(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部同士を対向させた二つのレールの接合部を、その両側からレール溶接用鋳型を構成する分割鋳型で囲むと共に組み立て、前記レール溶接用鋳型内にキャビティ部を形成し、前記分割鋳型及び前記レールの接合部を予熱した後、該キャビティ部に溶融金属を流し込み、前記レールの端部同士を融解して連結するレールのテルミット溶接方法において、
予熱された足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅を、前記レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくし、前記余盛り形成凹部の前記各止端部と前記レールの表面との間に未融合部が発生するのを防止し、
しかも、前記した分割鋳型及び前記レールの接合部の予熱に先立って、予め、前記各レールの足表部から腹部の下部の範囲のみを３００℃〜７００℃で加熱することを特徴とするレールのテルミット溶接方法。
【請求項２】
端部同士を対向させた二つのレールの接合部を、その両側からレール溶接用鋳型を構成する分割鋳型で囲むと共に組み立て、前記レール溶接用鋳型内にキャビティ部を形成し、前記分割鋳型及び前記レールの接合部を予熱した後、該キャビティ部に溶融金属を流し込み、前記レールの端部同士を融解して連結するレールのテルミット溶接方法において、
予熱された足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅を、前記レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくし、前記余盛り形成凹部の前記各止端部と前記レールの表面との間に未融合部が発生するのを防止し、
しかも、前記した分割鋳型及び前記レールの接合部の予熱に先立って、予め、前記各レールの足表部から腹部の下部の範囲において、前記二つのレールの端部間の間隙を、他の部位の間隙と比較して２〜１６ｍｍの範囲で広くなるように切削したことを特徴とするレールのテルミット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレール突き合わせ溶接部を応力集中による破壊から防止することができるレールのテルミット溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レールのテルミット溶接については、例えば、特公昭５９−８４７７号公報に、レールのテルミット溶接方法及び同方法に好適に用いることができる鋳型が提示されている。この方法は、所定の隙間を有して相対向して配置されたレールの端部をレール幅方向に左右に分割された鋳型によって囲み、上部からテルミット法によって製造された溶融金属をキャビティ部内に注入して、前記レール同士を接合するようにしたものである。
また、特公昭６０−５４１４５号公報に、鋳型の構成部材間の接触面に耐火性圧縮フェルト帯状体を設ける方法が提示されており、鋳型キャビティ部内に注入された溶接用の溶融金属が鋳型とレールとの接触面の隙間より漏れ出ることのないように、密封状態にしてレールを接合するようにしている。
【０００３】
ところで、溶接すべきレールの一方が使用中であり、他方は新品である場合には、両レールの天端を合わせるために両レールの足の位置が合わなくなる。従って、場合によっては、最大７ｍｍ程度の段差が生ずる。この場合、前記した特公昭５９−８４７７号公報及び特公昭６０−５４１４５号公報に示すように、二分割型の鋳型を使用して溶接を行なったのでは、接合するレールの上下面と鋳型の内側上下面との間に上下方向の隙間ができる。また、レールにも小さな製造誤差もあり、これによってもレールの外面と鋳型の内面との間に隙間が生ずる。そして、この隙間は、溶融金属が漏出して鋳張りを生じさせる原因となるので、モルタル又は粘土状の耐火物の圧入や詰め込みにより、この発生を防止しようとしてきたが、溶融金属の浸透する限界気孔径は３０μｍといわれており、隙間をそれ以下にすることは困難であった。その結果、鋳張りの発生がしばしば生じ、接合部の疲労強度の低下を招くという問題があった。
【０００４】
かかる問題を解決するため、本発明者らは、特開平５−２６１５９６号公報において、鋳型の底部を分割した上で、レールを中心として対向して分割された鋳型をさらにレール方向にそれぞれ２分割して、即ち、レール幅方向と長さ方向に４分割して上鋳型群を構成し、分割した上鋳型群の少なくとも下部及び底鋳型に線状突起部を設けたレール溶接用鋳型を提示した。
このレール溶接用鋳型１０の構成を図１１に示す。
