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造船の分野では、厚板溶接継手の品質が船舶構造の安全性、耐久性、耐疲労性に直接影響します。両面溶接ルート洗浄・成形技術は、厚板溶接（船体部分、強固な甲板、主要部のサイドトップ隔壁などの大規模な組立）の中核工程として、両面溶接を実施しルート欠陥を徹底的に除去することで、溶接シームの完全貫通と内部欠陥の発生を保証します。これは、中国船級協会 (CCS) によって設定された船舶溶接品質の必須要件の 1 つです。この記事では、「鋼鉄商船分類規則」（2021 年）、「船舶の溶接試験」、「鋼製溶接大気圧容器」（NB/T 47015）などの規格と組み合わせて、両面溶接ルートの洗浄および成形技術の仕様要件、プロセスのキー ポイント、エンジニアリング アプリケーションを体系的に分析します。
両面溶接ルートクリア成形技術とは、両面溶接法（サブマージアーク溶接、CO₂ガスシールド溶接など）を使用し、表側溶接シームの溶接を完了した後、機械的または熱的方法により溶接シームのルート部にある未溶融、スラグ、およびガス気孔欠陥を除去し、その後裏側のルートクリア溶接を行う一連のプロセスを指します。その中心的な目的は、溶接シームが完全に貫通され、内部欠陥がないことを確認し、CCS が要求する溶接品質グレード (A グレード、B グレードなど) を満たすことです。 CCSの「鋼船分類諸元」第3部第2章第2.2.4条によれば、「静荷重または動荷重がかかる重要構造物（船体梁、強固なフレーム、側面外板など）の突合せ溶接において、板厚が規格で定められた片面溶接の有効厚さを超える場合には、両面溶接または両面溶接と同等の完全溶け込み溶接を採用する必要があります。」その中で、 「ルートクリア成形」は「完全溶け込み」を達成するための重要なステップであり、その品質は溶接シームの耐力と亀裂伝播抵抗に直接影響します。
CCSは、両面溶接ルートクリアランス形成技術について、材料選定、ベベル設計、洗浄工程、検査基準、リワーク管理などを網羅した体系的な仕様を提案しています。要点は次のとおりです。 1. 材料および溶接材料の要件: 両面溶接ルートクリアランスは、船舶構造用の CCS 規則に規定されている構造用鋼 (AH32、DH36、EH36 などの高張力鋼) に適用され、「船舶用構造用鋼」の要件を満たす必要があります。厚さが 30mm を超える板については、層間剥離、介在物、その他の欠陥がないことを確認するために、超音波試験 (UT) による再検査が必要です (「船級規則」第 3.2.1 条)。
1. 溶接材料の認証: 溶接材料 (溶接棒、溶接ワイヤ、溶接フラックス) は CCS 製品 (「船舶溶接材料認識試験規則」など) によって承認されている必要があり、その強度は母材の強度と一致する必要があります。たとえば、EH36鋼を溶接する場合、溶接金属の強度、靭性、耐割れ性が母材の強度を下回らないように、低水素アルカリ溶接棒（J507RHなど）や高靭性サブマージアーク溶接ワイヤ（ER50-6など）を選択する必要があります。
2. 溝設計と前処理溝形状: 板厚と構造位置に基づいて、CCS は X 字型またはダブル V 字型溝の使用を推奨します (図 1)。両面溶接の場合、ルート不完全融着のリスクを軽減できます。開先角度 α は通常 60° ～ 70°、フィレット半径 p ≤ 2mm (板厚 ≤ 25mm の場合) または p ≤ 3mm (板厚 > 25mm の場合)、ルートギャップ b ≤ 2mm (「船舶構造用溶接溝」による) です。
前処理要件: 溶接前に、油、錆、酸化スケールなどの不純物を除去するために、溝と両側 20 mm の領域を洗浄する必要があります (「船舶溶接プロセス承認試験」の第 5.2.1 条)。高張力鋼 (EH36 など) の場合、溶接シームの冷却速度を低下させ、低温割れを防ぐために火炎予熱 (予熱温度 ≥ 100℃) が必要です。
