(57)【要約】【課題】溶接部の強度を維持しつつ冷却時間の短縮を図ることのできるレール溶接構造の冷却方法を提供すること。【解決手段】本発明は、溶接部を介在して一対のレールの端部を相対向して溶接してなるレール溶接構造を冷却する方法である。テルミット溶接後に溶接部の表面温度を測定し、溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になったら、レールの端部であって溶融しなかった部分の頭頂面に水を浴びせることによって、レール端部を水冷する。その後、溶接部の表面温度が５００℃以下になったら、溶接部にも水を浴びせて、溶接部を水冷する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部を介在して一対のレールの端部を相対向して溶接した後に前記溶接部及び前記端部を自然空冷することによって前記溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になったら、前記レールを少なくとも前記端部で水冷することを特徴とするレール溶接構造の冷却方法。
【請求項２】
前記レールの頭頂面に１ｃｍ２当たり毎分１ｍｌ以上１５ｍｌ以下の量で水を浴びせることによって前記レールを水冷することを特徴とする請求項１に記載のレール溶接構造の冷却方法。
【請求項３】
前記レールを少なくとも前記端部で水冷している時に前記溶接部を自然空冷し、前記溶接部の表面温度が５００℃以下になったら前記溶接部を水冷することを特徴とする前記請求項１又は２に記載のレール溶接構造の冷却方法。
【請求項４】
前記溶接部の中心面より前記レールの長手方向に向かって１５０ｍｍ以上までの範囲に水を浴びせることによって水冷することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のレール溶接構造の冷却方法。
【請求項５】
溶接部を介在して一対のレールの端部を相対向して溶接してなるレール溶接構造を水冷するための水冷装置において、
前記端部及び前記溶接部の上方に配置され、前記端部及び前記溶接部の頭頂面に対向した底面に複数の噴射口が形成され、内部に水が供給される箱体と、
前記複数の噴射口のうち前記溶接部に対応した噴射口を開閉するキャッピング構造と、を備えることを特徴とする水冷装置。
【請求項６】
それぞれの前記噴射口の直径が０を越え１．２ｍｍ以下であり、前記複数の噴射口は１ｃｍ２当たり０を越え１個未満の分布率で前記箱体の底面に分布していることを特徴とする請求項５に記載の水冷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接部を介在して一対のレールの端部を溶接してなるレール溶接構造を冷却するレール溶接構造の冷却方法及び水冷装置である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、軌道保守コストの低減や騒音振動の低減のために溶接によって継目を連続化するロングレール化が普及しつつある。鉄道用レールのロングレール化は、軌道の最弱点箇所である継目をなくし、騒音、振動及びメンテナンスコスト低減、更には乗り心地を向上させる等の多くの利点がある。ロングレールは一般に２５ｍ乃至５０ｍのレールを溶接して製造される。
【０００３】
その溶接方法として、フラッシュ溶接法、ガス圧接法、エンクローズアーク溶接法及びテルミット溶接法が日本では採用されている。フラッシュ溶接法は、電気抵抗を利用して二本のレールの接触端面を加熱・溶融して圧接する方法である。ガス圧接法は、ガスバーナーによって二本のレールの接触端面を加熱・溶融して圧接する方法である。テルミット溶接法は、鋳型に囲まれた二本のレール端面の間に、テルミット反応で溶けた溶融金属を流し込んで溶接する方法である。エンクローズアーク溶接法は、鋳型に囲まれた二本のレール端面の間に、溶接棒を挿入してアーク溶接する方法である。何れの溶接法でも、溶接後に溶融した金属が凝固した溶接部の温度が常温になったら、溶接部の超音波探傷検査及び浸透探傷検査又は磁粉探傷検査を実施する。
【０００４】
