JP2881338B2

JP2881338B2 - レールのテルミット溶接方法

Info

Publication number: JP2881338B2
Application number: JP23800890A
Authority: JP
Inventors: 勝三川田; 健児青柳; 耕一内野; 和男杉野; 健一狩峰
Original assignee: ASUTETSUKU IRIE KK; Nippon Steel Corp
Current assignee: ASUTETSUKU IRIE KK; Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1999-04-12
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JPH04118189A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レールのテルミット溶接方法及び該方法に
使用する型枠に関する。

〔従来の技術〕

鉄道においては振動及び騒音の軽減からロングレール
が採用されている。

このロングレールの施工方法としては、25mあるいは5
0mのレールを工場で製造し、これらを自動溶接によって
継ぎ足して200m程度にし、該200mのレールを現場に運搬
して全体として1000m程度のレールにして敷設してい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、現場でレールを継ぎ足すのは手作業で
行っており、熟練経験者を必要とし、しかも工事は列車
等の走行していない夜間に行われるので、人手不足もあ
って困難な作業となっているのが現状であった。

また、レールを手作業以外の方法で溶接する方法とし
て、例えば、特公昭59−8477号公報に記載のように、テ
ルミット溶接があるが、従来のテルミット溶接は、接合
するレールを予め成形された鋳型によって囲み、予めレ
ールを予熱した後、上部から次の反応によって生成され
る溶湯を流し込みレールの溶接を行うことが行われてい
る。

8Al＋3Fe₃O₄→9Fe＋4Al₂O₃＋702500kcal しかしながら、上記テルミット溶接方法においては、
予め成形した鋳型を使用するので、レールの側面と鋳型
との間に多少の隙間を生じ、この隙間に溶湯が流れ込
み、オーバーラップ状となることや、ビード形状が悪い
ので、溶接部に疲労割れ等が生じることがあるという問
題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、工
事が熟練を要せずして行え、しかも溶接欠陥等の生じ難
いレールのテルミット溶接方法及び該方法に使用する型
枠を提供することも目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に沿う請求項第１項記載のレールのテルミッ
ト溶接方法は、間隙を設けて設置された溶接すべきレー
ルをその天端を揃えて配置する工程と、対向する上記レ
ールの間隙の側周部を熱溶融性被覆材によって覆うと共
に、その外側表面を耐熱性テープで覆い、上記間隙にキ
ャビテイを形成する工程と、該対向するレールに分割の
外枠を装着する工程と、該外枠内に鋳型砂を充填する工
程と、上記レールの少なくとも溶接部を予熱すると共に
上記熱溶融性被覆材を溶融除去する工程と、上記間隙に
上部からテルミット法で製造された溶湯を充填する工程
とを有して構成されている。

請求項第２項記載のレールのテルミット溶接方法は、
間隙を設けて設置された溶接すべきレールをその天端を
揃えて配置する工程と、対向する上記レールの間隙の側
周部を熱溶融性被覆材によって覆い、上記間隙にキャビ
テイを形成する工程と、該対向するレールに分割の外枠
を装着する工程と、該外枠内に自硬性あるいは熱硬化性
の結合剤を含む鋳型砂を充填する工程と、上記レールの
少なくとも溶接部を予熱すると共に上記熱溶融性被覆材
を溶融除去する工程と、上記間隙に上部からテルミット
法で製造された溶湯を充填する工程とを有して構成され
ている。

〔作用〕

請求項第１項記載のレールのテルミット溶接方法は、
予め間隙を設けてレールを配置し、該間隙の側周部を熱
溶融性被覆材によって覆い、更にその表面を耐熱性テー
プで覆っているので、周囲に鋳型砂を充填しても、間隙
内に溶湯を充填できるキャビテイを確保することができ
る。そして、レール間隙の側周部をまず熱溶融性被覆材
で覆っているので、レールの予熱を行う際に該熱溶融性
被覆材が除去され、この部分もキャビテイとなって余盛
部を形成することができる。

上記鋳型砂はレールに密着するので、隙間のない鋳型
を形成することができると共に、鋳型砂と溶湯との境界
部分には耐熱性テープが介在するので、溶接金属内に砂
等を噛み込むことがなく、適当な材質の耐熱性テープを
使用することによって、鋳肌を滑らかにすることができ
る。

請求項第２項記載のレールのテルミット溶接方法にお
いては、レール間隙の側周部を覆う熱溶融性被覆材によ
って、前記した如く余盛部が形成され、更には鋳型砂に
は自硬性あるいは熱硬化性の結合剤を含んでいるので、
時間の経過あるいは予熱する際に硬化して溶湯が充填さ
れるキャビテイが形成される。

〔実施例〕

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化
した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。

