(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のレール（３）のアルミノテルミット溶接用鋳型（Ｍ）の基部（６）であって、
前記基部は、略直方体形状であり、前記レール（３）の足部（５）を受ける上面（６０）を備え、前記上面（６０）は、底部（６１０）と、２つの対向する縦方向側面（６２）と、２つの対向する横方向側面（６３）とを含む中空のキャビティ（６１）を有し、
前記縦方向側面（６２）は、それぞれ、２つの端領域（６２１）によって挟まれた中間領域（６２０）を有し、
前記端領域（６２）は同一平面上に位置し、前記中間領域（６２０）は対向する前記縦方向側面（６２）に対して凹んだ湾曲形状（Ｃ１）を有することを特徴とする基部。
【請求項２】
前記中間領域（６２０）が、鋭角を成すことなく、前記端領域（６２１）と滑らかに接続することを特徴とする請求項１に記載の基部。
【請求項３】
前記キャビティ（６１）の底部（６１０）が、鋭角を成すことなく、湾曲形状（Ｃ２）により、前記縦方向側面（６２０）と接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の基部。
【請求項４】
前記湾曲形状（Ｃ２）が、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の曲半径を有することを特徴とする請求項３に記載の基部。
【請求項５】
前記縦方向側面（６２）の長さと、前記中間領域（６２０）の長さの割合が、３０％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基部。
【請求項６】
前記中間領域（６２０）における前記縦方向側面（６２）間の最大距離と、前記端領域（６２１）における前記縦方向側面（６２）間の距離の割合が、７５％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基部。
【請求項７】
前記横方向側面（６３）に平行な面に対して互いに対称である２つの分離した部分（６ａ、６ｂ）から構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基部。
【請求項８】
金属製のレールのアルミノテルミット溶接用鋳型（Ｍ）であって、互いに隣接した対称な２つの鋳型部分（１、２）と、前記鋳型部分（１、２）の各々を支持する基部（６）とを備え、前記基部（６）が、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基部であることを特徴とする鋳型。
【請求項９】
金属製のレールのアルミノテルミット溶接用鋳型であって、互いに隣接した対称な２つの鋳型部分（７、８）と、請求項７に記載の基部（６ａ、６ｂ）とを備え、前記基部（６ａ、６ｂ）の各々は、前記鋳型部分（７、８）の１つと統合されることを特徴とする鋳型。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の鋳型（Ｍ）を使用することを特徴とする、金属製のレールをアルミノテルミット溶接する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製のレールのアルミノテルミット溶接用鋳型の基部に関する。
【０００２】
また、本発明は、該基部を用いた鋳型、及び該基部を用いた鋳型を使用する溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
添付の図１及び図２は、３つの構成要素１、２、６を備える従来技術による鋳型Ｍを、互いに溶接される２つの鉄道レール３の端部４に組み立てた状態で示している。これらの図は、仏国特許出願公開第２９２３７４０号明細書から本願に再掲したものである。
【０００４】
これらの端部４は、図３及び図４に詳細に示される基部６上に置かれている。
【０００５】
基部６（又は「ブリケット」）は、一般に直方体形状を成しており、レールの足部を受ける上面６０を備える。この上面は、底部６１０と、２つの対向する縦方向側面６１１と、２つの対向する横方向側面６１２とを含む中空のキャビティ６１を有する。この構成により、キャビティも略直方体形状を成す。
【０００６】
成形中、溶接材料は、レール端部４の間だけでなく、キャビティ６により画定された自由空間Ｅにも導入される。
【０００７】
これは、完成品では、互いに接合された端部４の下面から突出する領域として反映される。この突起は、枕木上にレールが置かれる限りにおいて障害にはならない。
【０００８】
アルミノテルミット法による溶接方法の認証には、仕様の要件を満たす必要がある。この仕様は、特に化学分析、硬度、欠陥分析、溶融領域の幅、疲労抵抗、曲げ抵抗などに関する多くの基準の遵守を課す。
【０００９】
認証機関によっては、これらの様々な基準の要件が異なる場合がある。
【００１０】
したがって、いくつかの国では、最も遵守するのが困難な基準は（３点）曲げ抵抗である。
【００１１】
図５は、レールに実施する曲げ試験を概略的に示している。図面から明らかなように、互いに溶接された一対のレール３が、溶接部の両側の２つの円筒面Ａ上の足部で支持され、力Ｆが、溶接部Ｓに対して垂直に、レール頭部に加えられる。ＥＮ１４７３０−１（附属書Ｆ）規格によると、試料の支持及び荷重の適用半径ｒは２５ｍｍ〜７０ｍｍであり、試料の最小長さは１１５０ｍｍであり、荷重率は６０ｋＮ／ｓ以下である 。
【００１２】
このように、ＪＩＳ６０Ａ  ＨＨの（熱処理された高硬度の）レールの場合、認証機関は少なくとも１０ｍｍの破断変位を課すが、下記表に示されるように、どのような開発を行ってもこの値を達成することは困難であることが実験により示されている。
