(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークを点弧することによりろう付けに必要な熱を発生させる温度制御されたろう付け処理によって、導電性の材料からなる第１の工作物を導電性の材料からなる第２の工作物にろう付けする装置であって、
（ａ）工作物を係合する手段を含み、
（ｂ）炭素電極を含み、
（ｃ）前記係合手段によって係合される工作物と係合する位置とその位置から持ち上げられた引き込まれた位置との間で前記炭素電極を移動する手段を含む炭素電極を支持する手段を含み、
（ｄ）前記工作物と前記炭素電極との間に電圧を印加する手段を含み、該電圧を印加する手段は、電圧調整ユニットを含み、
（ｅ）前記電圧を測定する電圧センサを含み、
（ｆ）前記炭素電極を通る電流を測定する電流センサを含み、
（ｇ）前記電圧調整ユニットを制御する出力信号を発生する手段と前記アーク中に生ずる電力をリアルタイムで連続的に又は断続的に計算する手段とを含む処理手段を含み、
（ｈ）電気回路に電圧を印加する前記手段を前記炭素電極及び前記工作物に接続するよう動作可能な切換手段を含み、それにより、前記係合手段が前記工作物に付けられ前記切換手段が前記電気回路を閉成するよう動作されるとき、前記支持及び移動手段は、前記炭素電極を前記工作物から持ち上げ、アークが前記炭素電極と前記工作物の間で点弧され、ろう付け処理の間に前記炭素電極から放出される炭素粉末は、工作物の表面に薄い層を形成するよう、下にある工作物上に蓄積し、それにより、前記アークは、前記炭素電極と前記炭素粉末層との間に維持され、前記アークを安定化させ温度を分配する、
装置。
【請求項２】
前記係合手段は、前記炭素電極の周りのガードリングを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ガードリングは、セラミック材からなる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ガードリングは、セラミックリングと導電性のリングの組合せからなる、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記ガードリングの周りの把持スリーブを含み、それにより、前記ガードリングは、把持スリーブと共に作業者をアーク及び高温のガスから保護する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記処理手段は、更に、バッテリ充電器、発電機、及び、電動機といった外部ユニットを調整するために、これらの外部ユニットを制御することが可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
第２の工作物にろう付けするために第１の工作物と組み合わされるときに、前記第１の工作物は、１つの側面にろう付け金属の層を有し、第１の工作物とろう付け金属との間には、フラックス層がある、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ろう付け金属の層は、前記第１の工作物に付けられるろう付けクリップによって与えられる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ろう付けクリップは、より大きい接合面積とより小さい電気遷移抵抗とを与えるよう、前記第１の工作物よりも大きい、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
装置の接地用の接点を与えるための接続片への電気接点を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
アークを点弧することによりろう付けに必要な熱を発生させる温度制御されたろう付け処理によって、導電性の材料からなる第１の工作物を導電性の材料からなる第２の工作物にろう付けする装置であって、
（ａ）工作物を係合する手段と、
（ｂ）炭素電極と、
（ｃ）前記係合手段によって係合される工作物と係合する位置とその位置から持ち上げられた引き込まれた位置との間で前記炭素電極を移動する手段を含む炭素電極を支持する手段と、
（ｄ）前記工作物と前記炭素電極との間に電圧を印加する手段と、
（ｅ）電気回路に電圧を印加する前記手段を前記電極及び前記工作物に接続するよう動作可能な切換手段とを含み、それにより、前記係合手段が工作物に付けられ前記切換手段が前記電気回路を閉成するよう動作されるとき、前記支持及び移動手段は、前記炭素電極を前記工作物から持ち上げ、アークが前記電極と前記工作物の間で点弧され、ろう付け処理の間に炭素電極から放出される炭素粉末は、工作物の表面に薄い層を形成するよう、下にある工作物上に蓄積し、それにより、前記アークは、前記炭素電極と前記炭素粉末層との間に維持され、前記アークを安定化させ温度を分配する、
装置。
【請求項１２】
アークを点弧することによりろう付けに必要な熱を発生させる温度制御されたろう付け処理によって、導電性の材料からなる第１の工作物を導電性の材料からなる第２の工作物にろう付けする方法であって、
