JPH01180780A - 軌条の突き合せ溶接方法 - Google Patents

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、鉄道などに使用されるレールの突き合せ被覆
アーク溶接法に関するものである。

（従来の技術） 従来レールの接合方法には、フラッシュバット溶接法、
ガス圧接法、テルミット溶接法およびエンクローズドア
ーク溶接法などが用いられている。

これらの溶接法の中でエンクローズドアーク溶接法は、
特公昭５６−４３５０号公報でも紹介されているように
、拘束状態にあるレールの溶接が可能でかつ継手の信幀
性も高いという利点があることから、現場溶接法として
よく用いられている。

レールはその使用目的から、耐摩耗性、耐疲労損傷性お
よび静的強度の大きい性質が要求されており、溶接継手
部においても同様で、さらに溶接割れ等の溶接欠陥につ
いても皆無または、実用的に差しつかえない程度に極力
、少なくなっていなければならない。

従来レールの突き合せ溶接方法は、第２図で示すように
、レール足部１１から腹部にかけての立ち上がり部１２
では多層盛溶接し、更に腹部から、頭部１３にかけてス
ラグ除去を行なわないで連続溶接するエンクローズドア
ーク溶接を行い、最後に頭頂部を多層溶接を行って突き
合せ溶接を完了している。このとき立ち上がり部１２で
は、溶接終端クレータ一部１５をレール断面内に留めて
、余盛を作らないようにした溶接方法である。

また被覆アーク溶接棒は、第１表で示すようにＪＩＳ　
　ｚ３２１３低合金高張力鋼用被覆アーク溶接棒が使用
されている。このような溶接棒をレールに適用した場合
に形成される溶接金属は、Ｃ；０．３％以下であり、こ
のために溶接金属レールとのＣ含有量の差に由来する凝
固温度の差、すなわち溶接金属の凝固温度が約１５３０
°Ｃ、レールのそれが約１４７０°Ｃであることに起因
してレール母材の溶融境界部近傍（ＨＡＺ）に高温割れ
が発生する。

さらにこのＨＡＺには、溶接のままで多量のマルテンサ
イト組織を生成し、疲労強度低下の一因ともなる。一方
レール使用性能に関する研究は多（、耐摩耗性と耐疲労
損傷性はパーライト組織が最も優れ、かつ同じパーライ
ト組織であれば、硬さが大きくＣ含有量の多い方が優れ
ていることが明らかにされている。又、レールと同等の
Ｃ量を有する溶接金属においては、先に述べたレール母
材のＨＡＺの高温割れも生じない。かかる理由からＣ含
有量の高い例えばＣ；０．４〜１．０％の被覆アーク溶
接棒が用いられるようになった。

このような高Ｃ系被覆アーク溶接棒のレールのエンクロ
ーズドアーク溶接への適用により、ＨＡＺの高温割れ発
生やマルテンサイトの生成抑制が可能となり、静的強度
や疲労強度が著しく向上した。更に溶接金属組織がパー
ライト組織となり、耐摩耗性、耐疲労損傷性も向上した
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら高Ｃ系成分では、オーステナイト系ステン
レス成分系と同様に、溶接終端クレータ一部においてオ
ーステナイト凝固特有の凝固割れ（クレータ−割れ）が
生じやすい。クレータ−割れは、１本の被覆アーク溶接
棒での溶接が終了する部分の溶融池に生ずる凝固割れで
、場合によってはこの割れが伝播拡大する。

このクレータ−割れの大きさは、クレータ一部の溶融池
の大きさや外部の引張応力の大きさに左右され、それら
が大きいほど割れの大きさも増加し、溶接継手の静的強
度や疲労強度低下の一因ともなる。特にエンクローズド
アーク溶接のように比較的大きな溶接電流値で、かつ垂
直の狭開先で溶接を行う場合、溶融池の大きさや外部の
引張応力が増大しやすく、クレータ−割れ発生を看過で
きない。

