JPH08108281A

JPH08108281A - ガスシールドアーク溶接法によるレールの溶接方法

Info

Publication number: JPH08108281A
Application number: JP6241659A
Authority: JP
Inventors: Saburo Mori; 三郎森; Shoji Sekino; 昌治関野; Akio Mitsui; 章雄三井; Shogo Natsume; 松吾夏目; Toshiharu Maruyama; 敏治丸山; Masaru Yamashita; 賢山下
Original assignee: Nippon Kokan Koji KK; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Nippon Kokan Koji KK; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 1996-04-30
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JP2892288B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】溶接用ソリッドワイヤを使用したガスシールド
アーク溶接法によるレールの溶接方法。【構成】Ｃ；０．５０〜０．７５重量％を含有する鋼材
からなるレールをガスシールドアーク溶接法により溶接
する。使用するソリッドワイヤは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃ
ｒ、Ｍｏの重量％を特定し、Ｐ、Ｓの量を規制し、残部
がＦｅ及び不可避的不純物からなる。なお、必要に応じ
Ｎｉ、Ｔｉを含有することができる。溶接条件はワイヤ
径に応じて溶接電流、溶接電圧を規定し、レール頭頂部
４においてはパス間温度を４００℃〜７００℃に管理
し、かつ積層方法を１層当り２パス以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道等に使用されるレ
ールの溶接方法に関し、特にガスシールドアーク溶接法
を適用することが可能で、且つ高品質の溶接金属が得ら
れるガスシールドアーク溶接法によるレールの溶接方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このレールの溶接には、ガス溶
接、フラッシュ溶接、テルミット溶接又は被覆アーク溶
接棒を使用したエンクローズアーク溶接等が用いられて
いる。この中で、エンクローズアーク溶接は、ガス溶接
やフラッシュ溶接と比較してレールの移動及び加圧工程
が不要であるため、またテルミット溶接と比較して継手
性能が優れていることから、多用されている溶接方法で
ある。しかし、従来の被覆アーク溶接棒を用いたエンク
ローズアーク溶接は、溶接施工に多大な時間を要し、特
に時間的制約のあるレール交換では溶接時間の短縮が望
まれていた。

【０００３】一方、ソリッドワイヤを使用したガスシー
ルドアーク溶接法は、溶着性が優れていて、高能率の溶
接が可能である。しかし、レール母材は、耐摩耗性と強
度を得るため、炭素含有量を高くして高硬度となるよう
に設計されている。また、溶接材料においても、特公平
４−５１２７５号又は特公平４−５１２７７号のよう
に、炭素含有量が高い溶接用ワイヤが開発されている。
このように、炭素含有量が高い材料の溶接では、溶着金
属に高温割れが発生しやすく、特に溶け込みが深いガス
シールドアーク溶接法ではこれが顕著である。一般に、
炭素（Ｃ）含有量が高いレール母材の突合せ溶接等で
は、溶着金属に凝固割れが生じやすい。

【０００４】更に、レールの溶接は図２に示されるよう
に狭開先内の溶接であり、ワイヤの狙い及び運棒等の自
由度が極めて小さく、底部から頭頂部において融合不良
が生じる危険性が高い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような事情から、
レールの溶接施工法としては、溶接作業時間が短いもの
が望まれており、溶接材料としては、耐割れ性が優れ、
レールとして必要な耐摩耗性及び強度を有するものが要
望され、更に、溶接施工条件についても、溶着金属の凝
固割れを防止でき、且つ欠陥発生を起こしにくい条件が
必要とされていた。しかしながら、従来の溶接方法は、
このような要望を満足させることはできなかった。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、溶接作業時間の短縮化のために溶接用ソリ
ッドワイヤを使用したガスシールドアーク溶接法の高溶
着性に着目し、溶接用ソリッドワイヤの組成及び溶接施
工条件を適切に定めることにより、ガスシールドアーク
溶接法により、レールとして優れた継手性能を得ること
ができるガスシールドアーク溶接によるレールの溶接方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスシール
ドアーク溶接法によるレールの溶接方法は、Ｃ；０．５
０〜０．７５重量％を含有する鋼材からなるレールをガ
スシールドアーク溶接法により溶接するレールの溶接方
法において、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｃ；０．
２５重量％以下、Ｓｉ；０．０５〜１．５０重量％、Ｍ
ｎ；０．５０〜２．５０重量％、Ｃｒ；０．８０〜４．
００重量％、Ｍｏ；０．０５〜２．００重量％を含有
し、Ｐ；０．０１５重量％以下、Ｓ；０．０１５重量％
以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる
ソリッドワイヤを使用し、ワイヤ径が１．２ｍｍのと
き、溶接電流；１８０〜２５０Ａ、溶接電圧；２６〜３
１Ｖ、ワイヤ径が１．４ｍｍのとき、溶接電流；２６０
〜３１０Ａ、溶接電圧；２７〜３３Ｖ、ワイヤ径が１．
６ｍｍのとき、溶接電流；３２０〜３８０Ａ、溶接電
圧；２９〜３５Ｖである溶接条件にて溶接すると共に、
レール頭頂部においてはパス間温度を４００℃〜７００
℃に管理し、且つ積層方法を１層当たり２パス以上とす
ることを特徴とする。