工作物を係合する手段を与えるステップと、
炭素電極と、前記炭素電極を支持する支持手段とを与えるステップと、
前記工作物と前記炭素電極との間に電圧を印加する手段を与えるステップと、
無孔部分を有する第１の工作物を与え、前記無孔部分が前記電極に対向するよう前記第１の工作物を位置決めするステップと、
前記第１の工作物を係合する手段を与えるステップと、
前記係合する手段が前記第１の工作物に付けられるときに、前記電圧を印加する手段を前記電極及び前記第１の工作物に接続するよう動作可能な切換手段を与えるステップと、
前記電気回路を閉成するよう前記切換手段を動作させるステップと、
前記電極と前記工作物との間にアークを点弧するよう前記第１の工作物から炭素電極を持ち上げるステップとを含み、それにより、ろう付け処理の間に炭素電極から放出される炭素粉末は、前記工作物の表面に薄い層を形成するよう下にある第１の工作物上に蓄積し、それにより、前記アークは、前記炭素電極と前記炭素粉末層との間に維持され、前記アークを安定化させ温度を分配する、
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、新規な種類の温度制御されたろう付けにより例えば金属といった導電性材料の接続片を金属面にろう付けする新規な方法に係り、それにより例えば鋼といったある種の材料についてはマルテンサイトの生じないろう付け、即ち有害な構造的な変化（マルテンサイトの形成）なしに、ろう付けが行われる方法に関する。例えば鉄道線路（レール）及び／又は管等について、ろう付け継手の下側に全くマルテンサイトが形成されないろう付けが達成される。また、本明細書中、本発明の方法を実施する装置について記載する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道交通の発達には、いままでよりも更に速い速度と重い軸重が必要である。このため、鉄道線路の強さと摩耗に対する耐久性がますます高くなる必要があり、従ってこれらのより厳しい要件を満たすため、レールは更に高く合金化された金属から製造される。レールを製造するのに用いられる材料はマルテンサイトの形成として知られる構造的な変化を生じさせうる熱的な影響（焼入れ効果）を受けやすい。
【０００３】
マルテンサイトの形成は、レールの材料に亀裂を形成させる場合があり、荷重が高いことによりレールは破損する可能性があり、鉄道交通に大惨事を引き起こしうる。従って、レール上にマルテンサイトの形成を生じさせない方法を用いてレールに対して信号及び他の配線及びケーブルをろう付けることが非常に重要である。
【０００４】
従来技術では、スウェーデン国特許第９００３７０８−６（４６９３１９）に記載されるピンろう付け法によってマルテンサイトの形成又は構造的な変化を最小限とすることのみが可能であった。これまでのところ、どのピンろう付け法を用いても、電気接続によって２つ以上の対象物を接合するための電気接点接続におけるマルテンサイトの形成を完全に排除することはできなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
鉄道線路で用いられている従来の方法における最も重大な問題は、ろう付け処理において発生されるアークによってろう付継手の下側に生ずる熱の量が多く、有害な構造的な変化又はマルテンサイトの形成を生じさせることである。
【０００６】
他の問題は、処理中に使用されるろう付けピンから出される電極自体である。ろう付けピンはフラックス材及びろう材の両方を含有し、処理の開始時にアークが点弧され、ろう付けピンからろう付継手へフラックスが流れ、ろう付継手を洗浄する。続いて、ろう付けピンからろう付継手へろう材が流れる。最後に、ろう付けピンはろうの溶解物へ向かって下向きに押しつけられ、ろう付継手を貫通する。レール／管上の金属面とケーブルシューとの間を接続するため、現時点では、ケーブルシューに開口を設け、フラックス材及びろう材がろう付けピンからケーブルシューを通りうるようにし、ケーブルシューを平坦な又は湾曲した金属面にしっかりとろう付けするようにしている。ろう付け処理の開始時に、アークは、レール上に直接作用してろうの溶解物を介して間接的に伝達される非常に高い温度を局部的に生じさせ、また、レールに悪影響を及ぼす高い温度をレール中に直接的に生じさせる。また、従来のピンろう付け方式を用いる場合はろうの中に電極の材料が合金化される危険性があり、これはろうと工作物の両方に対して悪影響を有する。従来技術のピンろう付け処理の最終段階は、ろう付けピンをろう付継手に向かって下向きに押し、次にピンを取り除く段階を含み、これはろう付継手自体に悪影響を与える。
【０００７】
従来のろう付けに関する他の実際的な問題は、工作物の接地が十分でないことであり、これによりろう付けの失敗が多く発生する。従来のピンろう付け法では、レールは電極に対して逆の極性又は端子を構成する。これは、特殊な操作手順と別個の機器を必要とする。このために、ろう付け処理に関して変更が可能であることが所望である。
【０００８】