【００１３】
【表１】
0006712317.tif 000002
【００１４】
グレードは溶接の等級に相当する。つまり、グレード３４５は、高硬度の頭部（ＨＨ）を有するレールに使用される等級である。
【００１５】
曲げ抵抗を改善するため、面の分析、すなわち、曲げによる溶接破断の破断領域及び破断開始点の調査が着目されている。
【００１６】
足部における溶融領域の形態及び大きさが観察されてきた。鋳型のボス部、延いては溶接物のボス部の幾何学形状及び寸法が分析されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９２３７４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
一般的な目的は、機械的特性に不利であり、また、不利な金属欠陥を引き起こし得る幾何学的特異点を回避することである。
【００１９】
したがって、本出願人は、予想に反して、より良好な曲げ抵抗を保証する基部の特定形状を考案した。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的のため、本発明は、金属製のレールのアルミノテルミット溶接用鋳型の基部であって、前記基部は、略直方体形状であり、前記レールの足部を受ける上面を備え、前記上面は、底部と、２つの対向する縦方向側面と、２つの対向する横方向側面とを含む中空のキャビティを有し、前記縦方向側面は、それぞれ、２つの端領域によって挟まれた中間領域を有し、前記端領域は同一平面上に位置し、前記中間領域は対向する前記側面に対して凹んだ湾曲形状を有することを特徴とする基部を提供する。
【００２１】
有利には、前記中間領域は、鋭角を成すことなく、前記端領域と滑らかに接続する。
【００２２】
また、前記キャビティの底部は、鋭角を成すことなく、湾曲形状により、前記縦方向側面と接続する。
【００２３】
単独又は組み合わせて考慮される特徴によると、
・前記湾曲形状は、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の曲半径を有し、
・前記縦方向側面の長さと、前記中間領域の長さの割合は、３０％以上５０％以下であり、
・前記中間領域における前記縦方向側面間の最大距離と、前記端領域における前記縦方向側面間の距離の割合は、７５％以上９０％以下である。
【００２４】
また、本発明は、金属製のレールのアルミノテルミット溶接用鋳型であって、互いに隣接した対称な２つの鋳型部分と、前記鋳型部分の各々を支持する基部とを備え、前記基部が、上記のような基部であることを特徴とする鋳型に関する。
【００２５】
一実施形態によると、上記基部は、前記横方向側面に平行な面に対して互いに対称である２つの分離した部分から構成される。
【００２６】
また、本発明は、金属製のレールのアルミノテルミット溶接用鋳型であって、互いに隣接した対称な２つの鋳型部分と、上記のような基部とを備え、前記基部の各々は、前記鋳型部分の１つと統合されることを特徴とする鋳型に関する。
【００２７】
最後に、本発明は、上記のような鋳型を使用することを特徴とする、金属製のレールをアルミノテルミット溶接する方法に関する。
【００２８】
分析を行い、基部の新たな幾何学形状を調査した。第１の目的は、足部の溶融領域の幾何学的形状と基部の幾何学的形状との間の連続性を達成することであった。第２の目的は、溶接部の足下のボスとレールとの接続を滑らかにすることであった。
【００２９】
ボスの幾何学形状が長方形である従来技術による基部では、３点曲げで破壊された溶接部の破断変位は、平均９ｍｍ〜１１ｍｍであり、多くの結果では１０ｍｍ未満である。
【００３０】
本発明による基部では、３点曲げで破壊された溶接部の破断変位は、平均１０ｍｍ〜１２ｍｍであり、１２ｍｍを超える結果もある。
【００３１】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の好ましい実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。この説明は、添付の図面を参照して与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】既に上述したような、３つの構成要素を備える従来技術に係る鋳型を、互いに溶接される２つの鉄道レールの端部に組み立てられた状態で、且つ、図２のＩ−Ｉに沿って示されるような、これら端部間の対称な横断面で示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩに沿った立面図に示されるような、２つのレール端部に共通の対称な縦断面による図１の鋳型の断面図である。
【図３】従来技術に係る、上記図面の鋳型の一部を形成する基部の平面図である。
【図４】図３の基部の縦断面図である。
【図５】図１及び図２による鋳型を用いて互いに溶接された２つのレールに実施される低速曲げ試験の簡略図である。
【図６】本発明に係る基部の平面図である。
【図７】本発明に係る基部の側面立面図である。
【図８】本発明に係る基部の、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩに沿った縦断面図である。
【図９】本発明に係る基部の、図６のＩＸ−ＩＸに沿った横断面図である。
【図１０】図６と類似の基部の別の実施形態を示す図である。
【図１１】２つの「基部半部」を用いた鋳型の簡略横断平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
