【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】
【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling method and a water cooling device for a rail welding structure for cooling a rail welding structure formed by welding the ends of a pair of rails via a welded portion.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, the use of long rails in which seams are continuous by welding has been spreading in order to reduce track maintenance costs and reduce noise and vibration. The use of long rails for railways has many advantages such as eliminating seams, which are the weakest points of the track, reducing noise, vibration and maintenance costs, and improving ride comfort. The long rail is generally manufactured by welding a rail of 25 m to 50 m.
[0003]
As the welding method, flash welding, gas pressure welding, enclosed arc welding, and thermite welding are used in Japan. The flash welding method is a method in which the contact end faces of two rails are heated and melted to make pressure contact using electric resistance. The gas pressure welding method is a method in which the contact end faces of two rails are heated and melted by a gas burner and pressed. The thermite welding method is a method in which a molten metal melted by a thermit reaction is poured into and welded between two rail end faces surrounded by a mold. The enclosed arc welding method is a method in which a welding rod is inserted between two rail end faces surrounded by a mold to perform arc welding. In any of the welding methods, when the temperature of the welded portion where the molten metal solidifies after welding becomes normal temperature, an ultrasonic inspection test, a penetration inspection or a magnetic particle inspection inspection of the welded portion is performed.
[0004]
By the way, when performing welding work on the rail laying site, it is necessary to finish the work in a limited time such as at night, so from the preparation of welding to the end of welding, and also from nondestructive inspection such as ultrasonic inspection inspection There is a strong demand for further reduction of the total time. Therefore, water cooling is performed to shorten the cooling time even a little. However, giving priority only to shortening the cooling time, 1 When the weld is water-cooled from a high temperature equal to or higher than the transformation temperature, a martensite structure, which is a hard and brittle structure, is generated in the weld, and the weld may be damaged by stress generated when passing through the train. Therefore, A 1 It is not possible to inadvertently water-cool the weld from a high temperature above the transformation temperature.
[0005]
Therefore, usually, when the surface temperature of the welded portion becomes 300 ° C. or less, the welded portion is water-cooled. Here, the reason why the temperature is set to 300 ° C. or less is that the internal temperature is higher between the surface temperature and the internal temperature of the welded portion, but if the surface temperature is 300 ° C. or less, the entire welded portion is sufficiently A 1 This is because it is certain that the temperature is lower than the transformation temperature. Also, if the weld is A 1 There is a technique in which forced convection is generated around the welded portion from the time when the temperature is equal to or higher than the transformation temperature to forcibly air-cool the welded portion, and the welded portion is water-cooled when the surface temperature of the welded portion reaches 400 ° C. by the forced air cooling (for example, And Patent Document 1.).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-263866 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the weld is A 1 Even when the weld is forcibly air-cooled from the transformation temperature or higher, the time can be reduced by only about 20% as compared with a case where the weld is left at room temperature without being forcibly air-cooled and cooled naturally. However, to reduce the cooling time, 1 If the weld is water-cooled from a high temperature above the transformation temperature, the weld will become brittle. That is, there is a problem that it is difficult to shorten the cooling time while maintaining the strength of the welded portion.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a cooling method and a water cooling device for a rail welding structure that can reduce the cooling time while maintaining the strength of the welded portion.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is, for example, as shown in FIGS.
After welding the ends of the pair of rails (head 1, column 2 and bottom 3) facing each other with a weld (head 4 of weld, column 5 of weld and bottom 6 of weld) interposed By naturally cooling the weld and the end, the surface temperature of the weld becomes A 1 When the temperature falls below the transformation temperature, the rail is water-cooled at least at the end.
[0010]
According to the first aspect of the present invention, when the end of the rail is water-cooled, the heat of the welded portion is more quickly conducted to the end of the rail, and the cooling speed of the welded portion is increased. Therefore, the cooling time of the weld can be reduced. Also, the surface temperature of the welded portion is A 1 Since water cooling of the rail end portion is started after the temperature becomes lower than the transformation temperature, no martensite structure is generated in the welded portion, and the welded portion is neither brittle nor hard.
