JP3030551B2 - 鉄道レールの溶接方法およびシステム - Google Patents
鉄道レールの溶接方法およびシステムInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレールの間隔終端を
溶接するための方法およびシステムに関し、さらに詳し
くは２つの間隔をおいた鉄道レールを現場でアーク溶接
する方法およびシステムに関するものである。
溶接するための方法およびシステムに関し、さらに詳し
くは２つの間隔をおいた鉄道レールを現場でアーク溶接
する方法およびシステムに関するものである。
【０００２】
【従来技術とその問題点】何年にも渡って、あるタイプ
のバット（ｂｕｔｔ）溶接法により間隔のあいた鉄道レ
ールを接合するために、多大な努力が払われてきてい
る。しかし、そのような努力は概して、使われた方法の
制約、溶接を仕上げるのに要する時間、溶接を行うコス
ト、および永続する接合をうまく得ることができないこ
とにより、高価で不成功に終わっている。Ｓｈｒｕｂｓ
ａｌｌの３，１９２，３５６において、水中アーク溶接
が従来のガス圧・電気フラッシュ溶接を改良したものと
して開示され、Ａｄａｍｓの３，３０８，２６６とＤｅ
ｒｌｅｔｉａｎの４，４２９，２０７において最も普通
の電気アーク溶接が、現場で間隔のあいた鉄道レールの
間の隙間を埋めるために電気スラグ溶接が用いられるこ
とを図で説明している。この方法は適当なスラグに覆わ
れた溶融金属によってレール間のギャップを埋めること
を伴う。溶融金属がレール間のギャップから流れ去るこ
とを防ぐため、側面モールドと底面部材がレール下部に
出っ張り部を作り、ギャップから伸びるように設けられ
ている。これらの従来の特許は、レールが通常の溶接に
対して上下を逆さにすることができない現場で使える改
良電気スラグ溶接（ＥＳＷ）を説明している。今日使わ
れている通常のテルミット技術に対する電気スラグ溶接
の長所が説明されている。これらの開示において、テル
ミット法を含む従来のレール溶接技術は、現場での失敗
をもたらすと知られている短所を有していることが分か
っている。これらの特許は、電気スラグ溶接が現場で均
一な良好な溶接をすることができず、非効率であるため
実用化を放棄されていることを示すため、ここに参照の
ため掲げてある。実際、この方法は、現場で問題を呈す
る多量の溶融金属を処理しなければならない。
のバット（ｂｕｔｔ）溶接法により間隔のあいた鉄道レ
ールを接合するために、多大な努力が払われてきてい
る。しかし、そのような努力は概して、使われた方法の
制約、溶接を仕上げるのに要する時間、溶接を行うコス
ト、および永続する接合をうまく得ることができないこ
とにより、高価で不成功に終わっている。Ｓｈｒｕｂｓ
ａｌｌの３，１９２，３５６において、水中アーク溶接
が従来のガス圧・電気フラッシュ溶接を改良したものと
して開示され、Ａｄａｍｓの３，３０８，２６６とＤｅ
ｒｌｅｔｉａｎの４，４２９，２０７において最も普通
の電気アーク溶接が、現場で間隔のあいた鉄道レールの
間の隙間を埋めるために電気スラグ溶接が用いられるこ
とを図で説明している。この方法は適当なスラグに覆わ
れた溶融金属によってレール間のギャップを埋めること
を伴う。溶融金属がレール間のギャップから流れ去るこ
とを防ぐため、側面モールドと底面部材がレール下部に
出っ張り部を作り、ギャップから伸びるように設けられ
ている。これらの従来の特許は、レールが通常の溶接に
対して上下を逆さにすることができない現場で使える改
良電気スラグ溶接（ＥＳＷ）を説明している。今日使わ
れている通常のテルミット技術に対する電気スラグ溶接
の長所が説明されている。これらの開示において、テル
ミット法を含む従来のレール溶接技術は、現場での失敗
をもたらすと知られている短所を有していることが分か
っている。これらの特許は、電気スラグ溶接が現場で均
一な良好な溶接をすることができず、非効率であるため
実用化を放棄されていることを示すため、ここに参照の
