JP2021074756A - Method and device for cooling rail welded part - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レール溶接部の冷却方法及び装置に係り、特に、テルミット溶接に用いるのに好適な、仕上げを含む溶接時間を短縮することが可能な、レール溶接部の冷却方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for cooling a rail weld, and more particularly to a method and apparatus for cooling a rail weld, which is suitable for use in thermite welding and can shorten the welding time including finishing.
近年、鉄道の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。溶接方法としては、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及びテルミット溶接法などが用いられている。このうち、テルミット溶接法は、レール溶接部上に配置したるつぼ内で酸化鉄とアルミニウムの粉末溶剤を酸化還元反応(テルミット反応)させて、生成した溶融金属を乾燥型の鋳型(モールド)に囲まれた2本のレール端面の間に流し込んで溶接する方法で、レールの現地溶接法として広く使われている(特許文献1乃至3)。なお、ゴールドサミット(GS)溶接と呼ばれる、短時間予熱による迅速テルミット溶接も使用されている。以下、ゴールドサミット溶接も含めてテルミット溶接と総称する。
In recent years, in order to reduce railway track maintenance costs and noise and vibration, long rails with continuous seams by welding are becoming widespread. As the welding method, a flash welding method, a gas pressure welding method, an enclosed arc welding method, a thermite welding method and the like are used. Of these, in the thermite welding method, a powder solvent of iron oxide and aluminum is subjected to a redox reaction (thermite reaction) in a pot placed on the rail weld, and the generated molten metal is surrounded by a dry mold. It is a method of pouring and welding between the end faces of two rails, and is widely used as a field welding method for rails (
どの溶接法であっても高温のレール溶接部を迅速に冷却する必要があるが、出願人は特許文献4で、レールの温度が所定温度に下がるまではミスト(稀水とも称する)で冷却し、所定温度に下がってからは水で冷却する技術を提案している。
Regardless of the welding method, it is necessary to quickly cool the high-temperature rail weld, but the applicant in
テルミット溶接後のレール頭頂面は、グラインダ等で荒仕上げした後、本仕上げする必要があるが、従来のテルミット溶接法では、レール頭頂面を荒仕上げしている間に水をかけることができなかったため、図1(A)にゴールドサミット(GS)溶接の場合を例示する如く、溶接直後にレール頭頂面をグラインダ等で荒仕上げした後に温度が下がったところで本仕上げしており、仕上げ終了までに時間がかかるというという問題点を有していた。 The top surface of the rail after thermite welding needs to be rough-finished with a grinding machine and then finally finished, but with the conventional thermite welding method, water cannot be applied while the top surface of the rail is rough-finished. Therefore, as illustrated in the case of gold summit (GS) welding in FIG. 1 (A), the rail top surface is roughly finished immediately after welding with a grinder or the like, and then the final finish is performed when the temperature drops. It had the problem that it took time.
一方、出願人が提案した特許文献4にはミスト冷却法が記載されているが、ガス圧接が主な対象であるだけでなく、GS溶接ではモールドがあるため、あまり有効ではなかった。更に、実施形態ではレール頭頂面上にもノズル(頭部ノズル)が配置されていたため、冷却中に荒仕上げを行うことは、やはり困難であった。
On the other hand,
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、溶接後の冷却中でもレール頭頂面の研削を可能として、仕上げを含む溶接時間を短縮することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to enable grinding of the top surface of the rail even during cooling after welding and to shorten the welding time including finishing.
本発明は、溶接後、レールの頭頂面が研削されるレールの溶接部を冷却する際に、前記レールの頭頂面にミストがかからないように、該レールの頭頂面を除く腹部の両側からミストを噴霧することにより、前記課題を解決するものである。 In the present invention, mist is applied from both sides of the abdomen excluding the crown surface of the rail so that mist does not get on the crown surface of the rail when cooling the welded portion of the rail on which the crown surface of the rail is ground after welding. By spraying, the above-mentioned problem is solved.
ここで、前記溶接をテルミット溶接とすることができる。 Here, the welding can be thermite welding.
又、前記ミストを噴霧している間に、前記レールの頭頂面を研削することができる。 Further, the crown surface of the rail can be ground while the mist is being sprayed.
又、前記ミストを、テルミット溶接の腹部モールドと前記レールの境界部に向けて噴霧することができる。 Further, the mist can be sprayed toward the boundary between the abdominal mold of thermite welding and the rail.
又、前記ミストを噴霧する冷却ノズルの前方に、該ミストの一部を遮る遮蔽物を配設することができる。 Further, a shield that blocks a part of the mist can be arranged in front of the cooling nozzle that sprays the mist.