更に、従来のろう付け法の欠点は、フラックス材とろう材の両方を含有するろう付けピンによって固定されるケーブルシューである。従来技術で使用されているケーブルシューは、穴を有する平坦な端を有し、ろうはこの穴を通ってケーブルシューの上側へ流れることが可能であり、ケーブルシューを金属面に固定する。ろう付け処理は速く行われるため、アークからろうを介してケーブルシューを通って工作物／レールへ伝達される大量の熱が必要とされる。ろう付継手の下側で構造的な変化を生じさせずに満足のいくしっかりとしたろう付けを行わねばならないことが問題であった。これまでは、マルテンサイトの形成はスウェーデン国特許第９００３７０８−６号に記載される方法によってのみ最小限とすることが可能であった。
【０００９】
本発明は、従来技術で公知の種々の方法の組合せを使用しない新規なろう付け法に関するものであり、所望の最終的な結果を生じさせるがこれまでに知られているろう付け法によっては達成出来なかった新規なマルテンサイトの生じないろう付け法を提供する。
【００１０】
現時点において、フランス、イタリア、スイス、スペイン及びドイツにおいて、マルテンサイトの形成を考慮し、鉄道線路にピンろう付け法を用いることは禁止されている。
【００１１】
現時点において鉄道線路に対するピンろう付けが認められている幾つかの他の国では、それらの要件を変更しようとしているところであり、従って、既存のピンろう付け法は将来的には使用が認められなくなるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、他の方法に影響を与えるマルテンサイトの形成の問題が解決された新規な温度制御されたろう付け法、及び、かかる方法を実行するための装置に関する。
【００１３】
本発明は、アークが直接レールに接触することなくろう付けを行うよう炭素電極を介してアークを発生させることを目的とする。
【００１４】
本発明は、炭素電極自体がろう付け処理において電気抵抗を構成し、炭素電極の長さ、直径、及び形状が処理における電気抵抗に影響を与え、従ってろう付け処理における電流強度及び電圧に影響を与えることを他の目的とする。
【００１５】
新規なろう付け法の利点は、炭素電極からの炭素粉末がろう付け処理の間に放出され、例えばケーブルシューといった導電性の接続片の上面に堆積し、ろう付け処理の間にケーブルシューの中にキャビティが形成されるのを防止することである。更に、アークは２つの炭素電極の間で発生し、これはアークに対する安定効果を有し、電流が時間に亘って変化する傾向を打ち消す。更に、炭素の断熱性は温度分配機能を有する。炭素電極からの炭素粉末は、緩衝材料として作用し、従ってろう付け処理の間に例えばレール内が高い温度となることを防止する。
【００１６】
アークもまたろう付け処理において電気抵抗を生じさせ、アークの長さ、即ち電極と対向する極片との間の距離は一定の範囲内で変化しうる。持ち上げ高さが大きいとき、電圧は降下し、アークは消弧され、持ち上げ高さが小さいとき、電流強度は増加し、また、持ち上げ高さが小さい場合は短絡の危険性が高い。炭素電極は、溶融する金属の電極よりも耐性が高く、炭素電極の長さの変化は無視できるほど小さいため、炭素電極を用いた場合にろう付け中のアークは最適に制御される。
【００１７】
本発明のろう付け法は、アークが工作物に直接接触することを防止することを更なる目的とし、この目的は、導電性の接点の接続が例えば銅といった導電性材料の成形された（固めた）固体の板からなる場合に達成される。本発明のろう付け法は、電極を形成するろう付けピンからのフラックス材又はろう材を用いない。全てのろう材は、ケーブルシューから下にある工作物へ流れる必要はない。本発明のろう付け法では、ケーブルシューの構造により、フラックス材及びろう材は例えばケーブルシューといった電気接点接続自体の下側に配置される。例えば銅といった導電性材料の成形された板全体は、例えばレールに影響を与えマルテンサイトの形成を生じさせる高すぎる温度を防止する緩衝部となる。本発明の方法では、電極は最終的にろうへ下向きに押しつけられることはなく、ろう付継手に悪影響を与える危険性はない。
【００１８】
本発明は、処理中に電流強度を制御することを更なる目的とする。電極を持ち上げることによりアークの長さは増加する。これにより、アークに亘って大きな電圧降下が生じ、電気回路中の電流強度が減少する。一定の長さを超えると抵抗が大きくなりすぎるため、アークの長さは完全に任意に増加されうるわけではない。電極と工作物との間の小さい隙間は、いわゆる持ち上げ高さと称され、ろう付け処理中にアークが消弧されるのを高い信頼性で防止する。処理中に電流強度を低くしておくと、マルテンサイトの形成が防止されるため、有利である。
【００１９】
上述の従来の方法は、セラミック材のガードリングを用いるものであり、これは一定の状況では機能を有する。本発明では、金属のガードリングを用いることが望ましいが、両方の材料の組合せからなるガードリングも、ろう付け器具に対する保護を高めるため、望ましい。
【００２０】