ため掲げてある。実際、この方法は、現場で問題を呈す
る多量の溶融金属を処理しなければならない。
【０００３】電気スラグ法に対する長所として、電気ス
ラグ法とガスシールド・アーク溶接法の組合せがＫａｒ
ｉｍｉｎｅの５，１７５，４０５に開示されている。こ
の特許はガスシールド・アーク溶接を電気スラグ法と組
み合わせて用いる鉄道レールの間隔端同士をバット溶接
するための自動溶接を採用している。通常のテルミット
溶接法と以前試みられた囲みアーク溶接法の欠点が詳細
に論じられている。すでに示したように、テルミットは
非常に高い失敗率の接合を生ずるが、経済的で時間を取
らず、また良好なアーク溶接法を得ることができないた
め、いまでも現場で使われている。この特許によれば、
連続アーク溶接法の不利な点は、溶接が行われていると
き、アークを始めることができない点である。この不利
な点を克服するため、連続アーク溶接のために溶接を始
めさせるため、レール間のギャップの底部で水中アーク
法を使用することをこの特許は論じている。Ｋａｒｉｍ
ｉｎｅの５，１７５，４０５は、試みられたが現場で成
功しなかったテルミット法・囲いアーク溶接法・水中ア
ーク法の各欠点を開示するために、ここで参照してい
る。Ｋａｒｉｍｉｎｅの５，１７５，４０５が提案して
いる解決法は、ガスシールド・アーク溶接と電気スラグ
溶接の組合せで、電気スラグ溶接をすべて使う以前の試
みの不利を克服するため、ガスシールド・アーク溶接を
ギャップの底部で用いる。しかし、この方法は正確に始
動させる技術がなく、かつ、ギャップの底部に充填（フ
ィラー）金属の第１層を正確に置く技術がないことのた
め、現場で成功することができなかった。
ラグ法とガスシールド・アーク溶接法の組合せがＫａｒ
ｉｍｉｎｅの５，１７５，４０５に開示されている。こ
の特許はガスシールド・アーク溶接を電気スラグ法と組
み合わせて用いる鉄道レールの間隔端同士をバット溶接
するための自動溶接を採用している。通常のテルミット
溶接法と以前試みられた囲みアーク溶接法の欠点が詳細
に論じられている。すでに示したように、テルミットは
非常に高い失敗率の接合を生ずるが、経済的で時間を取
らず、また良好なアーク溶接法を得ることができないた
め、いまでも現場で使われている。この特許によれば、
連続アーク溶接法の不利な点は、溶接が行われていると
き、アークを始めることができない点である。この不利
な点を克服するため、連続アーク溶接のために溶接を始
めさせるため、レール間のギャップの底部で水中アーク
法を使用することをこの特許は論じている。Ｋａｒｉｍ
ｉｎｅの５，１７５，４０５は、試みられたが現場で成
功しなかったテルミット法・囲いアーク溶接法・水中ア
ーク法の各欠点を開示するために、ここで参照してい
る。Ｋａｒｉｍｉｎｅの５，１７５，４０５が提案して
いる解決法は、ガスシールド・アーク溶接と電気スラグ
溶接の組合せで、電気スラグ溶接をすべて使う以前の試
みの不利を克服するため、ガスシールド・アーク溶接を
ギャップの底部で用いる。しかし、この方法は正確に始
動させる技術がなく、かつ、ギャップの底部に充填（フ
ィラー）金属の第１層を正確に置く技術がないことのた
め、現場で成功することができなかった。
【０００４】Ｌａｈｎｓｔｅｉｎｅｒ他の５，６０５，
２８３において、レールの長手方向に横断して伸びる多
くのビードによって溶接されている鉄道レールが開示さ
れている。ビードはレール底からレール頂へ横断的に平
行に、かつ長手方向に重なりながら上り、不活性ガスシ
ールド・アーク溶接を用いて寝かせられている。底部・
腹部（ｗｅｂ）・頭部というレールの３つのゾーンが順
次互いに溶接され、この方法は異なる溶接ゾーンで異な
るフィラー物質を使うことを可能にする。この溶接法
は、順次のゾーン溶接ステップ間の遅れを必然的に伴う
ので、不必要に時間を食い、高価である。
２８３において、レールの長手方向に横断して伸びる多
くのビードによって溶接されている鉄道レールが開示さ
