JP2003019554A - マルテンサイトの生じないろう付けの方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 新規な種類の温度制御されたろう付けにより
金属等の導電性材料の接続片を金属面にろう付けする新
規な方法に関連し、鋼等のある種の材料ではマルテンサ
イトの生じないろう付け、即ち有害な構造変化（マルテ
ンサイトの形成）のないろう付けの方法及び装置を達成
することを目的とする。 【解決手段】 電極と工作物の間のアークの両端の間に
印加される電圧を調整する電圧調整ユニット、アークに
かかる電圧を測定するセンサ、及び、アーク中の電流を
測定するセンサが設けられる。処理手段は、電圧調整ユ
ニットを制御する出力信号を発生し、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。
処理手段は電流と電圧とを連続的に又は断続的にリアル
タイムで測定し、対応する電力を電流及び電圧の数学的
な積としてリアルタイムで連続的に又は断続的に計算
し、電圧と電力を調整するために電圧調整ユニットを制
御する。

Description

【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９０
０３７０８−６（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９０
０３７０８−６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１
０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１
０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２
６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３
０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２
００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。発生した電力は、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。

【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

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【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法によっ
   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、 電極を与える段階と、 上記電極と上記第１の工作物との間に、従って、上記ア
   ークの両端の間に印加される電圧を調整する電圧調整ユ
   ニットを与える段階と、 上記アークの両端の間の電圧を測定する電圧センサを与
   える段階と、 上記アークの中の電流を測定する電流センサを与える段
   階と、 上記電圧調整ユニットを制御する出力信号を発生する手
   段と上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与える
   段階とを含み、 上記方法は更に、上記アーク中の電流と上記アークの両
   端の間の電圧とを連続的に又は断続的にリアルタイムで
   測定し、対応する発生される電力を上記電流及び電圧の
   数学的な積としてリアルタイムで連続的に又は断続的に
   計算し、それにより電圧を、従って上記発生される電力
   を調整するために上記電圧調整ユニットを制御する段階
   を更に含む方法。
2. 【請求項２】 上記発生される電力は上記測定された電
   圧及び電流からアナログ手順を用いて断続的に計算され
   る、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 上記発生される電力は上記測定された電
   圧からディジタル手順を用いて断続的に繰り返して計算
   される、請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 上記処理手段は、上記電圧制御ユニット
   を制御する出力信号を与える処理ユニットと、発生され
   る電力を表わす信号を上記処理ユニットへ与える電力計
   算ユニットとを含み、上記方法は、上記処理手段へ入力
   を与えるための更なる入力手段を与える手段を更に含
   む、請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 上記更なる入力手段は、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
   を更に含み、上記処理手段は電圧調整手段へ与えられる
   上記信号を、経過時間に従って、また、上記手動調節手
   段の設定に従って変更しうる、請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 上記電極は炭素電極である、請求項１記
   載の方法。
7. 【請求項７】 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）上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
   との間で炭素電極を動かす手段を含む炭素電極を支持す
   る手段と、 上記電圧を印加する手段は電圧調整ユニットを含み、 （ｄ）上記工作物と上記炭素電極との間に電圧を印加す
   る手段と、 （ｅ）上記電圧を測定する電圧センサと、 （ｆ）上記炭素電極を通る電流を測定する電流センサ
   と、 （ｇ）上記電圧調整ユニットを制御する出力信号を発生
   する手段と上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
   と、 （ｈ）電気回路に電圧を印加する上記手段を上記電極及
   び上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、上記係合手段が工作物に付けられ上記
   切換回路が上記電気回路を閉成するよう動作されたと
   き、上記支持及び移動手段は炭素電極を工作物から持ち
   上げ、アークは電極と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た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、それによりアークは２つの炭素電極間に維持され、
   上記アークを安定化させ温度を分配する装置。
8. 【請求項８】 上記係合手段は上記炭素電極の周りのガ
   ードリングを含む、請求項７記載の装置。
9. 【請求項９】 上記ガードリングはセラミック材からな
   る、請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 上記ガードリングは、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８記載の
    装置。
11. 【請求項１１】 上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
    ８記載の装置。
12. 【請求項１２】 上記把持スリーブは、長手方向の動き
    で摩耗した炭素電極及びガードリングと共に排出され
    る、請求項１１記載の装置。
13. 【請求項１３】 上記処理手段は、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７記載の装置。
14. 【請求項１４】 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たときに、上記第１の工作物
    は１つの側面にろう付金属の層を有し、第１の工作物と
    ろう付金属との間にはフラックス層がある、請求項７記
    載の装置。
15. 【請求項１５】 上記ろう付金属の層は、上記第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１４記載の組合せ。
16. 【請求項１６】 上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、上
    記第１の工作物よりも大きい、請求項１５記載の組合
    せ。
17. 【請求項１７】 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１５記載の組合せ。
18. 【請求項１８】 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）上記工作物と上記炭素電極との間に電圧を印加す
    る手段と、 （ｄ）電気回路に電圧を印加する上記手段を上記電極及
    び上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、上記係合手段が工作物に付けられ上記
    切換回路が上記電気回路を閉成するよう動作されたと
    き、上記支持及び移動手段は炭素電極を工作物から持ち
    上げ、アークは電極と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た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、それによりアークは２つの炭素電極間に維持され、
    上記アークを安定化させ温度を分配する装置。
19. 【請求項１９】 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、 （ｄ）上記工作物と上記炭素電極との間に電圧を印加す
    る手段と、上記電圧を印加する手段は電圧調整ユニット
    を含み、 （ｃ）上記電圧を測定する電圧センサと、 （ｄ）上記炭素電極を通る電流を測定する電流センサ
    と、 （ｅ）上記電圧調整ユニットを制御する出力信号を生じ
    させる手段と上記アーク中に生じた電力をリアルタイム
    で連続的に又は断続的に計算し、発生される電力を、従
    って発生する温度を制御する上記電圧調整ユニットを制
    御し、それにより構造的な変化即ちマルテンサイトの形
    成が生ずるのを防止する手段を更に含む装置。
20. 【請求項２０】 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段階と、 炭素電極と、上記炭素電極を支持する支持手段とを与え
    る段階と、 上記工作物と上記炭素電極との間に電圧を印加する手段
    を与える段階と、 無孔部分を有する第１の工作物を与え、上記無孔部分が
    上記電極に対向するよう上記第１の工作物を位置決めす
    る段階と、 上記第１の工作物を係合する手段を与える段階と、 上記係合する手段が上記第１の工作物に付けられるとき
    に、上記電圧を印加する手段を上記電極及び上記第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段階
    と、 上記電気回路を閉成するよう上記切換手段を動作させる
    手段と、 上記電極と上記工作物との間にアークを点弧するよう上
    記第１の工作物から炭素電極を持ち上げる段階とを含
    み、それにより、ろう付け処理の間に炭素電極から放出
    された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、それによりアークは２つの
    炭素電極間に維持され、上記アークを安定化させ温度を
    分配する方法。