JPH0373387B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレールの溶接方法の改良に関するもの
である。

〔従来の技術〕

一般にレールのガスシールドアーク溶接は、レ
ール端面に12〜17mmのギヤツプ（開先）を設け、
溶接部をシールドガスを満たしたチヤンバで覆
い、チヤンバ内に細径の溶接ノズルを挿入し、ノ
ズル内を通つている溶接ワイヤと母材との間にア
ークを発生させて行なわれる。この際レール底部
は通常の多層盛溶接であるが、レール腹部および
頭部は、チヤンバ内に設けた一対の水冷銅板でレ
ールを囲み、溶接金属の漏洩を防止するととも
に、該水冷銅板に穿設されたシールドガス噴出口
よりシールドガスを噴出させながらエレクトロガ
スアーク溶接を行なう。

第３図はレールのガスシールド溶接装置の斜視
図、第４図はレール底部の溶接時の断面図、第５
図はレール腹部及び頭部の溶接時の断面図であ
る。図中１はレール、１ａはその底部、１ｂはそ
の腹部、１ｃはその頭部、１ｄは天端、２は溶接
機、３は溶接ワイヤ、４はガスシールドチヤン
バ、５は溶接ノズル、６は水冷銅板、６ａはシー
ルドガス噴出口である。前記一連の溶接は、レー
ル形状およびレール各位置での溶接条件を記憶し
たマイクロコンピユータにより全自動制御にて行
なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところでこのガスシールドアーク溶接におい
て、溶接の能率向上を図るためには、溶接入熱の
増加すなわち溶接電流を増加させるのが、最も簡
単な方法であるが、レール溶接の場合入熱増加に
は次のような問題がある。

レールのような高炭素鋼は入熱増加による高温
で、高温割れを発生する恐れがあるため、自ら入
熱の上限値が制限される。

レールの底部から頭部まで連続溶接を行なう際
は、その位置によつて熱のこもり方が異なる。す
なわちレール腹部および頭部では底部より熱がこ
もりやすく、頭部でも天端近傍ではさらに熱の放
散が少ないため、同一入熱であつても溶融池の金
属量が著しく増加し、溶融池が乱れやすくなる。
これは溶接アークの安定性に悪影響を与え、スパ
ツタや溶接欠陥を発生する原因となる。

以上を配慮の上溶接入熱一定で、溶接金属量を
増加させる方法として、とるべき方法は次の２つ
であると考えられている。

Γ溶接ワイヤの突出し長さを増加させる。

Γ溶接の極性を正極性（溶接ワイヤを負極、母材
を正極）とする。

第６図は、溶接ワイヤの突出し長さと溶着金属
量との関係を示す線図である。溶接ワイヤの突出
し長さを大きくする方法は、入熱一定で溶着金属
量を増加させるには優れた方法であるが、突出し
長さが長くなるとアーク力その他の力によつて溶
接ワイヤが曲り、溶接アークの安定性が妨げられ
る。第７図は、溶接時の極性による溶着金属量の
差を示す線図であり、同一電流（同一入熱）の場
合、正極性の方が逆極性（溶接ワイヤが正極、母
材が負極）より溶着金属量の多いことが判る。し
かし一般に消耗電極を用いたガスシールドアーク
溶接においては、正極性はアークの安定性に問題
があり、さらに正極性では、母材への溶込み量が
少ないので、多層盛溶接においては、溶接ビード
底部に溶込み不足や融合付良等の溶接欠陥を生じ
やすい難点がある。

又レール底部と腹部との境界部は、磁気吹きの
影響によりアース端子側Ｐでは、第８図に示すよ
うなオーバラツプ７を生じやすいのが問題となつ
ている。

本発明はレールのガスシールドアーク溶接にお
ける上記問題点を解消した、高能率な溶接と高品
質な溶接部の得られる溶接方法を提供しようとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