3. ルート洗浄プロセスと操作仕様 ルート洗浄方法: CCS によって許可されているルート洗浄方法には、カーボン アーク ガウジング (CJP)、フライス加工、またはプラズマ切断が含まれます。カーボン アーク ガウジングは (低コストで高効率であるため) 推奨される方法ですが、浸炭層や銅スポット (その後の溶接品質に影響を与える) の形成を避けるために、ガス切断パラメータを厳密に制御する必要があります (電流 180 ～ 250A、圧縮空気圧力 0.5 ～ 0.6MPa)。
ルートクリアランスの深さと形状: ルートクリアランス後、金属表面は金属光沢を持って露出し、ルートに不完全な溶融やスラグの混入などの欠陥があってはなりません。ベベルの根元の半径 r ≥ 2mm (X 型ベベルの場合) または r ≥ 1.5mm (V 型ベベルの場合)、フィレット エッジ p ≤ 1mm (GB/T 19868-2005 に準拠)。板厚が 30 mm を超える溶接の場合は、裏面溶接がスムーズに形成されるように、ルート クリアランスを 2 段階で実行することをお勧めします (1 段階目は裏面から 2 ～ 3 mm までクリアし、2 段階目は徹底的にクリアします)。
4. 溶接中の裏面溶接と加熱後の処理: ルート洗浄後、表面と同じ溶接材料とプロセスを使用して裏面溶接を直ちに実行する必要があります (たとえば、サブマージ アーク溶接では、電流は 180 ～ 220 A、電圧は 28 ～ 32 V、速度は 35 ～ 45 cm/min)。両面溶接シームの厚さが均一で、アンダーカットがないことを確認します (アンダーカットの深さは 0.5 mm 以下、長さは溶接シームの全長の 10% 以下である必要があります)。
後加熱と断熱：高張力鋼（EH36など）の場合、または周囲温度が5℃未満の場合、溶接終了後、溶接残留応力を除去し、水素誘起割れを防止するために、後加熱処理（温度200〜300℃、保温時間1〜2時間）が必要です（CCS「鋼船分類仕様書」3.3.4による）。
5. 品質検査および合格基準 - 非破壊検査 (NDT): 両面溶接の溶接継ぎ目に対して 100% 放射線検査 (RT) を実施する必要があります。 RT は、GB/T 3323-2005「金属溶融溶接における溶接継手の放射線透過試験」に従って実行されるものとし、B レベル (欠陥等級がレベル II を超えない) に合格するとみなされます。 （UTもできるのですが、あまり知識がありません。UTがどのような検査をするのか、時間があるときに勉強してみたいと思います。）
外観検査: 溶接継ぎ目の表面は、亀裂、細孔、またはスラグの混入がなく、滑らかで継ぎ目がない必要があります。余分な高さは 0 ～ 3mm (X 字溝の場合)、または 0 ～ 4mm (V 字溝の場合) としてください。幅は溝と比較して各側で 2mm 以内に増加させる必要があります (「鋼船分類規則」の付録 1)。
6. 品質管理の重要なポイントと回避すべき一般的な問題: ルートの洗浄が不十分: ルートの融合が不完全になる可能性があります。 UT再検査（板厚の80％以上）による洗浄深さの確認と、専用ゲージ（溝ゲージなど）による形状確認が必要です。
水素誘起割れ：高張力鋼を溶接する場合、低温割れを防ぐために予熱温度（≧100℃）と層間温度（≦250℃）を厳密に管理する必要があります。
再作業管理：検査中に欠陥が検出された場合、CCS「船舶の溶接プロセス認定試験」の要件に従って再作業を実行する必要があります（同じ領域に対する再作業の回数は2回を超えてはなりません）。やり直し後は、再度 UT/RT テストを実施する必要があります。
結論
中国船級協会によって設定された両面溶接ルートクリア成形プロセスの技術仕様は、船舶建造の品質に対する「厳しい制約」です。材料のマッチング、溝の最適化、ルート除去プロセスの制御、および厳格な検査を通じて、溶接シームの完全な溶け込みを効果的に確保することができ、それによって船舶構造の安全性と信頼性が向上します。
