JPH06304760A

JPH06304760A - レールの自動溶接方法

Info

Publication number: JPH06304760A
Application number: JP9339593A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Aoki; 信行青木; Mitsuaki Otoguro; 盈昭乙黒; Kozo Yamashita; 礦三山下; Makoto Okumura; 誠奥村; Kenichi Karimine; 健一狩峰; Kazuo Sugino; 和男杉野; Koichi Uchino; 耕一内野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1994-11-01
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2837605B2

Abstract

(57)【要約】【目的】レールを現地溶接で突き合わせ溶接するため
の高能率な自動溶接方法を提供する。【構成】レール足部初層をＣＯ₂ガスシールドアーク
溶接方法で溶接し、その後一度溶接アークを切り、ノズ
ルの横行を反転させ横行しながら溶融型フラックスを開
先内に添加し、横行停止と共に溶融型フラックスの添加
を止めて、レール足部２層目の溶接をサブマージアーク
溶接方法により行い、連続してレール足部３層目で２層
目の溶接で形成された凝固スラグを再溶融してエレクト
ロスラグ溶接方法に移行し、その後引き続きレール足部
および柱部、頭部をエレクトロスラグ溶接方法で溶接す
ることを特徴とするレールの自動溶接方法。【効果】レール溶接をＣＯ₂ガスシールドアーク溶接
法、サブマージアーク溶接法、エレクトロスラグ溶接法
を併用して高能率に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄道用またはクレーン用
のレールを突き合わせ溶接するための自動溶融溶接技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からレールの突き合わせ溶接にはＩ
型開先を突き合わせた後レール足部を多層溶接し、その
後レール柱部と頭部を当金材で取り囲み連続的に溶接す
る被覆アーク溶接棒を使用したエンクローズドアーク溶
接方法が用いられている。しかしながら、該溶接方法は
手溶接方法であるため、溶接作業者の技量に依存する部
分が多く熟練を要すること、溶接時間が長く施工能率が
上がらないこと、また溶接ヒューム等の作業環境等の問
題があり、溶接作業者の熟練を必要としない高能率な自
動溶接方法が要望されてきた。

【０００３】このような背景のもとに、エンクローズド
アーク溶接方法に代わる自動溶接方法が種々検討されて
きた。特公昭４４−２４２４９号公報に示された技術も
該溶接方法に代わる方法として提案されたものであり、
レール足部をサブマージアーク溶接方法で各層毎に溶接
を中断し、凝固スラグを除去しながら溶接し、レール柱
部および頭部をエレクトロスラグ溶接方法により溶接す
る。また特開平１−２７７９号公報に示された技術で
は、レール足部初層をサブマージアーク溶接方法で溶接
し、２層目においてエレクトロスラグ溶接方法に移行し
て以降レール柱部から頭部を同様にエレクトロスラグ溶
接方法で溶接する方法が提案されている。さらに特公昭
４５−１４１７３号公報に示された技術では、レール全
断面をガスシールド溶接方法で溶接する方法が提案され
ている。特公昭４５−１９３６９号公報および特公昭６
１−２４９６７９号公報に示された技術も、ガスシール
ドアーク溶接方法を用いてレールを突き合わせ溶接する
方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術は、い
ずれも溶融溶接法でありレール軸方向への加圧は必要と
せず、またエンクローズドアーク溶接方法よりも能率向
上、脱技量化は図れるものの、まだ多くの問題点を残し
ている。即ち特公昭４４−２４２４９号公報に示されて
いる技術では、サブマージアーク溶接をレール足部の各
層で行うため各層毎に凝固したスラグを除去しなければ
ならない。またレール足部溶接終了後は、一旦溶接を中
断してエレクトロスラグ溶接の再スタート準備をしてか
らレール柱部と頭部の溶接を行う。従って、各溶接の開
始と停止部には溶け込み不良や凝固割れ等の溶接欠陥が
発生し易く、溶接能率も低下する。さらにレール足部と
柱部および頭部では溶接方法の違いから溶接材料のフラ
ックスを使い分け、溶接電源の特性も切り替えて使用す
る等、操作の煩雑さに起因する能率の低下、溶接機のコ
スト高、溶接材料の管理で問題が残る。

