JPH0642992B2 - レールの自動溶接法 - Google Patents
レールの自動溶接法Info
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- JPH0642992B2 JPH0642992B2 JP2100200A JP10020090A JPH0642992B2 JP H0642992 B2 JPH0642992 B2 JP H0642992B2 JP 2100200 A JP2100200 A JP 2100200A JP 10020090 A JP10020090 A JP 10020090A JP H0642992 B2 JPH0642992 B2 JP H0642992B2
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- JP
- Japan
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- welding
- rail
- flux
- welding method
- electroslag
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K25/00—Slag welding, i.e. using a heated layer or mass of powder, slag or the like in contact with the material to be joined
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings or fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
- B23K35/362—Selection of compositions of fluxes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
- B23K9/038—Seam welding; Backing means; Inserts using moulding means
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鉄道用またはクレーンレール用レールを突き合
わせ溶接する際に用いられる自動溶融溶接法に関するも
のである。
わせ溶接する際に用いられる自動溶融溶接法に関するも
のである。
［従来の技術］ 第１図はレールの断面を示し、R1は足部、R2は足首部、
R3は腹部、R4は頭部、R5は頭頂面である。従来からレー
ルを現地敷設施工で突合わせ溶接するには、接合レール
端面を開先加工して逐次多層溶接する方法、あるいはＩ
型開先で突き合わせた後レール足部R1を多層溶接し、そ
の後腹部R3と頭部R4をエンクローズド当金材で取り囲
み、連続的に溶接するエンクローズドアーク溶接法が用
いられている。
R3は腹部、R4は頭部、R5は頭頂面である。従来からレー
ルを現地敷設施工で突合わせ溶接するには、接合レール
端面を開先加工して逐次多層溶接する方法、あるいはＩ
型開先で突き合わせた後レール足部R1を多層溶接し、そ
の後腹部R3と頭部R4をエンクローズド当金材で取り囲
み、連続的に溶接するエンクローズドアーク溶接法が用
いられている。
しかしながら、この溶接技術は被覆アーク溶接棒を使用
する手溶接法であり、溶接フィラーワイヤーを用いる自
動溶接法は未だ実用に供されたものがない、上記のエン
クローズドアーク溶接技術では作業に熟練を要する。
予熱温度が高いため作業環境が悪い。作業能率が劣
る。などの問題があり、熟練を必要としない高能率の自
動溶接法の開発が要望されている。
する手溶接法であり、溶接フィラーワイヤーを用いる自
動溶接法は未だ実用に供されたものがない、上記のエン
クローズドアーク溶接技術では作業に熟練を要する。
予熱温度が高いため作業環境が悪い。作業能率が劣
る。などの問題があり、熟練を必要としない高能率の自
動溶接法の開発が要望されている。
レールはその使用目的から頭表面R5では車輪とのころが
り接触に対する耐摩耗性と疲労亀裂に対する抵抗力すな
わち耐疲労損傷性の大きい性質が要求されている。一
方、足部R1、腹部R3および頭部R4では車輪通過時の衝撃
あるいは曲げ荷重に耐え得るだけの静的強度と疲労強度
が必要とされており、さらに溶接割れなどの溶接欠陥に
ついても皆無または実用的にさしつかえない程度以下に
極力少なくなっていなければならない。
り接触に対する耐摩耗性と疲労亀裂に対する抵抗力すな
わち耐疲労損傷性の大きい性質が要求されている。一
方、足部R1、腹部R3および頭部R4では車輪通過時の衝撃
あるいは曲げ荷重に耐え得るだけの静的強度と疲労強度
が必要とされており、さらに溶接割れなどの溶接欠陥に
ついても皆無または実用的にさしつかえない程度以下に
極力少なくなっていなければならない。
このような背景のもとに、エンクローズドアーク溶接法
にかわる自動溶融溶接法が種々検討されてきた。特公昭
44-24249号公報および特公昭45-14173号公報に示された
技術もエンクローズアーク溶接法にかわる方法として提
案されたものである。前者の技術は、レール底部を片面
サブマージアーク溶接法により溶接し、レール腹部、頭
部などはエレクトロスラグ溶接法により溶接する方法で
あり、一方後者の技術はレール全断面にわたってガスシ
ールドアーク溶接により溶接する方法である。なお、特
公昭45-19369号公報および特公昭61-249679号公報に示