ここに、第１図は本発明の一実施例に係るレールのテ
ルミット溶接方法を実施している状態の断面図、第２図
は同側面図、第３図は同部分平面図、第４図は同側断面
図、第５図は本発明の他の実施例に係るレールのテルミ
ット溶接方法を示す部分断面図、第６図は同部分側面図
である。

第１図〜第４図に示すように、まず溶接しようとする
レール10、11に15〜35mm程度の隙間12を設けその天端を
合わせて直線状に配置する。

次に、上記隙間12の側周部を熱溶融性被覆材の一例で
ある裏面に粘着剤が塗布された発泡スチロール性テープ
13（厚み3mm、幅5mm）でもって覆うように貼り付ける。
そして、該発泡スチロール性テープ13の外側を屈曲性の
ある薄い耐熱性テープの一例であるセラミックテープ14
（第４図示）によって覆う。このセラミックテープ14は
裏面に粘着剤を塗布したものであっても良いし、場合に
よって別の粘着テープを使用して上記セラミックテープ
でレール10、11の間隙12の外側を上記発泡スチロールを
介して覆っても良い。

なお、セラミックテープ14として、耐熱性のあるアル
ミナ、グラファイト、炭化珪素等の繊維で構成したもの
を使用する場合には、裏面にジルコニア系あるいはグラ
ファイト系の塗型剤を塗布したものを使用するのが好ま
しい。

次に、上記レール10、11の間隙12を中心にして外側を
外枠の一例であって、レール10、11の断面形状と略同一
の切欠きが設けられた２個割りの金枠16で第１図、第２
図に示すように囲む。なお、この金枠16の上下には固定
金具18が取り付けられていて、図示しないネジによって
２個割りの金枠16を連結し、有底の箱状金枠に形成でき
るものとする。なお、この実施例においては固定金具18
は板状物から構成したが、固定金具は金枠16の両側に嵌
め込むコ字状物、四角状物であっても良い。

上記金枠16の側面には振動発生源の一例である振動モ
ーター19、20（電磁バイブレーターであっても良い）が
取り付けられ、鋳型砂を充填した後、振動によって鋳型
砂の内部に空洞を生じないように、該金枠16全体を振動
させることができるようになっている。

そして、セラミックテープ14の適当な位置に空気抜き
孔21、22を設け、該空気抜き孔21、22に熱溶融性被覆材
の一例である発泡スチロール製の通気口形成材23、24の
端部を差し込んで固定し、金枠16内に鋳型砂25を充填す
る。なお、通気口形成材23、24には、第１図に示すよう
に差込み口を２箇所設けたが、通気口形成材を単に棒状
としそれぞれの空気抜き孔21、22に別々に差し込むよう
にすることも可能である。

なお、鋳型砂25を充填した後、溶湯の注ぎ口の周囲に
定形耐火物26を置き、周囲の鋳型砂25がキャビテイ内に
侵入しないようにする。

これによって一応の準備が完了するので、バーナーで
もって、レール10、11の接合部分を予熱するが、この過
程において発泡スチロール製テープ13及び通気口形成材
23、24は溶融燃焼して無くなり、キャビテイを形成す
る。

上記予熱は30分程度行い、レール10、11の溶接部分の
温度は200℃を越える温度（好ましくは400〜500℃）に
する。

この状態で上部の坩堝27内のテルミット剤を燃焼させ
て溶湯を製造し、レール10、11の隙間12内に流し込む。
これによって内部の空気は空気抜き孔21、22から外部に
放出され、溶湯が隙間12内に満ち溢れ、レール10、11の
溶接が行われるので、一定時間放置した後、金枠16を取
り外すと共に、内部の鋳型砂25を除去して溶接作業が完
了する。

第１表に上記セラミックテープ14として炭化珪素繊
維、アルミナ繊維あるいはガラス繊維を使用した場合の
溶接状況を示す。

塗装欄の「ジ」はジルコニア系、「グ」はグラファイ
ト系を示す。また、No.1〜No.9のキャビテイ間隔は30m
m、No.10〜No.11のキャビティ間隔は20mmであった。

第１表から、セラミックテープは耐熱性を有するもの
であれば、充分使用できることが分かり、内側に耐熱性
のある塗装を行えば、布目が潰されてセラミックテープ
自体の損傷を防止できると共に、鋳肌の表面が滑らかに
なるという優れた特徴を有する。

次に、第５図及び第６図を参照しながら、本発明の他
の実施例に係るレールのテルミット溶接方法について、
上記実施例との相違点について説明する。

まず、この実施例においては、レール10、11の間隙12
の側周部を熱溶融性被覆材の一例である発泡スチロール
テープ13によって覆い、空気抜き孔を確保する為の前記
した通気孔形成材23、24を装着した後、その外側は自硬
性の結合材あるいは熱硬化性の結合材を含む鋳型砂を充
填する。