[0011]
In addition, from the viewpoint of shortening the cooling time, the surface temperature of the welded portion is A 1 It is better to perform water cooling before the temperature falls below the transformation temperature to 400 ° C. or less. The welding method may be any one of a flash welding method, a gas pressure welding method, an enclosed arc welding method, a thermite welding method, and other welding methods.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the method for cooling a rail welding structure according to the first aspect,
1cm on the top of the rail 2 The rail is water-cooled by bathing water in an amount of 1 ml or more and 15 ml or less per minute.
[0013]
Water cooling at the end of the rail increases the cooling rate of the welded portion. 2 By flooding the top of the rail with water in an amount of 1 ml or more and 15 ml or less per minute, the cooling rate of the weld is not as fast as the formation of a martensitic structure. Therefore, the cooling time of the welded portion can be reduced, and the welded portion is not hard and brittle.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the method for cooling a rail welding structure according to the first or second aspect,
When the rail is water-cooled at least at the end, the weld is naturally cooled by air, and when the surface temperature of the weld falls to 500 ° C. or less, the weld is water-cooled.
[0015]
According to the third aspect of the present invention, since the welded portion is not water-cooled when the rail end portion is water-cooled but is naturally air-cooled, the cooling rate of the welded portion is such that the martensitic structure is generated. Cooling rate is not reached. In addition, since the rail ends are water-cooled, even if the surface temperature of the weld is 400 ° C. or more and 500 ° C. or less, the inside of the weld is A 1 It is below the transformation temperature. Therefore, even if the weld is cooled with water when the surface temperature of the weld is 400 ° C. or more and 500 ° C. or less, a martensite structure is not generated in the weld and the weld can be efficiently cooled.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for cooling a rail welding structure according to any one of the first to third aspects,
Water cooling is performed by pouring water in a range from the center plane of the welded portion to 150 mm or more in the longitudinal direction of the rail.
[0017]
According to the fourth aspect of the present invention, when water is applied in a range from the center of the welded portion to 150 mm or more in the longitudinal direction of the rail, the welded portion can be efficiently cooled.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 4, for example, a pair of rails (heads) is provided with a welded portion (welded portion head 4, welded column portion 5, and welded portion bottom 6) interposed therebetween. 1, a water cooling device (10) for water-cooling a rail welding structure formed by welding the ends of a column portion 2 and a bottom portion 3) to face each other;
A plurality of injection holes (11d) are formed in a bottom surface (11c) that is disposed above the end portion and the welded portion and faces the top surface of the end portion and the welded portion, and a box into which water is supplied. Body (11),
And a capping structure (12) for opening and closing the injection port corresponding to the welded portion among the plurality of injection ports.
[0019]
According to the fifth aspect of the present invention, when the injection port corresponding to the welded portion is closed by the capping structure, water is not directly applied to the welded portion. Accordingly, the weld is not cooled so quickly that a martensitic structure is created.
Further, when the injection port corresponding to the welded portion is opened, water is applied to the welded portion, and the welded portion becomes A 1 If the temperature is below the transformation temperature, the weld can be cooled quickly.
[0020]
The invention according to claim 6 is the water cooling device according to claim 5,
The diameter of each of the injection ports is more than 0 and not more than 1.2 mm, and the plurality of injection ports is 1 cm 2 It is characterized by being distributed on the bottom surface of the box at a distribution rate of more than 0 per one and less than one.
[0021]
In the invention according to claim 6, the diameter of each of the injection ports is more than 0 and not more than 1.2 mm, and the plurality of injection ports is 1 cm. 2 Since the distribution is more than 0 and less than 1 per unit on the bottom surface of the box, the cooling rate of the welded portion is not as high as the martensite structure is generated, and the welded portion is efficiently cooled. can do. Therefore, the cooling time of the welded portion can be shortened, and the welded portion is not hard and brittle.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated example.
FIG. 1A is a front view showing an end face of the rail. As shown in FIG. 1A, the rail is generally used, and a web-shaped pillar 2 is erected on a flange-shaped bottom 3, and a head 1 is placed on the pillar 2. It has a formed structure.