図示するように、レール溶接用鋳型１０は、対向するレール１１、１２の接合部を囲む分割上鋳型群１３と、この分割上鋳型群１３の底部に配置される下鋳型１４と、上部の注湯口１５に装着されるキャップ１６とから構成される。そして、前記分割上鋳型群１３は、対向するレール１１、１２の中心面と、該レール１１、１２の接合面とによって４分割された上鋳型１７〜２０からなっている。
前記上鋳型１７〜２０及び下鋳型１４の内側には、装着されるレール１１、１２の接合部に溶融金属が注入されるキャビティ部２１が設けられ、該キャビティ部２１の内面には余盛り形成凹部２１ｃが設けられ、レール１１、１２の接合部の補強を行なうことができるようになっている。
【０００５】
また、耐火物からなる上鋳型１７〜２０の下部の前記余盛り形成凹部２１ｃの外側には線状突出部２１ａが設けられ、しかも、その外側に開先２１ｂが設けられている。そして、使用に際しては、該線状突出部２１ａがレール１１、１２の腹部側面、足表面及び足先部、さらに必要に応じてレール１１、１２の頭部顎下部（頭部下面）に当接し、前記開先２１ｂに塑性材Ｆ（図１４参照）を充填できるようになっている。
そして、前記上鋳型１７〜２０を組み合わせた場合、その両側中央に空気孔２２、２３が形成され、該空気孔２２、２３の底部は、内側のキャビティ部２１と細い連通孔２４、２５（図１１、図１３参照）を介して接続され、注湯時にキャビティ部２１の内部に溜まる空気が円滑に抜けるようになっている。
下鋳型１４は、同じく耐火物からなって、図１０に示すように、表面中央に前記接合部に対応して余盛り形成凹部２６を有し、その線状突出部２６ａは、さらに、その外側に開先２６ｂを備えている。そして、分割上鋳型群１３と下鋳型１４を組み立てた場合には、前記線状突出部２６ａがレール１１、１２の底部及び上鋳型１７〜２０の底部に線接触によって当接してシールを形成し、更には、前記開先２６ｂに塑性材Ｆを充填することによって、前記線接触当接によるシールが上鋳型１７〜２０の表面粗さなどによって不充分であっても、外部に湯漏れを生じないようにバックアップしている。
【０００６】
かかる構成によって、分割上鋳型群１３がレール１１、１２の中心面方向のみでなく、接合面方向にも分割されているので、図１２に示すように隙間Ｇ1 を開けて連設したレール１１、１２間にわずかな寸法差があっても、高さ方向で調整して分割上鋳型群１３をレール１１、１２に合わせることができ、溶融金属Ｍをキャビティ部２１内に注入硬化した際、鋳張りが発生するのを減少でき、鋳型の製造も容易になる。また、レール溶接用鋳型１０のシール方法は、レール１１、１２或いは隣合う分割上鋳型群１３と下鋳型１４間及び上鋳型１７〜２０間の接合を線状突出部２１ａ、２６ａを介して行い、更に、図１４に示すように、その外側に開先２１ｂ、２６ｂを設けて組立後に塑性材Ｆを充填できるようにしたので、この面からも鋳張りが減少でき、これによって応力集中等の発生が少ないレール１１、１２の溶接接合が可能となった。
また、本出願人は、特開平６−３１２６０９号公報において、上記したレール溶接用鋳型１０において用いる塑性材Ｆとして加熱膨張する耐火目地材を用い、上鋳型１７〜２０及び隙間発生部のシール性を向上させることを提示した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、レール１１、１２と分割上鋳型群１３及び下鋳型１４間及び上鋳型１７〜２０間の隙間に生ずる鋳張りの発生は防止できるようになったが、上記したレール溶接用鋳型１０は、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、一般に、レール１１、１２のテルミット溶接部のレール長手方向の縦断面内の溶融金属Ｍと母材であるレール１１、１２の境界、即ち、溶融金属Ｍの溶け込み状態は、図１２及び図１３に示すようになる。
しかし、図１２に示すように、レール１１、１２のレール断面表層部における溶融金属Ｍの溶け込み幅Ｗ2 は、形状に左右されるのに対して、余盛り２７を形成するために上鋳型１７〜２０の内面に設けた余盛り形成凹部２１ｃの両端にそれぞれ設けた止端部２９間の幅Ｗ1 は、鋳型の形状により決まり、頭部から底部まで同一である。
【０００８】
その結果、図１２及び図１４に示すレール１１、１２の各断面での溶融金属Ｍの溶け込み幅Ｗ2 と余盛り形成凹部２１ｃの両止端部２９間の幅Ｗ1 との間に差が生ずる。この時、レール連結部の曲げ疲労時に応力集中が生じると、図１２〜図１４に示すように、疲労亀裂の発生点となりやすいレールの足表部２８では、溶融金属の溶け込み幅Ｗ2 よりも余盛り形成凹部２１ｃの両止端部２９間の幅Ｗ1 が大きいので、図１４に示すように、余盛り形成凹部２１ｃの両止端部２９とレール１１（１２）の表面１１ａ（１２ａ）との間に未融合部３０が生じ、疲労亀裂の発生点となる可能性があり、これを防止するために二次的加工あるいは早期補修が必要であった。