レールのガスシールドアーク溶接における、上
記問題点を解消するため、本発明は次の手段を構
じた。

先端に設けた溶接ワイヤ通過孔の位置を偏心
させた溶接ノズルを、ノズル軸中心に回転させ
る溶接法（以下回転アーク溶接法と称する）を
用いる。

第９図に示すように、レール底部の初層裏波
溶接部１３とレール腹部のエレクトロガス溶接
部１４のみに正極性溶接を使用し、他は逆極性
溶接とする。

レール頭部の天端近傍では、溶接一層ごとに
アークを切り、溶融池の温度低下を俟つて再点
弧する溶接法をとつた。

アース端子をレールの両側にとり、溶接方向
によりアース端子のいずれか一方を切る。

〔作用〕

回転アーク溶接法を採用したことによりアーク
の安定性が増し、正極性溶接が可能となつた。一
般に正極性のガスシールドアーク溶接では、第１
０図に示すように、溶接アーク９の陰極点１１は
ワイヤ表面のかなり上方まで分布する一方、最短
距離のワイヤ端溶融金属下端面にも別の陰極点が
生じてアーク１０が発生する。正極性の場合は逆
極性に比べ、ワイヤ端の溶融金属１２に発生する
アーク１０の押上げ力が強いことと、ワイヤ端の
溶融金属１２内を通過する電流が小さいことによ
る溶融金属落下のための電磁気学的ピンチ力が小
さいこととにより、ワイヤ端の溶融金属１２は連
続的に滴下せず、塊状となつてワイヤの先端に付
着し、やがてそれが大塊となり不連続的に落下す
る。そのため従来の正極性溶接では、溶滴がスム
ーズに流れず、又塊状の溶滴がワイヤ３の先端か
ら落下する際のアーク長変化が大きい。又大塊と
なつた溶融金属がワイヤ先端から落下すると、溶
融金属の先端から出ていたアーク１０が瞬間的に
陰極点を失なうため、陰極点を求めてアークがよ
り一層ワイヤ３の上方に達し、アークの安定性を
著しく損なうこととなる。上記のようなメカニズ
ムで従来の正極性溶接は、アークの安定性を欠い
ていたが、回転アーク溶接法の採用により、回転
による遠心力でワイヤ下端の溶接金属が大塊とな
る前に落下させられるためアークの安定性を増
し、正極性溶接が可能となつたのである。

次にレール底部の初層裏波溶接とレール腹部に
正極性溶接を使用したが、前者については第１１
図ａに示すような固形フラツクス１５か、又はｂ
図の裏波ビード形状に形成した耐火煉瓦製又は銅
板製の裏当材１６を使用するので、母材に及ぼす
アーク力が弱くても比較的良好な裏波ビードが得
られる。又後者に関しては第１２図に示すように
溶接部水平断面全体が溶融池１７となり、溶接の
進行とともに上昇するだけなので、融合不良等の
問題は正極性溶接でも発生しない。一般に正極性
溶接では、母材の溶込みが少なく従つてレールの
ような高炭素鋼の場合でも、母材からビードへの
炭素の溶込みが少ないため、炭素による高温割れ
が減少し、溶接金属の品質は向上することとな
る。

レール頭部の天端近傍では、溶接一層ごとにア
ークを切り、溶融池の温度低下を待つて再点弧す
るように構成したので、溶融池内の溶融金属量も
減少し、その結果溶融池の乱れからくるアークの
不安定性な防止され、この位置に発生しがちな溶
接不良は大幅に減少した。

さらにレール両側のアース端子を溶接方向に応
じて切換えることにより、常に始端アースとなる
ように構成したので、アークが進行方向前方へ吹
かれて溶け込み量が増加し、オーバラツプの発生
する現象を抑えることができた。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すレールのガス
シールドアーク溶接における溶接方法を示す説明
図、第２図は回転アーク溶接のための溶接ノズル
の斜視図である。

