JP2536328B2 - 多電極溶接方法 - Google Patents
多電極溶接方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、同一継手内において溶
接金属の化学的成分の含有量を制御することができる多
電極溶接方法に関する。
接金属の化学的成分の含有量を制御することができる多
電極溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】同一の溶接継手内において溶接金属の化
学的成分の含有量を変える必要がある場合がある。例え
ば、図４に示すレールの突合せ継手の場合、頭頂部Ｒ，
頭部Ｈ，腹部Ｗ，底部Ｆの各部位において該継手内の炭
素量を変える溶接が実施されている。炭素量の設定条件
の一例を示すと表１のとおりである。
学的成分の含有量を変える必要がある場合がある。例え
ば、図４に示すレールの突合せ継手の場合、頭頂部Ｒ，
頭部Ｈ，腹部Ｗ，底部Ｆの各部位において該継手内の炭
素量を変える溶接が実施されている。炭素量の設定条件
の一例を示すと表１のとおりである。
【表１】 上記のように炭素量を変える理由は、レールの溶接にお
いては、強度的な面から底部と頭部の炭素量が高いこと
が望まれ、腹部においては溶接作業性や耐凝固割れ性の
観点から炭素量の低いことが望まれるからである。ま
た、頭頂部においては母材と同等程度の耐摩耗性を確保
する必要があるため、母材並の炭素量が望まれるからで
ある。
いては、強度的な面から底部と頭部の炭素量が高いこと
が望まれ、腹部においては溶接作業性や耐凝固割れ性の
観点から炭素量の低いことが望まれるからである。ま
た、頭頂部においては母材と同等程度の耐摩耗性を確保
する必要があるため、母材並の炭素量が望まれるからで
ある。
【０００３】このように同一継手内で溶接金属の化学的
組成を変化させる従来技術としては、次のものがある。 １．溶接ワイヤを取り替える。 ２．電極ワイヤとは別にフィラーワイヤを用いて、フィ
ラーワイヤの送給量を変化させる。
組成を変化させる従来技術としては、次のものがある。 １．溶接ワイヤを取り替える。 ２．電極ワイヤとは別にフィラーワイヤを用いて、フィ
ラーワイヤの送給量を変化させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
１の方法では溶接ワイヤを取り替えるのに時間がかか
り、連続溶接は行えない。また、必要に応じて多数の溶
接ワイヤを用意しなければならずコスト高になる。さら
に、連続的に化学的組成を変化させることは不可能に近
いなどの問題がある。次に、上記２の方法ではフィラー
ワイヤの送給量を変えることによって化学的組成を連続
的に変化させることは可能であるが、フィラーワイヤは
アークを発生させないので、その溶融量には限界があ
り、最大でも電極ワイヤの溶融量と同等程度である。ま
た、フィラーワイヤの送給量を多くすると母材の溶融量
が減るので、溶込み不足等の溶接欠陥を発生させる危険
性があるほか、母材の溶融量も変化するのでフィラーワ
イヤの溶融量と電極ワイヤの溶融量だけを変数として、
溶接金属の化学的組成を決定することはできなくなる。
さらに、フィラーワイヤの送給量により溶融量が変化す
るので、ビード形状が不揃いになり、溶接欠陥を発生し
やすくなるなどの問題がある。
１の方法では溶接ワイヤを取り替えるのに時間がかか
り、連続溶接は行えない。また、必要に応じて多数の溶
接ワイヤを用意しなければならずコスト高になる。さら
に、連続的に化学的組成を変化させることは不可能に近
いなどの問題がある。次に、上記２の方法ではフィラー
ワイヤの送給量を変えることによって化学的組成を連続
的に変化させることは可能であるが、フィラーワイヤは
アークを発生させないので、その溶融量には限界があ
り、最大でも電極ワイヤの溶融量と同等程度である。ま
た、フィラーワイヤの送給量を多くすると母材の溶融量
が減るので、溶込み不足等の溶接欠陥を発生させる危険
性があるほか、母材の溶融量も変化するのでフィラーワ
イヤの溶融量と電極ワイヤの溶融量だけを変数として、