【０００８】また、必要に応じて、Ｎｉ；２．００重量
％以下添加しても良い。更に、Ｔｉ；０．０３〜１．５
０重量％を添加しても良い。

【０００９】

【作用】以下、本発明の溶接対象となるレールのＣ（炭
素）含有量の限定理由及び本発明において使用するソリ
ッドワイヤの成分添加理由及び組成限定理由、並びに溶
接条件について説明する。

【００１０】（１）レールのＣ含有量；０．５０〜０．
７５重量％レールのＣ含有量が０．５０重量％未満では、レールと
して必要最低限の耐摩耗性及び強度を得ることができな
い。また、Ｃ含有量が０．７５重量％を超えると、希釈
により溶着金属中のＣ含有量が過度に増加し、溶着金属
の耐高温割れ性が劣化する。このため、レールのＣ含有
量は０．５０〜０．７５重量％とする。

【００１１】（２）ソリッドワイヤの成分添加理由及び
組成限定理由Ｃ（炭素）；０．２５重量％以下Ｃは溶着金属の硬度を向上させて耐摩耗性を向上させる
ために添加するが、レール母材の希釈による増加分を考
慮しなければならない。ソリッドワイヤのＣ含有量が
０．２５重量％を超えると、レール母材の希釈による増
加分を含め、溶着金属のＣ含有量が必要以上に多くなり
すぎて、溶着金属が著しく硬化すると共に、耐高温割れ
性が劣化する。このため、Ｃ含有量は０．２５重量％以
下とする。

【００１２】Ｓｉ；０．０５〜１．５０重量％Ｓｉは溶着金属のなじみ性及び耐ブローホール性を向上
させ、狭開先内溶接で生じやすい融合不良等の溶接欠陥
を防止する作用を有する。このような作用を得るために
は、Ｓｉ含有量は０．０５重量％以上含有する必要があ
る。

【００１３】一方、Ｓｉを１．５０重量％を超えて含有
すると、溶着金属が脆化して、耐高温割れ性が劣化す
る。このため、Ｓｉ含有量は０．０５〜１．５０重量％
とする。

【００１４】Ｍｎ；０．５０〜２．５０重量％Ｍｎは溶着金属のなじみ性及び耐ブローホール性を向上
させ、狭開先内溶接で生じやすい融合不良等の溶接欠陥
を防止する作用を有する。このような作用を得るために
は、Ｍｎは０．５０重量％以上添加する必要がある。

【００１５】一方、Ｍｎを２．５０重量％を超えて添加
すると、溶着金属が脆化して、耐高温割れ性が劣化す
る。このため、Ｍｎ含有量は０．５０〜２．５０重量％
とする。

【００１６】Ｎｉ；２．００重量％以下Ｎｉは溶着金属の延性を向上させるため、必要に応じて
添加してもよい。Ｎｉを添加する場合は、その含有量は
２．００重量％以下にすることが必要である。この上限
値を超えてＮｉを添加すると、耐高温割れ性が劣化する
と共に、硬度が低下し、レールとして必要な耐摩耗性も
得ることができない。このため、Ｎｉを添加する場合は
２．００重量％以下とする。

【００１７】Ｃｒ；０．８０〜４．００重量％Ｃｒは溶着金属の硬度を安定化する作用を有する。この
ような作用を得るためには、Ｃｒ含有量を０．８０重量
％以上とすることが必要である。

【００１８】しかし、Ｃｒ含有量が４．００重量％を超
えると、溶着金属が硬化して、耐高温割れ性が劣化す
る。このため、Ｃｒ含有量は０．８０〜４．００重量％
とする。

【００１９】Ｍｏ；０．０５〜２．００重量％Ｍｏは、狭開先内溶接のように、各パスが多重熱サイク
ルを受けて、硬度が低下しやすいときに、この硬度低下
を防止する作用を有する。このため、Ｍｏを０．０５重
量％以上添加する。

【００２０】しかし、Ｍｏを２．００重量％を超えて添
加しても、性能上の改善効果が認められない。このた
め、Ｍｏ含有量は０．０５〜２．００重量％とする。

【００２１】Ｐ；０．０１５重量％以下ソリッドワイヤ中にＰを多量に含有していると、溶着金
属の耐高温割れ性が損なわれる。そこで、Ｐ含有量は
０．０１５重量％以下に規制する。

