチタニア系の溶接

棒に防水加工を行い、直流の溶接機によって行われ

ている。悪条件の環境下であるため、ブローホール、

スラグ巻込み、硬度の増加、アンダーカット等の欠

陥が発生して、陸上のものに比し強度的にやや劣る

と思われる。水中溶接継手の実験室的な研究は数多

く公表されているが、ダイバーが実際に海中で行っ

たものの試験結果の公表は少ない。本報告は水深４

ｍの海中で板厚12mm の軟鋼板に下向 き、横向 き、立

向きの姿勢で突合せ溶探したものについて、Ｘ線検

査、強度試験、顕微鏡検査を行ったものである。な

お、継手部の試験は石川島播磨重工㈱に衣頼した。

2. 目 的

現在実際に行われている水中溶接工事の強度的信

頼性 を調査して、水中溶接研究の資料 を得る。

3. 方 法

3.1 溶接継手試験板

試験板は溶接は水深約４ｍの海中で、それぞれイ

ルミナイト系Ｂ －10とチタニヤ系 Ｂ －33 を用いて行

former; Manned Undersea Technology & EngineeringDepartment

(present; Ishikawajima Harima Heavy Industries, LTD.)

Manned Undersea Technology & Engineering Department

゛1本研究は、科学技術庁研究調整局から委託を受

けた「海中作業基地による海中実験研究（シート

ピア計画）」の一環として実施したものである。－

’21前潜水技術部（現石川島播磨重工業㈱）

潜水技術部

表 １　試験板の符号と溶接条件

水深，溶接棒

Working depthWorking

electrode

姿　　勢

Attitude･

符　号

Symbol

試験板寸法

Dimension ofwelded plate

溶　　接　　 条　　件

Welding conditions

電流 パス数

Numberof pass

水 温(C)

透 明 度

(m)

UnderwaterVisibil ity ，

＆５ｍ

D 4 3 0 1

Ｂ－１０．５や

下　向(F)

FlatH F t =12×280 ×400 283 ６ １０ 1.0 -3.07

横　向

HorizontalHH //　×260x // ２７４ ７ １１ (15 1.78

立　 向

VerticalH V yz ×250 ×yz 204 ５ １０ 1.3 ０

下 向1(見本)(FS)

Flat(specimen)

H FS Xy ×270x // ２８３ 1～6 １０ 1.0 -1.26

ｔｏｍ

D 4313

Ｂ－３ 3.4$

下　 向(F)

FlatMF t =12×260 ×300 １９０ ９ 23 ／ 7.91

横　向 Ｈ）

HorizontalMH yy ×// X400 0180 １０ 23 ／ 7.05

立 向(V)

VerticalMV X/　×270x // ４ 23 ／ 1.70

（米）角変形は溶接後の状態を示す。

- 81　

Symbol of test piece and condition of welding

つた。母材はC =0.15～0.18％、Gy=- 31 .5kg/mm2

°'B=46.5kg/mm2 , Efl=45.Wo の軟鋼でありヽ 試

験板の形状は板厚12mm、板巾250mm 、長さ400mm で

裏当金(t = 9 mm X 40mm)付き、45°Ｖ開先とした。

表１には試験板の符号と寸法、溶接条件及び溶接後

の変形を示す。

３．２継手性能試験

図１に示すように試験片を採取して以下の手順で

各試験板の継手性能を調べた。

図 ２

図 ３

図 １

図4

図 ５

- 82

図１　試験板の形状および試験片採取位置

Shape and arrangement of test piece

下　向

Flat

横　向

Horizontal

立　向

Vertical

図２　外観写真

External picture

100倍写真

化 学 分 析

マ ク ロ

ミ ク ロ

硬 度

引張り

表裏曲げ

シャルピ

ビッカース硬度計(10kg)