特にレール溶接においては、その形状に起因して呈上部
の腹部にかかる立ち上がり部の多層溶接部は、ビードの
長さに対して厚みを大きくする必要性から、溶接速度が
非常に小さく、クレータ−が大きくなり、かつ既に凝固
している下層の拘束により最終凝固部に大きい収縮歪が
加わることが重畳して、クレータ−割れが生じやすくな
る。更にレール腹部から頭部にかけてのエンクローズド
アーク溶接部では、連続溶接であるため、多層盛溶接の
ように溶接ビードを覆うスラグの除去ができない。そこ
で溶接アークによりスラグを再溶融しつつ溶接を進める
。このため溶接電流が比較的大きく、通常２５０〜２８
０Ａである。従ってクレータ−の大きさが大きくなり、
クレータ−割れの大きさも実用上問題となる程度に大き
くなる。

本発明は、前記の被覆アーク溶接棒の使用における問題
点を解決し、良好な継手性能を安定して確保することが
できる鉄道などに用いられるレールの溶接法を提供する
ものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨は、Ｃ；０．４〜１．０％含む被覆アーク
溶接棒を用いたレールの突き合せ溶接において、相対向
するレールの脚部を多層溶接する際に、脚上部の立ち上
がり部にて上層溶接と一ドの終端部を下層の溶接ビード
終端部にオーバーラップさせながら余盛を形成し、脚部
多層溶接を完了したのちレール腹部から頭部にかけての
エンクローズドアーク溶接を行うに際し、溶接電流値を
２４０〜２日０Ａで開始し、直ちに電流値を１９０〜２
４０Ａに切換えて頭頂部まで連続溶接し、突き合せ溶接
を完了するレールの溶接法であり、また、レール腹部か
ら頭部にかけてのエンクローズドアーク溶接を行うに際
し、溶接電流値を２４０〜２８０Ａで開始し、直ちに電
流値を１９０〜２４０Ａに切換えて頭部の途中まで連続
溶接し、更に、少なくとも１パス以上の多層盛を低電流
で行い、頭頂部まで溶接し突き合せ溶接を完了するレー
ルの溶接法である。

以下に本発明について第１図を参照しながら詳細に説明
する。

第１図は本発明の溶接法を示した図面である。

まずレール足部１を従来法と同じように多層溶接したの
ち、足上部の腹部にかかる立ち上がり部２の多層溶接終
端部のクレータ−３をそれぞれ下層４にオーバーラップ
させながら余盛としてレール断面より外に出す。

このとき、ビードは進行方向に対して下りの傾きをもち
、ビードが短い位置では傾きが大きい。

この部分でアークを止めるとクレータ−が下方に流れ広
がった形状（楕円率が大きい）となり、クレータ−割れ
が生じ、それがレール断面内のビード部に進展し易い。

そこで立ち上がり部の積層においては、全ビードをレー
ル断面下層の傾きの小さい部分まで余盛として伸ばし、
アークを止める。

その結果、レール断面内に割れのない清浄なビードを形
成する。ことが可能となる。更にレール腹部から頭部に
かけてのエンクローズドアーク溶接部５では、スタート
時の溶接電流を２４０〜２８０Ａとし、足部の最終層の
四周の隅を十分に溶着させたのち、直ちに電流値を１９
０〜２４０Ａに低めて連続溶接を行う。この結果、棒継
ぎ部あるいは最終のクレータ−の大きさを小さくするこ
とができ、クレータ−割れを抑制することが可能である
。

この時スタート時の溶接電流値を２４０〜２８０Ａとし
たのは、２４０Ａ未満では既に完了している下層ビード
と十分になじんだビード形成が困難で、融合不良などが
生じ易いため２４０Ａ以上とした。又、２８０Ａとした
のは、それ以上では過大電流となって溶接作業が安定し
て持続できないからである。

溶接スタート直後、すなわち、下層と一ドと十分なじん
だビードが形成されたら、直ちに電流値を１９０〜２４
０Ａに切換える。この場合の電流値を１９０Ａ以上２４
０Ａ以下とした理由は、１９０Ａより小さい電流値では
スラグの再溶融が困難となり、エンクローズドアーク溶
接そのものが不可能となり、又２４０Ａより大きい電流
では、従来法と同様でクレータ−割れの抑制が困難とな
り、問題の解決とはならない。