第１図において、レールのガスシールドアーク
溶接は、Ａ点からスタートする。矢印２３は溶接
進行方向を示している。まずＡ点でアークを発生
させ、Ａ点からＢ点までの初層裏波溶接を正極性
溶接で行ない、Ｂ点で極性を逆極性に切り換え、
ｃ点まで逆極性で連続溶接を行なう。次にＣ点で
再び正極性溶接に切換え、正極性エレクトロガス
アーク溶接を行ない、Ｄ点で再び逆極性に切換
え、レール頭部中段のＥ点まで連続溶接を行な
う。Ｅ点以降のレール頭部の天端近傍では、最も
熱がこもりやすく、溶融池が大きくなつてアーク
の安定性を欠くので、溶接一層ごとにアークを切
り、溶融池が小さくなるのを待つて再点弧するよ
うに構成した。Ｆ点は再点弧点を示している。な
お再点弧を行なう際、溶融池が完全に冷却凝固し
てしまうと、再点弧が困難となるばかりでなく、
融合不良等の欠陥を発生しやすいので、溶融池が
完全に凝固しないうちに再点弧する必要がある。

なお上記溶接は回転アーク溶接法によつて行な
うのであるが、第２図に該溶接法のための溶接ノ
ズルを示している。溶接ノズル５の先端のワイヤ
通過孔５ａを、ノズル回転軸に対し偏心させて穿
設し、ノズル５を歯車列１９を介してモータ１８
で回転せしめると、アークは回転しながらビード
２０を形成する。２１はワイヤを送る送給ロール
である。

又第４図にみるように溶接のためのアース端子
２２はレールの両側に設け、レール底部と腹部と
の境界部を溶接する際は、溶接方向の変るごとに
アース端子２２のいずれか一方を切り、常に始端
アースとなるようにして溶接を行なつたので、オ
ーバラツプの発生は防止され、滑かなビード外観
が得られた。

〔発明の効果〕

本発明はレールのガスシールドアーク溶接にお
いて、回転アーク溶接法を利用し、レール溶接部
の位置に応じて、溶接の極性を切換え、レール頭
部天端近傍では溶接一層ごとにアークを切り再点
弧を行ない、又レール両側にアース端子を設けて
レール底部と腹部との境界面溶接では溶接方向に
よりアース端子を切換えるなどの方法を構じて溶
接を行なつたので、次に述べるような優れた効果
を上げることができた。

正極性溶接をとることによつて、アークタイ
ムが約10％短縮された。

レール腹部における高温割れが減少した。

レール頭部天端近傍におけるアークの安定性
が増し、又入熱の増大による高温割れが減少し
た。

レール底部と腹部との境界面におけるオーバ
ラツプが防止された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す多層盛溶接の
説明図、第２図は回転アーク溶接法のための溶接
ノズルの斜視図、第３図はガスシールド溶接装置
の斜視図、第４図はレール底部の溶接時の断面
図、第５図はレール腹部および頭部の溶接時の断
面図、第６図はワイヤ突出し長さと溶着金属量と
の関係を示す線図、第７図は溶接電流と溶着金属
量との関係を示す線図、第８図はオーバラツプの
説明図、第９図はレール溶接における溶接極性を
示す説明図、第１０図は溶接部の説明図、第１１
図は溶接部に使用する裏当材の説明図、第１２図
はレール腹部の溶接時の断面図である。 図中１はレール、１ａはその底部、１ｂはその
腹部、１ｃはその頭部、１ｄはその天端、３は溶
接ワイヤ、５は溶接ノズル、５ａはワイヤ通過
孔、８は溶融池、９，１０はアーク、２２はアー
ス端子、Ａは溶接始点、Ｂは正極性から逆極性へ
の切換点、Ｃは逆極性から正極性への切換点、Ｄ
は正極性から逆極性への切換点、Ｅは連続溶接の
終点、Ｆは再点弧点である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接ノズルの先端のワイヤ通過孔を、該溶接
   ノズルの中心軸に対し偏心して穿設し、該溶接ノ
   ズルをその中心軸を中心に回転せしめて得られる
   回転アークを利用して溶接するレールのガスシー
   ルドアーク溶接において、 レール底部の初層並びにレール腹部に正極性溶
   接を、初層を除くレール底部とレール頭部に逆極
   性溶接を行うとともに、 レールの頭部天端近傍においては、溶接一層ご
   とにアークを切り、溶融池が完全に凝固する以前
   に再点弧する溶接法を行う ことを特徴とするレールの溶接方法。