れている。ビードはレール底からレール頂へ横断的に平
行に、かつ長手方向に重なりながら上り、不活性ガスシ
ールド・アーク溶接を用いて寝かせられている。底部・
腹部（ｗｅｂ）・頭部というレールの３つのゾーンが順
次互いに溶接され、この方法は異なる溶接ゾーンで異な
るフィラー物質を使うことを可能にする。この溶接法
は、順次のゾーン溶接ステップ間の遅れを必然的に伴う
ので、不必要に時間を食い、高価である。
【０００５】参照に掲げた各特許は、従来技術の欠点を
説明している。したがって、明白に欠陥のあるテルミッ
ト法だけが現場で間隔のあいたレールを接合するため、
溶融金属を十分に供給するために用いられている。
説明している。したがって、明白に欠陥のあるテルミッ
ト法だけが現場で間隔のあいたレールを接合するため、
溶融金属を十分に供給するために用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】鉄道レールは現場で使
用あるいは組立てる際、レール端をつなぐことによって
設置および修復される。高強度で冶金学的に調整され得
るレール間の接合をもたらす接合作業はクラックを生じ
ることなく、非常に短時間に経済的に行なわれ得る。そ
のような溶接作業の基準として、実質的に４５分未満の
時間内に行なわれなければならない。そうしないと列車
運行の遅延や再送を引き起こしてしまう。現在、２つの
方法が現場でレールをつなぐのに用いられている。第１
の方法はテルミット法で、間隔のあいたレールを砂モー
ルド（鋳型）で囲み、そのレール間のギャップを埋める
ために金属を溶融してモールド内に流し込む。溶融金属
が固化するとレールはつながるが、このテルミット法は
７５％という高率で失敗すると報じられている。さら
に、ギャップに注入される溶融金属によってレール（の
一部）が溶けてしまう。このことは好ましくなく、テル
ミット法によって現場でなされた接合は失敗することに
なる。テルミット法の欠点を減らすために、レール間に
通電しながらレール端同士を強い力で一緒に動かすフラ
ッシュバット（ｆｌａｓｈ ｂｕｔｔ）溶接法で接合す
ることができる。これによりレール端同士が溶融し、圧
接される。この方法により接合失敗率は１０％未満に大
幅に減る。しかし、このフラッシュバット溶接法は、レ
ールを枕木上に固定せず、固定水力設備を用いて一緒に
動かす製造施設内で行うのが最も良い。一般に用いられ
ているテルミット法の欠点を克服するため、フラッシュ
バット溶接法を現場で使うよう改良してきた。しかし、
水力ステップの間にレールを伸ばさなければならないの
で、溶接時間がテルミット法よりも長くかかる。この作
業により時間をとても費やす。
用あるいは組立てる際、レール端をつなぐことによって
設置および修復される。高強度で冶金学的に調整され得
るレール間の接合をもたらす接合作業はクラックを生じ
ることなく、非常に短時間に経済的に行なわれ得る。そ
のような溶接作業の基準として、実質的に４５分未満の
時間内に行なわれなければならない。そうしないと列車
運行の遅延や再送を引き起こしてしまう。現在、２つの
方法が現場でレールをつなぐのに用いられている。第１
の方法はテルミット法で、間隔のあいたレールを砂モー
ルド（鋳型）で囲み、そのレール間のギャップを埋める
ために金属を溶融してモールド内に流し込む。溶融金属
が固化するとレールはつながるが、このテルミット法は
７５％という高率で失敗すると報じられている。さら
に、ギャップに注入される溶融金属によってレール（の
一部）が溶けてしまう。このことは好ましくなく、テル
ミット法によって現場でなされた接合は失敗することに
なる。テルミット法の欠点を減らすために、レール間に
通電しながらレール端同士を強い力で一緒に動かすフラ
ッシュバット（ｆｌａｓｈ ｂｕｔｔ）溶接法で接合す
ることができる。これによりレール端同士が溶融し、圧
接される。この方法により接合失敗率は１０％未満に大
幅に減る。しかし、このフラッシュバット溶接法は、レ