【０００５】また特開平１−２７７９号公報に示された
技術では、低融点で低粘性の溶融型フラックスの開発に
よりレール足部初層のサブマージアーク溶接方法から２
層目以降のエレクトロスラグ溶接方法への移行が速やか
にでき、レール足部初層からレール頭部の溶接が連続し
てできる溶接方法である。しかしながら該溶接方法でレ
ール足部を溶接する際には、レール足部２層目において
初層のサブマージアーク溶接で形成された凝固スラグを
再溶融させ、エレクトロスラグ溶接に移行するための多
大な溶接入熱が必要となる。反面、凝固割れ防止の観点
からは、過大な入熱は避けなければならないという相反
する制約条件のため採用し得る溶接電流、溶接電圧、溶
接速度の条件範囲が著しく狭くなる。そのため現地溶接
における雰囲気、溶材湿度、開先精度等の変動要因の増
加により、初層凝固スラグの微細な未溶融欠陥残存の危
険性が皆無とはいえない溶接方法である。

【０００６】また特公昭４５−１４１７３号公報に示さ
れる技術のようにレール全断面をガスシールド溶接方法
で溶接する方法においては溶接開始から終了までシール
ドガスを用いるため、本技術が現地施工に適用されるこ
とを念頭におくと耐風性に十分な配慮が必要となり、特
にレール柱部以降頭部までを完全に屋外の風から防風
し、シールドガスのシールド効果を健全に保つことは極
めて至難であり、治具等で解決しようとしてもその機構
は複雑なものとなり、ハンドリング面で施工能率を悪く
する。またガスシールドアーク溶接方法は開先寸法に対
する適正な溶接条件範囲が狭く、特に溶接積層が進行し
レール柱部から頭部に至る領域では、開先寸法の変動に
より開先の融合不良等の溶接欠陥を発生する危険性が高
く溶接継手の信頼性で問題となる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
問題点に鑑みなされたものであって、その要旨は、レー
ルを突き合わせ溶接する自動溶接方法において、レール
足部初層をＣＯ₂ガスシールドアーク溶接方法にて裏波
溶接し、一時的に溶接を停止して溶接終端位置から非消
耗ノズルの横行を反転し、レール足部初層の溶接開始側
に横行しつつ溶融型フラックスを５０ｇ/min以上、１kg
/min以下の添加速度で開先内に添加する。その後溶接ワ
イヤの送給を開始してレール足部２層目をサブマージア
ーク溶接方法で溶接し、連続してレール足部３層目にお
いてレール足部２層目で形成された凝固スラグを再溶融
させつつエレクトロスラグ溶接方法に移行し、移行後は
非消耗ノズルを溶接電流検知による自動上昇とレール足
部での溶接層数対応またはレール柱部からレール頭部に
おけるレール高さ位置対応の横行幅を記憶装置により制
御することでレール形状に合わせて上昇または反復横行
させ、レール頭頂面までの溶接を行う溶接方法であり、
一連の溶接においては、レール足部上面に載置した枠体
型固定当金および非消耗ノズルの外筒を用いてＣＯ₂ガ
スまたはフラックスの自動供給を行うと共に、溶融スラ
グまたは溶融金属の流出を防止し、さらに定電圧特性を
有する直流電源と溶接ワイヤ径φ１．２mmからφ２．０
mmと低融点で低粘性な溶融型フラックスとしてフラック
スの重量％でＣａＦ₂で２５〜４０％、ＳｉＯ₂が２０
〜３５％、ＴｉＯ₂が５〜１５％で、かつＣａＦ₂＋Ｓ
ｉＯ₂が５０％以上含有されるＣａＦ₂−ＳｉＯ₂−Ｔ
ｉＯ₂を主成分とした溶融型フラックスを用いて溶接す
ることを特徴とするレールの自動溶接方法にある。

【０００８】

【作用】以下、図面に従い本発明を詳細に説明する。図
１は本発明方法の実施態様を示す斜視図であり、図２は
被溶接部材であるレール端面方向から見た実施態様の断
面図である。