本発明は、又、溶接後、レールの頭頂面が研削されるレールの溶接部を冷却するためのレール溶接部の冷却装置であって、前記レールの頭頂面にミストがかからないように、該レールの頭頂面を除く腹部の両側からミストを噴霧する複数の冷却ノズルと、該複数の冷却ノズルを前記レールの腹部に向けて配置するための、前記レール上に配設されるノズル治具と、該ノズル治具を前記レール上に固定するための固定手段と、前記複数の冷却ノズルにミスト噴霧用の冷却液を供給するための冷却液供給手段と、前記複数の冷却ノズルにミスト噴霧用の気体を供給するための気体供給手段と、を備えたことを特徴とするレール溶接部の冷却装置により、同じく前記課題を解決するものである。 The present invention is also a rail welded portion cooling device for cooling a rail welded portion in which the crown surface of the rail is ground after welding, and the rail is provided so that mist is not applied to the crown surface of the rail. A plurality of cooling nozzles for spraying mist from both sides of the abdomen excluding the top surface of the head, and a nozzle jig disposed on the rail for arranging the plurality of cooling nozzles toward the abdomen of the rail. A fixing means for fixing the nozzle jig on the rail, a cooling liquid supply means for supplying a cooling liquid for mist spraying to the plurality of cooling nozzles, and a mist spraying means for the plurality of cooling nozzles. The same problem is also solved by a cooling device for a rail welded portion, which is provided with a gas supply means for supplying gas.
ここで、前記溶接がテルミット溶接であることができる。 Here, the welding can be a thermite welding.
又、前記ノズル治具に、ミスト噴霧中の前記レールの頭頂面の研削を可能とするスペースを設けることができる。 Further, the nozzle jig can be provided with a space capable of grinding the crown surface of the rail during mist spraying.
又、前記複数の冷却ノズルを4本以上とすることができる。 Further, the number of the plurality of cooling nozzles can be four or more.
又、前記冷却ノズルの噴霧角度を20°以上110°未満とすることができる。 Further, the spray angle of the cooling nozzle can be set to 20 ° or more and less than 110 °.
又、前記冷却ノズルの前方に配設される、前記ミストの一部を遮る遮蔽物を更に備えることができる。 Further, a shield provided in front of the cooling nozzle to block a part of the mist can be further provided.
本発明によれば、溶接後の冷却中でもレール頭頂面の研削が可能となるので、図1(B)や図2(C)に例示する如く、仕上げも含めた溶接時間を短縮することが可能となる。図2(A)はゴールドサミット(GS)溶接の通常時のサイクルタイムの一例、図2(B)は同じく自然放冷(空冷)時のサイクルタイムの一例である。 According to the present invention, since the top surface of the rail can be ground even during cooling after welding, the welding time including finishing can be shortened as illustrated in FIGS. 1 (B) and 2 (C). It becomes. FIG. 2A is an example of a normal cycle time of gold summit (GS) welding, and FIG. 2B is an example of a cycle time during natural cooling (air cooling).
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the contents described in the following embodiments and examples. Further, the constituent requirements in the embodiments and examples described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, that is, those in a so-called equal range. Further, the components disclosed in the embodiments and examples described below may be appropriately combined or appropriately selected and used.
本発明の第1実施形態の要部構成を図3に、詳細構成を図4に示す。 The main configuration of the first embodiment of the present invention is shown in FIG. 3, and the detailed configuration is shown in FIG.
本実施形態は、ゴールドサミット溶接されたレール10の溶接部10Jを冷却するためのレール溶接部の冷却装置であって、レール10の頭頂面10TにミストMがかからないように、レール10の頭頂面10Tを除く腹部10Sの両側からミストMを噴霧する複数(第1実施形態では左右2本ずつ計4本)の冷却ノズル20と、該複数の冷却ノズル20をレール10の腹部10Sに向けて配置するための、レール10上に配設されるノズル治具30と、該ノズル治具30をレール10上に固定するためのレールキャッチ40(図4参照)と、前記複数の冷却ノズル20にミスト噴霧用の冷却液(例えば水)を供給するための冷却液供給パイプ42(図4参照)及び冷却液タンク(図示省略)と、同じくミスト噴霧用の気体(例えば圧縮空気や窒素ガス)を供給するための気体供給パイプ44(図4参照)及び気体圧縮用のコンプレッサ(例えばエアコンプレッサ)やガスボンベ(例えば窒素ガスボンベ)といった気体供給源(図示省略)とを備えている。図において、10Bはレール底部である。
This embodiment is a cooling device for a rail welded portion for cooling the welded
ゴールドサミット溶接直後の状態を図5に示す。 The state immediately after welding the Gold Summit is shown in FIG.