ところで、レールの敷設現場で溶接作業を行う場合、夜間といった限られた時間で作業を終了する必要があることから、溶接準備から溶接終了まで、更には超音波探傷検査等の非破壊検査までに至るトータル時間の一層の短縮が強く要望される。そこで、少しでも冷却時間を短縮するために水冷を実施している。しかし、冷却時間の短縮のみを優先し、Ａ１変態温度以上の高温から溶接部を水冷した場合、溶接部に硬くて脆い組織であるマルテンサイト組織が生成され、列車通過時に発生する応力により溶接部が損傷する恐れがある。従って、Ａ１変態温度以上の高温から不用意に溶接部を水冷することができない。
【０００５】
そのため、通常、溶接部の表面温度が３００℃以下になった時点で溶接部を水冷する。ここで、３００℃以下とするのは、溶接部の表面温度と内部温度とでは内部温度の方が高いが、表面温度が３００℃以下であれば、溶接部全体が十分にＡ１変態温度以下であることが確実だからである。また、溶接部がＡ１変態温度以上である時から溶接部の周辺に強制対流を起こして溶接部を強制空冷し、強制空冷によって溶接部の表面温度が４００℃になった時点で溶接部を水冷する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２６３８６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶接部がＡ１変態温度以上である時から溶接部を強制空冷した場合でも、溶接部を強制空冷しないで溶接部を常温に放置して自然空冷した場合と比較して約２０％の時間短縮しか図れない。それだからといって、冷却時間短縮のためにＡ１変態温度以上の高温から溶接部を水冷したら、溶接部が脆くなってしまう。つまり、溶接部の強度を維持しつつ冷却時間の短縮を図ることは困難であるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、溶接部の強度を維持しつつ冷却時間の短縮を図ることのできるレール溶接構造の冷却方法及び水冷装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、
溶接部（溶接部頭部４、溶接部柱部５及び溶接部底部６）を介在して一対のレール（頭部１、柱部２及び底部３）の端部を相対向して溶接した後に前記溶接部及び前記端部を自然空冷することによって前記溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になったら、前記レールを少なくとも前記端部で水冷することを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明では、レールの端部を水冷すると、溶接部の熱がより速くレール端部に熱伝導し、溶接部の冷却速度が速くなる。そのため、溶接部の冷却時間を短縮することができる。また、溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になってからレール端部の水冷を開始するため、溶接部にマルテンサイト組織が生成されず、溶接部が脆く、硬くなることもない。
【００１１】
なお、冷却時間の短縮の観点から、溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になって４００℃以下になる前に、水冷を行った方が良い。また、溶接方法は、フラッシュ溶接法、ガス圧接法、エンクローズアーク溶接法、テルミット溶接法、その他の溶接法の何れであっても良い。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレール溶接構造の冷却方法において、
前記レールの頭頂面に１ｃｍ２当たり毎分１ｍｌ以上１５ｍｌ以下の量で水を浴びせることによって前記レールを水冷することを特徴とする。
【００１３】
レールの端部を水冷すると溶接部の冷却速度が速くなるが、請求項２に記載の発明では、１ｃｍ２当たり毎分１ｍｌ以上１５ｍｌ以下の量で水をレールの頭頂面に浴びせることによって、溶接部の冷却速度はマルテンサイト組織が生成される程の冷却速度とならない。従って、溶接部の冷却時間の短縮が図れるとともに、溶接部が硬く、脆くなることもない。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレール溶接構造の冷却方法において、