【０００９】
このことは、図１５に示すように、線状突出部２１ａや開先２１ｂが設けられていないレール溶接用鋳型１０Ａにおいても同様であった。
そこで、本発明者らは、研究の結果、上記した余盛り形成凹部２１ｃの止端部２９を余盛り２７の両端と略一致させたり、余盛り形成凹部２１ｃの両止端部２９間の幅Ｗ1 とレール１１、１２の溶け込みの幅Ｗ2 との関係を適切に選択すれば、余盛り形成凹部２１ｃの止端部２９の疲労強度を高めることができることを知見した。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、レール連結部の曲げ疲労強度を高くし、レール連結部の信頼性を向上することができるレールのテルミット溶接方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載のレールのテルミット溶接方法は、端部同士を対向させた二つのレールの接合部を、その両側からレール溶接用鋳型を構成する分割鋳型で囲むと共に組み立て、前記レール溶接用鋳型内にキャビティ部を形成し、前記分割鋳型及び前記レールの接合部を予熱した後、該キャビティ部に溶融金属を流し込み、前記レールの端部同士を融解して連結するレールのテルミット溶接方法において、
予熱された足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅を、レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくし、前記余盛り形成凹部の前記各止端部と前記レールの表面との間に未融合部が発生するのを防止し、
しかも、前記した分割鋳型及び前記レールの接合部の予熱に先立って、予め、各レールの足表部から腹部の下部の範囲のみを３００℃〜７００℃で加熱している。
【００１１】
ここで、テルミット溶接の際に、予熱された足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅の最下限を、レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の両止端部間の幅と同じとしたのは、前記溶け込み幅を鋳型余盛り形成凹部の両止端部間の幅より少しでも小さくすると、従来と同様に、余盛り形成凹部の両端に形成される各止端部とレールの表面との間に未融合部が生じ、疲労亀裂の発生点となるからである。一方、レール断面表層部の溶け込み幅の最上限を余盛り形成凹部の止端部間の幅より１０ｍｍとしたのは、溶融金属の溶け込み幅が余盛り形成凹部の止端部間の幅より１０ｍｍを超えると、レール表面と同一面上に位置する溶け込み表層部が直接鋳型と接触するため、鋳型との焼き付きや鋳型の粗さの影響を受け、応力集中の原因となる凹凸が生ずるからである。
そして、このように、レール溶接用鋳型のレール足表部から腹部の下部の範囲のみを３００〜７００℃の範囲で予熱するようにしたのは、以下の理由による。
【００１２】
レール断面表層部の溶け込み幅は、テルミット反応により得られる反応熱の大きさ、即ち、反応に関与する酸化鉄の酸化度及び酸化鉄とアルミニウムの混合割合、量により制御できる。さらに、溶接前に行なうレール端部やレール溶接用鋳型の予熱の大きさ、即ち、使用される酸素、プロパンなどのガスの圧力、流量や予熱の時間により制御できる。一般的には、溶剤の調整は原材料の入手やレール断面の大きさにより制約を受けることが多いため、溶け込み幅の制御は予熱条件の調整により行なうことが容易である。
しかしながら、図１２を参照して説明したように、溶け込み幅はレールの部位により異なり、従来、行なわれている予熱のみでは、この差を制御することは困難である。そこで、鋳型を組み立てた後に行なう従来の予熱に加え、溶け込み幅の小さいレール足表部から腹部の下部の範囲のレール表面を予熱し、溶け込み量を大きくすることにより、レール部位における溶け込み量を制御することが可能となり、溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ4 が余盛り形成凹部の止端部間の幅Ｗ3 と同じ又は１０ｍｍ大きい範囲で溶け込みを確保できる（図１及び図３参照）。
【００１３】
ここで、前記したレールの予熱温度は３００〜７００℃の範囲とする。３００℃未満の場合、局部加熱による溶け込み幅拡大の効果が小さく、一方、７００℃を超える場合は、レールの足裏部の溶け込み幅拡大に影響し、足表部から足裏部の溶け込み幅の均一化の効果が減ずると共に、高温のレールへの鋳型装着作業が困難となるからである。
