(57)【要約】【課題】  ガス圧接継手の品質を確保する上で、接合界面に対する十分な熱投入、および所定圧縮量を確保することができる、鉄道用レールガス圧接における加熱バーナー揺動方法および揺動装置を提供する。【解決手段】  鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、揺動部における揺動幅を２０〜４０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後１０〜８０秒とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業者の技量に依存することなく、揺動部を制御装置の自動制御により、揺動作業を実施することを特徴とする鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、揺動部における揺動幅を２０〜４０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後１０〜８０秒とすることを特徴とする鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法。
【請求項３】
請求項２記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、揺動部の揺動幅を２０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後１０〜８０秒とすることを特徴とする鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法。
【請求項４】
請求項２記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、揺動部における揺動幅を３０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後２０〜８０秒とすることを特徴とする鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法。
【請求項５】
請求項２記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、揺動部における揺動幅を４０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後３０〜８０秒とすることを特徴とする鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法。
【請求項６】
支持フレーム１と、該支持フレームに固定されて移動しない固定部２と、移動フレーム３と、該移動フレームに連結される移動アーム４と、前記固定部２と前記移動アーム４の先端部４Ａとの間に掛けられる押し当て用バネ５と、揺動機構６と、該揺動機構６により移動する揺動部品７と、前記揺動機構６を前記移動フレーム３の移動距離の１／２移動させるための第１のリンク９Ａと第２のリンク９Ｂを有する移動量半減装置１０とを具備することを特徴とする鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動装置。
【請求項７】
請求項６記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動装置において、前記第１のリンク９Ａと第２のリンク９Ｂは上部に枢着され前記移動フレーム３の移動距離の１／２移動する共通の枢着軸１１と、前記固定部２に枢着される単独の枢着軸１２と、前記移動アーム４の先端部４Ａに枢着される単独の枢着軸１３とを備え、不要なＹ軸移動箇所を低減することを特徴とする鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法および揺動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス圧接法は主要なレール溶接方法として用いられているが、加熱工程においてレール表面の溶融および溶融滴下によるバーナーの逆火が生じるため、これらを回避すべくバーナー揺動操作が不可欠となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「レールの溶接技術」，山本隆一，溶接学会誌  第８１巻（２０１２）第８号、ｐｐ．１１〜１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現行作業では、特に定まった作業手順はなく、作業者が経験と勘に基づく独自の判断で、手動にて、バーナー揺動を実施しており、揺動のやり方により継手品質がばらつき、場合によっては溶接欠陥の発生に至る。
【０００５】
なお、ガス圧接作業は、大気中で実施されるため、接合阻害因子となる酸化介在物が接合面に生成する。この酸化介在物は、圧接工程中の加熱による還元、および圧縮変形による分断・微細化によって縮小化に至る。
【０００６】
よって、ガス圧接継手の品質を確保する上で、接合界面に対する十分な熱投入、および所定圧縮量の確保が重要となる。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、ガス圧接継手の品質を確保する上で、接合界面に対する十分な熱投入、および所定圧縮量を確保することができる、鉄道用レールガス圧接における加熱バーナー揺動方法および揺動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、作業者の技量に依存することなく、揺動部を制御装置の自動制御により、揺動作業を実施することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕上記〔１〕記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、揺動部における揺動幅を２０〜４０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後１０〜８０秒とすることを特徴とする。