溶接金属の化学的組成を決定することはできなくなる。
さらに、フィラーワイヤの送給量により溶融量が変化す
るので、ビード形状が不揃いになり、溶接欠陥を発生し
やすくなるなどの問題がある。
【０００５】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、２種以上の異種の溶接ワイヤを用
いて同一継手内において溶接金属の化学的組成を連続的
に変化させることのできる多電極溶接方法を提供するこ
とを目的とする。
めになされたもので、２種以上の異種の溶接ワイヤを用
いて同一継手内において溶接金属の化学的組成を連続的
に変化させることのできる多電極溶接方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る多電極溶接方法は、化学的組成の異な
る複数の溶接ワイヤを用いて１つの溶融池を形成し溶接
する場合において、その継手内において溶接部位に応じ
各溶接ワイヤの送給比率を変化させることにより、溶接
金属の化学的組成を制御することを特徴とするものであ
る。また、溶接法として回転アーク溶接法を用いる。
め、本発明に係る多電極溶接方法は、化学的組成の異な
る複数の溶接ワイヤを用いて１つの溶融池を形成し溶接
する場合において、その継手内において溶接部位に応じ
各溶接ワイヤの送給比率を変化させることにより、溶接
金属の化学的組成を制御することを特徴とするものであ
る。また、溶接法として回転アーク溶接法を用いる。
【０００７】
【作用】図１，図２を用いて本発明の作用を説明する。
図１は本発明の多電極溶接方法の概要図で、溶接ワイヤ
１，２はそれぞれ給電チップ３，４内を通って送給され
るようになっており、これらの給電チップ３，４を同一
の溶接電源５のプラス側に、母材６を溶接電源５のマイ
ナス側にそれぞれ接続して各溶接ワイヤ１，２の先端か
らアーク７，８を発生させ、１つの溶融池９を形成しな
がら溶接する場合を示している。図中、１０は溶接ビー
ドである。なお、同図は回転アークの場合で示してある
が、必ずしもアークは回転させる必要はない。図２は溶
接金属の断面を一般化して示したもので、溶接ワイヤの
溶融による溶着金属断面積Ａと、母材の溶融による母材
溶融断面積Ｂとからなる。そこでいま、溶接金属中の１
つの化学的成分（例えば炭素）に注目する。以下、該化
学的成分をＭ，その含有量をＭ量と記述する。母材のＭ
量をＭB （％），溶着金属のＭ量をＭA （％）とする
と、図２より溶接金属のＭ量ＭW （％）は次式で表され
る。 ＭW ＝（Ａ×ＭA ＋Ｂ×ＭB ）／（Ａ＋Ｂ） … ここで、溶接ワイヤ１のＭ量をＭ1 （％） 溶接ワイヤ２のＭ量をＭ2 （％） 溶接ワイヤ１の溶着効率をｋ1 溶接ワイヤ２の溶着効率をｋ2 溶接ワイヤ１の単位時間当りの溶融量をｖf1 溶接ワイヤ２の単位時間当りの溶融量をｖf2 とすると、 ＭA ＝（ｋ1 ・ｖf1・Ｍ1 ＋ｋ2 ・ｖf2・Ｍ2 ）／（ｋ1 ・ｖf1＋ｋ2 ・ｖf2） … となる。上記，式を用いて、所定のＭW が得られる
ｖf1とｖf2の比率（送給比率）を求め、溶接ワイヤ１と
溶接ワイヤ２がその送給比率となるように溶接するので
ある。当然、希望するＭW が変化すれば溶接ワイヤ１と
溶接ワイヤ２の送給比率も変化する。したがって、同一
継手内において溶接部位に応じて溶接金属の化学的組成
を連続的に変化させることが可能となる。
図１は本発明の多電極溶接方法の概要図で、溶接ワイヤ
１，２はそれぞれ給電チップ３，４内を通って送給され
るようになっており、これらの給電チップ３，４を同一
の溶接電源５のプラス側に、母材６を溶接電源５のマイ
ナス側にそれぞれ接続して各溶接ワイヤ１，２の先端か
らアーク７，８を発生させ、１つの溶融池９を形成しな
がら溶接する場合を示している。図中、１０は溶接ビー
ドである。なお、同図は回転アークの場合で示してある
が、必ずしもアークは回転させる必要はない。図２は溶
接金属の断面を一般化して示したもので、溶接ワイヤの
溶融による溶着金属断面積Ａと、母材の溶融による母材
溶融断面積Ｂとからなる。そこでいま、溶接金属中の１
つの化学的成分（例えば炭素）に注目する。以下、該化
