JPH02280982A - レールの自動溶接方法 - 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、レールの自動溶接方法に関するものである。

（従来の技術） レールの現地溶接法としてエンクローズアーク溶接法が
、レールの軸方向に加圧を行なわなくて溶接できるとこ
ろから広く用いられている。しがしながらエンクローズ
アーク溶接法は、自動溶接法ではないために溶接所要時
間が長いこと、溶接工の技能に依存することから溶接部
の品質安定性に欠ける問題があった。そのために、エン
クローズアーク溶接法に代わる溶融溶接法が種々検討さ
れてきた。

特公昭５９−２１７１３号公報および特開昭５８−１５
１９８０号公報に示された技術も、エンクローズアーク
溶接法に代わる方法として提案されたものである。

これら技術は、いずれも多電極の消耗ノズルを所定の位
置に固定した状態で、レール底部から頭部までエレクト
ロスラグ溶接法により溶接する方法である。

（発明が解決しようとする課題） 上述の従来技術は溶融溶接法でありレール軸方向への加
圧は要せず、またエンクローズアーク溶接法よりも能率
向上は望めるもののまだ幾つかの問題点を残している。

即ち該溶接法はいずれも消耗ノズルを用いた多電極の立
向エレクトロスラグ溶接法であるがために、エレクトロ
スラグ溶接を各消耗電極下にて行なった場合、各消耗電
極下の溶融金属プールが一つにならず、各消耗ノズル間
、中央付近において、スラグ巻き込みもしくは融合不良
などの欠陥が発生ずることがある。

また上述の欠陥を未然に防止するために、各消耗ノズル
間の間隔を小さくすれば、レール足部末端への溶接金属
の流動が不充分となる。また充分な溶接金属の流動を得
ようとして消耗ノズルの本数を増せば、溶接装置の繁雑
化による操作性の悪さに起因する能率の低下が生じる。

（課題を解決するための手段） 本発明は上述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、エレクトロスラグ溶接方法を用いて
行うレールの自動溶接方法おいて、レール底部の下に設
置した当金のレール幅方向に掘られた溝内にフラックス
を散布し、非消耗ノズルによって案内されるワイヤを送
給しながら、非消耗ノズルを当金の溝に沿って反復水平
移動しながら上昇させ、溝内の全面に溶接金属とスラグ
浴を形成し、引き続き前記当金の上に載置し、レール底
部を包囲した底部用枠体内で非消耗ノズルを反復水平移
動しながら上昇し、更に引き続いてレール底部用枠体上
を摺動してレール腹部と頭部に当接した腹部頭部用枠体
内の腹部で非消耗ノズルを上昇させ、頭部で反復水平移
動しながら上昇させることまたは、上記の場合において
レール底部用枠体内では非消耗ノズルの反復水平移動の
幅をレール底部の形状に応じて変化させることまたは上
記のいずれかにおいて波状に変形したワイヤをワイヤ送
給方向を中心軸として回転させながら、もしくはワイヤ
先端をレール軸方向に揺動させながら溶接することを特
徴とするレールの自動溶接方法にある。

以下図面に従い本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明方法の実施態様を示す斜視図であり、第
２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。

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あけて突合わせ状態で設置され
ている。３はレール底部の裏面に当てられた溝４付きの
銅当金であり、エレクトロスラグ溶接を行なうにおいて
スラグ浴を安定させるための捨て金部形成用として用い
られる。

５および６はレール底部上面に載置した枠体で、レール
前後に１対で用い、レール底部開先を取り囲む形で載置
してあって、レール底部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。

７および８はレール腹部および頭部溶接用枠体で、前記
枠体５，６の上面に載置し、溶接の進行に伴ないモータ
あるいは油圧駆動機構等の任意の駆動手段（図示せず）
によって矢印９．ｌＯの方向に摺動司能なように設置し
である。