された技術も、ガスシールドアーク溶接を用いてレール
を突合せ溶接する方法である。
にかわる自動溶融溶接法が種々検討されてきた。特公昭
44-24249号公報および特公昭45-14173号公報に示された
技術もエンクローズアーク溶接法にかわる方法として提
案されたものである。前者の技術は、レール底部を片面
サブマージアーク溶接法により溶接し、レール腹部、頭
部などはエレクトロスラグ溶接法により溶接する方法で
あり、一方後者の技術はレール全断面にわたってガスシ
ールドアーク溶接により溶接する方法である。なお、特
公昭45-19369号公報および特公昭61-249679号公報に示
された技術も、ガスシールドアーク溶接を用いてレール
を突合せ溶接する方法である。
［発明が解決しようとする課題］ ところで上述の公知技術は、いずれも溶融溶接というこ
とでレール軸方向への加圧は必要とせず、またエンクロ
ーズドアーク溶接法よりも能率の向上は望めるものの、
実用性という点でまだ多くの問題点を残している。
とでレール軸方向への加圧は必要とせず、またエンクロ
ーズドアーク溶接法よりも能率の向上は望めるものの、
実用性という点でまだ多くの問題点を残している。
すなわち、前者の方法では、サブマージアーク溶接時に
スラグを除去しながら溶接を行い、また底部溶接終了後
は一旦溶接を中断し、再スタートして腹部と頭部のエレ
クトネスラグ溶接を行うものである。従って、各溶接の
開始時と停止時にはとけ込み不足や凝固割れなどの溶接
欠陥が発生しやすく、しかも溶接能率も低下する。さら
に言うと、レール底部の溶接と腹部および頭部の溶接で
は、溶接材料（フラックスなど）を使い分け、溶接機の
特性も切り替えて使用する必要があるなど、操作の煩雑
さに起因する能率低下、溶接機のコストアップおよび溶
接材料の管理の煩雑さをも招くことが考えられる。
スラグを除去しながら溶接を行い、また底部溶接終了後
は一旦溶接を中断し、再スタートして腹部と頭部のエレ
クトネスラグ溶接を行うものである。従って、各溶接の
開始時と停止時にはとけ込み不足や凝固割れなどの溶接
欠陥が発生しやすく、しかも溶接能率も低下する。さら
に言うと、レール底部の溶接と腹部および頭部の溶接で
は、溶接材料（フラックスなど）を使い分け、溶接機の
特性も切り替えて使用する必要があるなど、操作の煩雑
さに起因する能率低下、溶接機のコストアップおよび溶
接材料の管理の煩雑さをも招くことが考えられる。
一方、後者の方法ではこのような欠点は解消されている
が、本技術が現地施工に適用されることを念頭におく
と、レール全断面にわたってシールドガスを用いるた
め、耐風性に十分な配慮が必要という点で不利である。
特に、レール腹部から以降レール頭部までを完全に野外
の風から防御し、ガスシールド効果を健全に保つことは
極めて至難であり、もし可能でも装置の点で複雑な機構
を必要とし実用的でない。また、ガスシールドアーク溶
接は開先寸法に対する適正な溶接条件範囲がエレクトロ
スラグ溶接より狭く、特に溶接積層が進行しレール腹部
から頭部に至る領域では、開先寸法の変動により融合不
良などの溶接欠陥を発生する危険性が高く、継手の信頼
性を損なうことが予想される。
が、本技術が現地施工に適用されることを念頭におく
と、レール全断面にわたってシールドガスを用いるた
め、耐風性に十分な配慮が必要という点で不利である。
特に、レール腹部から以降レール頭部までを完全に野外
の風から防御し、ガスシールド効果を健全に保つことは
極めて至難であり、もし可能でも装置の点で複雑な機構
を必要とし実用的でない。また、ガスシールドアーク溶
接は開先寸法に対する適正な溶接条件範囲がエレクトロ
スラグ溶接より狭く、特に溶接積層が進行しレール腹部
から頭部に至る領域では、開先寸法の変動により融合不
良などの溶接欠陥を発生する危険性が高く、継手の信頼
性を損なうことが予想される。
［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、その要旨は、CO2ガスシールドアーク溶接法と
エレクトロスラグ溶接法とを併用して行うレールの自動
溶接法において、レール底部の溶接は、初層をCO2ガス
シールドアーク溶接法にて裏波溶接し、そのまま溶接を
中断することなく、２層目以降のレール底部溶接をCO2
ガスシールドアーク溶接法で連続多層溶接し、レール足
首部に至って、200ｇ／min以上、１kg/min以下の添加速
度で急速に低融点・低粘性の特殊フラックスを添加しす
みやかにエレクトロスラグ溶接に移行し、その後レール
頭頂面まで引続きエレクトロスラグ溶接法により行う方
法であって、上記一連の溶接に際しては、レール底部上
面に載置した枠体型固定当金および非消耗電極ノズルの
外筒などを用いて、CO2ガスおよびフラックスの自動供
給を行うとともにスラグおよび溶融金属の流出を防止し
さらに、低電圧特性を有する直流電源、ワイヤ径1.2〜
2.0mmの溶接フィラーワイヤおよび低融点・低粘性の溶
融型フラックスを用いて行うことを特徴とするレールの
自動溶接方法にある。
あって、その要旨は、CO2ガスシールドアーク溶接法と
エレクトロスラグ溶接法とを併用して行うレールの自動
溶接法において、レール底部の溶接は、初層をCO2ガス
シールドアーク溶接法にて裏波溶接し、そのまま溶接を
中断することなく、２層目以降のレール底部溶接をCO2
ガスシールドアーク溶接法で連続多層溶接し、レール足
首部に至って、200ｇ／min以上、１kg/min以下の添加速
度で急速に低融点・低粘性の特殊フラックスを添加しす
みやかにエレクトロスラグ溶接に移行し、その後レール
頭頂面まで引続きエレクトロスラグ溶接法により行う方