ールを枕木上に固定せず、固定水力設備を用いて一緒に
動かす製造施設内で行うのが最も良い。一般に用いられ
ているテルミット法の欠点を克服するため、フラッシュ
バット溶接法を現場で使うよう改良してきた。しかし、
水力ステップの間にレールを伸ばさなければならないの
で、溶接時間がテルミット法よりも長くかかる。この作
業により時間をとても費やす。
【０００７】フラッシュバット溶接はレールの一部を焼
損させるため、溶接作業後に困難を引き起こす。また、
何本かのレール合部が溶接に必要なレール材料を供給す
るために１本ごとのレールに組み継ぎされなければなら
ない。
損させるため、溶接作業後に困難を引き起こす。また、
何本かのレール合部が溶接に必要なレール材料を供給す
るために１本ごとのレールに組み継ぎされなければなら
ない。
【０００８】さらに、レール間に高い圧力を生じさせる
ために必要な水力設備を現場で要する離れた場所に運ば
なければならないのも問題である。バット溶接はまた、
剪断すべき接合レールの周囲に閃光（フラッシュ）を生
じ、使用中接合部の応力集中を防ぐため、アースする。
フラッシュバット溶接は現場での接合の失敗率を大幅に
下げるとしても、間隔のあいたレール間のギャップの回
りにモールドを詰めるだけで迅速に作業ができるという
理由からテルミット法が依然として使われている。テル
ミット法は大きな水力設備を要せず、比較的安価にでき
る。接合が失敗したとき、再びテルミット法を行うこと
により失敗率が語られる。そのレールの大部分が切断さ
れ、レールの新しい部分が開放エリアに挿入される。し
たがって、失敗したテルミット接合は通常、失敗する傾
向をもって２つの交換テルミット接合部が必要になる。
テルミット法は普通に使われているとしても、低い失敗
率でしかもテルミット法の長所をも兼ね備えた溶接法が
現場で必要である。この必要性は何年間も続いてきてい
る。電気スラグ溶接、連続アーク溶接、水中アーク溶接
およびそれらの組合せのようなアーク溶接法がくり返し
試みられてきた。しかし、それらは非実用的に大きな設
備を用い、長時間作業を要し、失敗率も容認できるほど
低くなかったので、いずれも成功しなかった。特にレー
ル間のギャップの低部におけるアーク溶接は不調和であ
った。さらに、これらの従来の試みは高価で、複雑な設
備を要し、準備するのに時間を食い、実作業にも長時間
かかった。このような長時間作業はレール溶接現場では
許され得ない。
ために必要な水力設備を現場で要する離れた場所に運ば
なければならないのも問題である。バット溶接はまた、
剪断すべき接合レールの周囲に閃光（フラッシュ）を生
じ、使用中接合部の応力集中を防ぐため、アースする。
フラッシュバット溶接は現場での接合の失敗率を大幅に
下げるとしても、間隔のあいたレール間のギャップの回
りにモールドを詰めるだけで迅速に作業ができるという
理由からテルミット法が依然として使われている。テル
ミット法は大きな水力設備を要せず、比較的安価にでき
る。接合が失敗したとき、再びテルミット法を行うこと
により失敗率が語られる。そのレールの大部分が切断さ
れ、レールの新しい部分が開放エリアに挿入される。し
たがって、失敗したテルミット接合は通常、失敗する傾
向をもって２つの交換テルミット接合部が必要になる。
テルミット法は普通に使われているとしても、低い失敗
率でしかもテルミット法の長所をも兼ね備えた溶接法が
現場で必要である。この必要性は何年間も続いてきてい
る。電気スラグ溶接、連続アーク溶接、水中アーク溶接
およびそれらの組合せのようなアーク溶接法がくり返し
試みられてきた。しかし、それらは非実用的に大きな設
備を用い、長時間作業を要し、失敗率も容認できるほど
低くなかったので、いずれも成功しなかった。特にレー
ル間のギャップの低部におけるアーク溶接は不調和であ
った。さらに、これらの従来の試みは高価で、複雑な設
備を要し、準備するのに時間を食い、実作業にも長時間
かかった。このような長時間作業はレール溶接現場では
許され得ない。
【０００９】