特に図６を参照すると、本発明の基部６は、従来技術による、図３に示されるものと同じ外観を有することが明らかである。
【００３４】
これは、剛性の耐火材で構成される（例えば、砂と添加剤）。
【００３５】
これは、ブリケットのような外観を有しており、長方体形状を成す。
【００３６】
その平坦な上部支持面は、符号６０で示され、この支持面に対して垂直に立つスタッド６４を各角に備える。既知の基部に既に存在するこれらのスタッドの本質的な機能は、溶接されるレールに対して基部を固定することである（図３参照、２つのレールは破線で示される）。この条件下では、基部６の同一の長辺に沿って配置されたスタッド６４間の間隔は、溶接されるレールの足部５の高さ位置での幅に対応する。
【００３７】
キャビティ６１は、面６０に対してセンタリングされる。その底部６１０は、平坦であり、面６０に平行である。キャビティは、底部６１０に接続された２つの縦（長手）方向側面６２及び２つの横（短手）方向側面６３により画定される。
【００３８】
本発明によると、縦方向側面６２の各々は、２つの端領域６２１に挟まれた中間領域６２０を有する。
【００３９】
示唆として、これらの３つの領域は、それぞれ長さの約３分の１にわたって延在する。
【００４０】
端領域６２１は同一平面上に位置する。すなわち、端領域６２１が連続していた場合、これらは互いに一続きになっている。
【００４１】
中間領域６２０は、対向する側面６２に対して凹んだ湾曲形状Ｃ１を有する。したがって、２つの中間領域６２０間の相互間隔は、互いに対向する２つの端領域６２１間の相互間隔よりも大きい。
【００４２】
示唆として、縦方向側面６２の長さに対する、中間領域の長さの割合は、３０％以上５０％以下であってもよい。
【００４３】
また、中間領域６２０における縦方向側面６２間の最大距離に対する、端領域６２１における縦方向側面６２間の距離の割合は、７５％以上９０％以下であってもよい。例えば、対向する領域６２１間の距離は３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、中間領域における側面間の最大距離は４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。
【００４４】
中間領域６２０は、鋭角を成すことなく、端領域６２１と滑らかに接続する。
【００４５】
好ましい実施形態によると、キャビティ６１の底部６１０は、鋭角を成すことなく、湾曲形状Ｃ２により、縦方向側面６２と接続する。示唆として、湾曲Ｃ２の曲率半径は、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってもよい。キャビティ６１の好ましい深さに応じて、底部６１０は平坦な部分又は湾曲した部分を含むことができる。
【００４６】
一方、上面６０は、典型的には２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の曲率半径で側面６２に接続する。
【００４７】
短手横方向側面６３は一定である。すなわち、横方向側面６３は、底部６１に対して垂直に延びる。
【００４８】
図１０は、図６に示されるものより大きな半径の形状Ｃ１を与える特定の構成を有する別の基部６を示している。この基部は、半径の変化にかかわらず、仕様を完全に満たしている。
【００４９】
このような基部は、図１に示されるように、互いに隣接した対称である２つの鋳型部分１、２を備える鋳型Ｍ内で使用するためのものである。この場合、鋳型部分の各々は、基部６上に支持される。したがって、この鋳型は３つの構成要素、すなわち、２つの鋳型部分と基部からなる。
【００５０】
別の実施形態では、基部６は、鋳型部分とは別の単一の構成要素から構成されるのではなく、鋳型部分の１つにそれぞれ一体化された２つの部分６ａ及び６ｂから構成される。上記部分６ａ、６ｂは、横方向側面６３に平行な面に対して互いに対称であり、この面は溶接されるレールの縦方向に対称な面に相当する。
【００５１】
この場合、図１１に示されるが、金型は２つの構成要素、すなわち互いに隣接した対称である２つの鋳型部分からなり、各鋳型部分は、基部の半分に相当する上述の基部半部と統合されている（この２つの基部半部の接合部は上述のレールの縦方向に対称な面内に位置する）。
【００５２】
このような鋳型の例は、特に米国特許第６１２５９１３号明細書、仏国特許出願公開第２４３４６７８号明細書、及び米国特許第４２５０９４４号明細書に記載されている。
【００５３】
図１１では、基部半部６ａは鋳型部分７と一体化されており、基部半部６ｂは鋳型部分８と一体化されている。
【００５４】
金属製のレールをアルミノテルミット溶接する方法は、本発明に係る基部を含む鋳型を用いて、まったく従来通りに実施される。
【００５５】
本発明の基部により、溶接部の足下のボスとレールとを滑らかに接続することが可能となる。これにより、機械的特性に不利であり、また、不利な金属欠陥を引き起こし得る幾何学的特異点を防ぐことができる。
【００５６】
最終的に、３点曲げで破壊された溶接部の破断変位が比較的改善される。
【図１】
0006712317.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006712317.tif 000006
【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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