法であって、上記一連の溶接に際しては、レール底部上
面に載置した枠体型固定当金および非消耗電極ノズルの
外筒などを用いて、CO2ガスおよびフラックスの自動供
給を行うとともにスラグおよび溶融金属の流出を防止し
さらに、低電圧特性を有する直流電源、ワイヤ径1.2〜
2.0mmの溶接フィラーワイヤおよび低融点・低粘性の溶
融型フラックスを用いて行うことを特徴とするレールの
自動溶接方法にある。
［作用］ 以下図面に従い本発明を詳細に説明する。
第２図は本発明方法の実施態様を示す斜視図であり、第
３図は被溶接部材であるレールの端面方向より見た実施
態様の側面図である。
３図は被溶接部材であるレールの端面方向より見た実施
態様の側面図である。
第２図において、１および２は被溶接部材であるレール
で、端面が適当な開先間隔を開けて突合せ状態で設置さ
れている。３はレール底部の裏面に当てた裏当材であ
り、裏当材収納ケース４内に設置し、裏波ビード形成用
として用いられる。5aおよび5bは溶接開始前にあらかじ
めレール開先部を取り囲む形で密着載置した枠体型固定
当金で裏当て収納ケース４と連結させて、レール底部溶
接の際の溶融金属の流出防止を果たすとともに、防風壁
およびガスシールドボックスとして用いられる。なお、
5aに取り付けられている6aおよび6bは、シールドガス供
給口である。
で、端面が適当な開先間隔を開けて突合せ状態で設置さ
れている。３はレール底部の裏面に当てた裏当材であ
り、裏当材収納ケース４内に設置し、裏波ビード形成用
として用いられる。5aおよび5bは溶接開始前にあらかじ
めレール開先部を取り囲む形で密着載置した枠体型固定
当金で裏当て収納ケース４と連結させて、レール底部溶
接の際の溶融金属の流出防止を果たすとともに、防風壁
およびガスシールドボックスとして用いられる。なお、
5aに取り付けられている6aおよび6bは、シールドガス供
給口である。
次に、７および８は移動可能な当金で、レールの足部の
溶接完了後、油圧駆動機構などの任意の駆動手段（図示
せず）によって矢印９、10の方向に、固定当金5aと5bの
間隙をスライドさせ、レール腹部と頭部側面に密着さ
せ、レール腹部以降のエレクトロスラグ溶接の際のスラ
グおよび溶融金属の流出防止用として用いる。11は溶接
フィラーワイヤで、12はフィラーワイヤ11を開先内に導
くとともに溶接電源から電力をフィラーワイヤ11に供給
するトーチである。トーチ12には消耗式外筒13が装着さ
れており、分岐口14を介して溶融型フラックス15とシー
ルド用CO2ガス16が、フィラーワイヤの先端部（アーク
点）に同時に供給できるしまた別個にも供給できる構造
になっている。さらに、トーチ12は矢印17方向に水平移
動する移動軸を有するオシレータ18および矢印19方向に
昇降する台車20に、ホルダ21、連結板22を介して保持し
てある。23は台車20のガイドレールである。
溶接完了後、油圧駆動機構などの任意の駆動手段（図示
せず）によって矢印９、10の方向に、固定当金5aと5bの
間隙をスライドさせ、レール腹部と頭部側面に密着さ
せ、レール腹部以降のエレクトロスラグ溶接の際のスラ
グおよび溶融金属の流出防止用として用いる。11は溶接
フィラーワイヤで、12はフィラーワイヤ11を開先内に導
くとともに溶接電源から電力をフィラーワイヤ11に供給
するトーチである。トーチ12には消耗式外筒13が装着さ
れており、分岐口14を介して溶融型フラックス15とシー
ルド用CO2ガス16が、フィラーワイヤの先端部（アーク
点）に同時に供給できるしまた別個にも供給できる構造
になっている。さらに、トーチ12は矢印17方向に水平移
動する移動軸を有するオシレータ18および矢印19方向に
昇降する台車20に、ホルダ21、連結板22を介して保持し
てある。23は台車20のガイドレールである。
上記構成によりフィラーワイヤ11の先端部が第３図の24
のような軌跡を描きながら溶接を行っていくが、移動式
当金７および８は、溶接がレール腹部にかかる時点、す
なわち軌跡24のＡ点以降においては7aおよび8aに位置さ
せる。
のような軌跡を描きながら溶接を行っていくが、移動式
当金７および８は、溶接がレール腹部にかかる時点、す
なわち軌跡24のＡ点以降においては7aおよび8aに位置さ
せる。
以上、本発明方法の実施態様における構成を説明した。
次に、第４図〜第６図に基づき、溶接手順を追って本発
明方法をさらに詳しく説明する。
明方法をさらに詳しく説明する。
まず、第４図に示す模式図により、レール底部の初層裏
波溶接の状態を説明する。図において直接アークをシー
ルドするCO2ガス16は、トーチ12に装着された消耗式外
筒内を通して供給される。またシールド効果を完全にす
るため、溶接するレール底部全体の雰囲気を置換するCO
2ガス16は、枠体固定当金5aに設けた供給口から供給さ
れる。すなわち、レール底部のCO2ガスシールドアーク
溶接は二重シールド機構で行われるという特徴を有す
る。溶接は溶接トーチが12aの位置から図の右方向に移
動して行われる。溶接の進行に従い、裏当て材３も一部
が溶融し、形成された初層ビード25の裏面を薄いスラグ
で覆いビード形状をなめらかにする。この裏当て材３に
は、被溶接物の開先がＩ型で比較的ルート間隔が広い場
合（14〜22mm）でも裏波ビードの余盛が過大とならない
ために、耐火性の比較的高い固形焼結セラミックをガラ
ステープを介して使用しており、この方法により最も良
好な溶接結果が得られた。
波溶接の状態を説明する。図において直接アークをシー
ルドするCO2ガス16は、トーチ12に装着された消耗式外
