JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）p. 109-113

レールのフラッシュ溶接技術
Rail Flash Butt Welding Technology藤井充

技術部長

FUJII Mitsuru

JFE レールリンク

中野渡弘昌

NAKANOWATARI Hiroaki

JFE レールリンク

技術部技術室成合

NARIAI Kiyoshi

JFE レールリンク

工事部長

潔

要旨
JFE フィードバックフラッシュ速度制御方式と直流インバーター方式，さらには海外で採用されている予熱方式を組み合わせ，高能率で省電力・小型軽量化を実現できるレールフラッシュバット溶接技術を開発し，この技術を適用した溶接機を東日本旅客鉄道（株）殿に納入した。本報告では JFE レールリンクのレールフラッシュバット溶接機の納入実績および現地工事への適用実績を示し，これまでの開発概要と今後の展開について述べる。

Abstract:
New rail flash-butt welding technology with JFE feedback flashing rate control and direct current (DC) inverter
type power supply system was developed. This welder also employed preheating system for continuous welding
which had been adopted in overseas, achieving high efficiency and energy saving operation along with the reductionof weight and size of the machine. The welder has been delivered to East Japan Railway Company with successful
operation. Outline of the development, delivered machines and applications at the construction site are introduced.

1． はじめにより火花（フラッシュ）とアークを発生させ，この接触通電―フラッシュ発生を繰り返し接合面全体に溶融層が形成さ鉄道レールは，特殊な形状と大断面を有しており，そのれた後に，急速前進加圧により溶接継手を得る溶接方法で用途から耐摩耗性および耐損傷性が重視されることから含ある。以下に JFE レールリンクのフラッシュ溶接技術およ

有炭素量が多く，溶接することは容易ではない。レールのび日本国内における適用実績を報告する。

接合には，フラッシュ溶接工法，ガス圧接工法，テルミット溶接工法およびエンクローズアーク溶接工法の 4 工法が用2． JFE レールフラッシュ溶接技術いられる。その中でもフラッシュ溶接工法は，国内外で使用
図 2 にフラッシュ溶接に使用される電源方式を示す。交されるレール溶接工法の中では最も施工能率が高く（溶接時間：約 1.5～4 min）
，品質の安定性や管理面で良好な工法

流方式は主に現場で使用されるモバイルタイプで採用されである。図 1 にフラッシュ溶接の原理を示す。ている方式であり，小電力による連続フラッシュ溶接工法（図フラッシュ溶接は，接合するレール端面間に電力を付加3（2））で実施される。この方式は小電力なので電源設備はし，微速前進させ端面の接触による抵抗発熱と局部発熱に小さくなるが溶接時間は長くなる（2.5～4 min）
。溶接機は構造が簡単で軽量化（重量 2.5～5 t）が可能である。一方，クランプ1 電圧印加
前進開始

23

フラッシュ
工程

クランプ

固定電極

クランプ

溶接
変圧器
フラッシュ

前進

移動電極

大電流

され，海外メーカー製の工場用フラッシュ溶接機の電源設
短絡

備はすべてこのタイプである。この電源方式では予熱フラッシュ溶接工法（図 3（1））が適用される。この方式は溶接時

微速前進

急速前進
加圧

アプセット
工程

直流方式は大容量の電源設備が確保できる工場溶接で採用

繰返し
約 1 000 回/秒

小電流

アーク

アークおよび金属蒸発間が短くなる（1.5～2 min）が，大電力が必要なため電源設備は大きく，溶接機も大がかりなものとなる（重量約 30 t）。
JFE レールリンクのフラッシュ溶接機ではフィードバック
1）

フラッシュ速度制御（図 4） が用いられており，過度のピー
図 1 フラッシュ溶接の原理
Fig. 1

Principle of the flash welding

クパワーを排除し，電気容量を小さく抑える省エネルギータイプの溶接機となっている。フラッシュ速度は一次電力量が設定値に対して常に等しくなるように制御されており，偏差2014 年 4 月 4 日受付

電力を検知すると電気油圧サーボ弁が作動し，即座に接合－ 109 －Copyright © 2014 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved.