エネルギー消費の観点から、ガードリングの材料及び設計は重要である。例えば金属といった導電性の成形材料からなるガードリングは、ろう付け処理中の熱保持能力が高いよう、また、ろう付け処理全体に亘ってガードリングの形状及び機能を維持しつつ耐性があるよう設計される。ガードリングによって吸収される熱は、ケーブルシューへ伝導される。全体的な結果として、マルテンサイトの生じないろう付けを達成する処理中に比較的小さいエネルギー及び／又は電力が消費される。
【００２１】
ガードリングは把持スリーブと共に作業者がアーク自体又は発生した高温のガスに接触することを防止する。これにより、作業者が保護器具を用いる必要性が減少される。これはまた、作業者又はろう付け処理中にアークを見てしまった他の人間が目を痛める危険性をなくす。
【００２２】
新規なろう付け法の更なる利点は、ろう付け処理中にレールが接地されていなくともよいことである。ろう付け処理中、電極はアークの１つの極として作用し、他の極は例えばケーブルシューといった導電性の接続片によって形成される。この場合、導電性の接続片は、接地の用語では接続と称されている負の極を形成する。本発明のろう付け処理では、電極は正の極又は負の極、或いは正／負の極を形成しうる。ケーブルシューとレールとの間に２次アークが形成されることがあり、これはマルテンサイトの形成の形でレールに悪影響を与えうるため、極片としてレールを使用するのは有利ではない。更に、閉じた電気回路からレールを排除することにより、レール及びそれに接続された装置に可能な妨害信号が生ずる原因が排除される。ケーブルシューを１つの極片として使用することは作業台と、一定の状況ではろう付けに関連する接地機器をなくす。ケーブルシューは、ろう付け器具中のガードリングを介して、又はケーブルシューに接続されるケーブルを介して電気回路に接続されうる。
【００２３】
本発明の特徴は請求の範囲に記載されている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明について詳述する。図１は、ろう付け法の必要な構成要素及びろう付け処理自体の手順を図式的に示す図であり、通常使用される電源はバッテリ１であり、電流はバッテリ１から電子ユニット２へ送られる。電子ユニット２は、電源ケーブル及び信号ケーブルを介してろう付け器具から受信したデータ、並びに、外部電源からのデータを処理する。電子ユニット２は、全ての情報を処理し、例えば電圧レベル及び／又は１つ以上の抵抗器を調整すること及びその追加的な抵抗を調整することによってろう付け器具５へ供給される電流及び電源を調整し、時間及び電流消費はろう付け処理中に制御されえ、このようにして、最小のエネルギー消費で、母材／工作物中の温度を制御し、満足のいくろう付けが達成されうる。
【００２５】
回路ブレーカ３がろう付け器具５中のリフティングマグネットを含む電気回路を閉成すると、電極ホルダ７中に配置された炭素電極６は最初に回路をケーブルシュー１０と短絡させ、続いて電磁石は炭素電極６をケーブルシュー１０から持ち上げ、１つ以上のガードリング９によって保護されるアーク８を点弧し、これはケーブルシュー１０の成形された平坦な面に対して作用し、ケーブルシューは１つの極をなし、炭素電極６は他の極をなす。熱は、ケーブルシュー１０を介して伝達され、ケーブルシュー１０とろう材１２との間のフラックス材を活性化し、ろう材１２とケーブルシュー１０との間のろう付けのために表面を準備し洗浄し、ろう材１２の温度が高まると、工作物１４上のフラックス材１３を活性化し、ろう材１２により工作物１４上にろう付継手が形成される。従って、ケーブルシュー１０は、アーク８が工作物１４に直接接触することなく、しっかりと工作物１４にろう付けされる。更に、電気的な接続は、工作物１４自体を介して形成されるのではなく、ケーブルシュー１０のケーブルを介して、又はガードリング９を介して形成されるため、レール１４とケーブルシュー１０との間には望ましくない火花／アークは生じない。新規なろう付け法では、例えば銅といった導電性の材料の成形された板全体は、例えばレールに影響を与えマルテンサイトの形成を生じさせる高温を防止する緩衝材として作用する。炭素の粉末は、ろう付け処理中に炭素電極６から放出され、例えばケーブルシュー１０といった下にある導電性の接続片上に薄い層の形で堆積し、ろう付け処理中にケーブルシュー１０に孔が形成されることを防止する。
【００２６】
更に、アークは２つの炭素電極の間に維持され、これはアークに対する安定化効果を有し、電流が時間とともに低下する傾向を打ち消す。炭素は断熱性を有するため、温度分配機能を有する。炭素電極６からの炭素の粉末は、更に緩衝材として作用し、例えばレールがろう付け処理を受けるときに温度が高すぎないようにする。
【００２７】
エネルギーの観点からは、例えば金属といった導電性の材料からなるガードリング９はろう付け処理中に重要な役割を果たす。ガードリング９は、高い断熱性を示すよう形成される。ガードリング９が歯付きの下縁を有するセラミック材からなる場合、ろう付け処理中に生ずる高温のガスは半径方向に排出される。ガードリングが金属からなる場合、ガスはガイドリングから軸方向に放出され、従ってより多くの熱がガードリング９へ伝達される。ガードリング９は、その形状及び機能を維持し、ろう付け処理中は安定している。ガードリングによって吸収される熱はケーブルシュー１０へ伝導される。この結果、ろう付け処理中により少ない電気エネルギー及び／又は電力が消費され、マルテンサイトの生じないろう付けが行われる。