筒内を通して供給される。またシールド効果を完全にす
るため、溶接するレール底部全体の雰囲気を置換するCO
2ガス16は、枠体固定当金5aに設けた供給口から供給さ
れる。すなわち、レール底部のCO2ガスシールドアーク
溶接は二重シールド機構で行われるという特徴を有す
る。溶接は溶接トーチが12aの位置から図の右方向に移
動して行われる。溶接の進行に従い、裏当て材３も一部
が溶融し、形成された初層ビード25の裏面を薄いスラグ
で覆いビード形状をなめらかにする。この裏当て材３に
は、被溶接物の開先がＩ型で比較的ルート間隔が広い場
合（14〜22mm）でも裏波ビードの余盛が過大とならない
ために、耐火性の比較的高い固形焼結セラミックをガラ
ステープを介して使用しており、この方法により最も良
好な溶接結果が得られた。
次に、第５図に示す模式図によりレール底部２層目以降
の溶接状態について説明する。溶接は初層と同様にCO2
ガスシールドアーク溶接で行われる。第５図に示す模式
図ではレール底部の溶接が５層目まで進行しほぼ完了に
近い状態にある。
の溶接状態について説明する。溶接は初層と同様にCO2
ガスシールドアーク溶接で行われる。第５図に示す模式
図ではレール底部の溶接が５層目まで進行しほぼ完了に
近い状態にある。
図において26は形成された２層目以降のビード、7bおよ
び8bは腹部および頭部溶接用当金を示す。第４図に基づ
いて説明した初層溶接の後、溶接を中段することなくト
ーチ12の移動方向を反転させ２層目の溶接を行う。この
際、溶接折り返し端部は電流と溶接速度を低減し、クレ
ータ処理を行う。このようにしてレール底部の溶接はト
ーチ12の反復移動を繰り返して進行する。なお、トーチ
12の水平移動距離は反復毎に低減させれば、余盛高さが
大きくならないので溶接後の仕上げ工程が楽になる。レ
ール底部の溶接がほぼ完了すると、移動式当金７および
８は第５図の7b、8bの状態に速やかに移動しレール腹部
以降の溶接が可能なように準備される。
び8bは腹部および頭部溶接用当金を示す。第４図に基づ
いて説明した初層溶接の後、溶接を中段することなくト
ーチ12の移動方向を反転させ２層目の溶接を行う。この
際、溶接折り返し端部は電流と溶接速度を低減し、クレ
ータ処理を行う。このようにしてレール底部の溶接はト
ーチ12の反復移動を繰り返して進行する。なお、トーチ
12の水平移動距離は反復毎に低減させれば、余盛高さが
大きくならないので溶接後の仕上げ工程が楽になる。レ
ール底部の溶接がほぼ完了すると、移動式当金７および
８は第５図の7b、8bの状態に速やかに移動しレール腹部
以降の溶接が可能なように準備される。
続いて、レール腹部および頭部の溶接について第６図の
模式図に基づいて説明する。図において12bはレール腹
部を溶接中のトーチの状態を、27はスラグ浴を示す。一
方、12cおよび12dはレール頭部溶接時のトーチの状態で
あり、28はその時のスラグ浴である。レール頭部溶接は
図に示すようにトーチが12cと12dの間で水平移動を繰り
返して行われる。当金７と８はレールに密着するように
押し当ててあり、スラグおよび溶融金属の流出を防止
し、ビードの形状を整える作用をする。
模式図に基づいて説明する。図において12bはレール腹
部を溶接中のトーチの状態を、27はスラグ浴を示す。一
方、12cおよび12dはレール頭部溶接時のトーチの状態で
あり、28はその時のスラグ浴である。レール頭部溶接は
図に示すようにトーチが12cと12dの間で水平移動を繰り
返して行われる。当金７と８はレールに密着するように
押し当ててあり、スラグおよび溶融金属の流出を防止
し、ビードの形状を整える作用をする。
第５図に基づいて説明したレール底部のCO2ガスシール
ドアーク溶接後、トーチ12の水平移動をレール巾中央部
にて停止させ、CO2ガス16の供給をとめ、フラックス15
を急速に供給し溶融スラグ浴27を形成させるとともに、
トーチ12を上方にのみ移動させてレール腹部のエレクト
ロスラグ溶接を開始する。レール腹部の溶接が完了し、
頭部に到達するとトーチの水平移動を再開し、徐々に水
平移動の距離を増加させていき、レール頭部巾相当の距
離、すなわち、トーチ位置12c、12dの間で水平移動を反
復させながら溶接する。この間のレール腹部から頭部ま
でのエレクトロスラグ溶接ではフラックスを補給してス
ラグ浴深さの減少を補いながら溶接を行う。
ドアーク溶接後、トーチ12の水平移動をレール巾中央部
にて停止させ、CO2ガス16の供給をとめ、フラックス15
を急速に供給し溶融スラグ浴27を形成させるとともに、
トーチ12を上方にのみ移動させてレール腹部のエレクト
ロスラグ溶接を開始する。レール腹部の溶接が完了し、
頭部に到達するとトーチの水平移動を再開し、徐々に水
平移動の距離を増加させていき、レール頭部巾相当の距
離、すなわち、トーチ位置12c、12dの間で水平移動を反
復させながら溶接する。この間のレール腹部から頭部ま
でのエレクトロスラグ溶接ではフラックスを補給してス
ラグ浴深さの減少を補いながら溶接を行う。
以上述べた本発明方法において、本発明者らは溶接作業
性と溶接継手性能の両面から溶接電源・溶接ワイヤ径・
溶接フラックスのタイプなどを検討した。その結果、ま
ずレール底部でCO2ガスシールドアーク溶接により良好
な裏波溶接を行うには、電流密度の確保のため細径ワイ
ヤを用いれば良く、また溶接電源は定電圧特性を有する
直流電源を用い、ワイヤを定速送給して溶接すれば、CO
2ガスシールドアーク溶接のみならずエレクトロスラグ
溶接に切り替わっても細径ワイヤで良好に溶接が行える
ことがわかった。さらに、CO2ガスシールドアーク溶接