[0023]
These two rails are welded by a thermite welding method. That is, the end faces of the two rails are arranged opposite to each other with a predetermined gap therebetween, and the gap and the periphery thereof are surrounded using a mold to form a cavity. Next, a crucible is placed above the cavity, and molten metal produced by thermite reaction between iron oxide and some component modifiers and aluminum in the crucible is injected into the cavity through an outlet hole at the bottom of the crucible. . The rail end surface is melted by the injection of the high-temperature molten metal, and the injected molten metal and the molten metal on the rail end surface are solidified by natural air cooling. As a result, a weld formed by solidification of the molten metal is formed between the two rail ends, and the two rail ends are welded through the weld. A method of cooling a rail welding structure in which such two rail ends are welded with a weld interposed therebetween will be described below.
[0024]
After the molten metal has solidified, open the mold and remove it from the rail. FIG. 1B is a cross-sectional view showing the welded portion cut along a plane perpendicular to the extending direction of the rail. As shown in FIG. 1 (b), the cross-sectional shape of the welded portion is similar to the end surface shape of the rail, and the welded column 5 is erected on the welded bottom 6 so that the welded column 5 is erected. 5 has a structure in which a weld head 4 is formed. On the surface layer of the welding head 4, there is formed a protuberance 7 bulging from the end surface shape of the rail head 1, and on the surface of the welding column 5 and the welding bottom 6, the column 2 of the rail is provided. An extra protuberance 8 which is higher than the cross-sectional shape of the bottom 3 is formed.
[0025]
After the mold is removed, the weld and the rail are allowed to stand at room temperature for natural air cooling. During the natural air cooling, the crown 7 and the margin 7 on the side of the weld head 4 are removed, and FIG. Obtain the cross section as shown. Further, during natural air cooling, rough finishing is performed using a grinder without removing the excess portion 8 of the welded column portion 5 and the welded bottom portion 6. FIG. 1C is a cross-sectional view of the same cut surface as the cut surface of FIG.
[0026]
After the excess metal 7 is removed and rough finishing is performed, the water cooling device 10 is set on the rail as shown in FIGS. FIG. 2 is a side view of the water cooling device 10, FIG. 3 is a front view of the water cooling device 10, and FIG. 4 is a top view of the water cooling device 10.
[0027]
The water cooling device 10 will be described. The water cooling device 10 includes a box body 11 having an upper surface opened and a plurality of injection ports 11d, 11d,... Formed on a bottom surface 11c, and a box body 11 having the bottom surface 11c of the box body 11 facing the top surface of the rail. And a capping structure 13 that opens and closes injection ports 11d, 11d,... Formed in the center of the bottom surface 11c of the box body 11.
[0028]
Two bars 14, 14 having male threads formed at both ends are inserted into the upper portions of the front surface 11a and the rear surface 11b of the box 11, respectively. 11b is fastened by a nut. In this example, the length of the box 11 (the distance from the front surface 11a to the back surface 11b) is 340 mm, the width (the distance between the two side surfaces) is 240 mm, and the height is 160 mm.
[0029]
The diameter of each injection port 11d formed on the bottom surface 11c of the box body 11 is more than 0 mm and 1.2 mm or less. Are distributed at the center in the width direction of the bottom surface 11c and over the entire length direction, and 1 cm from the bottom surface 11c. 2 They are arranged and distributed at a distribution rate of more than 0 per one and less than one. When water is supplied into the box 11, water is jetted from each jet port 11d. 2 1 ml or more and 15 ml or less of water are injected per minute.
[0030]
The jig structure 12 will be described.
The lower portion 12a of each of the front surface 11a and the back surface 11b of the box 11 extends below the bottom surface 11c of the box. A notch 12b is formed. The rail head 1 can be fitted into the notch 12b of the front surface 11a and the rear surface 11b with the bottom surface 11c of the box body 11 facing the top surface of the rail head 1.
[0031]
A handle 12c having an externally threaded shaft 12d is provided at a lower portion 12a of the front surface 11a beside the rail head 1 fitted into the notch 12b. The shaft 12d of the handle 12c extends in the width direction of the box 11, and is screwed into a female screw portion 12e fixed to the lower portion 12a of the front surface 1a. The tip of the shaft 12d comes into contact with and separates from the side surface of the rail head 1 by the rotation of the handle 12c, and the rail head 1 is cut off when the tip of the shaft 12d contacts the side surface of the rail head 1. It is configured to be fixed in the notch 12b.