学的成分をＭ，その含有量をＭ量と記述する。母材のＭ
量をＭB （％），溶着金属のＭ量をＭA （％）とする
と、図２より溶接金属のＭ量ＭW （％）は次式で表され
る。 ＭW ＝（Ａ×ＭA ＋Ｂ×ＭB ）／（Ａ＋Ｂ） … ここで、溶接ワイヤ１のＭ量をＭ1 （％） 溶接ワイヤ２のＭ量をＭ2 （％） 溶接ワイヤ１の溶着効率をｋ1 溶接ワイヤ２の溶着効率をｋ2 溶接ワイヤ１の単位時間当りの溶融量をｖf1 溶接ワイヤ２の単位時間当りの溶融量をｖf2 とすると、 ＭA ＝（ｋ1 ・ｖf1・Ｍ1 ＋ｋ2 ・ｖf2・Ｍ2 ）／（ｋ1 ・ｖf1＋ｋ2 ・ｖf2） … となる。上記，式を用いて、所定のＭW が得られる
ｖf1とｖf2の比率（送給比率）を求め、溶接ワイヤ１と
溶接ワイヤ２がその送給比率となるように溶接するので
ある。当然、希望するＭW が変化すれば溶接ワイヤ１と
溶接ワイヤ２の送給比率も変化する。したがって、同一
継手内において溶接部位に応じて溶接金属の化学的組成
を連続的に変化させることが可能となる。
【０００８】
【実施例】この多電極溶接方法をレールの継手に実施し
た結果を以下に示す。実施例では、溶接電流、アーク電
圧、溶接速度等の溶接条件を一定とするために ｖf1＋ｖf2＝Ｓ（一定） … という条件下において本法を実施した。これにより母材
溶融断面積Ｂは常に一定となるので、あらかじめ同一溶
接条件の予備試験にて母材溶融断面積Ｂを求めておけば
よい。また、溶着金属断面積Ａは次式で与えられるの
で、ｖf1＋ｖf2＝一定のもとでは溶着金属断面積Ａもほ
ぼ一定となり、ビード形状が均一となる。近似的にｋ1
＝ｋ2 ＝１であるから溶接速度をｖとすると Ａ＝（ｋ1 ・ｖf1＋ｋ2 ・ｖf2）／ｖ＝（ｖf1＋ｖf2）／ｖ＝Ｓ／ｖ… いま、ｋ1 ＝ｋ2 ＝１とすると〜式より ｖf1＝｛Ｓ（ＭW −Ｍ2 ）＋ｖ・Ｂ（ＭW −ＭB ）｝／（Ｍ1 −Ｍ2 ）… ｖf2＝Ｓ−ｖf1 … が得られる。そこで、レールの各部位における炭素量を
前記の表１のとおりに設定し、母材レールの炭素含有量
ＭW ＝０．８％，溶接ワイヤ１の炭素含有量Ｍ1 ＝０．
１％（ソリッドワイヤを使用），溶接ワイヤ２の炭素含
有量Ｍ2 ＝０．８％（メタルコアードワイヤを使用）と
した。また、ｖf1＋ｖf2＝Ｓ＝１２．５（cm3 ／分），
溶接速度ｖ＝２５（cm／分）と決めた。ゆえに、溶着金
属断面積Ａ＝０．５cm2 である。また、予備試験の結
果、レールの各部位の母材溶融断面積Ｂは以下のとおり
であった。 頭頂部：０．３３３cm2 頭部 ：０．１２５cm2 腹部 ：０．２１４cm2 底部 ：０．１２５cm2 ゆえに、，式よりレール各部位でのｖf1，ｖf2を計
算すると表２のようになる。
た結果を以下に示す。実施例では、溶接電流、アーク電
圧、溶接速度等の溶接条件を一定とするために ｖf1＋ｖf2＝Ｓ（一定） … という条件下において本法を実施した。これにより母材
溶融断面積Ｂは常に一定となるので、あらかじめ同一溶
接条件の予備試験にて母材溶融断面積Ｂを求めておけば
よい。また、溶着金属断面積Ａは次式で与えられるの
で、ｖf1＋ｖf2＝一定のもとでは溶着金属断面積Ａもほ
ぼ一定となり、ビード形状が均一となる。近似的にｋ1
＝ｋ2 ＝１であるから溶接速度をｖとすると Ａ＝（ｋ1 ・ｖf1＋ｋ2 ・ｖf2）／ｖ＝（ｖf1＋ｖf2）／ｖ＝Ｓ／ｖ… いま、ｋ1 ＝ｋ2 ＝１とすると〜式より ｖf1＝｛Ｓ（ＭW −Ｍ2 ）＋ｖ・Ｂ（ＭW −ＭB ）｝／（Ｍ1 −Ｍ2 ）… ｖf2＝Ｓ−ｖf1 … が得られる。そこで、レールの各部位における炭素量を
前記の表１のとおりに設定し、母材レールの炭素含有量
ＭW ＝０．８％，溶接ワイヤ１の炭素含有量Ｍ1 ＝０．
１％（ソリッドワイヤを使用），溶接ワイヤ２の炭素含
有量Ｍ2 ＝０．８％（メタルコアードワイヤを使用）と
した。また、ｖf1＋ｖf2＝Ｓ＝１２．５（cm3 ／分），
溶接速度ｖ＝２５（cm／分）と決めた。ゆえに、溶着金
属断面積Ａ＝０．５cm2 である。また、予備試験の結
果、レールの各部位の母材溶融断面積Ｂは以下のとおり