【００２２】Ｓ；０．０１５重量％以下Ｓの含有も溶着金属の耐高温割れ性を損なうため、これ
を防止するために、Ｓ含有量は０．０１５重量％以下に
規制する。

【００２３】Ｔｉ；０．０３〜１．５０重量％Ｔｉは脱酸剤としてソリッドワイヤ中に添加しても良
い。開先間隔が狭いか、又は溶接条件によりレール母材
が多く希釈される場合は、溶着金属のＣ含有量が増加
し、ＣがＯ（酸素）と結びつくことにより、ＣＯガスに
起因したブローホール等の溶接欠陥が生じるが、これを
防ぐためにＴｉを脱酸剤としてソリッドワイヤに添加し
ておくことが好ましい。このＴｉを添加する場合は、そ
の効果を得るために、０．０３重量％以上添加する必要
がある。

【００２４】Ｔｉ含有量が１．５０重量％を超えると、
スラグの発生量が増加して、スラグ巻き及び融合不良等
の溶接欠陥が発生する。このため、Ｔｉ含有量は０．０
３〜１．５０重量％にする。

【００２５】（３）溶接条件溶接電流；ワイヤ径が１．２ｍｍのとき１８０〜２５０
Ａ、ワイヤ径が１．４ｍｍのとき２６０〜３１０Ａ、ワ
イヤ径が１．６ｍｍのとき３２０〜３８０Ａ溶接電流が各ワイヤ径ごとの下限値より低いと、溶け込
みが浅すぎ、融合不良が生じる。一方、溶接電流が各ワ
イヤ径ごとの上限値を超えると、母材希釈が過大とな
り、レール鋼種によっては溶着金属中のＣ量が増加しす
ぎて、耐高温割れ性が劣化する。このため、溶接電流は
ワイヤ径が１．２ｍｍのとき、溶接電流；１８０〜２５
０Ａ、ワイヤ径が１．４ｍｍのとき、溶接電流；２６０
〜３１０Ａ、ワイヤ径が１．６ｍｍのとき、溶接電流；
３２０〜３８０Ａに設定する。

【００２６】溶接電圧；ワイヤ径が１．２ｍｍのとき２
６〜３１Ｖ、ワイヤ径が１．４ｍｍのとき２７〜３３
Ｖ、ワイヤ径が１．６ｍｍのとき２９〜３５Ｖ溶接電圧が各ワイヤ径ごとの下限値未満であると、ビー
ド形状不良になり、融合不良の原因となる。しかし、溶
接電圧が各ワイヤ径ごとの上限値を超えると、アークが
不安定となり、溶接欠陥が生じやすくなる。このため、
溶接電圧はワイヤ径が１．２ｍｍのとき、溶接電圧；２
６〜３１Ｖ、ワイヤ径が１．４ｍｍのとき、溶接電圧；
２７〜３３Ｖ、ワイヤ径が１．６ｍｍのとき、溶接電
圧；２９〜３５Ｖ２６〜３１Ｖに設定する。

【００２７】頭頂部の積層方法及び層間温度溶接ビードの最終凝固部にかかる収縮応力を緩和させる
と共に分散させるため、レール頭頂部においては、積層
方法を１層当たり２パス以上とする。これにより、高温
割れ（溶着金属の凝固割れ）を防止することができる。
また、１層当たり２パス以上の積層を行うことにより、
溶接欠陥（融合不良など）の防止も図ることができる。

【００２８】また、本発明においてはレール頭頂部のパ
ス間温度を４００〜７００℃に管理する。このパス間温
度が４００℃未満であると、溶着金属にかかる収縮応力
が大きくなり、高温割れが生じやすい。また、パス間温
度が７００℃を超えると、レール母材の希釈が過大とな
り、溶着金属のＣ含有量が高くなって、高温割れが生じ
やすい。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、その比較例
と比較して説明する。

【００３０】第１実施例下記表１に示す化学組成を有するレールを、図２中に示
す寸法で配置して、下記表２に示す溶接条件にて溶接を
行った。頭頂部のパス間温度は図３中のＡで示す位置で
測定した。下記表３，４，５にはこのとき使用した実施
例及び比較例の溶接用ワイヤの化学組成、組合せた溶接
条件、及びレール継ぎ手の評価結果を示す。高温割れ、
融合不良、ブローホール及びスラグ巻き込み等の有無の
評価は、Ｘ線透過試験にて判断した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】但し、Ｐ欄は頭頂部の積層方法(ハ゜ス)（１層当たり）を示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】実施例１〜１８は、ワイヤ組成及び溶接条
件が本願発明の範囲に入るものであるから、高温割れ、
融合不良、ブローホール及びスラグ差し込み等の欠陥は
発生しなかった。

【００３７】これに対し、比較例１〜２２は、溶接条件
又はワイヤ組成が本願発明の範囲から外れるものである
ので、高温割れが発生するか、又は融合不良、ブローホ
ール及びスラグ巻き込み等が発生した。

