JP2675951B2 - 下向きアーク溶接法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道や産業機械用のレ
ールまたは高層建築用の各種形鋼などの部材を相対向し
て接合する下向きアーク溶接法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からレールや形鋼などの高炭素鋼の
接合方法には、接合する部材を突合せその間に通電し、
発生するジュール熱で接合側端面の一部を溶解し加圧し
接合するフラッシュバット溶接法、酸素−アセチレン火
炎や、酸素−プロパン火炎などのガス火炎で、接合面を
高温度に加熱し圧接するガス圧接法、微細なアルミニウ
ムと酸化鉄の混合物を点火して発する高温度の反応熱を
利用して溶接するテルミット溶接法などの他に、エンク
ローズアーク溶接法が使用されている。

【０００３】このエンクローズアーク溶接法は、主とし
てレールの接合に使用され、例えば特公昭５６−４３５
０号公報でも紹介されているが、レール端面間に小間隙
を設けてレールの形状に合わせた銅ブロックで囲み、被
覆アーク溶接棒を用いて下向き姿勢で溶接する接合方法
で、拘束状態のレールでも溶接が可能であり、諸々の溶
接特性の信頼度も高い利点から、現場溶接法として一般
に多く使用されている。

【０００４】しかしながら、耐摩耗性と耐疲労損傷性さ
らには静的大強度が要求されるレールの如き高炭素鋼部
材のエンクローズアーク溶接法は、表１で示すような成
分組

【表１】 成のＪＩＳ Ｚ３２１２低合金高張力鋼用被覆アーク溶
接棒を使用し、下向きアーク溶接姿勢で施工されてい
る。ところが継手部に形成された溶接金属中のＣ成分は
０．３％以下の量しか含有されないため、溶接金属とレ
ールの如き母材との間の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完全凝固温度が１５００℃
また母材が１４００℃の差に起因し、母材の溶融境界部
近傍（ＨＡＺ）に高温割れを多発する問題があった。

【０００５】最近ではＣ含有量に起因する高温割れを無
くし、さらに耐摩耗性を向上する溶接法として例えば特
開昭６２−３３６０８３号公報で紹介されるように、
Ｃ：０．４〜１．０％を含有した高炭素系の被覆アーク
溶接棒を適用した溶接法が開発されている。こうした高
炭素系溶接棒は、例えばレールなどに要求される耐摩耗
性と耐疲労損傷性を著しく向上するものの、オーステナ
イト系ステンレス溶接棒と同様に、溶接金属に凝固時に
δフェライトが析出せす、直接γ（オーステナイト）が
析出するため、オーステナイト相特有の凝固割れを生じ
易い問題があった。凝固割れは溶接時の溶融池の形状や
凝固収縮時の引張応力が影響して発生し、その発生が溶
接継手部の静的強度や疲労強度を低下せしめる一因にな
っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
高炭素系溶接金属の凝固割れの問題点を解消しようとす
るものであって、高炭素系の被覆アーク溶接棒を使用し
て高炭素鋼部材を溶接した場合でも起こる溶接金属割れ
を無くし、溶接金属へのスラグの巻込み、形状（融合）
不良欠陥など溶接金属中で起こる諸欠陥の発生を抑制
し、健全な継手性能が安定して確保できる運棒法（ウィ
ービング）の溶接法を提供することを目的とするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が要旨とするところは、開先を設けて相対向す
る高炭素鋼部材の突合せ継手部を下向き溶接法で、高炭
素系被覆アーク溶接棒を、溶接方向に突出する湾曲形状
に運棒しながら、かつ該湾曲形状両止端部で０．５〜３
秒間アークを保持しながら、突合せ溶接することを特徴
とする下向きアーク溶接法である。

【０００８】以下、本発明について図面を参照しながら
詳細に説明する。図１は、本発明の溶接法を示す平面概
略図である。図１において、１および２は接合される高
炭素鋼部材であって、これには鉄道用レールや高層建築
用あるいは護岸工事用に使用されるＨ形鋼やＩ形鋼など
のような各種形状の形鋼・形材がある。この部材はＩ型
開先、Ｖ型開先、Ｕ型開先など任意な形状の開先加工が
施され、相対向して設けられる。３は溶接線方向に移動
する高炭素系被覆アーク溶接棒（溶接ワイヤーも含む）
で、４はその溶接ビード形状を示す。また５は、該溶接
棒３のウィービング軌跡形状を示す。すなわち、開先を
設けて相対向する部材１および２の突合せ継手部を下向
き溶接法で、該溶接棒３を、溶接方向に突出する湾曲形
状のウィービング形状５に動かしながら溶加し、溶接ビ
ード４を形成する。