【０００９】図１において、１ａおよび１ｂは被溶接部
材であるレールで、各端面間に適当な開先間隔を開けて
突き合わせた状態で設置している。２ａおよび２ｂは枠
体型固定当金であり、それぞれレール頭頂部用当金２ｂ
とレール頭側部からレール足先までを囲む当金２ａ一対
が２本のピンにより連結され、レール頭側部から下の当
金２ａがレール頭頂部用当金２ｂを中心に開脚する機構
であり、溶接の際にはレール１ａ，１ｂの頭部からかぶ
せるように設置し、溶接中の溶融金属および溶融スラグ
流出を防止する。３ａおよび３ｂは移動当金でレール足
部の溶接完了後に油圧駆動機構等任意の駆動手段（図示
せず）で矢印１０，１１の方向に移動させレール柱部お
よびレール頭側部に一定の隙間を設けて当接され、レー
ル柱部以降のエレクトロスラグ溶接で溶融金属および溶
融スラグの流出を防止する。４ａ，４ｃはシールドガス
の供給腔を備えた防風壁で内部空洞の箱型構造であり、
溶接においては固定当金２ａ，２ｂに載置して使用し、
レール足部初層のＣＯ₂ガスシールド溶接で防風として
の作用を果たすと共に、側壁に設けたシールドガス供給
口８ａ，８ｂから供給されるシールドガスをシールドガ
ス吹出口９ａ，９ｂから開先内へと導入する。４ｂ，４
ｄは４ａ，４ｃとそれぞれ一対で使用される防風壁であ
る。５ａ，５ｂはレール足先の当金で、それぞれ固定当
金２ａか２ｂの一方にボルト等で固定して用いて、溶接
中は溶融金属の流出を防止する。６は裏当材収納枠体で
固定当金２ａ，２ｂに連結して用い、レール足部裏面に
コージライト系の固形材とガラス繊維シートからなる裏
当材７を密着当接する。裏当材７はレール足部初層溶接
において裏波ビードの落ち込みを防止し、ビード形状を
健全に保つと共にビード表面を滑らかにする。

【００１０】１２は溶接フィラーワイヤであり、１３は
フィラーワイヤ１２をレール開先内に導くと共に溶接電
源から電力をフィラーワイヤ１２に供給する非消耗ノズ
ルである。非消耗ノズル１３の周囲は分岐口１５に取り
付けられた消耗式外筒１４が覆っていて、分岐口１５を
介して溶融型フラックス２３とガスシールド用ＣＯ₂ガ
ス２４の両方またはどちらか一方をレール形状の溶接部
位によって適所適量フィラーワイヤ先端部（アーク点）
近傍に自動供給できる構造になっている。また１６はホ
ルダーであり、非消耗ノズル１３を昇降用モーター２１
とボールネジ、ピニオン、ギヤ、軸受け、外部枠体等の
要素からなる昇降装置２０に保持し、非消耗ノズル１３
の矢印方向２２へ昇降移動を可能にする。また１７は横
行装置であり、横行用モーター１８とボールネジ、ピニ
オン、ギヤ、軸受け、外部枠体等の要素で構成され、昇
降装置２０と連結して用いて矢印方向１９に横行移動を
可能にする。また３２はフラックスホッパーと送給機で
あり、溶接開始前にホッパー内に予め乾燥した溶融型フ
ラックス２３を補給しておくことにより溶接中記憶装置
からの出力信号とおりの位置で適量の溶融型フラックス
２３をレール開先内に上述の分岐口１５および消耗式外
筒１４を通して供給することができる。上記構成により
溶接フィラーワイヤ１２の先端部は図２の３１の軸跡を
描きながら溶接を行うが、移動式当金３ａおよび３ｂは
溶接がレール足部を完了した時点、即ち溶接フィラーワ
イヤ先端の軸跡３１のＡ点以降においては３ａ−１，３
ｂ−１に移動させる。以上本発明の実施態様における構
成を説明した。

【００１１】次に、図３から図７に従い本発明溶接方法
をさらに詳細に説明する。まず図３に示す本発明実施態
様の一例の断面図によりレール足部初層裏波溶接の状態
を説明する。図において直接アークをシールドするＣＯ
₂ガス２４は、非消耗ノズル１３が貫通する消耗式外筒
１４を通して供給される。またシールドの効果を完全に
するため、溶接するレール足部全体の雰囲気を置換する
ＣＯ₂ガス２４は、シールドガス供給腔付き防風壁４ａ
および４ｂに設けたシールドガス吹出口９ａおよび９ｂ
から供給される。即ちレール足部初層のＣＯ₂ガスシー
ルドアーク溶接は、流量制御器により３分割されたシー
ルドガスをそれぞれ流量調整して開先内に供給する２重
シールドの状態で行われる。また溶接が進行するに従
い、裏当材７も表面のガラス繊維シートとコージライト
系の固形材が一部溶融し、形成されたレール足部初層溶
接ビード２５の裏面に薄いスラグ膜となって覆い溶接ビ
ードの表面およびエッジ部の形状を滑らかにする。この
裏当材７には、非溶接物の開先がＩ型で比較的ルート間
隔が広い１４mmから２２mmでも裏波ビードの余盛高さが
過大とならないために耐火性の比較的高いコージライト
系の固形材表面にレール１ａ，１ｂの軸線を横切る方向
の連続した溝を設けガラス繊維シートを張り付けて使用
しており、この方法で最も良好な溶接結果が得られた。