前記レールを少なくとも前記端部で水冷している時に前記溶接部を自然空冷し、前記溶接部の表面温度が５００℃以下になったら前記溶接部を水冷することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、レール端部を水冷している時に溶接部を水冷しているのではなく、自然空冷しているため、溶接部の冷却速度はマルテンサイト組織が生成される程の冷却速度とならない。また、レール端部を水冷しているため、溶接部の表面温度が４００℃以上５００℃以下であっても、溶接部の内部がＡ１変態温度以下になっている。そのため、溶接部の表面温度が４００℃以上５００℃以下の時に溶接部を水冷しても、溶接部にマルテンサイト組織が生成されず、溶接部を効率よく冷却することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載のレール溶接構造の冷却方法において、
前記溶接部の中心面より前記レールの長手方向に向かって１５０ｍｍ以上までの範囲に水を浴びせることによって水冷する。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、溶接部の中心よりレールの長手方向に向かって１５０ｍｍ以上までの範囲に水を浴びせると、溶接部を効率よく冷却することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、溶接部（溶接部頭部４、溶接部柱部５及び溶接部底部６）を介在して一対のレール（頭部１、柱部２及び底部３）の端部を相対向して溶接してなるレール溶接構造を水冷するための水冷装置（１０）において、
前記端部及び前記溶接部の上方に配置され、前記端部及び前記溶接部の頭頂面に対向した底面（１１ｃ）に複数の噴射口（１１ｄ）が形成され、内部に水が供給される箱体（１１）と、
前記複数の噴射口のうち前記溶接部に対応した噴射口を開閉するキャッピング構造（１２）と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、溶接部に対応した噴射口がキャッピング構造によって閉塞されると、溶接部には直接水がかからない。従って、溶接部は、マルテンサイト組織が生成される程急速に冷却されない。
また、溶接部に対応した噴射口が開くと、溶接部に水がかかり、溶接部がＡ１変態温度以下となっていれば溶接部を速く冷却することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の水冷装置において、
それぞれの前記噴射口の直径が０を越え１．２ｍｍ以下であり、前記複数の噴射口は１ｃｍ２当たり０を越え１個未満の分布率で前記箱体の底面に分布していることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、それぞれの前記噴射口の直径が０を越え１．２ｍｍ以下であり、前記複数の噴射口は１ｃｍ２当たり０を越え１個未満の分布率で前記箱体の底面に分布しているので、溶接部の冷却速度はマルテンサイト組織が生成される程の冷却速度とならない上、溶接部を効率よく冷却することができる。そのため、溶接部の冷却時間の短縮が図れるとともに、溶接部が硬く、脆くなることもない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて本発明の具体的な態様について説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
図１（ａ）は、レールの端面を示した正面図である。図１（ａ）に示すように、レールは一般的に使用されているものであり、フランジ状の底部３上にウェブ状の柱部２が立設され、柱部２上に頭部１が形成された構造となっている。
【００２３】
このような二本のレールをテルミット溶接法で溶接する。即ち、二本のレールの端面を所定の隙間を空けて対向配置し、鋳型を用いて隙間及びその周辺を取り囲み、キャビティを形成する。次に、そのキャビティの上方に坩堝を設置して、酸化鉄並びに若干の成分調整剤とアルミニウムとが坩堝内でテルミット反応することによって生成した溶融金属を、坩堝底部の流出孔からキャビティに注入する。高温の溶融金属の注入によりレール端面が溶融して、注入された溶融金属並びにレール端面の溶融金属が自然空冷されることによって凝固する。これにより、二つのレール端部の間には溶融金属が凝固してなる溶接部が形成され、二つのレール端部は溶接部を介在して溶接される。このような二つのレール端部が溶接部を介在して溶接されてなるレール溶接構造を冷却する方法について以下に説明する。