[0032]
The capping structure 13 will be described.
Four hook-shaped hook members 13a are fixed to the outer surface of the bottom surface 11c of the box body 11 and outside the region where the injection ports 11d, 11d,... Are formed. The hook member 13a on the back surface 11b is opposed to the hook member 13a. The interval between the two hook members 13a arranged on one side of the box 11 is the same as the interval between the two hook members 13a arranged on the other side of the box 11.
[0033]
A rectangular lid member 13b having a plate shape is engaged with the four hook members 13a so as to be slidable in the width direction of the box 11 in a state of being in close contact with the bottom surface 11c. The lid member 13b comes into close contact with the outer surface of the bottom surface 11c while being engaged with the four hook members 13a, thereby closing the plurality of injection ports 11d, 11d,... Formed in the central portion of the bottom surface 11c. I have. The range closed by the lid member 13b is a range of 85 mm from the longitudinal center of the box body 11 toward the front surface 11a and the back surface 11b. The injection ports 11d, 11d,... Formed on both sides in the longitudinal direction of the bottom surface 11c are not closed by the lid member 13b. A handle 13c is fixed to one side of the lid member 13b, and an operator grips the handle 13c and slides the lid member 13b to engage or disengage the lid member 13b with the four hook members 13a. Or have been able to.
[0034]
To set the water cooling device 10 configured as described above on a rail, first, the lid member 13b is inserted between the four hook members 13a and the bottom surface 11c, and the lid member 13b is engaged with the four hook members 13a. I do. Thereby, the plurality of injection ports 11d, 11d,... Formed at the center of the bottom surface 11c are closed by the lid member 13b.
Next, the rail head 1 is fitted into the notch 12b of the front surface 11a and the back surface 11b, and the box body 11 is arranged above the rail so that the lid member 13b overlaps the welded portion when viewed from above. Thus, the unobstructed injection ports 11d, 11d,... Are located on the ends of the rails that are not melted.
Next, the water cooling device 10 is fixed by tightening the handle 12c.
[0035]
After setting the water cooling device 10 on the welded rail, the surface temperature of the weld was measured, and the surface temperature of the weld was A 1 Confirm that the temperature is below the transformation temperature. The surface temperature of the weld is A 1 Water is supplied to the box body 11 before the temperature becomes lower than the transformation temperature and becomes 400 ° C. or lower. Water is supplied to the box 11, and water is jetted from the jet ports 11d, 11d,... Which are not closed, so that the top of the top of the rail which is not melted is poured with water.
[0036]
At this time, 1 cm from the injection ports 11d, 11d,. 2 The amount of water to be poured is 1 ml or more and 15 ml or less per minute. At this time, since the injection ports 11d, 11d,... Disposed above the welded portion are closed by the lid member 13b, the welded portion is not directly exposed to water, and the welded portion is continuously cooled by natural air. Will do. As described above, when water is poured on the top of the unmelted portion at the end of the rail, the weld can be efficiently cooled by heat conduction. Not as fast as the cooling rate at which site texture is created. Further, the reason why water was supplied into the box body 11 before the surface temperature of the welded portion became 400 ° C. or less was that if the surface temperature of the welded portion became 400 ° C. or less, the internal temperature of the welded portion became A 1 This is because the temperature is below the transformation temperature, and in this case, the welded portion can be directly water-cooled. Furthermore, if the surface temperature of the welded portion is naturally cooled to 400 ° C or less, the cooling time cannot be reduced. That's why.
[0037]
The surface temperature of the welded portion is measured when the welded portion is naturally air-cooled while water cooling the unmelted portion of the rail. When the surface temperature of the welded portion becomes 500 ° C. or less, the handle 13c is pulled, the lid member 13b is removed from the four hook members 13a, and the closed injection ports 11d, 11d,. Water is also jetted from the jet ports 11d, 11d,... Here, even if the surface temperature of the weld is 500 ° C. or less and 400 ° C. or more, the temperature inside the weld is A due to the water cooling of the rail end. 1 The temperature is below the transformation temperature, and no martensite structure is generated in the welded portion even if the welded portion is directly immersed in water and cooled with water.