前記ノズル治具30は、その両端が、レール溶接部10Jを挟むレール頭頂面10T上に配置され、その間に研削用のスペースS(図4(B)参照)が空けられている。このノズル治具30の片側にはレール10に固定するためのレールキャッチ40が設けられている。
Both ends of the
前記冷却ノズル20は、例えば液滴に圧縮気体の流速を与えることができる2流体スプレーノズルとすることができる。この場合は、別体のミスト発生手段が不要であり、構成が簡略である。なお、別体のミスト発生手段を用いることもできる。
The
前記ミストMの気体と冷却液の比率は、例えば0.3:0.17とすることができるが、レールサイズに応じて、例えば60kgレールの場合は、気体0.2〜0.4:冷却液0.2〜0.17、50kgレールの場合は、気体0.3:冷却液0.2〜0.15など、適宜変えることができる。 The ratio of the gas to the coolant of the mist M can be, for example, 0.3: 0.17, but depending on the rail size, for example, in the case of a 60 kg rail, the gas is 0.2 to 0.4: cooling. In the case of liquid 0.2 to 0.17, 50 kg rail, gas 0.3: coolant 0.2 to 0.15, etc. can be appropriately changed.
前記冷却ノズル20の噴霧角度δは、例えば20°以上110°未満とすることができる。20°未満ではミストMの噴霧範囲が狭くなる。一方、噴霧角度δが110°以上であるとレール頭頂面10TにミストMがかかるおそれが出てくる。
The spray angle δ of the cooling
各冷却ノズル20とレール腹部10Sとの距離Bは、熱の影響を考慮して例えば100mmとすることができる。噴霧方向は、なるべく溶接部中心部に向けたいので、冷却ノズル20を内方へ向け、かつ噴霧の狙う箇所を腹部モールド50とレール10の境界線へ向けることができる。左右の冷却ノズル20の間隔Aは200mmとして試験を行ったが、さらなる冷却効果向上のために、噴霧方向における冷却ノズル20からレール10までの距離を近づけた方が有効と考えられるので、180mmに変更した。その結果、噴射角θは内向き約20°となった。このように、間隔Aは例えば180mmに設定でき、噴射角θも20°とすることができる。又、各冷却ノズル20の高さCは、例えば70mmとすることができる。
The distance B between each cooling
60kgレールの場合の冷却ノズル20の配置例を図6に示す。
FIG. 6 shows an example of arrangement of the cooling
図6(A)の例では噴霧角度δ=45°の冷却ノズル20をレール頭頂面10TからC=70mm下に水平方向に配置している。なお、冷却ノズル20は、図3(A)及び図4(A)によく示されるように、例えば噴射角θ=20°、内向き方向なので、冷却ノズル20とレール腹部10S間の実際の距離B’は110mmになる。図中に、空気圧Pa=0.3Ma、液圧Pw=0.15MPaの場合の流量分布の例を示す。
In the example of FIG. 6A, the cooling
図6(B)の例では、噴霧角度δ=80°の冷却ノズル20をレール頭頂面10TからC=100mm下に水平方向に配置している。
In the example of FIG. 6B, the cooling
図6(C)の例では、噴霧角度δ=80°の冷却ノズル20をレール頭頂面10TからC=60mm下にα=20°、斜め下向きに配置している。
In the example of FIG. 6C, the cooling
変形例として、図6(B)で冷却ノズル20の前方D=20mmの位置に直径E=6mmの円柱状の遮蔽物22を追加した例を図7に示す。この遮蔽物22により腹部冷却を抑制することができる。なお、遮蔽物22の位置やサイズ、横断面形状はこれに限定されない。
As a modification, FIG. 7 shows an example in which a columnar shield 22 having a diameter of E = 6 mm is added at a position of D = 20 mm in front of the cooling
60kgレールより少し小さい50kgレールに対しても図6と図7とほぼ同様の配置が可能である。 Almost the same arrangement as in FIGS. 6 and 7 is possible for a 50 kg rail that is slightly smaller than the 60 kg rail.