からエレクトロスラグ溶接に切り替わる際、添加する溶
接フラックスは瞬時に溶融し適当深さのスラグ浴を形成
する必要があり、フラックスとして重量％でCaF2：25〜
40％、SiO2：20〜35％、TiO2：５〜15％で、かつCaF2＋
SiO2：50％以上含有されるCaF2-SiO2-TiO2を主成分とす
る低融点、低粘性の溶融型フラックスが適していること
がわかった。
性と溶接継手性能の両面から溶接電源・溶接ワイヤ径・
溶接フラックスのタイプなどを検討した。その結果、ま
ずレール底部でCO2ガスシールドアーク溶接により良好
な裏波溶接を行うには、電流密度の確保のため細径ワイ
ヤを用いれば良く、また溶接電源は定電圧特性を有する
直流電源を用い、ワイヤを定速送給して溶接すれば、CO
2ガスシールドアーク溶接のみならずエレクトロスラグ
溶接に切り替わっても細径ワイヤで良好に溶接が行える
ことがわかった。さらに、CO2ガスシールドアーク溶接
からエレクトロスラグ溶接に切り替わる際、添加する溶
接フラックスは瞬時に溶融し適当深さのスラグ浴を形成
する必要があり、フラックスとして重量％でCaF2：25〜
40％、SiO2：20〜35％、TiO2：５〜15％で、かつCaF2＋
SiO2：50％以上含有されるCaF2-SiO2-TiO2を主成分とす
る低融点、低粘性の溶融型フラックスが適していること
がわかった。
CaF2が25％未満およびSiO2が20％未満では生成スラグの
粘性および融点が高くなりすぎ、エレクトロスラグ溶接
への移行が順調に進まず溶接が不安定になる。一方、Ca
F2が40％を超える場合は弗化物ガスの発生が過大になり
作業環境を悪化させるので不可である。また、SiO2が35
％を超える場合は、耐火性が損なわれ溶接ビードの形状
が不安定になるとともにビード表面肌荒れを引き起こす
し、粘性が低下しすぎるのでスラグがもれ易く溶接不安
定になる。しかし、CaF2とSiO2の合計は50％以上必要で
あり、50％未満ではCO2ガスシールドアーク溶接からエ
レクトロスラグ溶接への移行が困難になる。また、TiO2
はエレクトロスラグ溶接時のスラグの電気伝導度をCaF2
と組み合わせて適度に保つためのものであるが、５％未
満ではその効果がなく、また15％を超える場合は溶融点
が高くなり、CO2ガスシールドアーク溶接からエレクト
ロスラグ溶接への移行に時間がかかり、溶接欠陥を発生
させる危険性がある。
粘性および融点が高くなりすぎ、エレクトロスラグ溶接
への移行が順調に進まず溶接が不安定になる。一方、Ca
F2が40％を超える場合は弗化物ガスの発生が過大になり
作業環境を悪化させるので不可である。また、SiO2が35
％を超える場合は、耐火性が損なわれ溶接ビードの形状
が不安定になるとともにビード表面肌荒れを引き起こす
し、粘性が低下しすぎるのでスラグがもれ易く溶接不安
定になる。しかし、CaF2とSiO2の合計は50％以上必要で
あり、50％未満ではCO2ガスシールドアーク溶接からエ
レクトロスラグ溶接への移行が困難になる。また、TiO2
はエレクトロスラグ溶接時のスラグの電気伝導度をCaF2
と組み合わせて適度に保つためのものであるが、５％未
満ではその効果がなく、また15％を超える場合は溶融点
が高くなり、CO2ガスシールドアーク溶接からエレクト
ロスラグ溶接への移行に時間がかかり、溶接欠陥を発生
させる危険性がある。
なお、レール足首部でCO2ガスシールドアーク溶接から
エレクトロスラグ溶接への移行をスムーズに行うにはフ
ラックスの添加速度も重要であり、280ｇ／min未満の低
速度の場合、適正スラグ浴深さを形成するのに時間がか
かり、溶接が不安定になる。一方、１Kg/minを超えた高
速添加になるとフラックスの溶融が追従せず、未溶融フ
ラックスを巻き込んだ欠陥を引き起こす。従って、適正
フラックス添加速度範囲は200ｇ／min以上で１kg/min以
下である。
エレクトロスラグ溶接への移行をスムーズに行うにはフ
ラックスの添加速度も重要であり、280ｇ／min未満の低
速度の場合、適正スラグ浴深さを形成するのに時間がか
かり、溶接が不安定になる。一方、１Kg/minを超えた高
速添加になるとフラックスの溶融が追従せず、未溶融フ
ラックスを巻き込んだ欠陥を引き起こす。従って、適正
フラックス添加速度範囲は200ｇ／min以上で１kg/min以
下である。
ワイヤ径1.2mm未満では、適正電流範囲の上限に設定し
ても、レール底部の初層裏波溶接を適正に行うにはアー
ク力が小さく、アークの広がりも少ないため不可であ
る。一方、2.0mmを越えるワイヤ径では適正電流密度で
行うには電流が過大になり大容量の電源を必要とし現地
溶接への適用が困難になる。このためワイヤ径は1.2mm
〜2.0mmの範囲とすることが最適である。
ても、レール底部の初層裏波溶接を適正に行うにはアー
ク力が小さく、アークの広がりも少ないため不可であ
る。一方、2.0mmを越えるワイヤ径では適正電流密度で
行うには電流が過大になり大容量の電源を必要とし現地
溶接への適用が困難になる。このためワイヤ径は1.2mm
〜2.0mmの範囲とすることが最適である。
［実施例］ 上述した構成および手順に従い、鉄道用レール132LB/YD
レールを突合せ溶接した例を述べる。本発明の構成によ
る実施例を実施例１〜４に、比較例１〜２に示す。実施
例１〜４においては順調に欠陥のない高能率溶接を実施
することができた。比較例１においては、フラックス添
加速度が本発明よりはずれており、エレクトロスラグ溶
接へ移行する際、順調なエレクトロスラグ状態が得られ