【００２４】
溶融金属が凝固した後、鋳型を開いてレールから取り外す。図１（ｂ）は、レールの延在方向に直角な面で溶接部を破断して示した断面図である。図１（ｂ）に示すように、溶接部の断面形状は、レールの端面形状より大きい相似形状となっており、溶接部底部６上に溶接部柱部５が立設され、溶接部柱部５上に溶接部頭部４が形成された構造となっている。また、溶接部頭部４の表層には、レールの頭部１の端面形状より盛り上がった余盛７が形成され、溶接部柱部５及び溶接部底部６の表層には、レールの柱部２及び底部３の断面形状より盛り上がった余盛８が形成されている。
【００２５】
鋳型を取り外したら、溶接部及びレールを常温に放置することによって自然空冷するが、自然空冷の間に溶接部頭部４の頭頂面及び側面の余盛７を除去し、図１（ｃ）に示すような断面を得る。また、自然空冷の間に、溶接部柱部５及び溶接部底部６の余盛８は除去せずにグラインダーを用いて粗仕上げを行う。なお、図１（ｃ）は、余盛７を除去した場合の図１（ｂ）の切断面と同じ切断面の断面図である。
【００２６】
余盛７を除去し、粗仕上げを行ったら、図２〜図４に示すように水冷装置１０をレールにセッティングする。図２は、水冷装置１０の側面図であり、図３は、水冷装置１０の正面図であり、図４は、水冷装置１０の上面図である。
【００２７】
この水冷装置１０について説明する。水冷装置１０は、上面が開口するとともに底面１１ｃに複数の噴射口１１ｄ，１１ｄ，…が形成された箱体１１と、箱体１１の底面１１ｃをレールの頭頂面に対向するように箱体１１をレールの上方に支持する治具構造１２と、箱体１１の底面１１ｃの中央部に形成された噴射口１１ｄ，１１ｄ，…を開閉するキャッピング構造１３と、を備える。
【００２８】
箱体１１の正面１１ａ及び背面１１ｂのそれぞれの上部には、両端部に雄ねじが形成された二本のバー１４，１４が挿通されており、バー１４，１４の両端部はそれぞれ正面１１ａ、背面１１ｂにナットによって締結されている。この例では、箱体１１の長さ（正面１１ａから背面１１ｂまでの距離）は３４０ｍｍであり、幅（二つの側面間の距離）は２４０ｍｍであり、高さは１６０ｍｍである。
【００２９】
箱体１１の底面１１ｃに形成されている各噴射口１１ｄの直径は、０ｍｍを越え１．２ｍｍ以下である。噴射口１１ｄ，１１ｄ，…は、底面１１ｃの幅方向中央部であって長さ方向全体に分布しており、底面１１ｃの１ｃｍ２当たり０を越え１個未満の分布率で配列されて分布している。箱体１１内に水が供給されると、それぞれの噴射口１１ｄから水が噴射されるが、底面１１ｃの１ｃｍ２当たり毎分１ｍｌ以上１５ｍｌ以下の水が噴射されるようになっている。
【００３０】
治具構造１２について説明する。
箱体１１の正面１１ａ及び背面１１ｂのそれぞれの下部１２ａは、箱体の底面１１ｃより下方に延出しており、下部１２ａであって箱体１１の幅方向中央部には、下方が開放した切欠き１２ｂが形成されている。正面１１ａと背面１１ｂの切欠き１２ｂには、箱体１１の底面１１ｃをレール頭部１の頭頂面に対向した状態でレール頭部１が嵌め込めるようになっている。
【００３１】
また、切欠き１２ｂに嵌め込まれたレール頭部１のかたわらであって正面１１ａの下部１２ａには、雄ねじ状の軸１２ｄを有したハンドル１２ｃが設けられている。ハンドル１２ｃの軸１２ｄは、箱体１１の幅方向に延在しており、正面１ａの下部１２ａに固定された雌ねじ部１２ｅに螺合している。ハンドル１２ｃの回転によって軸１２ｄの先端がレール頭部１の側面に対して接離されようになっており、軸１２ｄの先端がレール頭部１の側面に当接することによってレール頭部１が切欠き１２ｂ内に固定されるようになっている。
【００３２】
キャッピング構造１３について説明する。
箱体１１の底面１１ｃの外面であって噴射口１１ｄ，１１ｄ，…の形成された領域の外側には、鉤状の四つのフック部材１３ａが固定されており、正面１１ａ側のフック部材１３ａと背面１１ｂ側のフック部材１３ａとは相対向している。箱体１１の一方の側面側に配置された二つのフック部材１３ａの間隔は、箱体１１の他方の側面側に配置された二つのフック部材１３ａの間隔と同じである。
【００３３】