[0038]
At this time, 1 cm from the injection ports 11d, 11d,. 2 The amount of water to be poured is 1 ml or more and 15 ml or less per minute. In addition, the range in which the weld part and the vicinity thereof are exposed to water is preferably in a range from the center plane of the weld part to 150 mm or more in the longitudinal direction of the rail. The range is 170 mm from the surface in the longitudinal direction of the rail. The reason why water is applied in a range from the center plane of the welded portion to 150 mm or more in the longitudinal direction of the rail is that if the width is less than 150 mm, the welded portion cannot be efficiently cooled. In addition, even when water-cooling is performed in a range significantly larger than 150 mm from the center plane of the welded portion, the cooling efficiency is almost the same as in the case of 150 mm. Therefore, even if the water cooling range is within a range of 150 mm or more from the center plane of the welded portion, the one closer to 150 mm is suitable for providing the compact water cooling device 10.
[0039]
The surface temperature of the welded portion is measured when the unmelted portion of the rail and the welded portion are water-cooled. Then, when the surface temperature of the welded portion falls to 300 ° C. or lower, preferably to room temperature, the water cooling is terminated, and the water cooling device 100 is removed from the rail. After water cooling, the weld is surface-finished with a grinder, and thereafter, a penetrant inspection and an ultrasonic inspection are performed. However, if water cooling is terminated before the surface temperature of the weld becomes 300 ° C or lower and reaches room temperature, after confirming that the surface temperature of the weld has reached room temperature after grinder finishing and penetration testing. And ultrasonic inspection.
[0040]
As described above, in the present embodiment, since the rail end other than the welded portion is first water-cooled, the welded portion can be efficiently cooled by heat conduction, and the cooling time of the welded portion is reduced. be able to. Therefore, even when the work must be completed in a limited time, such as at night, the time required for the subsequent grinder surface finish and flaw detection test can be given ample time, and the grinder surface finish and flaw detection test can be performed carefully.
Further, even if the cooling time of the weld is shortened, the cooling rate of the weld is not so rapid as to produce a brittle martensitic structure. Therefore, a highly reliable weld can be provided.
[0041]
In the above embodiment, the two rails are welded by a thermite welding method, but may be a flash welding method, a gas pressure welding method, or an enclosed arc welding method. In the case of the flash welding method and the gas pressure welding method, the welded portion is a portion where the melted rail is solidified in the vicinity of the end faces of the two contacted rails. In the case of the enclosed arc welding method, the welded portion is a portion where the molten metal of the welding rod and the molten metal of the rail end face solidified in the gap between the two opposed rail end faces.
[0042]
In the above embodiment, the surface temperature of the welded portion is A 1 When the temperature falls below the transformation temperature, water is supplied to the box body 11 in a state where the injection ports 11d, 11d,... In the center of the bottom surface 11c are closed by the cover member 13b, but the box body 11 in a state where the cover member 13b is removed. May be supplied with water. In this case, since there is a possibility that a martensite structure may be generated inside the welded portion, until the surface temperature of the welded portion becomes 500 ° C. or less as in the above embodiment, the injection ports 11d, It is better to close 11d,... With the lid member 13b.
[0043]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by giving Examples and Comparative Examples.
In this embodiment, after joining the two rails by thermite welding method, 1 cm 2 1cm by changing the number of injection ports 11d 2 Water cooling was performed under various conditions where the injection flow rate was changed within the range of 1 ml or more and 15 ml or less per minute, and the cooling time from when thermit welding was performed to when the surface temperature of the welded portion reached room temperature was measured. Under each condition, as described in the above embodiment, the surface temperature of the welded portion is set to A using the water cooling device 10. 1 When the temperature became lower than the transformation temperature, the rail end was water-cooled, and when the surface temperature of the weld became 500 ° C. or lower, the weld was also water-cooled. After water cooling under the respective conditions, the welded portion was observed to check whether or not a martensite structure was generated.
[0044]
Further, although the embodiment of the present invention, as a reference example, by setting the length of the box body 11 of the water cooling device 10 to 500 mm, a range in which water can be bathed in the welded portion and its vicinity from the middle surface of the welded portion to 250 mm. The measurement of the cooling time to room temperature and the observation of the weld were performed.
