JPH01224169A

JPH01224169A - フラッシュ・バット溶接法における酸化物除去方法

Info

Publication number: JPH01224169A
Application number: JP5138788A
Authority: JP
Inventors: Mitsusane Kawasaki; 河崎　充実; Junya Matsuyama; 松山　準也
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1989-09-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はフラッシュ・バット溶接法における酸化物除去
方法に係り、詳しくは、フラッシュ・バット溶接時の溶
接部若しくは接合部に生成介在する鹸化物等を微細化し
、しかも、この酸化物等をきわめて高いアプセット力を
与えて効果的に除去し、なかでも、大径鋼管やレール、
ハイテンションチェン、厚板等で引張強さ５０ｋｇｆ／
閣２以上の鋼材で、引張強さならびに曲げ特性等にすぐ
れた溶接部が得られるフラッシュ・バット溶接ができる
溶接部や接合部から酸化物を除去する方法に係る。

従　　来　　の　　技　　術一般に、Ｍ扱や小径鋼管等の薄物の溶接には、突合せ溶
接が用いられている。これに対し、大径鋼管や厚板、レ
ール、ハイテンションチェン等の如き、所謂厚物には、
突合せ溶接で入熱情が不足することから、フラッシュ・
バット溶接法が用いられている。フラッシュ・バット溶
接法とは、フラッシュ過程とアプセット過程とから成っ
ているもので、フラッシュ過程で一対の鋼材間にフラッ
シュを発生させて鋼材接合面を溶融し、その後のアプセ
ット過程でこの鋼材の溶融接合面を互いに接近突合せて
鋼材を互いに加圧接合する。しかしながら、フラッシュ
・バット溶接法では、溶接時の高温加熱によって溶接部
若しくは接合部のオーステナイト結晶粒が粗大化するほ
か、鋼材を突合せ状態で加圧溶融接合する突合せ溶接に
較べると、フラッシュ過程で接合面を溶融する時に、酸
化が起こり易（、この酸化物がアプセット過程でも接合
部に残存介在し、得られる溶接部の性質や強度が損なわ
れる欠点がある。

更に詳しく説明すると、フラッシュ・バット溶接は大電
流のもとで溶込みを太き（して高能率で溶接でき、この
ため、厚物の如く、接合面の面積の大きい鋼材であって
も安定した溶接部を得ることができる長所を持って、こ
れ故に、レール、ハイテンションチェン、大径鋼管等の
溶接に広く利用されている。しかし、フラッシュ・バッ
ト溶接によって得られる継手部について、引張試験、曲
げ試験を行なうと、接合部で破断してしまうといった欠
点がある。そこで、この原因を検討すると、次の２つの
ところが挙げられる。

（１）フラッシュ過程、なかでも、大電流で溶込みを太
き（すると、接合面の酸化物の生成が促進され、この酸
化物がアプセット過程でも残存し、接合部若しくは溶接
部に酸化物が介在し、溶接部の強度や性質が損なわれる
こと、（２）フラッシュ・バット溶接時の＾温和熱によ
り接合部のオーステナイト結晶粒が粗大化し、溶接部の
性質、強度が損なわれること、このとごろから、特開昭６０−９６３７８号公報に示す
如く、フラッシュ・バット溶接による溶接部の品質向上
をはかることが提案されている。

このフラッシュ・バット溶接法では、フラッシュ過程を
前期と後期とに分け、前期で被溶接材によって決められ
る所定温度まで加熱し、その慢、後期でフラッシュ電圧
を前期のフラッシュ電圧よりおとして接合面全体にわた
って安定かつ微細なフラッシュを発生させる。また、そ
の債のアプセット過程では、鋼材への電力供給を停止し
、この状態で鋼材に対し再結晶温度付近の変形抵抗より
わずかに大きいアプセット力を加えて溶融接合面を圧接
する。

しかしながら、このフラッシュ・バット溶接法は、被溶
接材として薄板等の薄物までも対象としていることもあ
って、アプセット力を例えば５〜７　ｋ（１／　ＣＩ’
程度に高めると、突合せ時に座屈が起こることから、ア
プセット力は５〜７ｋｌＪ／ＣＩ２以下の如（、非常に
低い力しか加えておらず、このため、アプセット過程で
接合部に残存する酸化物は微細分散化して除去できず、
引張、曲げ試験において接合部で破断するといった欠点
がある。要するに、フラッシュ・バット溶接法では溶接
部に介在する酸化物が不利な結果をもたらすのにも拘ら
ず、このところを解消する効果的な手段が未だ開発され
ていないのが現況である。

発明が解決しようとする課題本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的には、フラ
ッシュ・バット溶接の適用が好適な大径鋼管、レール、
ハイテンションチェン等の溶接において、介在する酸化
物を微細化、分散化、更に除去して、溶接部の性質、機
械的特性の改善をはかる方法を提案する。