【００１０】
〔３〕上記〔２〕記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、揺動部の揺動幅を２０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後１０〜８０秒とすることを特徴とする。
【００１１】
〔４〕上記〔２〕記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、揺動部における揺動幅を３０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後２０〜８０秒とすることを特徴とする。
【００１２】
〔５〕上記〔２〕記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法において、揺動部における揺動幅を４０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後３０〜８０秒とすることを特徴とする。
【００１３】
〔６〕鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動装置において、支持フレーム１と、この支持フレームに固定されて移動しない固定部２と、移動フレーム３と、この移動フレームに連結される移動アーム４と、前記固定部２と前記移動アーム４の先端部４Ａとの間に掛けられる押し当て用バネ５と、揺動機構６と、この揺動機構６により移動する揺動部品７と、前記揺動機構６を前記移動フレーム３の移動距離の１／２移動させるための第１のリンク９Ａと第２のリンク９Ｂを有する移動量半減装置１０とを具備することを特徴とする。
【００１４】
〔７〕上記〔６〕記載の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動装置において、前記第１のリンク９Ａと第２のリンク９Ｂは上部に枢着され前記移動フレーム３の移動距離の１／２移動する共通の枢着軸１１と、前記固定部２に枢着される単独の枢着軸１２と、前記移動アーム４の先端部４Ａに枢着される単独の枢着軸１３とを備え、不要なＹ軸移動箇所を低減することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、鉄道用レールをガス圧接する際、ガス圧接継手の信頼性が向上するので、産業上の実用的効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例を示す揺動装置の全体平面模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す揺動装置の模式図である。
【図３】本発明の実施例を示す揺動装置の側面模式図である。
【図４】一般的に考えられる移動量半減機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動方法は、揺動部における揺動幅を２０〜４０ｍｍ、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後１０〜８０秒とする。
【００１８】
また、本発明の鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動装置は、支持フレーム１と、この支持フレームに固定されて移動しない固定部２と、移動フレーム３と、この移動フレームに連結される移動アーム４と、前記固定部２と前記移動アーム４の先端部４Ａとの間に掛けられる押し当て用バネ５と、前記移動フレーム３の動作によりこの移動フレーム３と同じ距離移動する移動部品７と、揺動機構６と、この揺動機構６により揺動する揺動部品８と、接合中心検出追従機構９と、この接合中心検出追従機構９により前記移動フレーム３の移動距離の１／２移動する第１のリンク９Ａと第２のリンク９Ｂを有する移動量半減装置１０とを具備する。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
まず、本発明の鉄道用レールガス圧接における加熱バーナー揺動方法から説明する。
【００２１】
部材の表面溶融を回避するためには、圧接作業の初期過程から揺動操作を開始することが有効であることは容易に推測できるが、揺動操作を圧接初期過程から実施した場合、揺動操作に伴う熱の散逸のため、接合界面への熱投入量が不足し、結果として接合強度が低下する。
【００２２】
このような状況下で、上記の問題を鑑み検討を行ったところ、本発明者らは、部材表面溶融を回避でき、かつ実用上十分な接合強度を達成できる揺動パターンを見出すに至った。
【００２３】
ＪＩＳ６０ｋｇ普通レールをガス圧接する場合の標準的なガス圧接条件（表１）の下、揺動幅を４０ｍｍとし、圧縮変形開始後３０秒経過以降に揺動を開始した場合、十分な接合強度を有する継手が得られる。また、同じく揺動幅４０ｍｍの下、圧縮変形開始後３０秒経過以前に揺動を開始した場合、接合界面への熱投入量が不足し、それに伴い接合強度が低下する。
【００２４】
【表１】
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一方、揺動幅を２０ｍｍとした場合には、揺動幅４０ｍｍの場合に比べて揺動操作に伴う熱の散逸が抑制されるため、揺動開始を圧縮変形開始後１０秒としても実用上十分な接合強度が達成される。ただし、揺動幅を２０ｍｍ未満とした場合には、圧縮終盤過程において、部材の表面溶融が生じるため、設定した揺動幅を圧接終了まで保持することはできない。
【００２５】