１１は溶接ワイヤで、１２は該ワイヤ１１を開先内にガ
イドすると共に、溶接電源から電力をワイヤ１１に供給
するトーチである。トーチ１２は矢印１３方向に水平移
動する移動軸を有するオシレータ１４および矢印１５方
向に昇降する台車１Ｂに、ホルダ１７、連結板１８を介
して保持しである。１９は台車１６のガイドレールであ
る。

上記構成によりワイヤ１１の先端が第２図の軌跡２０を
描きながら溶接を行なう。またレール腹部および頭部溶
接用の枠体７および８は、溶接が腹部にかかる時点、即
ち軌跡２０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３〜第５図に従い、溶接手順を追って本発明方
法を更に詳しく説明する。

まず第３図に示す模式図により、レール底部下に形成さ
れる捨て金部の溶接状態を説明する。

図において２１は溶融型フラックス、２２は形成された
捨て金部、２３は捨て金２２を覆う凝固スラグ、２５は
スラグ浴である。

溶接は、溶接開始前にレール裏面に当てられた銅当金３
の溝４内に散布された溶融型フラックス２１中を、位置
１２ａから位置１２を反復移動しながら行なわれる。こ
の時あらかじめ散布される溶融型フラックス２１の量は
、レール裏面に当接された銅当金３の溝４の形状、大き
さによっても異なるが、溶融型フラックス２１の溶融を
防たげず、かつ溶接アークが露出しない量を用いる。

また溶接開始位置が溶接トーチ１２ａであった場合溶接
が進行して、溶接トーチ１２の位置に来た時には、溶接
トーチ１２ａ付近のスラグ浴は凝固スラグ２３となって
いるが、さらに溶接が進行し溶接トーチ１２が反復して
、溶接トーチ１２ａに近ずくにしたがって、凝固スラグ
２３は再溶融しスラグ浴２５となり、レール裏面にスラ
グ浴２５表面が達するまでには、スラグ浴２５の有する
範囲は広がり、溝４内金面がスラグ浴２５で満たされ、
安定したエレクトロスラグ溶接用のスラグ浴２５を得る
ことができる。

またこの捨て金部２２を形成する際の目的は、上記スラ
グ浴２５を安定させることにあるので、溝４の深さはｌ
Ｏ關以上であることが必要であり、溶接効率の面から４
０ｍ■以内であることが望ましい。またここで形成され
た捨て金部２２は、レール継ぎ手を軌道上に敷設する際
、必要に応じて削除してしまう。

次に、第４図に示す模式図によりレール底部の溶接状態
について説明する。

溶接は第３図の説明で安定させたスラグ浴２５を溶接を
中断することなく、連続してエレクトロスラグ溶接法で
行なわれる。

第４図に示す模式図では、レール底部ビード２４がレー
ル底部表面を超え、レール底部の溶接がほぼ完了に近い
状態である。

図において２４は形成されたレール底部のビード、２５
はスラグ浴、７および８は腹部および頭部溶接用枠体を
示す。

またレール底部の溶接は、溶接トーチ１２の反復移動に
より溶接が進行されるが、この時溶接トーチ！２の水平
ストロークをレール底部形状に応じて反復毎に小さくし
ていきながら溶接すれば、レール底部表面の余盛が大き
くならないので、第５図のような余盛形状を得ることが
でき、溶接後の仕上工程において効率が良い。

枠体７，８はレール底部溶接が完了し、溶接トーチ１２
がレール中央で反復移動を停止して、レール腹部溶接が
始まると共にレールに当接するため、位置７ａ、８ａ　
　（第２図）に移動しなければならないので、速やかに
移動できるように待機しておく。

次に、腹部および頭部の溶接について、第６図の模式図
に従い説明する。

図において１２ｂは腹部溶接中のトーチ、２６は腹部溶
接中のスラグ浴を示し、１２ｃおよび１２ｄは頭部溶接
時のトーチであり、２７は頭部溶接中のスラグ浴である
。

頭部溶接は図に示す如く、溶接トーチ１２が１２ｃと１
２ｄの間で反復移動を繰り返して行なわれる。

枠体７ａ、８ａはレールに密着するように当接してあり
、腹部および頭部溶接中のスラグ２Ｂ、　２７および溶
融金属の流出を防止し、ビード形状を整えることにより
、多電極の消耗ノズルを用いて行なうエレクトロスラグ
溶接法のような、レール形状からはみ出したビード形状
とはならないため、仕上工程における効率が良く、曲げ
試験における応力集中の少ない高い強度のビード形状を
得る作用がある。