【００１２】次に図４に示す本発明実施態様の一例の断
面図によりレール足部初層裏波溶接後の溶融型フラック
ス２３添加の状態について説明する。図において非消耗
ノズル１３はレール足部初層をＣＯ₂ガスシールドアー
ク溶接により裏波溶接し、横行動作を停止した後、溶接
アークとガスシールド用のＣＯ₂ガスを自動的に停止
し、その後連続して横行方向を反転して横行しつつ溶融
型フラックス２３を溶接開先内に添加している状態であ
る。この際開先内に供給される溶融型フラックス２３の
添加量は、レール１ａ，１ｂからなるルート間隔と枠体
型固定当金２ａおよび２ｂからなる枠体内部容積により
必要量は若干変動するが枠体内部の幅を２４mmから３０
mmとした場合、次層においてサブマージアーク溶接を行
うためには最低でも８０ｇ以上の添加量が必要であり、
レール足部３層目以降エレクトロスラグ溶接へ移行する
ことを考えれば３００ｇ以下であることが望ましい。ま
た添加する際の横行速度は５０mm/min以下では添加終了
までに時間がかかりすぎて効率の面で好ましくなく、５
００mm/min以上では添加された溶融型フラックス２３は
開先内の２層目溶接開始側に片寄って散布されてしまい
溶接上好ましくない。上述の理由から添加速度は５０ｇ
/min以上で１kg/min以下の条件範囲において添加するこ
とが望ましく、横行速度は添加速度に対応して適正添加
量を最も効率良く添加できるように調整することが必要
である。

【００１３】次に図５に示す本発明実施態様の一例の断
面図によりレール足部２層目のサブマージアーク溶接の
状態について説明する。溶接は上述添加された溶融型フ
ラックス２３によりレール足部初層溶接ビード２５を一
部再溶融しながらサブマージアーク溶接を行う。図にお
いて２５は初層溶接ビードであり、２６は２層目溶接ビ
ードで、２３が溶融型フラックスである。

【００１４】続いて図６に示す本発明実施態様の断面図
によりレール足部３層目以降のエレクトロスラグ溶接の
状態について説明する。溶接は２層目の溶接が終了した
後、溶接を中断することなく連続して非消耗ノズル１３
の横行方向を反転して行われる。図は２層目溶接の際に
凝固したスラグを再溶融しながら３層目にエレクトロス
ラグ溶接に移行した後の状態を示すが、この後自動上昇
と横行反転を繰り返し、溶接がレール足部を終了する時
には、移動当金３ａ，３ｂは自動で図中の点線（図２参
照）で示す位置に当接され、連続してレール柱部の溶接
が行われる。２層目のサブマージアーク溶接で形成した
凝固スラグは、初層ＣＯ₂ガスシールドアーク溶接によ
るレールの予熱効果によって比較的高温な状態にあるた
め、３層目おいて凝固スラグは容易に再溶融し、未溶融
スラグ残存の危険性はない。また３層目以降のエレクト
ロスラグ溶接においては、溶接の進行と共に横行幅をレ
ール形状に合わせて低減させればレール足表に形成され
る溶接余盛を薄くできるので溶接後の仕上げ工程におい
て加工が容易となる。