自硬性の結合材を使用した場合には、金枠16に取り付
けられた振動モーター19、20を駆動して鋳型砂を充分に
金枠16内に充填した後、放置することによって鋳型砂が
硬化する。また、熱硬化性の結合材を使用した場合に
は、レール10、11を予熱することによって、発泡スチロ
ールテープ13が溶融燃焼してその部分が余盛を形成する
キャビテイとなるが、この際に鋳型砂も加熱されるの
で、これによって硬化し、全体として好ましい形状のキ
ャビテイをレール10、11間に形成することができる。

なお、レール10、11のテルミット溶接終了後には、鋳
型砂を壊す必要があるが、上記熱硬化性の結合剤を含む
鋳型砂の場合には、鋳型砂全体が硬化していないので、
極めて容易に鋳型砂を破壊排除できるという利点を有す
る。

上記実施例においては、溶湯としてテルミット法によ
って製造される溶湯を使用したが、場合によっては電気
炉あるいはその他の加熱炉によって製造される溶湯を使
用した場合も、同様の効果を期待できる。

また、場合によっては上記熱溶融性被覆材を使用せ
ず、直接レールの隙間の側周部にセラミックテープを巻
いてキャビテイを形成することもできるが、この場合は
溶接部に余盛がないことになる。

〔発明の効果〕

請求項第１項記載のレールのテルミット溶接方法にお
いては、レールの隙間の側周部を熱溶融性被覆材及び耐
熱性テープによって充填しているので、余盛が形成さ
れ、しかも溶接不良等の無い状態でレールを接合するこ
とができる。

また、キャビテイと鋳型砂とは耐熱性テープによって
仕切られているので、鋳型砂を固化させる必要がなく、
従って、作業準備及び片づけが極めて簡単に行なえる。

請求項第２項記載のレールのテルミット溶接方法にお
いては、レールの隙間の側周部を熱溶融性被覆材によっ
て覆っているので、レールを加熱する際に該熱溶融性被
覆材が溶融除去されて余盛となるキャビテイを構成す
る。そして、その他の部分には鋳型砂が充填されるの
で、鋳型砂によって極めて精度の高い鋳型が形成され、
余盛があるにも係わらず、オーバーラップ等の無い溶接
部が形成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るレールのテルミット溶
接方法を実施している状態の断面図、第２図は同側面
図、第３図は同部分平面図、第４図は同側断面図、第５
図は本発明の他の実施例に係るレールのテルミット溶接
方法を示す部分断面図、第６図は同部分側面図である。〔符号の説明〕 10、11……レール、12……隙間、13……発泡スチロール
製テープ（熱溶融性被覆材）、14……セラミックテープ
（耐熱性テープ）、16……金枠（外枠）、18……固定金
具、19、20……振動モーター（振動発生源）、21、22…
…空気抜き孔、23、24……通気孔形成材、25……鋳型
砂、26……定形耐火物、27……坩堝、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内野耕一福岡県北九州市八幡東区枝光１―１―１新日本製鐵株式會社内 (72)発明者杉野和男福岡県北九州市八幡東区枝光１―１―１新日本製鐵株式會社内 (72)発明者狩峰健一福岡県北九州市八幡東区枝光１―１―１新日本製鐵株式會社内 (56)参考文献特開昭62−24837（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−134161（ＪＰ，Ａ) 特開平４−22556（ＪＰ，Ａ) 特公昭36−4513（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 23/00 B22D 19/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】間隙を設けて設置された溶接すべきレール
をその天端を揃えて配置する工程と、対向する上記レー
ルの間隙の側周部を熱溶融性被覆材によって覆うと共
に、その外側表面を耐熱性テープで覆い、上記間隙にキ
ャビテイを形成する工程と、該対向するレールに分割の
外枠を装着する工程と、該外枠内に鋳型砂を充填する工
程と、上記レールの少なくとも溶接部を予熱すると共に
上記熱溶融性被覆材を溶融除去する工程と、上記間隙に
上部からテルミット法で製造された溶湯を充填する工程
とを有してなることを特徴とするレールのテルミット溶
接方法。
【請求項２】間隙を設けて設置された溶接すべきレール
をその天端を揃えて配置する工程と、対向する上記レー
ルの間隙の側周部を熱溶融性被覆材によって覆い、上記
間隙にキャビテイを形成する工程と、該対向するレール
に分割の外枠を装着する工程と、該外枠内に自硬性ある
いは熱硬化性の結合剤を含む鋳型砂を充填する工程と、
上記レールの少なくとも溶接部を予熱すると共に上記熱
溶融性被覆材を溶融除去する工程と、上記間隙に上部か
らテルミット法で製造された溶湯を充填する工程とを有
してなることを特徴とするレールのテルミット溶接方
法。