なお、レールの足先部及び端面に直接加熱炎を当てる場合も、前述したように予熱温度が７００℃を超える場合と同様に、レールの足表部から足裏部の溶け込み幅の均一化の効果が減ずる。
請求項２記載のレールのテルミット要請方法は、端部同士を対向させた二つのレールの接合部を、その両側からレール溶接用鋳型を構成する分割鋳型で囲むと共に組み立て、前記レール溶接用鋳型内にキャビティ部を形成し、前記分割鋳型及び前記レールの接合部を予熱した後、該キャビティ部に溶融金属を流し込み、前記レールの端部同士を融解して連結するレールのテルミット溶接方法において、
予熱された足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅を、レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくし、前記余盛り形成凹部の前記各止端部と前記レールの表面との間に未融合部が発生するのを防止し、
しかも、前記した分割鋳型及び前記レールの接合部の予熱に先立って、予め、各レールの足表部から腹部の下部の範囲において、前記二つのレールの端部間の間隙を、他の部位の間隙と比較して２〜１６ｍｍの範囲で広くなるように切削する。
【００１４】
ここで、レールの足表部から腹部の下部の範囲におけるレール止端部間の間隙と他の部位の間隙との差異、即ち、レール足表部と腹下部の開先広げ代を２〜１６ｍｍとしたのは以下の理由による。
即ち、レール足表部と腹下部の開先広げ代を２ｍｍより狭くした場合は、局部加熱による溶け込み幅拡大の効果が小さく、レール足表部と腹下部の開先広げ代を１６ｍｍより広くした場合は、レールの足裏部の溶け込み幅拡大に影響し、足表部から足裏部の溶け込み幅の均一化の効果が減ずるからである。
【００１５】
【作用】
請求項１記載のレールのテルミット溶接方法においては、レールを、その両側から分割鋳型で囲み、内部にキャビティ部を有するレール溶接用鋳型を組み立てた後、分割鋳型とレールの接合部を予熱する。次に、テルミット法によって製造された溶融金属を注湯口からキャビティ部内に注入する。これによって、溶融金属はキャビティ部内に充填され、内部に溜まろうとする空気は連通孔を通って空気孔に移動し外部に排出され、レールの溶接による連結が完了する。この際、予熱された足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅が、レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくなるようにしているので、余盛り形成凹部の両端に形成されている止端部とレールの表面との間に、疲労亀裂の発生点となる未融合部が生じるのを防止できる。
【００１６】
また、このレールのテルミット溶接方法においては、まず、端部同士を対向させた二つのレールの接合部を、テルミット溶接によって連結する前に、レールの足表部から腹部の下部の範囲のみを３００〜７００℃で予め加熱する。レール溶接用鋳型のレールの足表部から腹部の下部の範囲のみを３００〜７００℃で予め加熱しているので、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅を、確実に、鋳型に設けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅と同じ又はこの溶け込み幅より１０ｍｍの範囲で大きくできる。
【００１７】
請求項２記載のレールのテルミット溶接方法においては、まず、端部同士を対向させた二つのレールの端部間の間隙を、レールの足表部から腹部の下部の範囲において、他の部位の間隙と比較して２〜１６ｍｍの範囲で広くなるように切削する。その後、これらのレールを、その両側から分割鋳型で囲み、内部にキャビティ部を有するレール溶接用鋳型を組み立て、組み立て後、分割鋳型とレールの接合部を予熱する。次に、テルミット法によって製造された溶融金属を注湯口からキャビティ部内に注入する。これによって、溶融金属はキャビティ部内に充填され、内部に溜まろうとする空気は連通孔を通って空気孔に移動し外部に排出され、レールの溶接による連結が完了する。この際、レール溶接用鋳型のレールの足表部から腹部の下部の範囲の二つのレール端部間の間隙を他の部位より２〜１６ｍｍの範囲で広くしているので、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅を、確実に、鋳型に設けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅と同じ又はこの溶け込み幅より１０ｍｍの範囲で大きくできる。従って、余盛り形成凹部の両端に形成されている止端部とレールの表面との間に、疲労亀裂の発生点となる未融合部が生じるのを防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した一実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