ず、レール腹部以降の溶接ができなかった。また、比較
例２においては、フラックス組成が本発明よりはずれて
おり、上記と同様に、順調なエレクトロスラグ溶接への
移行ができず、溶接中段に至った。
レールを突合せ溶接した例を述べる。本発明の構成によ
る実施例を実施例１〜４に、比較例１〜２に示す。実施
例１〜４においては順調に欠陥のない高能率溶接を実施
することができた。比較例１においては、フラックス添
加速度が本発明よりはずれており、エレクトロスラグ溶
接へ移行する際、順調なエレクトロスラグ状態が得られ
ず、レール腹部以降の溶接ができなかった。また、比較
例２においては、フラックス組成が本発明よりはずれて
おり、上記と同様に、順調なエレクトロスラグ溶接への
移行ができず、溶接中段に至った。
実施例１ 溶接ワイヤ：φ1.6mmソリッドワイヤ フラックス：溶融型フラックス CaF2 35％、TiO2 10％、CaO 20％ SiO2 30％ フラックス添加速度：450ｇ／min. 裏当材：ガラステープ(1mm)＋セラミック固形材(10mm) 溶接電源：直流定電圧特性電源、定格500Ａ 実施例２ 溶接ワイヤ：φ1.6mmソリッドワイヤ フラックス：溶融型フラックス CaF2 35％、TiO2 ７％、CaO 25％ SiO2 25％ フラックス添加速度：200ｇ／min. 裏当材：ガラステープ(1mm)＋セラミック固形材(10mm) 溶接電源：直流定電圧特性電源、定格500Ａ 実施例３ 溶接ワイヤ：φ1.2mmソリッドワイヤ フラックス：溶融型フラックス CaF2 40％、TiO2 12％、CaO 18％ SiO2 25％、MgO ５％ フラックス添加速度：1000ｇ／min. 裏当材：ガラステープ(1mm)＋セラミック固形材(10mm) 溶接電源：直流定電圧特性電源、定格500Ａ 実施例４ 溶接ワイヤ：φ2.0mmソリッドワイヤ フラックス：溶融型フラックス CaF2 40％、TiO2 15％、CaO 10％ SiO2 22％、MgO ５％ フラックス添加速度：700ｇ／min. 裏当材：ガラステープ(1mm)＋セラミック固形材(10mm) 溶接電源：直流定電圧特性電源、定格500Ａ 比較例１ 溶接ワイヤ：φ1.6mmソリッドワイヤ フラックス：溶融型フラックス CaF2 34％、TiO2 ８％、CaO 24％ SiO2 30％ フラックス添加速度：160ｇ／min. 裏当材：ガラステープ(1mm)＋セラミック固形材(10mm) 溶接電源：直流定電圧特性電源、定格500Ａ 比較例２ 溶接ワイヤ：φ1.6mmソリッドワイヤ フラックス：溶融型フラックス CaF2 15％、TiO2 25％、CaO 10％ SiO2 15％、AlO 30％ フラックス添加速度：400ｇ／min. 裏当材：ガラステープ(1mm)＋セラミック固形材(10mm) 溶接電源：直流定電圧特性電源、定格500Ａ 以上の要領で溶接した結果、実施例１〜４において、溶
接は段取りおよび後処理を除いて約十数分で実施でき、
欠陥のない高能率溶接を行うことができた。
接は段取りおよび後処理を除いて約十数分で実施でき、
欠陥のない高能率溶接を行うことができた。
［発明の効果］ 以上、述べたように本発明によればレールの現地溶接に
おいて、複雑な電源切り替え操作を行うことなく、ま
た、溶接材料も複数種類を用いずに、レール底部から頭
部までの溶接をCO2ガスシールドアーク溶接法と、エレ
クトロスラグ溶接法を併用して高能率に行うことができ
る。
おいて、複雑な電源切り替え操作を行うことなく、ま
た、溶接材料も複数種類を用いずに、レール底部から頭
部までの溶接をCO2ガスシールドアーク溶接法と、エレ
クトロスラグ溶接法を併用して高能率に行うことができ
る。
第１図は、レールの断面図、第２図は本発明実施態様を
示す斜視図、第３図は同側面図、第４図は本発明により
レール底部初層を溶接中の断面図、第５図はレール底部
２層目以降を溶接中の断面図、第６図はレール腹部およ
び頭部を溶接中の断面図を示す。 R1……レール足部、R2……レール足首部、R3……レール
腹部、R4……レール頭部、R5……レール頭頂面、１，２
……レール、３……裏当材、４……裏当材収納ケース、
5a,5b……枠体型固定当金、6a,6b……シールドガス供給
口、７，８……移動当金、９，10……当金移動方向、11
……溶接フィラーワイヤ、12……トーチ、13……消耗式
外筒、14……分岐口、15……溶融型フラックス、16……
シールド用CO2ガス、17……水平移動方向、18……オシ
レータ、19……昇降移動方向、20……台車、21……ホル
ダー、22……連結板、23……台車用ガイドレール、24…
…ワイヤ先端軌跡、25……初層ビード、26……２層目移
行のビード、７，28……スラグ浴
示す斜視図、第３図は同側面図、第４図は本発明により
レール底部初層を溶接中の断面図、第５図はレール底部
２層目以降を溶接中の断面図、第６図はレール腹部およ
び頭部を溶接中の断面図を示す。 R1……レール足部、R2……レール足首部、R3……レール
腹部、R4……レール頭部、R5……レール頭頂面、１，２
……レール、３……裏当材、４……裏当材収納ケース、
5a,5b……枠体型固定当金、6a,6b……シールドガス供給
口、７，８……移動当金、９，10……当金移動方向、11
……溶接フィラーワイヤ、12……トーチ、13……消耗式
外筒、14……分岐口、15……溶融型フラックス、16……
シールド用CO2ガス、17……水平移動方向、18……オシ
レータ、19……昇降移動方向、20……台車、21……ホル
ダー、22……連結板、23……台車用ガイドレール、24…
…ワイヤ先端軌跡、25……初層ビード、26……２層目移