[0045]
In the comparative example, after the two rails were joined by thermite welding method, the rail and the weld were naturally cooled, or the injection flow rate of the water cooling device 10 was 1 cm. 2 In the case of water cooling at a rate of 0.5 ml or 20.0 ml per minute in the same manner as in the above embodiment, the cooling time to room temperature was measured and the welded portion was observed.
In both the comparative example and the example, the conditions of thermite welding, the shape and material of the rail, and the diameter of the injection port are the same. The diameter of the injection port is 0.9 mm.
[0046]
Table 1 shows the conditions, cooling time, and observation results of Comparative Examples, Examples, and Reference Examples. In Table 1, the cooling time is expressed as a ratio with respect to the cooling time when the rail and the welded portion are naturally cooled.
[0047]
[Table 1]
[0048]
As shown in Table 1, in Examples (Test Nos. 3 to 8) and Reference Example (Test No. 10) of the present invention, the cooling time was shorter than that in the case of natural air cooling (Test No. 1). The cooling time was 23% to 48%, and the cooling time was greatly reduced. Further, in the example of the present invention, no martensite structure was generated in the welded portion, and it was possible to prevent the welded portion from becoming hard and brittle.
[0049]
On the other hand, the injection flow rate is 1cm 2 In the case of 0.5 ml per minute (Test No. 2 of Comparative Example), no martensite structure was generated in the welded portion, but the cooling time was 82% compared to the case of natural air cooling. Significant time reduction could not be achieved as in the embodiment of the invention.
The injection flow rate is 1cm 2 In the case of 20 ml / min (Test No. 9 of Comparative Example), the cooling time was 10% as compared with the case of natural air cooling, but a martensite structure was generated in the welded portion, and the welded portion was hard. It became brittle.
[0050]
Test No. In Reference Example No. 10, the injection flow rate was set to Test No. Test No. 5 is the same as that of Test No. 5, except that the welded area and its vicinity were exposed to water. Broader than 5. However, the test No. Test No. 5 has a cooling time ratio of 30%. Test No. 10 has a cooling time ratio of 29%. In Test No. 10, the cooling time of Test No. 10 was large even though the size of the box 11 of the water cooling device 10 was increased. It was almost the same as 5.
[0051]
【The invention's effect】
According to the invention described in claim 1, the surface temperature of the welded portion is A 1 Since water cooling of the rail end portion is started after the temperature becomes lower than the transformation temperature, the cooling time of the welded portion can be reduced, and the strength of the welded portion can be maintained because no martensite structure is generated in the welded portion. .
[0052]
According to the second aspect of the present invention, the cooling rate of the welded portion does not become such that a martensitic structure is generated, so that the welded portion is not hard and brittle.
[0053]
According to the third aspect of the present invention, even if the weld is water-cooled when the surface temperature of the weld is 400 ° C. or more and 500 ° C. or less, a martensite structure is not generated in the weld and the weld is efficiently cooled. can do.
[0054]
According to the invention described in claim 4, the welded portion can be efficiently cooled.
[0055]
According to the fifth aspect of the present invention, when the injection port corresponding to the welded portion is closed by the capping structure, water is not directly applied to the welded portion. Accordingly, the weld is not cooled so quickly that a martensitic structure is created.
Further, when the injection port corresponding to the welded portion is opened, water is applied to the welded portion, and the welded portion becomes A 1 If the temperature is below the transformation temperature, the weld can be cooled quickly.
[0056]
According to the sixth aspect of the present invention, the cooling rate of the welded portion does not reach a cooling speed at which a martensitic structure is generated, and the welded portion can be efficiently cooled. Therefore, the cooling time of the welded portion can be reduced, and the welded portion is not hard and brittle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drawing showing a cross section of an end face of a rail and a welded portion.
FIG. 2 is a side view showing a water cooling device.
FIG. 3 is a front view showing the water cooling device.
FIG. 4 is a top view showing the water cooling device.
[Explanation of symbols]
1 Rail head
2 pillar of rail
3 The bottom of the rail
4 Weld head
5 Welded column
6 Weld bottom
10 Water cooling device
11 box
11c bottom
11d injection port
13 Capping structure