【００２８】
図２は、先端に炭素電極６が示されたろう付け器具５の側面図である。ろう付け処理を開始する前に、器具５は炭素電極６と共にケーブルシュー１０へ向かって押しつけられ、それにより炭素電極６はガードリング９の下縁に対して同一平面となるよう押しつけられる。ガードリング９は、リングホルダ１５の中に固定される。回路ブレーカ又は開始ボタン３が押されると、回路は短絡され、続いてリフティングマグネットは電極６を導電性の接続片１０の上に一定の高さだけ持ち上げ、アーク８が点弧される。ガードリング９及び把持スリーブ１８は、作業者を処理から保護する。図２には、ガードリングを取り出すためのネジ１６及び電極を取り出すためのネジ１７も示される。ろう付け処理中、ガードリング９は接地動作における端子として作用する。
【００２９】
図３は、ろう付け器具５を前面からみた断面図であり、回路ブレーカ３が示されており、器具の口の中心には電極ホルダ７中の炭素電極６がリングホルダ１５及び把持スリーブ１８と共に示されている。
【００３０】
図４Ａは、ろう付け器具５の断面図であり、電極ホルダ７中の炭素電極６と、リングホルダ１５中の金属のガードリング９と、把持スリーブ１８と、ガードリングを取り出すためのネジ１６と、電極を取り出すためのネジ１７と、回路ブレーカ３とを示す。ろう付け処理において非常に重要な構成要素は、電気抵抗をなす炭素電極であり、炭素電極の長さ、直径、及び形状は、処理中の電気抵抗に対して、従ってろう付け手順中の回路ブレーカ及び電圧に対して影響を与える。
【００３１】
図４Ｂは、図４Ａと同様であるが、ガードリング９がセラミック材からなるろう付け器具を示す。
【００３２】
図４Ｃは、図４Ａと同様であるが、ガードリング９が金属からなるものであり、図中、金属リングの内側に配置されたセラミック材からなる追加的なガードリング９Ｂも示されている。２つのガードリングは組み合わされた効果を生じさせる。
【００３３】
図５は、レール１４に対して使用されるろう付け器具５を示す図である。ケーブルクリップの形状の導電性の片１０は、レールの頭部にしっかりとろう付けされる。ろう付けはレールのウェブ又は底部に対しても行われうる。
【００３４】
図６は、管の一部の形状の工作物１４に対して使用されるろう付け器具５を示す図である。ケーブルシューの形状の導電性の接続片１０は、管にしっかりとろう付けされる。亀裂を生じさせうる管材料の構造的な変化を生じさせることなくろう付けが行われねばならない原子力発電所における全ての配管には厳しい要件が適用される。管が、ガス又は油で満たされているとき、また、例えば化学工場の場合のように温度に敏感な材料で満たされているときは、ろう付けの際に低い温度で作業することが可能であることが重要である。
【００３５】
断熱性の管がガードリング９を用いて接地されているとき、接地のために特別に絶縁を行うことが必要ないため、労働及び支出の大きな節約が達成される。
【００３６】
図７は、鉄道車両の車輪を示す図である。内側の車輪２０は、車軸２１に固定され、内側の車輪と外側の車輪１９との間には、例えばゴム材料のダンパー２３としていわゆるトレッドが配置される。図中、鉄道車両から鉄道線路へ電流が通りうるよう、どのようにして導電性の接続材料の接続片２２が内側の車輪２０を外側の車輪１９と接合させるかを示す。マルテンサイトの形成と関連する亀裂形成の危険性を考慮に入れて、これまではこの接続にピンろう付けを用いることは試みられていなかった。本発明のろう付け方法は、マルテンサイトの形成をなくし、ろう付けがこの分野でも行われることを可能とするものである。
【００３７】
図８は、導電性材料の接続片であるケーブルシュー１０を示す側面図であり、電気回路への端子接続２４が示されている。端子接続は、ケーブルシュー１０へつながる電気接続２５に取り付けられ、ケーブルシュー１０の他端は成形材料の固体板２６を有する。この成形材料の連続した板２６の周りには、ケーブルシュー１０自体の板２６に対して押しつけられるろう付けクリップ２７が配置され、ケーブルシュー１０とろう付けクリップ２７との間にはろう付け処理中に活性化されるフラックス材２８がある。
【００３８】
図９もまた、ケーブルシュー１０を示す側面図であり、ろう付け自体はろう付け器具５によってケーブルシュー１０の平坦な連続的な成形された板２６に対して行われ、ケーブルシュー１０に対して押しつけられるろう付けクリップ１２が示され、フラックス材１１はケーブルシュー１０の下側とろう付けクリップ１２との間で加熱される。フラックス材１３は、工作物１４とクリップ２７との間に与えられ、クリップ２７が加熱されたときに活性化され、導電性の接続片１０のろう付けの前に工作物１４を洗浄し始める。
【００３９】