【００１５】さらに続いて図７に示す本発明実施態様の
一例の断面図によりレール柱部および頭部の溶接につい
て説明する。図において１３ｂはレール柱部溶接時の非
消耗ノズルの状態であり、２９はその時の溶融スラグで
ある。一方、１３ｃ，１３ｄはレール頭部溶接中の非消
耗ノズルの状態であり、３０はその時の溶融スラグを示
す。また３ａ，３ｂは移動当金であり、レール柱部およ
び頭部の溶接中は図の位置に当接され溶融金属および溶
融スラグが枠体外へ流出するのを防止し、溶融ビード形
状を整える。また溶接においてはレール足部の溶接が終
了した後移動当金３ａ，３ｂを当接し、同時に非消耗ノ
ズルの横行をレール幅の中央で停止させて、その後は溶
接電流を検知しながら自動上昇のみを行いレール柱部を
エレクトロスラグ溶接する。また溶接がレール頭部に入
る前の高さ位置で１０mmから３０mm下の位置まで進行し
た時点では添加速度２０ｇ/minから１００ｇ/minで２０
秒から１２０秒の範囲で溶融型フラックス２３を自動添
加することが必要であり、この時点で溶融スラグ２９を
徐々に深くしておくことにより、溶接が頭部に入り急に
溶接面積が広がり溶融スラグ２９が浅くなって可視アー
クとなるのを防止する。また溶接がレール頭部に入ると
非消耗ノズル１３は横行を再開しレール形状に合わせて
横行幅を増加させながら反復横行を繰り返し、溶接電流
を検知して自動上昇して所望の高さ位置までの溶接を完
了する。

【００１６】上記本発明溶接方法を完成するに当たり、
本発明者らは溶接作業性と溶接継手性能の両面から溶接
電源、溶接ワイヤ径、フラックスのタイプ等を過去に検
討している。まずレール足部初層においてＣＯ₂ガスシ
ールドアーク溶接により良好な裏波溶接を行うには、電
流密度確保のため細径の溶接ワイヤを用いれば良い。た
だしワイヤ径が１．２mm未満では、適正電流範囲の上限
で溶接しても、アークの広がりが小さく開先内をブリッ
ジするだけの溶接金属量および入熱が得られない。一
方、２．０mmを超える溶接ワイヤ径では、適正な電流密
度で溶接を行うには電流が過大になり大容量の溶接電源
が必要となるため現地溶接への適用上問題となるので採
用できない。

【００１７】また溶接電源は、定電圧特性を有する直流
電源を用い、溶接ワイヤを定速送給して溶接すれば、Ｃ
Ｏ₂ガスシールドアーク溶接のみならずサブマージアー
ク溶接およびエレクトロスラグ溶接に切り替わっても細
径溶接ワイヤで良好に溶接が行えることがわかった。さ
らにＣＯ₂ガスシールドアーク溶接からサブマージアー
ク溶接に切り替わる際に添加される溶接フラックスは、
一度凝固した後次層溶接において速やかに再溶融し適正
深さの溶融スラグ浴を形成する必要があり、そのために
はフラックスの重量％でＣａＦ₂が２５〜４０％、Ｓｉ
Ｏ₂が２０〜３５％、ＴｉＯ₂が５〜１５％、かつＣａ
Ｆ₂＋ＳｉＯ₂が５０％以上含有されるＣａＦ₂−Ｓｉ
Ｏ₂−ＴｉＯ₂を主成分とする低融点で低粘性の溶融型
フラックスが適している。ＣａＦ₂が２５％未満および
ＳｉＯ₂が２０％未満では生成スラグの粘性および融点
が高く、エレクトロスラグ溶接への移行が順調に進まず
溶接が不安定となる。一方、ＣａＦ₂が４０％を超える
と弗化物ガスの発生が多く作業環境を害する。またＳｉ
Ｏ₂が３５％を超えるとスラグの粘性が低下し過ぎるた
めスラグの流出を起こし易くなり不安定になり易い。し
かしＣａＦ₂＋ＳｉＯ₂の合計は５０％以上が必要であ
り、５０％未満ではエレクトロスラグ溶接へ移行する
際、再溶融するのに時間がかかり溶接部内部に凝固スラ
グ噛み込み状の欠陥を発生する可能性がある。