図6(A)のノズル配置で、噴霧角度δ=が45°の冷却ノズル20を用いて、空気圧Paを0.3MPa、空気流量Qaを31L/分、冷却液圧Pwを0.2MPa、冷却液流量Qwを8.5L/時間とした場合、図8に例示する如く、レール頭部中央が1180℃に達したゴールドサミット溶接部においても、内部温度800℃から6分間のミスト冷却によって、全ての部位がほぼ均等に300℃以下に低下することが確認できた。又、出鋼完了後からの時間では15分弱で低下した。
In the nozzle arrangement of FIG. 6A, the cooling
仕上げ作業後のレール頭頂面10Tで測定したショア硬さ分布は図9に例示する如くであり、レール母材硬さHS36〜37に対して、溶接金属硬さはHS46前後の高硬度を示すことが確認できた。通常の冷却作業を実施したゴールドサミット溶接部の溶接金属硬さはHS40〜42程度であるため、本発明のミスト冷却作業によって溶接金属の硬度が若干上昇している。
The shore hardness distribution measured on the
なお、気体圧/流量、冷却液圧/流量、冷却ノズル間隔A、冷却ノズル20とレール腹部10Sの距離B、冷却ノズル高さC、噴射角θや噴霧角度δ他の数値は、適宜変更できることは明らかである。気体と冷却液の比率も、気体0.3:冷却液0.17に限定されない。冷却液の種類も水に限定されず、気体の種類も空気に限定されない。
The gas pressure / flow rate, the coolant pressure / flow rate, the cooling nozzle interval A, the distance B between the cooling
又、前記第1実施形態では、冷却ノズル20の数が左右2本ずつ計4本とされていたが、図10に例示する第2実施形態のように、左右の横断面における冷却ノズルの本数を20A、20Bの各2本ずつ計4本とすることによって、レール溶接部を挟んで左右で合計8本の冷却ノズルとすることも可能である。
Further, in the first embodiment, the number of
第2実施形態における60kgレール10に対する冷却ノズル20A、20Bの配置例を図11に示す。
FIG. 11 shows an example of arranging the
レール頭頂面10Tからの距離C1=70mmの位置に噴霧角度δ=45°の冷却ノズル20Aをβ=26°上向きに配置し、C2=125mmの位置に同じく噴霧角度δ=45°の冷却ノズル20Bを水平方向に配置している。
A cooling
この場合には、より冷却性能を高めることができる。 In this case, the cooling performance can be further improved.
50kgレールに対してもほぼ同様の配置が可能である。 Almost the same arrangement is possible for a 50 kg rail.
なお、冷却ノズルの本数は4本や8本に限定されず、例えば2本や6本、又は10本以上とすることも可能である。 The number of cooling nozzles is not limited to four or eight, and may be, for example, two, six, or ten or more.
前記実施形態においては、本発明がゴールドサミット溶接されたレール溶接部の冷却に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、ゴールドサミット溶接以外のテルミット溶接や、溶接後、レール頭頂面が研削される、他の方法によるレール溶接部の冷却にも同様に適用される。 In the above embodiment, the present invention has been applied to cooling the rail welded portion of the gold summit welded, but the application of the present invention is not limited to this, and thermite welding other than the gold summit welding and after welding The same applies to cooling rail welds by other methods in which the top of the rail is ground.
10…レール
10J…レール溶接部
10S…レール腹部
10T…レール頭頂面
20、20A、20B…冷却ノズル
22…遮蔽物
30…ノズル治具
40…レールキャッチ
42…冷却液供給パイプ
44…気体供給パイプ
50…腹部モールド
M…ミスト
S…研削スぺース
10 ...
Claims (11)
前記レールの頭頂面にミストがかからないように、該レールの頭頂面を除く腹部の両側からミストを噴霧することを特徴とするレール溶接部の冷却方法。 After welding, the top surface of the rail is ground. When cooling the welded part of the rail,
A method for cooling a rail welded portion, which comprises spraying mist from both sides of the abdomen excluding the parietal surface of the rail so that mist does not get on the parietal surface of the rail.
前記レールの頭頂面にミストがかからないように、該レールの頭頂面を除く腹部の両側からミストを噴霧する複数の冷却ノズルと、
該複数の冷却ノズルを前記レールの腹部に向けて配置するための、前記レール上に配設されるノズル治具と、
該ノズル治具を前記レール上に固定するための固定手段と、
前記複数の冷却ノズルにミスト噴霧用の冷却液を供給するための冷却液供給手段と、
前記複数の冷却ノズルにミスト噴霧用の気体を供給するための気体供給手段と、
を備えたことを特徴とするレール溶接部の冷却装置。 A rail weld cooling device for cooling the rail weld where the top surface of the rail is ground after welding.
A plurality of cooling nozzles that spray mist from both sides of the abdomen excluding the parietal surface of the rail so that mist does not get on the parietal surface of the rail.
A nozzle jig arranged on the rail for arranging the plurality of cooling nozzles toward the abdomen of the rail, and
Fixing means for fixing the nozzle jig on the rail and
A cooling liquid supply means for supplying a cooling liquid for mist spraying to the plurality of cooling nozzles, and
A gas supply means for supplying a gas for mist spraying to the plurality of cooling nozzles,
A cooling device for rail welds, which is characterized by being equipped with.
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JP2019204210A JP2021074756A (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Method and device for cooling rail welded part |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023139339A1 (en) * | 2022-01-21 | 2023-07-27 | Pandrol | Thermite-weld cooling device |
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2019
- 2019-11-11 JP JP2019204210A patent/JP2021074756A/en active Pending
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WO2023139339A1 (en) * | 2022-01-21 | 2023-07-27 | Pandrol | Thermite-weld cooling device |
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