一 図６

4｡ 継 手 性 能 試 験 結 果

4.1 外観検査

図２に外観写真を示すが下向き、横向き、立向き

共にビートの形状は良好である。横向き及び立向き

ではそれぞれ約1 ～３ｍｍ程度のアンダーカシトがピ

ートの両側に生じている。

4.2 X 線検査

図３にＸ線写真を示すが、ブローホールの発生が

みられ、陸上の基準で判定すると３・４級程度と認

められる。

特に下の写真からはブローホールがビート全体に

分布していることがわかる。

4.3 マクロ試験

図４は断面マクロ写真であり、下向き、立向きで

はアンダーカットの発生がみられ、又どの姿勢にお

いてもブローホールの散在が観察される。

4.4 ミクロ試験

図５に下向き溶接について、①母材部、②熱影響

部及よび③溶着金属部の３箇所の倍率100 のミクロ

写真を示す。写真撮影した熱影響部及び溶着金属部

判　 定

J1S 3 級

JIS 4 級

JIS 4 級

JIS 3 級

判　定

JIS 4級4th class of 01$

JIS 4級

JIS 4 級

4th class of JIS

X ｒａy picture

下向：　６パ ス

横向：　７パス

立向：　５パ ス

Vertical :5 passes

図４　断面マクロ写真

-

（X100 ）

（X100 ）

図５　断面ミクロ写真HF

83　

母 材

｛2｝ 熱影響部

（3 ） 溶着金廣

図６　硬度分布H F S

Macro-picture of section of test piece

Hardness distribution of test piece HFS

Horizontal :

7 passes

Flat :6 passes

Micro picture of section of test piece HF

Deposite

Heat affectedzone

3rd class of JIS

4th class of JIS

4th class of OIS

3rd class of JIS

Evaluation

Base metal

図３　Ｘ線写真

4th class of JIS

Evaluation

破断後の形状 Fracturing behavior破断面 Fracture surface

図７　引張試験Tensile test

図８　曲げ試験Bending test

84

85

表２　 継手部の機械試験結果一覧

母材破断強度(0が46.5kg/mn2 〉との比率

Ratio tｏ the stren th of base metal破断した時の角度９・IIは２

覃の試験片の各値

actured specimen, 2 values of °/゚ indicate the test results ｏｆ ２ specimens

Test iece of JIS-No. 4　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　試験片31 の平均値を示す．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

Mean valve of the test results of 3 specimens　　　　　　　　　　　　　　

図９　シャルピー衝撃試験破断面

は再加熱された部分であり、熱影響部では緇粒化し

たフェライトとパーライトが、溶着金属部では微細

化したフェライトとパーライトが認められる。また、

最終層以外の層の変質部は次層の溶接により組織が

改善されて陸上の場合と大差ないことが判る。

４．５硬度測定

図６に下向きの硬度測定結果を示す。最終層熱影

響部は硬化が認められ1300H V となり、'他の例では

400 H V の硬化が認められたら溶着金属部は全般的

に200 H V 以下であり陸上の場合と大差がないよう

思われる。

-

4｡6 引張り試験

引張り、表裏曲げ、シャルピー衝撃試験の結果を

まとめて表２に示す。

図７に引張り試験後の形状を示すが、下向きの試

片は母材から、その他のものは溶着金属部のアンダ

ーカット及びブローホールの部分より破断した。母

材破断強度と試験片の破断強度の比である継手効率

は100 ～83％となっており、比較的良好な結果を示

す。伸びは8 ～13％で陸上に比較して％～％である。

4.7 曲げ試験

曲げ試験結果の試験片を図８に示す。下向き姿勢

では表裏曲げ共に180°曲ったものもあるが、他の姿

勢では28～70°程度で欠陥部より折れた。 180°曲が

ったものでも表裏に欠陥の認められるものもある0

4.8 シャルピー衝撃試験

アンダーカットが大きいために、100mm2の標準試

験片がとれず7.5 ×10×55mmの試験片とした。衝撃

値は4.9～7.0ky m /ｃ㎡で欠陥が認められるにもか

わらず結果は良好である。　試験後の試験片を図９

に示す。

5｡ 結 論

以上 の試験結果を考察し次の結論を得た。

（Ｉ）外観が良好でも内面 にブロ一ホール等の欠陥

が認められる。

（２）最終層 の熱影響部は急冷 され硬化するが、他

Breaking point of charpy impact test

の層の熱影響部および溶着金属部では次層溶

接による再加熱のためさほどではない。組織

についても同様に、最終層以外では、比較的

良好な組織となっている。

86

（３）引張り強度は母材の80％以上となり、良好な

結果となっているが伸びは陸上溶接の％～％

となっている。