ろう付けクリップ１２は、それが固定される工作物に対して取り付けられる前は均一の厚さを有する。ろう材がケーブルシュー１０の成形された板２６を通じて与えられる熱によって溶けると、成形された板２６及び工作物１４をぬらしている溶けた材料の表面張力は、成形された板２６と工作物との間の距離、即ちろう材によって占められる領域が最小化されるような方法で厚さの変化を生じさせ、成形された板２６と工作物との間のしっかりとした接合と良好な電気的及び熱的な伝導性を確実とする。フラックス材１１及び１３は、以下のタスクを行い、以下の性質を有する。（１）表面を洗浄する。（２）存在する全ての酸化物を除去する。（３）再酸化を防止する。（４）溶けたろう材によって押しのけられる。（５）ケーブルシュー１０がレールを介して接地される場合は導電体として作用する。（６）良好な熱導電性を有するため熱の散逸を容易とする。（７）接合されるべき面をぬらす。
【００４０】
他の要件は、フラックス材２８及び２９が、特定の温度範囲内で活性化されるべきであることである。フラックス材、ろう材、及びろう付け処理は、互いに合ったものでなくてはならない。フラックス材は、ろう付け処理の開始において既に活性化されており、ろう付けが達成されるまで効果を有しつづける。
【００４１】
約５００℃以上で行われるろう付けは、硬ろう付け（hard brazing）と称され、より低い温度で行われるろう付けは軟ろう付け（soft brazing）と称される。ろう付け処理において使用されるろう材は、硬ろう付け用のものである。硬ろう付け用のフラックス材は、処理があまりにも速く、約２秒で行われるため、本発明の処理には適していない。本発明のろう付け法では、軟ろう付けに適したフラックス材１０が用いられ、従ってより低い温度で活性化されるが、短い動作時間であるためろう付けが完了する前には分解しない。
【００４２】
必要なろう付け温度に達するが出来るだけ少ないエネルギーを用いるため、短い時間に亘って大きな電力入力が必要である。鉄道線路、薄い壁の管、及び同様の金属形状は、有効なヒートシンクである。大きな電力入力は、ケーブルシューを介してレールへ下向きに動く熱のフロントを生じさせ、温度は硬ろう付けには適するものとなるがマルテンサイトの形成は生じさせない。
【００４３】
ケーブルシュー１０は、局部的な過熱に対する緩衝材であり、溶けた面全体に亘って比較的なめらかな温度分布を生じさせる。間接的な加熱は、炭素電極６によって行われる。アーク８は、炭素電極６とケーブルシュー１０との間で形成される。これは、アークがレール及び／又はレール上の溶けたろうに対して直接作用する従来のピンろう付けとは異なる。
【００４４】
図１０Ａは、成形された板２６を有するケーブルシュー１０を上方から示す図であり、ケーブルシュー１０に押しつけられたろう付けクリップ２７が示され、ろう付けクリップ２７にはケーブルシュー１０に押しつけられたときに所定の位置に固定される２つの穴３０及び３１が示されている。図から、ろう付けクリップ２７は、ケーブルシュー１０自体よりも大きく、ケーブルシュー１０の側面を越えて突出するよう形成されることがわかる。これは、ケーブルシュー１０と工作物１４のよりしっかりとしたより完全な組立体を形成するともに、ケーブルシュー１０と下にある工作物１４との間の毛管力によって水が入ることを防止し、腐食を防止する。入った水は、ろう付継手の機械的な強度に対して負の影響を与えうる。更に、水は機械的な接続と、接続の電気的な性質を悪化させうる。ろう付けクリップ２７はケーブルシュー１０よりも大きいため、より大きい接合面が形成され、電気的な遷移抵抗は低くなる。
【００４５】
低い電圧及び電流で動作する鉄道信号システム及び陰極保護システムでは、システム中の干渉を防止するために、ろう付継手の全体的な遷移抵抗は低いことが特に重要である。
【００４６】
大きい電流及び電圧では、高い遷移抵抗はろう付継手の中に熱を発生させ、これはろう付継手を損傷及び／又は溶かしうる。このために、ろう付継手の遷移抵抗を低くすることは重要であり、なぜならば鉄道操作システムでは接続は高い戻り電流も扱わねばならないからである。同様の理由により、遷移抵抗は保護接地においても低いことが重要である。
【００４７】
図１０Ｂは、図１０Ａの線Ａ−Ａに沿った断面図であり、ろう付けクリップ２７と穴３１とを示し、下にある導電性の材料が平坦な成形された板２６から上向きに突出し、ろう付けクリップ２７と接続片１０との間の取り付け部を形成することが示されている。
【００４８】
図１１は、ケーブルシュー１０へ押しつけられたあとに形成された１つのつながれていないろう付けクリップ２７を示す図であり、ろう付けクリップ２７の２つの上側に２つの穴３０及び３１があり、ろう付けクリップ２７の他端には特別な傾斜された面３２がある。
【００４９】
図１２は、ろう付け処理の電圧／電流図である。ピンろう付けと比較して、短絡が生じたときに、ピンろう付けの場合と同様の大きな電流サージはない。電圧曲線及び電流曲線は共に、時間がたっても比較的一定である。図には、本発明がろう付け処理に対して最適な制御を行うことが示されている。従って、ろう付け処理中の温度もまた調整及び制御されえ、これはマルテンサイトの生じないろう付けを達成するための前提条件である。
【００５０】
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４、図１５Ａ、図１５Ｂは、本発明によって実行された多数のろう付け動作によるレール材料の硬さ測定の結果を示す実験報告書を示す図である。
