JPH04367376A

JPH04367376A - 多電極溶接方法

Info

Publication number: JPH04367376A
Application number: JP13121691A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sugitani; 祐司杉谷; Yasuhiko Nishi; 泰彦西
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1992-12-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JP2536328B2

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】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、ｋ
１　＝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Ｍ
Ｗ　＝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（ｃｍ
３　／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。

【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１７
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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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４】レール継手部の断面図である。

【符号の説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。