であった。 頭頂部：０．３３３cm2 頭部 ：０．１２５cm2 腹部 ：０．２１４cm2 底部 ：０．１２５cm2 ゆえに、，式よりレール各部位でのｖf1，ｖf2を計
算すると表２のようになる。
【０００９】
【表２】 つまり、表２に示すｖf1，ｖf2が得られるように溶接ワ
イヤ１，２の送給速度を決定し、溶接を行った。表２に
は溶接後の溶接金属炭素量を分析した結果を併せて示し
てある。ほぼ設定値（表１）と等しく、満足できる成分
となっていることがわかる。また、継手性能試験の結
果、十分な継手強度も得られ、頭頂部においては後熱処
理を行うことによって母材と同等の耐摩耗性を有してい
ることを確認している。
イヤ１，２の送給速度を決定し、溶接を行った。表２に
は溶接後の溶接金属炭素量を分析した結果を併せて示し
てある。ほぼ設定値（表１）と等しく、満足できる成分
となっていることがわかる。また、継手性能試験の結
果、十分な継手強度も得られ、頭頂部においては後熱処
理を行うことによって母材と同等の耐摩耗性を有してい
ることを確認している。
【００１０】なお、溶接トーチには図３に示すような回
転アーク溶接トーチを使用した。図において、１，２は
溶接ワイヤ、１１は電極ノズルで、２本の溶接ワイヤ
１，２が軸芯に対し偏心した位置をそれぞれ通る。３，
４は電極ノズル１１の先端に取り付けた給電チップであ
る。１２，１３はそれぞれ絶縁製ブシュ及び自動調心ベ
アリングで、電極ノズル１１の上端部における支点１４
を構成する。１５，１６は電極ノズル１１の中間部を支
持する絶縁製ブシュ及び自動調心ベアリングで、ギヤ１
７を設けた回転円盤１８の偏心位置に取り付けられる。
回転円盤１８はギヤ１７に回転モータ１９の駆動ギヤ２
０を噛み合わせて回転させる。２１は電極ノズル１１及
び回転円盤１８を回転自在に支持するハウジングであ
り、下部にはシールドガスノズル２２が取り付けられて
いる。したがって、この電極ノズル１１は上部を支点と
して、中間部が回転円盤１８により回転中心軸２３の周
りに円運動するという歳差運動をする。これによって各
溶接ワイヤ１，２の先端から発生するアークがそれぞれ
同一溶融池内で回転する。
転アーク溶接トーチを使用した。図において、１，２は
溶接ワイヤ、１１は電極ノズルで、２本の溶接ワイヤ
１，２が軸芯に対し偏心した位置をそれぞれ通る。３，
４は電極ノズル１１の先端に取り付けた給電チップであ
る。１２，１３はそれぞれ絶縁製ブシュ及び自動調心ベ
アリングで、電極ノズル１１の上端部における支点１４
を構成する。１５，１６は電極ノズル１１の中間部を支
持する絶縁製ブシュ及び自動調心ベアリングで、ギヤ１
７を設けた回転円盤１８の偏心位置に取り付けられる。
回転円盤１８はギヤ１７に回転モータ１９の駆動ギヤ２
０を噛み合わせて回転させる。２１は電極ノズル１１及
び回転円盤１８を回転自在に支持するハウジングであ
り、下部にはシールドガスノズル２２が取り付けられて
いる。したがって、この電極ノズル１１は上部を支点と
して、中間部が回転円盤１８により回転中心軸２３の周
りに円運動するという歳差運動をする。これによって各
溶接ワイヤ１，２の先端から発生するアークがそれぞれ
同一溶融池内で回転する。
【００１１】上記実施例はレール継手の場合であるが、
クラッド材や異材継手などの同一継手内において溶接金
属の化学組成を変化させる必要のある溶接継手にも同様
に本溶接方法を適用できるものである。
クラッド材や異材継手などの同一継手内において溶接金
属の化学組成を変化させる必要のある溶接継手にも同様
に本溶接方法を適用できるものである。
【００１２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数の異
種溶接ワイヤの送給比率を変化させるだけで、同一継手
内において溶接金属の化学的組成を連続的に変化させる
ことができる。したがって、溶接ワイヤを取り替える必
要もなく、また溶接欠陥を発生させることなく均一なビ
ード形状が得られ、その継手内の各部位における母材溶
融量を変化させずに溶接金属の化学的組成を制御するこ
とができる。
種溶接ワイヤの送給比率を変化させるだけで、同一継手
内において溶接金属の化学的組成を連続的に変化させる