なお、本発明の一実施の形態に係るレールのテルミット溶接方法に用いるレール溶接用鋳型１０Ｂ、１０Ｃは、実質的に、鋳型に設けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅と、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅との相対関係を除いて、図１１〜図１５を参照して説明した従来のレール溶接用鋳型１０と全く同一構成なので、その詳細な構成及び作用の説明は省略する。また、同一の構成は同一の符号で示す。
【００１９】
以下、図１〜図１０を参照して、本実施の形態に係るレールのテルミット溶接方法について説明する。なお、図１は本発明の一実施の形態に係るレールのテルミット溶接方法によって形成されたレール連結部の断面図、図２は図１の矢視Ｉ−Ｉ線による断面図、図３はレール断面表層部の溶け込み幅と鋳型に設けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅との関係を変えた場合のレール連結部の断面図、図４は他の実施の形態に係るレール連結部の要部断面図、図５は他の実施の形態に係るレール連結部の断面図、図６及び図７は実験に用いたレールの予熱部位を示す説明図、図８〜図１０は実験に用いたレール溶接用鋳型の具体的構成を示す説明図である。
【００２０】
本発明の一実施の形態に係るレールのテルミット溶接方法においては、図１に示すように、端部同士を対向させた二つのレール１１、１２の接合部を、テルミット溶接によって連結する前に、まず、レール１１、１２の足表部２８から腹部の下部の範囲のみを３００〜７００℃で加熱する。その後、このようにして加熱されたレール１１、１２を、その両側から分割上鋳型群１３及び下鋳型１４で囲み、内部にキャビティ部２１を有するレール溶接用鋳型１０Ｂを組み立てる。次に、組み立てられたレール溶接用鋳型１０Ｂの分割上鋳型群１３及び下鋳型１４の接合部を予熱し、予熱後、テルミット法によって製造された溶融金属Ｍを注湯口１５からキャビティ部２１内に注入する（図１３参照）。
これによって、溶融金属Ｍはキャビティ部２１内に充填され、内部に溜まろうとする空気は連通孔２４、２５を通って空気孔２２、２３に移動し外部に排出され、レール１１、１２の溶接による連結が完了する。
【００２１】
この際、レール１１、１２は、組み立て後に行われるレール溶接用鋳型１０Ｂの分割上鋳型群１３及び下鋳型１４の接合部の予熱の他に、レール溶接用鋳型１０Ｂの組み立てに先立ってその足表部２８から腹部の下部の範囲のみを３００〜７００℃で予め加熱されているので、図１〜図３に示すように、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ4 を、上鋳型１７〜２０に設けた余盛り形成凹部２１ｃの両止端部２９間の幅Ｗ3 と同じ又は１０ｍｍの範囲で大きくできる。従って、余盛り形成凹部２１ｃの両端に形成される止端部２９とレール１１（１２）の表面１１ａ（１２ａ）との間に、従来技術における疲労亀裂の発生点となる未融合部３０（図１４及び図１５参照）が生じるのを防止でき、鋳張り等の欠陥のない余盛り２７の形状が得られ、レール連結部における応力集中に対する疲労強度を向上できる。
【００２２】
ここで、図１はレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ4 を、上鋳型１７〜２０に設けた余盛り形成凹部２１ｃの止端部２９間の幅Ｗ3 と同じとした場合であり、図３はレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ4 を、上鋳型１７〜２０に設けた余盛り形成凹部２１ｃの止端部２９間の幅Ｗ3 より最大限である１０ｍｍ大きくした場合である。
図４は、図２に示す線状突出部２１ａと開先２１ｂを具備しないレール溶接用鋳型１０Ｃに係るものであり、この場合においても、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ6 を、上鋳型１７〜２０に設けた余盛り形成凹部２１ｃの止端部２９間の幅Ｗ5 と同じ又はこの止端部２９間の幅Ｗ5 より１０ｍｍの範囲で大きくできる。
従って、図２に示すレール溶接用鋳型１０Ｂと同様に、余盛り形成凹部２１ｃの両端に形成される各止端部２９とレール１１（１２）の表面１１ａ（１２ａ）との間に、疲労亀裂の発生点となる未融合部が生じるのを防止でき、鋳張り等の欠陥のない余盛り２７の形状が得られ、レール連結部における疲労強度を向上できる。