行のビード、７，28……スラグ浴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 信行 神奈川県相模原市淵野辺５―10―１ 新日 本製鐵株式会社第２技術研究所内 (72)発明者 長友 和男 神奈川県相模原市淵野辺５―10―１ 新日 本製鐵株式会社第２技術研究所内 (72)発明者 藤山 裕久 神奈川県相模原市淵野辺５―10―１ 新日 本製鐵株式会社第２技術研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】CO2ガスシールドアーク溶接法とエレクト
ロスラグ溶接法とを併用して行うレールの自動溶接方法
において、レール底部の溶接は、初層をCO2ガスシール
ドアーク溶接法にて裏波溶接し、そのまま溶接を中断す
ることなく、２層目以降のレール底部溶接をCO2ガスシ
ールドアーク溶接法で連続多層溶接し、レール足首部に
至って、200ｇ／min以上、１kg/min以下の添加速度で急
速にフラックスを添加しすみやかにエレクトロスラグ溶
接に移行し、その後レール頭頂面までを引続きエレクト
ロスラグ溶接法により行う方法で、上記一連の溶接に際
しては、レール底部上面に載置した枠体型固定当金およ
び非消耗電極ノズルの外筒などを用いて、CO2ガスおよ
びフラックスの自動供給を行うとともにスラグおよび溶
融金属の流出を防止し、さらに、定電圧特性を有する直
流電源、ワイヤ径1.2〜2.0mmの溶接フィラーワイヤおよ
び低融点・低粘性の溶融型フラックスを用いて行うこと
を特徴とするレールの自動溶接方法。 - 【請求項２】フラックスとして重量％でCaF2：25〜40
％、SiO2：20〜35％、TiO2：５〜15％で、かつCaF2＋Si
O2：50％以上含有されるCaF2-SiO2-TiO2を主成分とする
溶融型フラックスを使用することを特徴とする請求項１
記載のレールの自動溶接方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/778,805 US5175405A (en) | 1990-04-18 | 1990-04-17 | Method of automatically welding rails |
| JP2100200A JPH0642992B2 (ja) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | レールの自動溶接法 |
| PCT/JP1991/000505 WO1991016167A1 (en) | 1990-04-18 | 1991-04-17 | Automatic rail welding method |
| CA002056385A CA2056385C (en) | 1990-04-18 | 1991-04-17 | Method of automatically welding rails |
| AU76558/91A AU627655B2 (en) | 1990-04-18 | 1991-04-17 | Automatic rail welding method |
| BR919105714A BR9105714A (pt) | 1990-04-18 | 1991-04-17 | Processo de soldagem automatica de trilhos |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100200A JPH0642992B2 (ja) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | レールの自動溶接法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03297558A JPH03297558A (ja) | 1991-12-27 |
| JPH0642992B2 true JPH0642992B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=14267662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2100200A Expired - Lifetime JPH0642992B2 (ja) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | レールの自動溶接法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5175405A (ja) |
| JP (1) | JPH0642992B2 (ja) |
| AU (1) | AU627655B2 (ja) |
| BR (1) | BR9105714A (ja) |
| CA (1) | CA2056385C (ja) |
| WO (1) | WO1991016167A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT398178B (de) * | 1991-12-03 | 1994-10-25 | Fronius Schweissmasch | Schweissverbindung zwischen zwei in längsrichtung eines schienenstranges hintereinander angeordneten schienenstücken |