【００５１】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、ろう付継手を２００倍の倍率で示す写真である。写真は、マルテンサイトの生じないろう付けを示す。
【００５２】
図１７は、ろう付け法の調整及び制御フローチャートを示す。
【００５３】
図１８は、把持スリーブ１８を引き込まれた位置にしたときのろう付き器具５の前部の断面を示す図であり、電極イジェクタ４０は、ガードリングイジェクタ用のネジ１６と電極イジェクタ用のネジ１７とを有するものとして示されている。取り出された炭素電極６及び取り出されたガードリング９もまた示されている。
【００５４】
本発明の基本的な概念は、種々の機能及び方法を新規なろう付け法と協働するよう組み合わせることである。この協働の結果として、構造的な変化即ちマルテンサイトの形成のない全く新規なろう付け法が得られる。ろう付け処理において、炭素電極が使用され、その長さ及び直径は電気回路中の抵抗に影響を与え、炭素電極から放出される炭素粉末は下にあるケーブルシュー上に薄い層として蓄積し、温度緩衝部及び熱分配部として作用する。更に、２つの炭素電極の間にアークが維持され、これはアークに対する安定化効果があり、時間に亘って電流を変化させる傾向を打ち消す。
【００５５】
ケーブルシューは、成形された導電性の材料の少なくとも１つの平坦な端部を有し、それに対して炭素電極からのアークが作用する。ケーブルシューの下側には製造中に固定されるろう材のクリップがある。ろう付けは、大きい面積のろう付継手を生じさせ、結果として全体的な電気遷移抵抗は低くなる。ケーブルシューとろう付けクリップとの間にはフラックス材があり、フラックス材はろう付けクリップと工作物との間にもあり、フラックス材、ろう材、及びろう付け処理は互いに適するよう適応される。ろう材は軟ろう付けに適しており、従って低い温度範囲に亘って活性であり、それによりマルテンサイトの生じないろう付けを与える。
【００５６】
ろう付け処理において例えば金属又は同様の材料からなるガードリングを用いる利点は、処理全体に必要とされるエネルギーが少なくなると共に従来の手順と比較して接地手順が容易とされる点である。ガードリングを介した接地は、例えば接地端子又は磁気接地接点といった特別な接地接点を必要とせず、また、接地担体のために特別な準備を必要としない。全ての接地状況において、新しいガードリングが使用されるため、接触面は常にきれいであることが補償される。
【００５７】
本発明による装置は、接地回路の長さを減少させ、過剰な遷移抵抗と、ケーブルシューと工作物との間の２次火花及びアークの源を取り除く。把持スリーブと組み合わされたガードリングの形は、ろう付け処理中に作業者をアーク及び高温のガスから保護する。
【００５８】
金属のガードリングを使用することにより、熱の形で放出されたエネルギーのうちのより多くが使用され、これがケーブルシューへ伝えられるため、ろう付け手順に影響が与えられる。
【００５９】
温度に関して十分に満足のいくろう付けを達成するために、ろう付け処理のためにそれほど多くの電気エネルギーを供給する必要はない。
【００６０】
従来知られている方法では、回路における全体的な固有抵抗は固定であると見なされる。エネルギー供給が低いということは、実際上は処理時間がより短いことを意味する。しかしながら、あまりにも時間が短くなり、満足のいくろう付けを達成させることができない。
【００６１】
本発明の新規なろう付け処理では、回路中に固定の固有抵抗がある場合から開始するため、アークが完全に形成されたとき、全体の抵抗は回路に１つ以上の追加的な抵抗器を設けることにより増加される。すると発生する電力は低くなり、従って時間は長くなる。
【００６２】
追加的な抵抗を調整すること及び／又は電圧を調整することにより、ろう付け処理の長さは制御されえ、このようにして最小限のエネルギー消費でマルテンサイトの生じないろう付けがうまく達成され、更に、母材／工作物の中の温度もまた制御されうる。
【００６３】
従来公知の方法では、処理中に発生する電圧と放出される全エネルギーに関して、また、処理の全体的な長さに関して大きな余裕が許容される。電流は、回路に固定電気抵抗を組み込むことによって、又は、必要な量の放出されたエネルギーが消費されたときに処理を中断することによって制限される。バッテリの充電の状態、放電特性又は他の因子によるバッテリ電圧の変動について、また、電極の長さの変化又はアーク変動による同一のろう付け動作中の電流の変動について、又は、持ち上げ高さの変動による異なるろう付け動作間の電流の変動について考慮されていない。これらの変動は、放出されたエネルギー量の推定のための簡単な不適当な配置と共に、これらの変動がなければ同等であるろう付け処理の時間及び電力出力に変動を生じさせ、また、当該の材料中の温度の制御を困難とする。
【００６４】
