(57)【要約】【課題】  水素エチレン混合ガスを鋼材のガス圧接に適用し、作業性を向上させた、鋼材のガス圧接方法を提供する。【解決手段】  鋼材のガス圧接方法において、鋼材１，２を突き合わせ、この鋼材１，２の突合せ部３に酸素ガスとともに水素エチレン混合ガスを吹きつけ、水素エチレン混合ガス炎にてこの鋼材１，２の突合せ部３を加熱するとともにこの鋼材１，２を加圧し、この鋼材１，２の接合を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材を突き合わせ、該鋼材の突合せ部に酸素ガスとともに水素エチレン混合ガスを吹きつけ、水素エチレン混合ガス炎にて該鋼材の突合せ部を加熱するとともに該鋼材を加圧し、該鋼材の接合を行うことを特徴とする鋼材のガス圧接方法。
【請求項２】
請求項１記載の鋼材のガス圧接方法において、前記水素エチレン混合ガスは予めエチレンガスと水素ガスを混合して製造され、水素エチレン混合ガスボンベ内に封入してガス圧接施工が実施される場所まで運搬されて使用することを特徴とする鋼材のガス圧接方法。
【請求項３】
請求項２記載の鋼材のガス圧接方法において、前記水素エチレン混合ガスのエチレンガスの含有量を３８体積％以上４５体積％以下とすることを特徴とする鋼材のガス圧接方法。
【請求項４】
請求項３記載の鋼材のガス圧接方法において、前記水素エチレン混合ガスボンベ内の圧力を３５℃において、１ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下とすることを特徴とする鋼材のガス圧接方法。
【請求項５】
請求項３記載の鋼材のガス圧接方法において、前記水素エチレン混合ガスボンベ内の圧力を３５℃において、５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とすることことを特徴とする鋼材のガス圧接方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項記載の鋼材のガス圧接方法において、前記鋼材がレールであることを特徴とする鋼材のガス圧接方法。
【請求項７】
請求項１から５の何れか一項記載の鋼材のガス圧接方法において、前記鋼材が鉄筋であることを特徴とする鋼材のガス圧接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用レールや鉄筋等の鋼材をガス圧接する際に用いられるガス圧接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス圧接方法は、鋼材を突合せ、その突合わせ部を酸素・アセチレン炎にて加熱し、アプセット工程を経て圧接を完了するという接合方法であり、鉄道用レールの接合に広く適用されている。ところが、現行のガス圧接方法で燃料ガスとして用いられているアセチレンガスは、需要が減少傾向にあることから、将来的なガス価格の高騰、あるいは製造メーカー側の採算状況如何によっては製造中止になる可能性が危惧される。また、酸素との燃焼反応に伴い炭酸ガスが発生するため、環境に与える影響が懸念される。したがって、従来のガス圧接方法を将来においても継続利用するためには、アセチレンガスに代わる代替ガスを用いたレールガス圧接方法の確立が必要である。
【０００３】
このような状況に鑑み、水素ガスに炭化水素であるヘキサンを混成した水素ヘキサン混合ガスを用いるレールガス圧接方法が検討された経緯がある（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３１４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した水素ヘキサン混合ガスを用いたレールガス圧接方法では、水素ガスとヘキサンを施工現場で混成する必要があり、当該作業に手間を要するため、従来のアセチレンガスを用いた方法より作業性が劣るといった問題があった。
また、水素ガスは、燃焼速度が非常に速く、燃焼炎が安定形成し難い。すなわち、水素ガスを単体でガス圧接に用いることは困難であり、ガス圧接での適用を前提とすれば、適量の炭化水素を混成し、燃焼炎の安定化を図る必要がある。
【０００６】
そこで、本発明では、水素ガスと混合してもガスボンベでの保管・運搬が可能であるエチレンガスに注目した。この水素エチレン混合ガスがレールガス圧接作業に適用できれば、水素エチレン混合ガスボンベを従来のアセチレンガスボンベに置き換えることでガス圧接作業が実施できるため、作業性が低下することはない。