四つのフック部材１３ａには、板状であって矩形状の蓋部材１３ｂが底面１１ｃに密接した状態で箱体１１の幅方向に摺動自在となるように係合されている。蓋部材１３ｂは四つのフック部材１３ａに係合した状態で底面１１ｃの外面に密接することによって、底面１１ｃの中央部に形成された複数の噴射口１１ｄ，１１ｄ，…を閉塞するようになっている。蓋部材１３ｂによって閉塞される範囲は、箱体１１の長さ方向中心から正面１１ａ、背面１１ｂに向かってそれぞれ８５ｍｍの範囲である。底面１１ｃの長さ方向両側に形成された噴射口１１ｄ，１１ｄ，…は、蓋部材１３ｂによって閉塞されない。また、蓋部材１３ｂの一側には取手１３ｃが固定されており、作業者が取手１３ｃを掴んで蓋部材１３ｂを摺動して、蓋部材１３ｂを四つのフック部材１３ａに係合したり外したりできるようになっている。
【００３４】
以上のように構成された水冷装置１０をレールにセッティングするには、まず蓋部材１３ｂを四つのフック部材１３ａと底面１１ｃとの間に差し込んで、蓋部材１３ｂを四つのフック部材１３ａに係合する。これにより、底面１１ｃの中央部に形成された複数の噴射口１１ｄ，１１ｄ，…が蓋部材１３ｂによって閉塞される。
次に、正面１１ａ及び背面１１ｂの切欠き１２ｂにレール頭部１を嵌め込み、上から見た場合に蓋部材１３ｂが溶接部に重なるように、箱体１１をレールの上方に配置する。これにより、閉塞されていない噴射口１１ｄ，１１ｄ，…は、レールの端部であって溶融しなかった部分の上に位置する。
次に、ハンドル１２ｃを締めて、水冷装置１０を固定する。
【００３５】
溶接したレールに水冷装置１０をセッティングした後、溶接部の表面温度を測定し、溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になったことを確認する。溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になって４００℃以下になる前に、箱体１１に水を供給する。箱体１１に水を供給し、閉塞されていない噴射口１１ｄ，１１ｄ，…から水を噴射し、レールの端部であって溶融しなかった部分の頭頂面に水を浴びせる。
【００３６】
この時、頭部１の頭頂面には、噴射口１１ｄ，１１ｄ，…から１ｃｍ２当たり毎分１ｍｌ以上１５ｍｌ以下の量の水を浴びせることになる。この時、溶接部の上に配置された噴射口１１ｄ，１１ｄ，…を蓋部材１３ｂで閉塞しているため、溶接部に対して直接水を浴びせないようにしており、引き続き溶接部を自然空冷することになる。以上のように、レールの端部であって溶融しなかった部分の頭頂面に水を浴びせると、熱伝導によって溶接部を効率的に冷却することができ、更に溶接部の冷却速度は、マルテンサイト組織が生成される程の急速な冷却速度ではない。また、溶接部の表面温度が４００℃以下になる前に箱体１１内に水を供給したのは、溶接部の表面温度が４００℃以下になれば溶接部の内部温度がＡ１変態温度以下になっておりこの場合には溶接部を直接水冷することができるためであり、更に、溶接部の表面温度が４００℃以下になるまで自然空冷するのでは冷却時間の短縮を図れないためである。
【００３７】
レールの端部であって溶融しなかった部分を水冷しつつ溶接部を自然空冷している時に、溶接部の表面温度を測定する。そして、溶接部の表面温度が５００℃以下になったら、取手１３ｃを引いて、蓋部材１３ｂを四つのフック部材１３ａから外して、閉塞されていた噴射口１１ｄ，１１ｄ，…を開け、蓋部材１３ｂによって塞がれていた噴射口１１ｄ，１１ｄ，…からも溶接部頭部４の頭頂面に水を噴射する。ここで、溶接部の表面温度が５００℃以下４００℃以上であっても、レール端部を水冷しているため溶接部の内部の温度がＡ１変態温度以下になっており、溶接部に直接水を浴びせて水冷したものとしても、溶接部にマルテンサイト組織が生成されない。
【００３８】
この時、溶接部頭部４の頭頂面には、噴射口１１ｄ，１１ｄ，…から１ｃｍ２当たり毎分１ｍｌ以上１５ｍｌ以下の量の水を浴びせることになる。また、溶接部及びその近傍に水を浴びせる範囲は、溶接部の中心面からレール長手方向に向かって１５０ｍｍ以上までの範囲が望ましく、本実施形態では箱体１１の長さに従って、溶接部の中心面からレール長手方向に向かって１７０ｍｍの範囲である。溶接部の中心面からレール長手方向に向かって１５０ｍｍ以上までの範囲で水を浴びせることとしたのは、１５０ｍｍ未満では、溶接部を効率よく冷却することができないためである。なお、溶接部の中心面から１５０ｍｍより大幅に大きい範囲で水冷した場合でも、１５０ｍｍの場合と冷却効率はほとんど変わらない。従って、水冷範囲は溶接部の中心面から１５０ｍｍ以上までの範囲であっても、１５０ｍｍにより近いほうが、コンパクトな水冷装置１０を提供するのに適している。