図１７に示される上述の新規なろう付け法では、ろう付け温度及びろう付け温度に依存するマルテンサイトの形成は、アナログ手順又は高い分解能でのディジタル手順を用いて、電気的に発生される電力を計算し、これをリアルタイムで調整することによって制御されうる。発生する電力は、電流センサ及び電圧センサを設けることにより電流及び電圧を瞬時に測定することによって計算され、実際の電力は、これらの量の数学的な積として計算される。計算された結果は処理され、処理ユニットへ供給され、その出力信号は電圧調整ユニットに影響を与える。このようにして、電圧と電流は調整され、発生した電力は適切な値へ調節される。別個のユニットとして存在するか又は電子ユニット２の中に組み入れられる処理ユニットは、電流値及び電圧値の形のデータ、送信器からのデータ、及び操作上の調整値、外部的に接続されたユニット、並びに、測定された経過時間を処理し、発生される電力の適切な調整が時間に亘って行われるよう物理的、数学的、及び論理的な構造に関するデータを処理する。処理ユニットへの入力は、更なる入力手段によってもたらされ、更なる入力手段は、経過した時間に対応する信号を入力する手段を含み、手動調節調整手段を更に含む。
【００６５】
また、電力回路の抵抗とは独立に調整が行われるため、一定の固定抵抗器を有する必要はなく、この抵抗器は無駄な熱を生じさせるものであるため、エネルギーが節約される。更に、バッテリは、固定抵抗器がないために電圧レベルが低下しても、放電周期の終わりにおいてバッテリから大量のエネルギーが引き出されうる。更に、処理の開始時点におけるアークの形成は２つの理由により容易とされ、即ち、一つには、従来技術の方法では温度に関する問題及び調整技術に関する問題を生じさせていた過剰な電流を生じさせる危険性なしに、電極の持ち上げ高さ、従ってアークの長さ、従って続く始動慣性が最小とされうるためであり、もう一つには、固定抵抗器に制限されることなく処理の開始点において従来可能であったよりも高い電流と電圧値が許容され、処理に対する信頼性の高い始動が確実とされるためである。
【００６６】
上述の新規なろう付け法では、上述の処理ユニットは、例えば温度センサといった外部送信器からの信号、並びに、その値が処理ユニットの出力データに影響を与える操作における調整値を扱いうる。更に、バッテリ充電器、発電機、及び電動機といった外部ユニットからの信号が処理され、これらの信号は、このユニットも調整するために出力データの形式で適切な制御信号が生成されたときにも処理ユニットにおいて処理される。
【００６７】
本発明のいくつかの実施例のみが図示されているが、請求の範囲から多くの他の変更が考えられうることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ろう付け処理を概略的に示す図である。
【図２】ろう付け器具を示す側面図である。
【図３】ろう付け器具を示す正面図である。
【図４Ａ】ろう付け器具を示す断面図である。
【図４Ｂ】ろう付け器具を示す断面図である。
【図４Ｃ】ろう付け器具を示す断面図である。
【図５】レールに対するろう付け動作を示す図である。
【図６】管の一部に対するろう付け動作を示す図である。
【図７】鉄道車両の外側車輪縁と内側車輪縁との間のろう付継手を示す図である。
【図８】ケーブルシューの形状の導電性の接続片の側面図である。
【図９】ケーブルシューの側面図である。
【図１０Ａ】ケーブルシューを上方から見た図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａ中、線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１１】ろう材のクリップを示す図である。
【図１２】ろう付け処理の電圧／電流図である。
【図１３Ａ】本発明によって実行された多数のろう付け動作におけるレール材料の硬さ測定の結果を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明によって実行された多数のろう付け動作におけるレール材料の硬さ測定の結果を示す図である。
【図１４】本発明によって実行された多数のろう付け動作におけるレール材料の硬さ測定の結果を示す図である。
【図１５Ａ】本発明によって実行された多数のろう付け動作におけるレール材料の硬さ測定の結果を示す図である。
【図１５Ｂ】本発明によって実行された多数のろう付け動作におけるレール材料の硬さ測定の結果を示す図である。
【図１６Ａ】ろう付けした接続部を拡大して示す写真である。
【図１６Ｂ】ろう付けした接続部を拡大して示す写真である。
【図１７】ろう付け処理の制御及び調整フローシートを示す図である。
【図１８】ろう付け器具の前部の断面図である。
【符号の説明】
１    バッテリ
２    電子ユニット
３    回路ブレーカ
５    ろう付け器具
６    炭素電極
７    電極ホルダ
８    アーク
９    ガードリング
１０    ケーブルシュー
１１    フラックス材
１２    ろう材
１３    フラックス材
１４    工作物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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