レールのフラッシュ溶接技術

直流方式

交流方式

AC
3相出力

②電流 (A)①

溶接トランス
AC6〜10 V/50〜60 Hz

電流 (A)①
AC
3相出力

溶接トランス
AC5〜10 V/50〜60 Hz②【580 kVA】
AC400 V/50〜60 Hz

①

①

②

時間 (s)

インバータ部
溶接トランス
AC5.9〜8.4 V①(a)(1)予熱方式

INV―DC 方式（直流インバーター方式）
整流部

時間 (s)(b)②電流 (A)【400 kVA】
AC400 V/50〜60 Hz②③時間 (s)(2) 連続フラッシュ方式④

図 3 フラッシュ溶接工法

AC
3相出力Fig. 3

Flash welding method
油圧【310 kVA】
AC400 V/50〜60 Hz

544 V〜500 Hz＋設定値−③①制御回路

電気・油圧サーボ弁

接触引き離しフラッシュ検出値④②

図 4 フィードバックフラッシュ速度制御
図 2 電源方式
Fig. 2Fig. 4Feedback flashing rate control

Power supply system

部材を前進あるいは後退させ，安定したフラッシュ速度を保導入した海外製レールフラッシュ溶接機が 2013 年に更新時持する。今回，フィードバックフラッシュ速度制御方式と図期を迎えたため，後継溶接機として JFE レールリンク製の2 に示す INV-DC 方式（直流インバーター方式），さらに溶フラッシュ溶接機が採用された。溶接機は 2014 年 1 月に納接方法として従来の連続フラッシュ溶接工法に海外で採用入し，2 月よりロングレール製造を開始した。本溶接機の特されている予熱方式の長所を組み合わせ，高能率で省電力・長を示す。

小型軽量化を実現できるレールフラッシュバット溶接技術（1）電源方式として図 2 に示す INV-DC 方式（直流インバーを開発した。

ター方式）を採用するとともに制御方式としてフィードバックフラッシュ速度制御を採用し，溶接電源の効率3． JFE レールフラッシュ技術の適用実績
3.1化使用と溶接機の小型化を図った。
（2）図 5 に示す溶接データーのようにモバイルフラッシュ溶‌
東日本旅客鉄道（株）
東京レールセンター溶接機接機で使用される連続フラッシュ溶接工法をベースに若干の予熱工程を付加させることで要求能率（溶接時

東日本旅客鉄道（株）東京レールセンターでは 1998 年にJFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

－ 110 －間 1.5～2 min）を達成した。

レールのフラッシュ溶接技術

400

150130
頭部一次電力
頭部一次電流加圧力
ブラテン変位

300
250

110
90

200

70150

501003050

100204060

80
時間（s）

100120140

変位（mm）/加圧力（t）

一次電流（A）/一次電力（kW）

350−10160

図 5 溶接データー（東日本旅客鉄道（株））
Fig. 5Welding data of East Japan Railway Company

写真 2 溶接機（東海旅客鉄道（株））

3 V/DIV 25 kW/DIV 20 t/DIV 50 mm/DIV

Photo 2

Welding machine of Central Japan Railway Company
ブラテン変位 10 s/DIV0
アプセット圧力 10 s/DIV
0
一次電力 10 s/DIV0

二次電圧 10 s/DIV

0100

写真 1 溶接機（東日本旅客鉄道（株））
Photo 1200

図 6 溶接データー（東海旅客鉄道（株））

Welding machine of East Japan Railway Company

Fig. 6

以 上， 新 型 機 は 寸 法 が 4.5 W×1.8 D×2.4 H（m）
，重量3.318 t，最大出力 310 kVA と改修前の溶接機と比較し約 35％

Welding data of Central Japan Railway Company

可搬型フラッシュ溶接機

1992 年に現地基地溶接工事向けにヘッド重量を軽減したの省スペース化，約 40％の軽量化および約 50％の消費電力溶接機（重量 1.9 t）を開発した。溶接方式および制御は，の低減化が図られた。写真 1 に溶接機を示す。