【００３９】
レールの端部であって溶融しなかった部分並びに溶接部を水冷している時に、溶接部の表面温度を測定する。そして、溶接部の表面温度が３００℃以下になったら望ましくは常温になったら、水冷を終了し、水冷装置１００をレールから取り外す。水冷後、溶接部をグラインダーで表面仕上げし、さらにその後、浸透探傷検査及び超音波探傷検査を実施する。但し、溶接部の表面温度が３００℃以下になって常温になる前に水冷を終了した場合には、グラインダー仕上げ及び浸透探傷検査後に溶接部の表面温度が常温になったことを確認してから、超音波探傷検査を行う。
【００４０】
以上のように、本実施の形態では、まず溶接部以外のレール端部を水冷しているため、熱伝導によって溶接部を効率的に冷却することができ、溶接部の冷却時間の短縮を図ることができる。そのため、夜間といった限られた時間で作業を終了しなければならない場合でも、その後のグラインダー表面仕上げ及び探傷試験を行う時間にゆとりができ、グラインダー表面仕上げ及び探傷試験を丁寧に行うことができる。
また、溶接部の冷却時間が短縮しても、溶接部の冷却速度は、脆いマルテンサイト組織が生成される程の急速な冷却速度ではない。従って、信頼性の高い溶接部を提供することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、二本のレールの溶接方法がテルミット溶接法であったが、フラッシュ溶接法、ガス圧接法、エンクローズアーク溶接法であっても良い。フラッシュ溶接法及びガス圧接法の場合には、溶接部は、当接させた二本のレールの端面近傍で溶融したレールが凝固した部分である。エンクローズアーク溶接法の場合には、溶接部は、相対向した二本のレール端面の隙間にあった溶接棒の溶融金属並びにレール端面の溶融金属が凝固した部分である。
【００４２】
また、上記実施形態では、溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になったら、蓋部材１３ｂによって底面１１ｃの中央部の噴射口１１ｄ，１１ｄ，…を閉塞した状態の箱体１１に水を供給したが、蓋部材１３ｂを外した状態の箱体１１に水を供給しても良い。この場合、溶接部の内部にマルテンサイト組織が生成される恐れがあるため、上記実施形態のように溶接部の表面温度が５００℃以下になるまでは、底面１１ｃの中央部の噴射口１１ｄ，１１ｄ，…を蓋部材１３ｂによって閉塞した方がより良い。
【００４３】
【実施例】
以下に、実施例および比較例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。
本実施例では、二本のレールをテルミット溶接法で接合した後に、１ｃｍ２当たりの噴射口１１ｄの個数を変えることによって１ｃｍ２当たり毎分１ｍｌ以上１５ｍｌ以下の範囲で噴射流量を変えた種々の条件で水冷を行い、テルミット溶接してから溶接部の表面温度が常温になるまでの冷却時間を測定した。それぞれの条件では、上記実施形態で説明したように、水冷装置１０を用いて溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になったらレール端部を水冷し、更に溶接部の表面温度が５００℃以下になったら溶接部も水冷した。また、それぞれの条件で水冷した後に、溶接部を観察して、マルテンサイト組織が生成されているか否かを調べた。
【００４４】
また、本発明の実施例であるが、参考例として水冷装置１０の箱体１１の長さを５００ｍｍとすることによって、溶接部及びその近傍に水を浴びせる範囲を溶接部の中面から２５０ｍｍまでとして、常温までの冷却時間の測定並びに溶接部の観察を行った。
【００４５】
比較例では、二本のレールをテルミット溶接法で接合した後に、レール及び溶接部を自然空冷した条件の場合、又は、水冷装置１０の噴射流量を１ｃｍ２当たり毎分０．５ｍｌ若しくは２０．０ｍｌで上記実施形態と同様に水冷した条件の場合、常温までの冷却時間の測定並びに溶接部の観察を行った。