ことができる。したがって、溶接ワイヤを取り替える必
要もなく、また溶接欠陥を発生させることなく均一なビ
ード形状が得られ、その継手内の各部位における母材溶
融量を変化させずに溶接金属の化学的組成を制御するこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例を示す説明図である。
【図２】溶接金属の断面を一般化して示す図である。
【図３】実施例で使用した回転アーク溶接トーチの断面
図である。
図である。
【図４】レール継手部の断面図である。
１，２ 溶接ワイヤ ３，４ 給電チップ ５ 溶接電源 ６ 母材 ７，８ アーク ９ 溶融池 １０ 溶接ビード １１ 電極ノズル １４ 支点 １８ 回転円盤
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ２３Ｋ 9/23 8315−4Ｅ Ｂ２３Ｋ 9/23 Ｚ // Ｂ２３Ｋ 9/038 8315−4Ｅ Ｂ２３Ｋ 9/038 Ｂ Ｂ２３Ｋ 101:26 Ｂ２３Ｋ 101:26 103:16 103:16 103:18 103:18
Claims (2)
- 【請求項１】 化学的組成の異なる複数の溶接ワイヤを
使用し、１つの溶融池を形成し、その継手内における溶
接部位に応じて各溶接ワイヤの送給比率を変化させるこ
とにより、溶接金属の化学的組成を制御する多電極溶接
方法。 - 【請求項２】 回転アーク溶接法を利用する請求項１記
載の多電極溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13121691A JP2536328B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 多電極溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13121691A JP2536328B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 多電極溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04367376A JPH04367376A (ja) | 1992-12-18 |
| JP2536328B2 true JP2536328B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=15052753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13121691A Expired - Lifetime JP2536328B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 多電極溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2536328B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT500898B8 (de) * | 2003-12-15 | 2007-02-15 | Fronius Int Gmbh | Schweissanlage |
| JP4842665B2 (ja) * | 2005-12-05 | 2011-12-21 | 株式会社ダイヘン | 高合金鋼の２電極アーク溶接方法 |
| JP5080748B2 (ja) * | 2006-03-31 | 2012-11-21 | 株式会社神戸製鋼所 | タンデムアーク溶接方法 |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP13121691A patent/JP2536328B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04367376A (ja) | 1992-12-18 |
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