【００２３】
また、図５に他の実施の形態に係るレールのテルミット溶接方法に用いるレール溶接用鋳型１０Ｄの構成を示す。なお、レール溶接用鋳型１０Ｄは、前記したレール溶接用鋳型１０Ｂと構成が同じなので、同一の構成要素は同一の符号で示す。
本実施の形態に係るレールのテルミット溶接方法は、分割上鋳型群１３及び下鋳型１４とレール１１、１２の接合部の予熱に先立って、予め、レール１１、１２の足表部２８から腹部の下部の範囲において、二つのレール１１、１２の端部間の間隙を、他の部位の間隙と比較して２〜１６ｍｍの範囲で広くなるように切削することを特徴とする。
このような切削は、例えば、鋸、グラインダ、切削バイト、ガス切断機等を用いて容易かつ迅速に行うことができる。
従って、溶接した際、図５に示すように、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ8 を、上鋳型１７〜２０に設けた余盛り形成凹部２１ｃの止端部２９間の幅Ｗ7 と同じ又はこの止端部２９間の幅Ｗ7 より１０ｍｍの範囲で大きくできる。
【００２４】
【実施例１】
前述したレール溶接用鋳型１０Ｂについて、レール１１、１２の予熱条件を変えた場合の、レール１１、１２の下部における引張曲げ疲労強度の変化及び疲労亀裂発生点の状態について実験を行なったので、その結果を表１に示す。
なお、表１に示す（ａ）は、図６におけるレール１１、１２の足表部２８から腹部下部の被予熱部位を示し、表１に示す（ｂ）は、図７におけるレール１１、１２のレール足先部及びレール端面の被予熱部位を示す。また、図８〜図１０に、本実施例で実際に使用したレール溶接用鋳型１０Ｂの具体的構成を示す。
【００２５】
【表１】
0003561575.tif 000002
【００２６】
表１から明らかなように、本発明に係るレールのテルミット溶接方法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、レール１１、１２の足表部２８から腹部下部を予熱しない比較方法Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋや、足表部２８から腹部下部を予熱するが予熱温度を１０００℃した比較方法Ｌや、予熱温度は５００℃とするがレール１１、１２の足先部及びレール端面のみを予熱した比較方法Ｍと比較して、レールの連結部の下部引張の曲げ疲労強度を向上することができると共に、足表部、足裏部及び止端部における疲労亀裂の発生を防止することができ、さらに、接合部への鋳張りの発生も防止することができることが判明した。
【００２７】
【実施例２】
前述したレール溶接用鋳型１０Ｄについて、レール１１、１２の足表部２８から腹部の下部の範囲におけるレール端部間の間隙と他の部位の間隙との差異、即ち、レール１１、１２の足表部２８と腹下部の開先広げ代を変えた場合のレール１１、１２の連結部の下部引張の曲げ疲労強度の変化及び疲労亀裂発生点の状態について実験を行なったので、その結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
0003561575.tif 000003
【００２９】
表２から明らかなように、レール足表部と腹下部の開先広げ代を２〜１６ｍｍの範囲とした本発明に係るレールのテルミット溶接方法Ｅ、Ｆ、Ｇは、レール足表部と腹下部の開先広げ代をそれぞれ１ｍｍと２０ｍｍとした比較方法Ｎ、Ｏと比較して、レールの連結部の下部引張の曲げ疲労強度を向上することができると共に、足表部、足裏部及び止端部における疲労亀裂の発生を防止することができ、さらに、鋳張りの発生も防止することができることが判明した。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１、２記載のレールのテルミット溶接方法においては、端部同士を対向させた二つのレールの接合部を、その両側からレール溶接用鋳型を構成する分割鋳型で囲むと共に組み立て、レール溶接用鋳型内にキャビティ部を形成し、分割鋳型及び前記レールの接合部を予熱した後、キャビティ部に溶融金属を流し込み、レールの端部同士を融解して連結するレールのテルミット溶接方法において、予熱された前記足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅を、レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくしている。
従って、余盛り形成凹部の各止端部とレールの表面との間に未融合部が発生するのを防止することができ、欠陥のない余盛りの形状が得られ、レール連結部における疲労強度を向上できる。