第４図に従って説明したレール底部のエレクトロスラグ
溶接後、溶接トーチ１２の反復移動をレール中央部にて
停止させ、溶接トーチ１２を上方にのみ移動させて、腹
部のエレクトロスラグ溶接を行なう。レール腹部の溶接
が完了し、頭部にかかると溶接トーチ１２はレール頭部
形状に合わせた形で反復移動を再開し、徐々に反復移動
のストロークを増加させていき、レール頭部幅一杯のス
トローク、即ち溶接トーチ位置１２ｃ　、　１２ｄの間
で反復移動を行ないながら溶接する。

またレール腹部から頭部へエレクトロスラグ溶接が進ん
だ際には、スラグ浴の深さが減少し、スラグ飛散やアー
クの露出が生じてしまうので、溶融型フラックス２１を
溶接トーチ１２近傍から手動またはフラックス散布装置
（図示せず）により補給して、スラグ浴２７深さの減少
を補いながらエレクトロスラグ溶接を行なう。

以上本発明溶接方法について説明したが、本発明溶接方
法で溶接施工するにおいて、溶接開始から第２図に示す
軌道２０のＡ点にワイヤ先端が達し、溶接トーチ１２の
反復が停止するまでは、溶接トーチ１２近傍に手動また
はフラックス散布装置（図示せず）を用いて、少量の溶
融型フラックス２３を散布し続けた方が、エレクトロス
ラグ溶接用のスラグ浴２５に早く広範囲のスラグが移行
し、スラグ飛散やアーク露出を防止することにより、よ
り安定したスラグ浴２５を得る作用がある。

また本発明溶接法においては、非消耗ノズルを用いるの
であるが、もし本発明溶接法で非消耗ノズルの代りに消
耗ノズルを使用して施工すると、消耗ノズルの分だけ溶
接材料が増え、ノズル長に見合うだけ大きな乾燥炉等の
周辺設備の溶接現場持込みが必要になるので好ましくな
い。

また本発明溶接法は、自動ノズル上昇機措を行なってい
るので、非消耗ノズルを使用した方が首部揺動再開等の
制御が容易に行なうことができる。

また非消耗ノズルを使用することにより、消耗ノズルよ
り電流密度の高い細径ワイヤを使用することができるの
で、高能率なエレクトロスラグ溶接を行なうことができ
る作用がある。

第７図は、ワイヤ先端をワイヤ送給方向を中心軸として
回転させながら、本発明溶接方法によりレールの突合せ
溶接を行なう模式図の一例を示す。

図において２８はワイヤ１１を蛇行するように変形させ
るための溝付玉軸受け２９．３０．３１を固定している
プレートであり、プレート２８はモータ３２により一定
方向３３に回転することで蛇行したワイヤ１１が結果的
に回転する。

また上記−式の装置を用いて得るワイヤ先端の回転は、
本溶接方法の溶接開始と同時に行なうことにより、捨て
金部形成用の満４付銅当金３内の溶接では、スラグ浴２
５の攪拌を行ない、エレクトロスラグ溶接が安定するの
を促進する作用があり、レール底部および腹部、頭部の
開先内では、溶融金属の対流がワイヤ１１を真直ぐ送っ
て溶接を行なうより十分に行なわれ、ブローホールやス
ラグ巻き込み等の欠陥を無くし、より良い溶は込み形状
のレール継手を得る作用がある。

この他、ワイヤ先端をレール軸方向に揺動させながら前
記のレールの溶接方法を行なっても、波形に変形したワ
イヤを回転させた場合と同様に溶融金属の対流がよく行
なわれ、欠陥が発生しにくく、十分な溶は込みが得られ
る。