【００１８】

【実施例】上述した構成および手順に従い鉄道用レール
５０kgN レールをＩ型開先で突き合わせ溶接した例を述
べる。本発明の構成による実施例を実施例１〜４に、比
較例を１〜２に示す。実施例１〜４においては順調に欠
陥のない溶接を実施できた。比較例１においては、溶融
型フラックスの添加速度が本発明の範囲を外れており、
開先内のレール足部２層目溶接開始側に片寄って添加さ
れたため、レール足部２層目のサブマージアーク溶接に
おいて溶接が進行途中で可視アーク状態となり、連続し
てレール足部３層目においてエレクトロスラグ溶接への
移行途中でレール足部２層目で形成された凝固スラグを
再溶融しきれずに溶接ワイヤが凝固スラグに乗り上げ溶
接が中断してしまった。また比較例２では、溶融型フラ
ックスの添加量は本発明に従い、組成を本発明から外し
て溶接した。この結果溶接はレール足部３層目において
レール足部２層目で形成された凝固スラグを再溶融しき
れずに比較例１同様溶接が中断してしまった。以下に各
実施例および比較例の溶接方法および条件を示す。

【００１９】〔実施例１〕開先形状：Ｉ型開先、幅１６mm 溶接ワイヤ：φ１．６mm（ソリッドワイヤ）フラックス：溶融型フラックスＣａＦ₂：３５％、ＴｉＯ₂：１０％、ＣａＯ：２０
％、ＳｉＯ₂：３０％レール足部フラックス添加量：１４０ｇ（添加速度：２
８０ｇ/min、固定当金枠体内２７W ×１５０L ）シールドガス：ＣＯ₂１００％（消耗式外筒からの供
給：４５ｌ/min、防風壁からの供給：３０ｌ/min×２）溶接電源：直流定電圧特性、定格出力５００Ａ

【表１】

【００２０】〔実施例２〕開先形状：Ｉ型開先、幅１８mm 溶接ワイヤ：φ１．６mm（ソリッドワイヤ）フラックス：溶融型フラックスＣａＦ₂：３５％、ＴｉＯ₂：７％、ＣａＯ：２５
％、ＳｉＯ₂：２５％レール足部フラックス添加量：１４０ｇ（添加速度：４
２０ｇ/min、固定当金枠体内２７W ×１５０L ）シールドガス：ＣＯ₂１００％（消耗式外筒からの供
給：４５ｌ/min、防風壁からの供給：３０ｌ/min×２）溶接電源：直流定電圧特性、定格出力５００Ａ

【表２】

【００２１】〔実施例３〕開先形状：Ｉ型開先、幅１５mm 溶接ワイヤ：φ１．２mm（ソリッドワイヤ）フラックス：溶融型フラックスＣａＦ₂：４０％、ＴｉＯ₂：１２％、ＣａＯ：１８
％、ＳｉＯ₂：２５％、ＭｇＯ：５％レール足部フラックス添加量：１２０ｇ（添加速度：９
６０ｇ/min、固定当金枠体内２７W ×１５０L ）シールドガス：ＣＯ₂１００％（消耗式外筒からの供
給：４５ｌ/min、防風壁からの供給：３０ｌ/min×２）溶接電源：直流定電圧特性、定格出力５００Ａ

【表３】

【００２２】〔実施例４〕開先形状：Ｉ型開先、幅１６mm 溶接ワイヤ：φ２．０mm（ソリッドワイヤ）フラックス：溶融型フラックスＣａＦ₂：４０％、ＴｉＯ₂：１５％、ＣａＯ：１０
％、ＳｉＯ₂：２２％、ＭｇＯ：５％レール足部フラックス添加量：１６０ｇ（添加速度：８
０ｇ/min、固定当金枠体内２７W ×１５０L ）シールドガス：ＣＯ₂１００％（消耗式外筒からの供
給：４５ｌ/min、防風壁からの供給：３０ｌ/min×２）溶接電源：直流定電圧特性、定格出力５００Ａ

【表４】

【００２３】〔比較例１〕開先形状：Ｉ型開先、幅１８mm 溶接ワイヤ：φ１．６mm（ソリッドワイヤ）フラックス：溶融型フラックスＣａＦ₂：３４％、ＴｉＯ₂：８％、ＣａＯ：２４
％、ＳｉＯ₂：３０％レール足部フラックス添加量：３５０ｇ（添加速度：１
２００ｇ/min、固定当金枠体内２７W ×１５０L ）シールドガス：ＣＯ₂１００％（消耗式外筒からの供
給：４５ｌ/min、防風壁からの供給：３０ｌ/min×２）溶接電源：直流定電圧特性、定格出力５００Ａ