課題を解決するための手段ならびにその作用まず、本発明法は、一対の鋼材間にフラッシュを発生さ
せてこれら鋼材の接合面を溶融するフラッシュ過程を経
てから、その後のアプセット過程で鋼材の溶融接合面を
接近させて圧接するフラッシュ・バット溶接法であって
、しかも、この溶接のときに、鋼材間の溶接部に介在す
る酸化物を効果的に除去する。

また、本発明法では、フラッシュ工程を前期と後期とに
分け、好ましくは、前期と後期とを１対１若しくはそれ
に近い割合に分け、この際のフラッシュ電圧を前期で１
．５〜１１．０ｖ％慢期で４．０〜６．０Ｖに設定する
ほか、アプセット過程で２〜６ｋｇｆ／ＩＩＩ’のアプ
セット力を加えると共に、鋼材間に電流を通電しその電
流密度を１〜２０Ａ／ｌｌＩ２の範囲に保つ。従って、
溶接部に介在する酸化物は微細化分散し、更に、効果的
に除去できる。

そこで、これら手段たる構成ならびにその作用について
具体的に説明すると、次の通りである。

まず、フラッシュ過程を前期と後期に分けて、好ましく
は、前期ならびに後期を、例えば、１対１若しくはそれ
に近い割合に分けて、冬期にそれぞれ所定のフラッシュ
電圧をかけて、鋼材の接合面間でフラッシュを発生させ
て溶融する。

すなわち、前期のフラッシュ電圧は、常法の通り、被溶
接物の鋼材の突合せ接合面を全面にわたって溶融させる
目的で印加する。この場合、７．５ｖより少ないと、全
面を溶融するどころか、被溶接物の鋼材の接近スピード
に溶融速度が追いつけなくなり、フリージングが生じる
。また、フラッシュ電圧が１１．ＯＶより大きいと、電
気的エネルギーが過大になって、フラッシュの発生が過
大になり、被溶接材の接合面に著しく凹凸の激しい凹凸
部が発生し、この接合面の凹凸部に残存した酸化物はア
プセット過程を経た後も残存し、得られる継手の機械的
特性に悪影響が与えられる。

また、後期においては、そのフラッシュ電圧を前期のフ
ラッシュ電圧より下げ、４．０〜６．Ｏｖの範囲内に設
定する。この理由は、前期のフラッシュ過程で生じた接
合面の凹凸を後期で平滑化して、アプセット過程におい
て円滑に酸化物が排出できるようにするためである。更
に詳しく説明すると、前期でフラッシュ電圧を上記適正
範囲内に保っても、接合面の全体にわたって溶融させる
以上、程度の差はあるが、どうしても凹凸部が生成し、
この凹凸部がそのままであると、なかでも、凹部に酸化
物が付看し、残存することが多い。このために、後期で
はフラッシュの発生を調整し、前期で発生した凹凸部を
平滑化して、この平滑化された接合面上に酸化物を付看
させ、後記のアプセット過程で所定のアプセット力を加
えて、酸化物を排出できるようにする。このため、後期
のフラッシュ電圧は前期よりも低下させて、４．０〜６
．　ＯＶにする。すなわち、後期のフラッシュ電圧が６
．Ｏｖより高いと、凹凸部がアプセットのときまで残り
、４．　ＯＶより低いと、溶融速度がプラテンの移動速
度より小さくなり、フリージングが生じる。

次に、以上の通りにフラッシュ過程を経た後、アプセッ
ト過程において、例えば、２〜６ｋｌＪｆ／−２の大き
なアプセット力を加えて、フラッシュ過程で生成した酸
化物を追出す。また、これに併せて、アプセット過程で
は被溶接物の鋼材間に通電して、この際の電流密度を１
〜２０Ａ／−２に保ち、フラッシュ過程で生成した酸化
物を微細化して、上記アプセット力により容易に追出し
できるようにする。

すなわち、フラッシュ過程で一対の鋼材接合面や、その
上に生成した酸化物を、上記の如（調整し、この上で、
アプセット過程において両接合面を突合せて接合し、こ
のときに、大きなアプセット力を加えることによって、
酸化物を除去し、機械的特性などに慣れる溶接継手を得
る。

口の際、アプセット力が２ｋＱｆ／閣２より小さいと、
突合せ面に生成した酸化物が外部に排出されに＜＜、接
合部に残存し、引張、曲げシャルピー等に悪影響を及ぼ
す。

また、６ｋｌＪｒ／−２より大きいと、接合面の冷接部
分、つまり、固相接合部が生成し、得られる溶接継手は
溶接欠陥を持つことになって、良好な結果を示さない。

また、アプセット過程で通電するのは、この通電によっ
て酸化物を微細化し、酸化物の排出を助長促進するため
である。

このところから、電流密度は１Ａ／ｍｍ２以上必要であ
るが、２０Ａ／ｍｍ２をこえると、溶接機の容鴫に支障
をきたすことになる。と（に、鋼材突合せ面の断面積が
きわめて大きいときには、電流密度を１０Ａ／ｍｍ２よ
り太き（すると、溶接機の容ｌ１ｔｆ−きわめて太き（
なって好ましくない。