本発明は、上記状況に鑑みて、水素エチレン混合ガスを鋼材のガス圧接に適用することにより、作業性を向上させるとともに炭酸ガスの発生量を削減した、鋼材のガス圧接方法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】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕鋼材のガス圧接方法において、鋼材を突き合わせ、この鋼材の突合せ部に酸素ガスとともに水素エチレン混合ガスを吹きつけ、水素エチレン混合ガス炎にてこの鋼材の突合せ部を加熱するとともにこの鋼材を加圧し、この鋼材の接合を行うことを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕記載の鋼材のガス圧接方法において、前記水素エチレン混合ガスは予めエチレンガスと水素ガスを混合して製造され、水素エチレン混合ガスボンベ内に封入してガス圧接施工が実施される場所まで運搬されて使用することを特徴とする。
【０００８】
〔３〕上記〔２〕記載の鋼材のガス圧接方法において、前記水素エチレン混合ガスのエチレンガスの含有量を３８体積％以上４５体積％以下とすることを特徴とする。
〔４〕上記〔３〕記載の鋼材のガス圧接方法において、前記水素エチレン混合ガスボンベ内の圧力を３５℃において、１ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下とすることを特徴とする。
【０００９】
〔５〕上記〔３〕記載の鋼材のガス圧接方法において、前記水素エチレン混合ガスボンベ内の圧力を３５℃において、５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とすることことを特徴とする。
〔６〕上記〔１〕から〔５〕の何れか一項記載の鋼材のガス圧接方法において、前記鋼材がレールであることを特徴とする。
【００１０】
〔７〕上記〔１〕から〔５〕の何れか一項記載の鋼材のガス圧接方法において、前記鋼材が鉄筋であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水素エチレン混合ガスを鋼材のガス圧接方法に適用する際、アセチレンガスを用いる従来方法と同性能の継手を炭酸ガス発生量を大幅に削減して作製できる。すなわち、水素エチレン混合ガスをアセチレンガスに代わる代替ガスとして適用できるので、作業性を損なうことなく、ガス圧接作業を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例を示す鋼材のガス圧接工程の模式図である。
【図２】本発明の実施例を示すレールガス圧接装置の全体模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の鋼材のガス圧接方法は、鋼材を突き合わせ、この鋼材の突合せ部に酸素ガスとともに水素エチレン混合ガスを吹きつけ、水素エチレン混合ガス炎にてこの鋼材の突合せ部を加熱するとともにこの鋼材を加圧し、この鋼材の接合を行う。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す鋼材のガス圧接方法の模式図、図２はそのガス圧接装置の全体模式図である。
本発明の鋼材のガス圧接方法の施工手順を図１に示す。
（１）まず、図１（ａ）に示すように、鋼材１と２を突き合わせる。
【００１５】
（２）次に、図１（ｂ）に示すように、鋼材１と２の突合わせ部３を酸素ガスＯ2 とともに水素エチレン混合ガスＨ2 ＋Ｃ2 Ｈ4 を含む燃焼炎にて加熱する。
（３）次に、図１（ｃ）に示すように、アプセット工程を施す。
（４）次に、図１（ｄ）に示すように、鋼材の接合を完了する。
図２において、１１は溶接用ガス発生部、１２は酸素ボンベ、１３は酸素ガスの供給管、１４は酸素ガス流量調整弁、１５は水素エチレン混合ガスボンベ、１６は水素エチレン混合ガス流量調整弁、１７は水素エチレン混合ガスの供給管、１８はガス混合室、２１は混合ガスの供給管、２２は火炎バーナー、２３は火炎バーナー２２に配列される火口、２４はレールである。
【００１６】
本発明のガス圧接の施工条件を検討する過程で、ガス燃焼条件の選定が重要となるが、この際、燃焼炎の加熱能力および接合端面の酸化を低減する上で重要となる燃焼炎のシールド性に留意しなければならない。本発明では、これらについてレールのガス圧接に相応しいガス燃焼条件を検討した。なお、水素エチレン混合ガスは、ガス組成が水素：６０％、エチレン：４０％のものを適用した。表１に本発明における燃焼条件の一例を示す。
【００１７】
酸素のガス流量（体積比）は１３０（Ｌ／ｍｉｎ）に対して水素エチレン混合ガスのガス流量は１４５（Ｌ／ｍｉｎ）である。
【００１８】
【表１】
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表１に示すガス流量によれば、加熱特性およびシールド性のバランスに優れた燃焼炎を得ることができる。