なお、圧縮変形開始後９０秒間バーナーを固定したままとした場合、部材の表面溶融が生じるため、揺動幅をいずれに設定する場合であっても、揺動開始タイミングの上限は、圧縮変形開始後９０秒以内に留める必要がある。また、ガス圧接作業では、部材が昇温され圧縮変形過程に移行する以前の過程においては、部材突合せ部が閉口しておらず、接合阻害因子である酸化介在物が生成し得る状況にあるため、加熱炎で突合せ部を覆い接合面の酸化を低減させる必要がある。したがって、継手の品質確保上、圧縮変形開始以前に揺動を開始することは好ましくない。
【００２６】
次に、本発明の実施例を示す鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動装置について説明する。
【００２７】
上記のような揺動操作の機械化を達成する場合、揺動機構を既存のガス圧接機に装着する必要があるが、現行のガス圧接機の使用下では、部材がガス圧接機の固定側フレーム（ガス圧接機との相対的位置関係が変わらない部品）と移動フレーム（部材の圧縮変形量に応じて移動する部品）の双方によってチャッキングされている方式上、部材の圧縮変形に伴い、接合中心とガス圧接機との相対位置関係は変化してしまう。したがって、一様なパターンで単に揺動させるだけでなく、ガス圧接機に対する接合中心位置の移動に応じて、揺動中心位置を追従させる必要がある。
【００２８】
そこで、本発明者らは、単に自動でバーナーを揺動させる機能だけの装置ではなく、接合中心の移動量が圧縮変形量の１／２であることに着目し、一様なパターンで揺動する揺動機構を、圧縮変形量の１／２量で移動させる機能を持つ揺動装置を見出した。
【００２９】
図１は本発明の実施例を示す揺動装置の全体平面模式図、図２はその揺動装置の側面模式図であり、図２（ａ）はその全体図であり、図２（ｂ）は移動量半減装置の拡大図である。
【００３０】
これらの図において、鉄道用レールをガス圧接する際の加熱バーナー揺動装置は、揺動機構６を含む揺動部品７と、接合中心検出追従機構９とから構成され、接合中心検出追従機構９は、移動アーム４を含む移動量検出部Ｄ（移動フレーム３）と、揺動機構６の移動量を圧縮変形量の１／２にするための移動量半減装置１０とからなる。
【００３１】
移動量検出部Ｄは、図１に示すように、ガス圧接機の支持フレーム１に固定されるが、移動検出の触手となる移動アーム４を移動フレーム３に固定するのではなく、固定部２と移動アーム４の先端部４Ａとの間に掛けられる押し当て用バネ５の力によって、移動アーム４を移動フレーム３に対して進行方向へ押し付けるものとした。これにより、圧接工程終了後の押し引き工程において、移動フレーム３が約１８０ｍｍ移動するバーナーの揺動とは無関係な工程での動きへの追従を回避でき、装置の小型化が可能になる。また、ガス圧接機の移動フレーム３への取り付けのための加工も不要になる。
【００３２】
移動量半減装置１０は、図２に示すように、同じ長さを有する第１のリンク９Ａおよび第２のリンク９Ｂから構成され、第１のリンク９Ａおよび第２のリンク９Ｂの上端を共通の枢着軸１１に枢着し、第１のリンク９Ａの下端を固定部２の枢着軸１２に、第２のリンク９Ｂの下端を移動アーム４の枢着軸１３にそれぞれ枢着することによって、第１のリンク９Ａおよび第２のリンク９Ｂの連結部を圧縮変形量の１／２移動させることを可能にした。
【００３３】
移動量を半分にするための機構として一般的に考えられる機構は、ギヤ機構や、図３に示すように回転体の半径を１／２にした機構が考えられるが、機構が大きくなり、図３では、Ｙ軸方向の移動に対する機構が２か所必要となってくるという不利な点がある。
【００３４】
次いで、本発明の実施例について説明する。
【００３５】
上記した表１に示した標準ガス圧接条件の下、ＪＩＳ−６０ｋｇ普通レールの試験継手を作製し、試験体作製時の部材表面溶融状況を調査するとともに、静的曲げ試験を実施した。表２に、各試験体作製時の揺動条件を示す。静的曲げ試験は、支点間距離１ｍ、中央集中荷重、頭部上向姿勢で実施した。表３に、試験体作製時の部材表面溶融状況および静的曲げ試験の結果を示す。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
【表３】
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本発明による揺動パターンおよび揺動装置を用いて作製した試験体ＴＰＮｏ．１および２については、いずれも、部材表面溶融は認められず、また、静的曲げ試験では、破断荷重、たわみ量とも、ＪＩＳ６０ｋｇ普通レールガス圧接部の曲げ破断基準値を上回っている。一方、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後２０秒、揺動幅を４０ｍｍとした試験体は、破断荷重、たわみとも、曲げ試験の基準値を下回った。さらに、揺動開始タイミングを圧縮変形開始後８０秒、揺動幅を３０ｍｍとした場合には、試験体作製時の揺動開始前にレール頭頂領域が過剰に溶融したため、試験体作製作業を途中で中止した。
【００３８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の鉄道用レールガス圧接における加熱バーナー揺動方法および揺動装置は、ガス圧接継手の品質を確保する上で、接合界面に対する十分な熱投入、および所定圧縮量を確保することができる、鉄道用レールガス圧接における加熱バーナー揺動方法および揺動装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１    支持フレーム
２    固定部
３    移動フレーム
４    移動アーム
４Ａ    移動アームの先端部
５    押し当て用バネ
６    揺動機構
７    揺動部品
Ｄ    移動量検出部
９    接合中心検出追従機構
９Ａ    第１のリンク
９Ｂ    ２のリンク
１０    移動量半減装置
１１    共通の枢着軸
１２    固定部の枢着軸
１３    移動部品の枢着軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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