【表５】

【００２４】〔比較例２〕開先形状：Ｉ型開先、幅１６mm 溶接ワイヤ：φ１．６mm（ソリッドワイヤ）フラックス：溶融型フラックスＣａＦ₂：１５％、ＴｉＯ₂ ：２５％、ＣａＯ：１０
％、ＳｉＯ₂：１５％、Ａｌ₂Ｏ₃：３０％レール足部フラックス添加量：１４０ｇ（固定当金枠体
内２７W ×１５０L ）シールドガス：ＣＯ₂１００％（消耗式外筒からの供
給：４５ｌ/min、防風壁からの供給：３０ｌ/min×２）溶接電源：直流定電圧特性、定格出力５００Ａ

【表６】

【００２５】以上の要領で溶接した結果、実施例１〜４
は、溶接前の段取りと溶接後の処理を除いて溶接開始の
スイッチをＯＮしてから１５min 〜１８min で溶接を終
了し、後日の調査で溶接継手の欠陥もなく、機械試験性
能も十分であることが確認された。

【００２６】

【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、レール足部からレール頭部までの自
動溶接をＣＯ₂ガスシールドアーク溶接方法とサブマー
ジアーク溶接方法とエレクトロスラグ溶接方法を併用し
て高能率に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施態様を示す斜視図。

【図２】同レール端面方向から見た断面図。

【図３】本発明によりレール足部初層を溶接中の断面
図。

【図４】レール足部初層溶接後、折り返し２層目サブマ
ージアーク溶接を行うための溶融型フラックスを散布中
の断面図。

【図５】レール足部２層目溶接中の断面図。

【図６】レール足部３層目以降を溶接中の断面図。

【図７】レール柱部および頭部を溶接中の断面図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂレール２ａ，２ｂ固定当金３ａ，３ｂ移動当金４ａ，４ｃシールドガス供給腔付き防風壁４ｂ，４ｄ防風壁５ａ，５ｂレール足先当金６裏当材収納枠体７裏当材８ａ，８ｂシールドガス供給口９ａ，９ｂシールドガス吹出口１０，１１移動当金移動方向１２溶接フィラーワイヤ１３非消耗ノズル１４消耗式外筒１５分岐口１６ホルダー１７横行装置１８横行用モーター１９横行移動方向２０昇降装置２１昇降用モーター２２昇降移動方向２３溶融型フラックス２４ガスシールド用ＣＯ₂ガス２５初層溶接ビード２６２層目溶接ビード２７３層目以降溶接ビード２８，２９，３０溶融スラグ３１溶接フィラーワイヤ先端の軌跡３２フラックスホッパーと送給機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥村誠千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者狩峰健一千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者杉野和男福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者内野耕一福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レールを突き合わせ溶接する自動溶接方
法において、レール足部初層をＣＯ₂ガスシールドアー
ク溶接方法にて裏波溶接し、一時的に溶接を停止して溶
接終端位置から非消耗ノズルの横行を反転し、レール足
部初層の溶接開始側に横行しつつ溶融型フラックスを５
０ｇ/min以上、１kg/min以下の添加速度で開先内に添加
し、その後溶接ワイヤの送給を開始してレール足部２層
目をサブマージアーク溶接方法で溶接し、連続してレー
ル足部３層目においてレール足部２層目で形成された凝
固スラグを再溶融させつつエレクトロスラグ溶接方法に
移行し、移行後は非消耗ノズルを溶接電流検知による自
動上昇とレール足部での溶接層数対応またはレール柱部
からレール頭部におけるレール高さ位置対応の横行幅を
記憶装置により制御することでレール形状に合わせて上
昇または反復横行させ、レール頭頂面までの溶接を行う
溶接方法であり、一連の溶接において、レール足部上面
に載置した枠体型固定当金および非消耗ノズルの外筒を
用いて、ＣＯ₂ガスまたはフラックスの自動供給を行う
と共に、溶融スラグまたは溶融金属の流出を防止し、さ
らに定電圧特性を有する直流電源と溶接ワイヤ径φ１．
２mmからφ２．０mmと低融点で低粘性な溶融型フラック
スとしてフラックスの重量％で、ＣａＦ₂が２５〜４０
％、ＳｉＯ₂が２０〜３５％、ＴｉＯ₂が５〜１５％
で、かつＣａＦ₂＋ＳｉＯ₂が５０％以上含有されるＣ
ａＦ₂−ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂を主成分とした溶融型フラ
ックスを用いて溶接することを特徴とするレールの自動
溶接方法。