【０００９】本発明において使用する高炭素系被覆アー
ク溶接棒３の成分組成については特に限定するものでは
ないが、レールの如き高炭素鋼部材を溶接する時にＣ：
０．４〜１．０％を含有した被覆溶接棒を使用した場
合、溶接金属がパーライト金属組織を呈してレール母材
と同等の耐摩耗性を具備し、レール母材と溶接金属のＣ
含有量の差がもたらす凝固温度の差に起因する溶接熱影
響部（ＨＡＺ）の高温割れが軽減できる特長がある。一
般に、高炭素系被覆アーク溶接棒３のウィービングには
波型、螺旋形、三角形のループ形状の運棒技術が知られ
ている。しかしながら、これらのウィービングは、溶接
棒を溶加した溶融池の中心部とその両側端部との間で不
均一な温度分布を形成して中心部で凝固遅れを起こし、
さらに溶接速度が速い場合には涙滴形状の溶融池を形成
し、溶接金属の凝固割れ感受性を高める問題があった。
凝固割れは、溶接金属部が脆い性質の柱状晶組織を呈
し、しかもその両止端部でＰ，Ｓなど不純物を濃化して
一層脆弱な界面になり、凝固時の収縮歪みが作用して起
こる割れである。さらにまた、溶融池で生成した溶融ス
ラグがアーク近傍にまとわり付いてスラグを噛み込み、
融合不良欠陥を招き易い問題もあった。

【００１０】ところが、本発明においては、高炭素系被
覆アーク溶接棒３を溶接方向に突出する湾曲形状のウィ
ービング形状に運棒しながら、溶融スラグを後方へ排除
するような溶接を行うため、溶融スラグを溶融池内に噛
み込ませることもなくまたアーク近傍にまとわり付くこ
ともなく、融合不良欠陥のない安定した溶接作業を行う
ことができる。

【００１１】さらに本発明は、ウィービング形状の両止
端部で０．５〜３秒間アーク保持（運棒停止）しながら
溶接を行うため、溶融池の凝固先端部と中心部とその両
側端部との間で、温度勾配が小さくなって均一な冷却温
度分布を形成し、溶接金属の凝固割れを著しく少なめる
効果を奏する。しかしこの効果は、０．５秒未満の短い
アーク保持時間では前記した従来のウィービング形状と
同様に溶融池とその近傍の温度分布が不均一となり、そ
の反対に３秒間を超える長い時間では開先面の溶融が過
大になってアンダーカットのような溶接欠陥の発生を招
く恐れがある。以下、本発明の実施例について説明す
る。

【００１２】

【実施例】表２は、間隙１５mmを設けて相対向する高炭
素系部材である６０Ｋレール（Ｃ：０．８％、Ｓｉ：
０．２５％、Ｍｎ：０．９％、Ｃｒ：０．１５％）を、
４mmφの高炭素系被覆アーク溶接棒（Ｃ：０．５９％、
Ｓｉ：０．３１％、Ｍｎ：０．７５％）、溶接電流２０
０〜２５０Ａの溶接条件で、下向き−層−パスの突合せ
溶接をした、図２（ａ），（ｂ）はその時の比較法で使
用したウィービング形状を示す。表２の試験結果から明
らかなように、本発明法は、比較法で起こしたスラグ噛
み込みなどの溶接欠陥もなく、健全な溶接ビードが得ら
れた。

【００１３】

【表２】

【００１４】

【発明の効果】以上のような本発明法によれば継手溶接
部は、溶接金属へのスラグの巻込みや形状（融合）不良
欠陥もなく、高炭素の溶接金属で懸念される凝固割れも
なく、健全な溶接ビードが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウィービング形状示す図。

【図２】（ａ），（ｂ）は比較法として使用したウィー
ビング形状を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 上山 且芳 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 辰巳 光正 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−145275（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−57768（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−19996（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−147779（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開先を設けて相対向する高炭素鋼部材の
   突合せ継手部を下向き溶接法で、高炭素系被覆アーク溶
   接棒を、溶接方向に突出する湾曲形状に運棒しながら、
   かつ該湾曲形状両止端部で０．５〜３秒間アークを保持
   しながら、突合せ溶接することを特徴とする下向きアー
   ク溶接法。