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| US6069333A (en) * | 1997-02-21 | 2000-05-30 | Lincoln Global, Inc. | Method and system for welding railroad rails |
| US5877468A (en) * | 1997-02-21 | 1999-03-02 | The Lincoln Electric Company | Method and system for welding railroad rails |
| US6207920B1 (en) | 1997-02-21 | 2001-03-27 | Lincoln Global, Inc. | Method and system for welding railroad rails |
| US6396020B1 (en) | 1997-12-16 | 2002-05-28 | Holland Company | Rail welding apparatus incorporating rail restraining device, weld containment device and weld delivery unit |
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| US6211490B1 (en) | 1999-06-21 | 2001-04-03 | Lincoln Global, Inc. | Nozzle for shielded arc welding gun |
| US6166347A (en) * | 1999-07-16 | 2000-12-26 | Lincoln Global, Inc. | Method and system for welding steel rails |
| US6201216B1 (en) | 1999-07-19 | 2001-03-13 | Lincoln Global, Inc. | Method and system for welding railroad rails |
| FR2801000B1 (fr) * | 1999-11-16 | 2001-12-28 | Cogifer | Procede de soudage de deux elements metalliques |
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| DK2836280T3 (en) | 2012-04-12 | 2019-03-11 | Rocky Mountain Coasters Inc | Stacked vehicle lane |
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| US10207359B2 (en) * | 2014-04-21 | 2019-02-19 | Edison Welding Institute, Inc. | Thermite welding |
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| US11802379B1 (en) | 2019-03-12 | 2023-10-31 | Wayne A Zins | Self guarded frog copper weld fixture |
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| US4841116A (en) * | 1987-02-24 | 1989-06-20 | Nippon Steel Corporation | Process for automatic fusion welding of rails |
-
1990
- 1990-04-17 US US07/778,805 patent/US5175405A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-18 JP JP2100200A patent/JPH0642992B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-04-17 AU AU76558/91A patent/AU627655B2/en not_active Expired
- 1991-04-17 CA CA002056385A patent/CA2056385C/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-04-17 BR BR919105714A patent/BR9105714A/pt not_active IP Right Cessation
- 1991-04-17 WO PCT/JP1991/000505 patent/WO1991016167A1/ja not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU627655B2 (en) | 1992-08-27 |
| JPH03297558A (ja) | 1991-12-27 |
| US5175405A (en) | 1992-12-29 |
| AU7655891A (en) | 1991-11-11 |
| BR9105714A (pt) | 1992-09-08 |
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