【００３１】
また、請求項１記載のレールのテルミット溶接方法においては、分割鋳型及び前記レールの接合部の予熱に先立って、予め、各レールの足表部から腹部の下部の範囲のみを３００℃〜７００℃で加熱するようにしているので、その後のテルミット溶接において、確実に、予熱された前記足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅を、レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくすることができる。しかも、単に各レールの足表部から腹部の下部の範囲のみを３００℃〜７００℃で予め加熱するだけでよいので、欠陥のない余盛りの形状が得られ、レール連結部における疲労強度を向上できるといった効果を容易かつ安価に得ることができる。
【００３２】
請求項２記載のレールのテルミット溶接方法においては、分割鋳型及びレールの接合部の予熱に先立って、予め、各レールの足表部から腹部の下部の範囲において、二つのレールの止端部間の間隙を、他の部位の間隙と比較して２〜１６ｍｍの範囲で広くなるように切削しているので、その後のテルミット溶接において、確実に、予熱された前記足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅を、レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくすることができ、欠陥のない余盛りの形状が得られ、レール連結部における疲労強度を向上できるといった効果を容易かつ安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレールのテルミット溶接方法によって形成されたレール連結部の縦断面図である。
【図２】図１の矢視Ｉ−Ｉ線による断面図である。
【図３】レール断面表層部の溶け込み幅と鋳型に設けた余盛り形成凹部の止端部間の幅との関係を説明するレール連結部の断面図である。
【図４】レール溶接用鋳型の断面図である。
【図５】他の実施の形態に係るレール連結部の断面図である。
【図６】実験に用いたレールの予熱部位を示す説明図である。
【図７】実験に用いたレールの予熱部位を示す説明図である。
【図８】実験に用いたレール溶接用鋳型の具体的構成を示す説明図である。
【図９】実験に用いたレール溶接用鋳型の具体的構成を示す説明図である。
【図１０】実験に用いたレール溶接用鋳型の具体的構成を示す説明図である。
【図１１】従来のレールのテルミット溶接方法に用いるレール溶接用鋳型の分解斜視図である。
【図１２】同方法によって形成されるレール連結部の縦断面図である。
【図１３】同方法によって形成されるレール連結部の横断面図である。
【図１４】図１２の矢視II−II線による断面図である。
【図１５】図１２の矢視II−II線による他の断面図である。
【符号の説明】
Ｆ  塑性材                          Ｇ1 隙間
Ｍ  溶融金属
Ｗ3 余盛り形成凹部の止端部間の幅
Ｗ4 レール断面表層部の溶け込み幅
Ｗ5 余盛り形成凹部の止端部間の幅
Ｗ6 レール断面表層部の溶け込み幅
Ｗ7 余盛り形成凹部の止端部間の幅
Ｗ8 レール断面表層部の溶け込み幅
１０Ｂ  レール溶接用鋳型 １０Ｃ レール溶接用鋳型
１０Ｄ レール溶接用鋳型            １１  レール
１１ａ  表面                       １２  レール
１２ａ  表面                       １３  分割上鋳型群
１４  下鋳型          １５ 注湯口
１６  キャップ                     １７  上鋳型
１８  上鋳型                １９  上鋳型
２０  上鋳型                  ２１ キャビティ部
２１ａ  線状突出部                 ２１ｂ  開先
２１ｃ  余盛り形成凹部             ２２  空気孔
２３ 空気孔                        ２４ 連通孔
２５  連通孔                       ２６ 余盛り形成凹部
２６ａ  線状突出部                 ２６ｂ  開先
２７  余盛り              ２８ 足表部
２９ 止端部              ３０  未融合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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