このように腹部から頭部５にかけて連続溶接を完了した
後、場合によってはさらに頭頂部６のみを低電流の多層
盛溶接を行ってもよい。この低電流とする理由は、クレ
ータ−の大きさを小さくし、クレータ−割れを実用上問
題とならない程度に抑制するためである。この場合の溶
接電流は１３０〜１６０Ａが望ましい。

本発明によるレール溶接法は、ＨＡＺの高液化割゛れを
生じず、溶接全層部の全層組織がパーライトを呈し、耐
摩耗性、静的強度、疲労強度の向上に加え、高Ｃ系被覆
アーク溶接棒で懸念されるクレータ−割れの発生をも抑
制せしめ、高性能のレール溶接継手製造を可能とする。

的に説明する。

表２表に示す溶接芯線に、第３表の如く調整し疑へ７１
を、覆、えアー７，８や、□い７、□４表の高Ｃ鋼、低
合金鋼レールにエンクローズドアーク溶接をした。

溶接施行は、Ｉ型開光にて５００℃に予熱した後、足部
は下向きで多層溶接し、腹部から頭部にかけてエンクロ
ーズド用当金をあて連続溶接した。

頭部の溶接は、頭部に最適な溶接棒のみを交換し、連続
溶接で頭頂部まで盛り上げ溶接を完了する場合と、連続
溶接を途中で中止し、その後は頭頂部まで多層溶接を行
ない、溶接を完了する場合に分けて行った。

このとき足部上部の立ち上がり部において、少なくとも
、■パス以上の溶接終端部（クレータ−）を下層にオー
バーラツプさせて余盛を形成し、更にレール腹部から頭
部にかけてのエンクローズドアーク溶接において、溶接
電流を２４０〜２６０Ａ（２６０→２４０Ａ）で開始し
、直ちに１９０〜２４ＯＡの低電流溶接を行った。又比
較として、従来条件に準じた溶接についても行った。溶
接後、レール断面全周を均等に加熱する多孔ノズルバー
ナを用いて９００°Ｃに加熱し、放冷した。更に、頭頂
部のみを加熱する多孔ノズルバーナーを用いて７００″
Ｃに加熱し、強制空冷により、頭頂部を焼入れた。

第５表に溶接条件、超音波探傷による欠陥の有無、静曲
げおよび疲労強度の値を示す。

（発明の効果） 以上説明したごとく本発明による溶接方法によれば、溶
接欠陥はなくなり、更に静曲げ強度、疲労強度が向上し
、軌条の継手性能の安定化を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法、第２図は従来法のそれぞれレールの
溶接法を示す断面図である。 １・・・レール足部、２・・・立ち上がり部、３・・・
クレータ−１４・・・下層、５・・・エンクローズドア
ーク溶接部、６・・・レールの頭頂部。 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他１名 ７２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ；０．４〜１．０％含む被覆アーク溶接棒を用
   いたレールの突き合せ溶接において、相対向するレール
   の脚部を多層溶接する際に、脚上部の立ち上がり部にて
   上層溶接ビードの終端部を下層の溶接ビード終端部にオ
   ーバーラップさせながら余盛を形成し、脚部多層溶接を
   完了したのちレール腹部から頭部にかけてのエンクロー
   ズドアーク溶接を行うに際し、溶接電流値を２４０〜２
   ８０Ａで開始し、直ちに電流値を１９０〜２４０Ａに切
   換えて頭頂部まで連続溶接し、突き合せ溶接を完了する
   ことを特徴とするレールの溶接法。
2. （２）Ｃ；０．４〜１．０％含む被覆アーク溶接棒を用
   いたレールの突き合わせ溶接において、相対向するレー
   ルの脚部を多層溶接する際に、脚上部の立ち上がり部に
   て上層溶接ビードの終端部を下層の溶接ビード終端部に
   オーバーラップさせながら余盛を形成し、脚部多層溶接
   を完了したのちレール腹部から頭部にかけてのエンクロ
   ーズドアーク溶接を行うに際し、溶接電流値を２４０〜
   ２８０Ａで開始し、直ちに電流値を１９０〜２４０Ａと
   して頭部の途中まで連続溶接し、その後頭頂部まで低電
   流の多層盛溶接して突き合せ溶接を完了することを特徴
   とするレールの溶接法。