比較例であっても実施例であっても、テルミット溶接の条件、レールの形状・材質、噴射口の口径を同じとしている。噴射口の口径は直径０．９ｍｍである。
【００４６】
比較例、実施例及び参考例の条件、冷却時間及び観察結果を表１に示す。表１において、冷却時間は、レール及び溶接部を自然空冷した場合の冷却時間に対する比で表す。
【００４７】
【表１】
2004188455.tif 000003
【００４８】
表１に示すように、本発明の実施例（試験Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８）及び参考例（試験Ｎｏ．１０）では、自然空冷した場合（試験Ｎｏ．１）に比較して冷却時間が２３％〜４８％となって、冷却時間の大幅な短縮が図られていた。また、本発明の実施例では、溶接部にマルテンサイト組織が生成されず、溶接部が硬く、脆くなることを防ぐことができた。
【００４９】
一方、噴射流量が１ｃｍ２当たり毎分０．５ｍｌの場合（比較例の試験Ｎｏ．２）では、溶接部にマルテンサイト組織が生成されなかったが、自然空冷した場合に比較して冷却時間が８２％となって、本発明の実施例程度の大幅な時間短縮を図ることができなかった。
また、噴射流量が１ｃｍ２当たり毎分２０ｍｌの場合（比較例の試験Ｎｏ．９）では、自然空冷した場合に比較して冷却時間が１０％となったが、溶接部にマルテンサイト組織が生成され、溶接部が硬く、脆くなった。
【００５０】
試験Ｎｏ．１０の参考例は、噴射流量が試験Ｎｏ．５と同じであり、溶接部及びその近傍に水を浴びせた範囲が試験Ｎｏ．５より広範である。しかし、試験Ｎｏ．５の冷却時間比が３０％であり、試験Ｎｏ．１０の冷却時間比が２９％であり、試験Ｎｏ．１０は、水冷装置１０の箱体１１を大型化したにもかかわらず、冷却時間が試験Ｎｏ．５と殆ど同じであった。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、溶接部の表面温度がＡ１変態温度以下になってからレール端部の水冷を開始するため、溶接部の冷却時間を短縮することができるとともに、溶接部にマルテンサイト組織が生成されないから溶接部の強度を維持することができる。
【００５２】
請求項２に記載の発明によれば、溶接部の冷却速度はマルテンサイト組織が生成される程の冷却速度とならないから、溶接部が硬く、脆くならない。
【００５３】
請求項３に記載の発明によれば、溶接部の表面温度が４００℃以上５００℃以下の時に溶接部を水冷しても、溶接部にマルテンサイト組織が生成されず、溶接部を効率よく冷却することができる。
【００５４】
請求項４に記載の発明によれば、溶接部を効率よく冷却することができる。
【００５５】
請求項５に記載の発明によれば、溶接部に対応した噴射口がキャッピング構造によって閉塞されると、溶接部には直接水がかからない。従って、溶接部は、マルテンサイト組織が生成される程急速に冷却されない。
また、溶接部に対応した噴射口が開くと、溶接部に水がかかり、溶接部がＡ１変態温度以下となっていれば溶接部を早く冷却することができる。
【００５６】
請求項６に記載の発明によれば、溶接部の冷却速度はマルテンサイト組織が生成される程の冷却速度とならない上、溶接部を効率よく冷却することができる。従って、溶接部の冷却時間の短縮が図れるとともに、溶接部が硬く、脆くなることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】レールの端面並びに溶接部の断面を示した図面。
【図２】水冷装置を示した側面図。
【図３】上記水冷装置を示した正面図。
【図４】上記水冷装置を示した上面図。
【符号の説明】
１      レールの頭部
２      レールの柱部
３      レールの底部
４      溶接部頭部
５      溶接部柱部
６      溶接部底部
１０      水冷装置
１１      箱体
１１ｃ    底面
１１ｄ    噴射口
１３      キャッピング構造
【図１】
2004188455.tif 000004
【図２】
2004188455.tif 000005
【図３】
2004188455.tif 000006
【図４】
2004188455.tif 000007