3.2時間（s）

基本的に東海旅客鉄道（株）浜松レールセンター納入の定‌
東海旅客鉄道（株）
浜松レールセンター溶接機

置型機と同等である。この溶接機は 1993 年の北越北線建設工事を始め，各地の建設線工事に供してきた。特に，1994

1990 年，日本国有鉄道から分割民営化されて間もない東年 7 月より着手した北陸新幹線建設線工事では，1998 年 2

海旅客鉄道（株）浜松レールセンターに，レールフラッシュ月の長野オリンピック開催を控えていたこともあり，高い品溶接機を納入した。当溶接機は，交流電源で連続フラッシュ質レベルと急ピッチでの施工が要求され 30 口 / 日以上の溶接方式の採用により，定置式フラッシュ溶接機としては小ペースで当溶接機による現地溶接を実施し，1997 年 12 月の型で必要電力量も小さく，東海旅客鉄道（株）浜松レール長野新幹線開業に寄与した。写真 3 に可搬型フラッシュ溶

センター生産ラインのコンパクト化や電力コストの低減に寄接機の外観を示す。

与し安定的に稼動している。年間平均 3 000 口（200 km）

3.4の溶接が行なわれており総延長で延べ 5 000 km のレールを西日本旅客鉄道（株）溶接機制御改造2）製造し日本の大動脈である東海道新幹線の安全安定運行を西日本旅客鉄道（株）向日町レールセンターでは，1999支えている。写真 2 に溶接機，図 6 に溶接データーを示す。

年に海外メーカー製のレールフラッシュ溶接機を始め各種－ 111 －

JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

レールのフラッシュ溶接技術

写真 5 故障診断画面
Photo 5

写真 3 可搬型フラッシュ溶接機
Photo 3

Picture of trouble diagnosis

Portable flash welding machine装置が導入され，在来線，新幹線を合わせ年間約 5 000～6 000 口が施工されている。2009 年～2012 年にかけて主要機械の改修ならびに一部機械の国産化への転換が実施された。レールフラッシュ溶接機については，国内唯一の溶接機納入実績のある当社が制御装置の取替え工事を受注した。
取替え工事では，溶接機本体は既存の海外製を継続使用するため，（1）制御プログラムの解析，（2）構成部品のリストアップ，（3）代替部品の選定などを実施した。また，制御装置には故障部位を特定する故障診断機能や溶接入熱量などの溶接パラメーター，部位のモニター表示機能を追加し，故障発生時の原因特定迅速化とメンテナンス性・稼働率向

写真 6 溶接機（西日本旅客鉄道（株））
Photo 6

画面，故障診断画面および溶接機をそれぞれ示す。また，
図 7 に溶接データーを示す。

Welding machine of West Japan Railway Company

400150
一次電流
一次電力
変位
加圧力

一次電流
（A）
/一次電力（kW）

350300130110250902007015050100305010020406080100
時間（s）

120140−10160

図 7 溶接データー（西日本旅客鉄道（株））Fig. 7

写真 4 溶接モニター画面
Photo 4

Picture of welding monitor

JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

－ 112 －変位（mm）/加圧力（t）

上を図った。写真 4～6 に更新した制御装置の溶接モニター

Welding data of West Japan Railway Company

レールのフラッシュ溶接技術

4． おわりにJFE レールリンクのレールフラッシュバット溶接システムおよび適用実績について紹介した。今後は定置型機を始め可搬型機の国内外への装置販売および現地工事への適用を目指していく。
藤井充

中野渡弘昌

成合潔

参考文献
1）藤井充ほか．Computer Control Compact-type Flash Welding Equipmentfor Rails. 5th International Heavy Haul Railway Conference. 1993-06-07.
2）森田貢ほか．フラッシュバット溶接ラインの国産化改修．土木学会第68 回年次学術講演会．2013-09-05.

－ 113 －JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）
Copyright © 2014 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved. 禁無断転載