（実　施　例） 上述した構成および手順に従い、鉄道用レール１３２　
ｌｂレールを突合わせ溶接した例を述べる。

本発明の構成による実施例の溶接材料および溶接条件の
一例を以下に示す。

（１）溶接材料および枠体 溶接ワイヤ：φ１．８ソリッドワイヤ フ今ツクス：溶融型フラックス（ＳＬＯ２Ｃａｂ−Ｔｉ
Ｏ２系） 枠　体　等：レール裏　　　　　水冷銅当金（３０ＬＸ
２４ゝｘ　２２０Ｌ溝付き）レール底部　　　　水冷銅
当会 レール腹部、頭部　水冷銅当金 （２）溶接条件 溶接電源： 開先間幅二 溶接電流： 溶接電圧： 溶接ワイヤ送給： トーチ上昇速度： 直流定電圧電源定格５００Ａ ｏｍｓ ４００Ａｌｌ＋） ０Ｖｏｌｔ 溶接ワイヤ回転送給 溶接電流検知によりＯＮ、　ＯＦＦ トーチ水平移動速度：１５ｃｍ／分 以上の要領で溶接した結果、実施例において溶接時間は
段取りおよび後処理を除いて約１５分を要し、欠陥のな
い高能率な溶接を行なうことができた。

（発明の効果） 以上述べた如く本発明によれば、レールの現地溶接にお
いて、低コスト高能率にスラグ巻き込みや融合不良など
の欠陥が無いレール溶接継ぎ手を得る自動エレクトロス
ラグ溶接を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施態様を示す斜視図、第２図は同側
面図、第３図は捨て金部を溶接中の断面図、第４図は、
レール底部を溶接中の断面図、第５図は同断面図、第６
図は、レール腹部および頭部を溶接中の断面図、第７図
は、ワイヤ先端を回転しながら本発明溶接法にて溶接中
の断面図を示す。 １．２・・・レール　　　　　３・・・裏当金４・・・
溝 ５．６・・・レール底部枠体 ７．８・・・腹部および頭部枠体 ９、工０・・・腹部および頭部枠体摺動方向■・・・溶
接ワイヤ　　　　　Ｉ２・・・溶接トーチ３・・・トー
チ摺動方向　　　１４・・・オシレータ５・・・台車昇
降方向　　　　１６・・・台　車７・・・ホルダ　　　
　　　　１８・・・連結板９・・・ガイドレール　　　
　２０・・・ワイヤ先端軌跡２１・・・溶融型フラック
ス　　２２・・・捨て金部２３・・・凝固スラグ ２４・・・レール底部のビード　２５．２８．２７・・
・スラグ浴２Ｂ・・・プレート ２９．３０．３１・・・溝付玉軸受け　３２・・・モー
タ３３・・・プレート回転方向 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エレクトロスラグ溶接方法を用いて行うレールの自
   動溶接方法において、レール底部の下に設置した当金の
   レール幅に掘られた構内にスラックスを散布し、非消耗
   ノズルによって案内されるワイヤを送給しながら、非消
   耗ノズルを当金の溝に沿って反復水平移動しながら上昇
   させ、溝内の全面に溶接金属とスラグ浴を形成し、引き
   続き前記当金の上に載置しレール底部を包囲した底部用
   枠体内で非消耗ノズルを反復水平移動しながら上昇し、
   更に引き続いてレール底部用枠体上を摺動してレール腹
   部と頭部に当接した腹部頭部用枠体内の腹部で非消耗ノ
   ズルを上昇させ、頭部で反復水平移動しながら上昇させ
   ることを特徴とするレールの自動溶接方法。 ２、レール底部用枠体内では、非消耗ノズルの反復水平
   移動の幅をレール底部の形状に応じて変化させることを
   特徴とする請求項１に記載のレールの自動溶接方法。 ３、波状に変形したワイヤをワイヤ送給方向を中心軸と
   して回転させながら、またはワイヤ先端をレール軸方向
   に揺動させながら溶接することを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載のレールの自動溶接方法。