【００３８】第２実施例前記表１に示す化学組成を有するレールを、図２中に示
す寸法で配置し、下記表６に示す溶接条件にて溶接を行
った。下記表７にはこのとき使用した溶接用ワイヤの化
学組成を示す。下記表８にはレール溶接継手の評価を示
す。高温割れ、融合不良ブローホール及びスラグ巻き込
み等の有無の評価は、Ｘ線透過試験にて判断した。スラ
グ巻き込み等の有無評価はＸ線透過試験にて判断した。

【００３９】

【表６】

【００４０】

【表７】

【００４１】

【表８】

【００４２】実施例１９，２０，２１，２２は、本発明
にて規定した条件を満足するものであり、比較例は本発
明の範囲から外れるものである。このため、表８に示す
ように、実施例１９，２０は高温割れ、融合不良、ブロ
ーホール及びスラグ差込みが発生しなかった。これに対
し、比較例２３，２４，２５．２６は、ワイヤ組成が本
発明の範囲から外れるものであるから融合不良等の溶接
欠陥が発生した。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は溶接用ソ
リッドワイヤを使用したガスシールドアーク溶接法によ
りレールを溶接することにより、その高溶着性という利
点を生かして溶接作業時間の短縮化を図ると共に、この
ソリッドワイヤの組成及び溶接施工条件を適切に設定す
ることにより、レールとして優れた継手性能を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レールの断面図である。

【図２】レールを突き合わせた開先部を示すレールの標
準的な側面図である。

【図３】（ａ），（ｂ）はレール頭頂部のパス間温度測
定位置を示すレールの断面図及び側面図である。

【符号の説明】

１；底部２；腹部３；頭部４；頭頂部５；当金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/22 Ｅ０１Ｂ 29/42 (72)発明者夏目松吾神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者丸山敏治神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者山下賢神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ；０．５０〜０．７５重量％を含有す
る鋼材からなるレールをガスシールドアーク溶接法によ
り溶接するレールの溶接方法において、ワイヤ全重量に
対する重量％で、Ｃ；０．２５重量％以下、Ｓｉ；０．
０５〜１．５０重量％、Ｍｎ；０．５０〜２．５０重量
％、Ｃｒ；０．８０〜４．００重量％、Ｍｏ；０．０５
〜２．００重量％を含有し、Ｐ；０．０１５重量％以
下、Ｓ；０．０１５重量％以下に規制し、残部がＦｅ及
び不可避的不純物からなるソリッドワイヤを使用し、ワ
イヤ径が１．２ｍｍのとき、溶接電流；１８０〜２５０
Ａ、溶接電圧；２６〜３１Ｖ、ワイヤ径が１．４ｍｍの
とき、溶接電流；２６０〜３１０Ａ、溶接電圧；２７〜
３３Ｖ、ワイヤ径が１．６ｍｍのとき、溶接電流；３２
０〜３８０Ａ、溶接電圧；２９〜３５Ｖである溶接条件
にて溶接すると共に、レール頭頂部においてはパス間温
度を４００℃〜７００℃に管理し、且つ積層方法を１層
当たり２パス以上とすることを特徴とするガスシールド
アーク溶接法によるレールの溶接方法。
【請求項２】Ｃ；０．５０〜０．７５重量％を含有す
る鋼材からなるレールをガスシールドアーク溶接法によ
り溶接するレールの溶接方法において、ワイヤ全重量に
対する重量％で、Ｃ；０．２５重量％以下、Ｓｉ；０．
０５〜１．５０重量％、Ｍｎ；０．５０〜２．５０重量
％、Ｎｉ；２．００重量％以下、Ｃｒ；０．８０〜４．
００重量％、Ｍｏ；０．０５〜２．００重量％を含有
し、Ｐ；０．０１５重量％以下、Ｓ；０．０１５重量％
以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる
ソリッドワイヤを使用し、ワイヤ径が１．２ｍｍのと
き、溶接電流；１８０〜２５０Ａ、溶接電圧；２６〜３
１Ｖ、ワイヤ径が１．４ｍｍのとき、溶接電流；２６０
〜３１０Ａ、溶接電圧；２７〜３３Ｖ、ワイヤ径が１．
６ｍｍのとき、溶接電流；３２０〜３８０Ａ、溶接電
圧；２９〜３５Ｖである溶接条件にて溶接すると共に、
レール頭頂部においてはパス間温度を４００℃〜７００
℃に管理し、且つ積層方法を１層当たり２パス以上とす
ることを特徴とするガスシールドアーク溶接法によるレ
ールの溶接方法。
【請求項３】前記ソリッドワイヤは、更にＴｉ；０．
０３〜１．５０重量％を含有することを特徴とする請求
項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接法によるレ
ールの溶接方法。