本発明のガス圧接方法を用いてＪＩＳ−６０ｋｇ普通レールの試験継手を２体作製し、継手品質を調査した。表２に継手作製条件を示す。
【００１９】
【表２】
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なお、継手品質は磁粉探傷試験および静的曲げ試験により評価した。静的曲げ試験は、支点間距離１ｍ、中央集中荷重で実施し、破断姿勢はＨＵ、ＨＤそれぞれ１本ずつとした。表３に磁粉探傷試験および静的曲げ試験の結果を示す。
【００２０】
【表３】
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表３に示すように、いずれの試験継手ａ，ｂにおいても、磁粉探傷試験で欠陥磁粉模様は観察されなかった。また、静的曲げ試験では、両継手の破断荷重、たわみ量ともＪＩＳ−６０ｋｇ普通レールのガス接合部の曲げ破断基準値を上回っている。
【００２１】
また、表２の継手作製条件において、ＪＩＳ−６０ｋｇ普通レールを接合する場合の炭酸ガス発生量を、従来のアセチレンガスを用いたガス接合の際の発生量と比較した結果を表４に示す。
【００２２】
【表４】
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このように、本発明の水素エチレン混合ガスを適用することにより、炭酸ガス発生量を従来のアセチレンガスを用いた方法と比べて４０％程度削減できる。
次に、本発明の水素エチレン混合ガスの、エチレンと残部水素及び不可避的不純物ガスの割合について説明する。
【００２３】
本発明では、エチレンの含有量を３８体積％以上４５体積％以下とすることにより、その水素エチレン混合ガスは圧縮ガスの状態で貯蔵、運搬が可能であるため、貯蔵及び輸送、特に集合容器や大型容器を用いた大量輸送が容易である。また、エチレンの含有量が低くなり過ぎると、燃焼時や消火時に逆火が発生する恐れがあるが、エチレンの含有量を３８体積％以上とすることにより、逆火が抑制される。このように、本発明の水素エチレン混合ガスによれば、貯蔵、運搬等が容易で、かつガス溶接の加工後の仕上がり状態の高品質化に寄与することが可能になる。
【００２４】
また、不可避的不純物ガスは、０．５体積％以下とする。これにより、水素エチレン混合ガスの特性が安定し、本発明の効果をより確実に得ることができる。水素エチレン混合ガスの特性を一層安定化させるためには、不可避的不純物はガスは０．１体積％以下であることが望ましい。
また、本発明の水素エチレン混合ガスは、予めエチレンガスと水素ガスを混合して製造し、容器内に封入された後、当該容器に保持された状態でガス圧接施工が実施される場所まで運搬されて使用することが望ましい。この場合、効率的な運搬を行うためには、容器内の圧力を上昇させることが望ましいが、圧力を上昇させ過ぎると、低温においてエチレンが液化し、使用時にエチレンと水素との所望の混合比を得ることが難しくなる恐れがあるので、この容器内の圧力を３５℃において、１ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下とすることにより、このような問題の発生を抑制するとともに効率的な運搬を行うことができる。また、より効率的な運搬を行うためには、容器内の圧力を３５℃において５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とすることがより好ましい。
【００２５】
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】
【００２６】
本発明の鋼材のガス圧接方法は、水素エチレン混合ガスを鋼材のガス圧接に適用し、作業性を向上させるとともに炭酸ガスの発生量を削減した、鋼材のガス圧接方法として利用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１，２    鋼材
３    鋼材の突合わせ部
１１    溶接用ガス発生部
１２    酸素ボンベ
１３    酸素ガスの供給管
１４    酸素ガス流量調整弁
１５    水素エチレン混合ガスボンベ
１６    水素エチレン混合ガス流量調整弁
１７    水素エチレン混合ガスの供給管
１８    ガス混合室
２１    混合ガスの供給管
２２    火炎バーナー
２３    火炎バーナーに配列される火口
２４    レール
【図２】
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【図１】
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