実施例まず、第１表に示す化学組成からなる高張力鋼板（厚さ
１８閤Ｘ幅１００閣×長さ５００閤）を用意し、下記の
条件で、本発明法によってフラッシュ・バット溶接を行
ない、その後、常温まで冷却（放冷）した。

く溶接条件〉前期　　後期フラッシュ電圧　７．５〜ｉｔ、０（Ｖ）　　４．０〜
６．０（Ｖｌフラッシュ時間　　　　　　５０（秒）フ
ラッシュ代　　　　　　　２５（■）アプセット力（試
料単位断面積あたり）２〜６（ｋ１２４／Ｉ＋１１２）
アプセット電流密度　　１．０〜２０．０（Ａ／ｍ２）
次に、溶接部における余島部をグラインダーにて除去し
、板厚の中心から径１０閣の丸棒引張試験片を切り出し
て引張に験を行なった。また、曲げ試験は１８ｔＸ１２
．５ＷＸ２００ｊのサイドベンド試片で行なった。その
結果を第２表に示す。

なお、第２表において、Ａ〜Ｆは本発明方法で溶接した
ものであるのに対し、６〜には比較例（すなわち、Ｇ％
Ｈはアプセット力が高いもの、■は前期のフラッシュ電
圧が高いもの、Ｊ、には前期のフラッシュ電圧が低いも
のを示す。）である。

第２表から明らかなように、本発明法によって得られる
溶接継手の引張特性及び曲げ特性は良好であるが、比較
例Ｅ、トのようにアプセット力が９．０．１１，０ｋｑ
ｆ／ａ２の値であると、曲げ試験で熱影響部メタル７０
−に割れが生じたり、引張試験においては、接合部で破
断し、継手強度も母材より低下した。また、比較例１の
如く、前期のフラッシュ電圧が高いときは酸化物の生成
が多いこともあって、引張試験で接合部において破断し
、反対に、比較例Ｊ、にの如く、前期のフラッシュ電圧
が低いときでも、接合面の溶込みかヤヤ不足することか
ら、同様に接合部で破断した。

また、アプセット過程においてアプセット力を変化させ
て、低アプセット力と高アプセット力で行なった場合の
典型的な溶接断面のマクロ組織例を示すと、第１図（ａ
）ならびに（ｂ）の通りであった。第１図＋１１）に示
す如く、高アプセット力では、メタル７０−が接合部に
近づく程急激に立上がり、接合部自身も白色溶融層は認
めら〈発明の効果〉以上詳しく説明した通り、本発明法は、フラッシュ過程
で一対の被溶接物の鋼材間にフラッシュ電圧を印加する
場合、フラッシュ過程を前期と後期とに分け、前期のフ
ラッシュ電圧を７．５〜１１．０（Ｖ）、後期のフラッ
シュ電圧を４．０〜６．Ｏｎの範囲で印加し、更に、ア
プセット過程では一対の被溶接物の鋼材間に通電し、そ
の際のＷ１重密度を１〜２０（Ａ／閤２）に保持し、こ
れに併せて、アプセット力を２〜６（ｋｔｌｆ／閤２）
の範囲にする。

従って、このフラッシュ−バット時に接合面に生成する
酸化物は微細化、均一に分散され、更に、これら酸化物
は効果的に除去できる。このため、大径鋼管を溶接する
ときでも、その溶接部の機械的特性は大巾に改善できる
。換言すると、本発明法によって、フラッシュ・バット
溶接し、この際に生成する酸化物を除去すると、母材の
機械的特性と変わらない継手引張特性、継手曲げ特性に
優れた高張力鋼の溶接部を１ｑることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ならびに（ｂ）は低アプセット力及び高ア
プセット力で溶接を行なった場合の溶接部の断面組織を
示す顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１）一対の鋼材間にフラッシュを発生させてこれら鋼材
の接合面を溶融するフラッシュ過程を経てから、その後
のアプセット過程で鋼材の溶融接合面を接近させて圧接
するフラッシュ・バット溶接法で、前記鋼材間の溶接部
に介在する酸化物を除去する際に、前記フラッシュ工程を前期と後期とに分け、この際のフ
ラッシュ電圧を前期で７．５〜１１．０Ｖ、後期で４．
０〜６．０Ｖに設定するほか、前記アプセット過程で２
〜６ｋｇｆ／ｍｍ＾２のアプセット力を加えると共に、
鋼材間に電流を通電しその電流密度を１〜２０Ａ／ｍｍ
＾２の範囲に保つことを特徴とするフラッシュ・バット
溶接法における酸化物除去方法。