【本発明の構成】本発明は経済的で迅速で機械的・冶金
的に良好な技術である、鉄道レールの間隔のあいた端同
士を接合するためのガスシールド・アーク溶接を使用す
るための方法およびシステムに関するものである。
的に良好な技術である、鉄道レールの間隔のあいた端同
士を接合するためのガスシールド・アーク溶接を使用す
るための方法およびシステムに関するものである。
【００１０】鉄道レールは支底を有する低部ベースを含
むある標準の断面形状を有し、支底は間隔をおいた枕木
上にレールを安定位置に置くようにするため相当広い。
ベースの上部には車輪と嵌合するヘッドと結合している
垂直に伸びるウェブ（腹部）がある。このヘッドは列車
の車輪がレール上を回転する際の耐摩耗性を良くするた
め、しばしば硬化されている。車輪間の剛体車軸構造に
より車輪とレールの間にスリップが生ずるため、ヘッド
の硬度はカーブ部分で特に重要である。さらに、レール
はレールの上を通過する車両の振動を抑えるため、平滑
なヘッドをもつ必要がある。これにより、高速・高重量
レール系におけるバット溶接への要望が実質的に高まっ
た。遠い昔には、レールは溶接されなかったので、レー
ル上を通過する列車の固有振動を引き起こした。高速・
高重量・ハイテク鉄道システムの出現により、レールは
連続レールとして接合されなければならず、本発明が改
良した現場での接合作業への要望が高まった。本発明は
テルミット法およびフラッシュバット溶接法の欠点を克
服するものである。
むある標準の断面形状を有し、支底は間隔をおいた枕木
上にレールを安定位置に置くようにするため相当広い。
ベースの上部には車輪と嵌合するヘッドと結合している
垂直に伸びるウェブ（腹部）がある。このヘッドは列車
の車輪がレール上を回転する際の耐摩耗性を良くするた
め、しばしば硬化されている。車輪間の剛体車軸構造に
より車輪とレールの間にスリップが生ずるため、ヘッド
の硬度はカーブ部分で特に重要である。さらに、レール
はレールの上を通過する車両の振動を抑えるため、平滑
なヘッドをもつ必要がある。これにより、高速・高重量
レール系におけるバット溶接への要望が実質的に高まっ
た。遠い昔には、レールは溶接されなかったので、レー
ル上を通過する列車の固有振動を引き起こした。高速・
高重量・ハイテク鉄道システムの出現により、レールは
連続レールとして接合されなければならず、本発明が改
良した現場での接合作業への要望が高まった。本発明は
テルミット法およびフラッシュバット溶接法の欠点を克
服するものである。
【００１１】本発明によれば、接合すべきレールの端部
同士は低部開口部をもつギャップを設けるために、互い
に間隔をあけられる。このギャップは、フィラー金属と
ガン（ｇｕｎ）を供給することでガスシールド・アーク
溶接を行うためのある幅を有している。本発明によれ
ば、ベース部でレール幅に一般に等しい長さと、ギャッ
プ幅よりも大きな幅をもつ延長バリア鋼板が、ギャップ
の底部でレール間に割り込まれる。こうしてギャップの
ベースの低部で、間隔のあいたレール間にバリア鋼板が
動かされて広がる。この楔作用により、ともにアースさ
れているバリア板と２本のレール間が接触する。バリア
板をレール間のギャップの底部に割り込ませた後、溶接
ガンを電極フィラー金属がバリア板と接触するまで下に
もってくることで始めるガスシールド・アーク溶接によ
って、ギャップが溶接金属で満たされる。バリア溶接は
一般に０．３１７５ｃｍで０．１２７〜０．７６２ｃｍ
の範囲にある厚みをもっている。このバリア板がギャッ
プ底でレール間にしっかりと割り込まれているので、溶
接はフィラー金属電極をバリア板と接触させることで始
まる。こうして標準的なガス溶接にしたがって、比較的
固定されたバリア板の頂部で溶接が生じる。低部ではガ
ス溶接は定電圧スプレーアーク溶接である。この方法は
高熱と、溶接金属の低部での浸透を見込んでいる。電極
は高強度・低合金で、コア金属は必要な合金金属を供給
する。電極のコアの金属はシールドガスでシールドされ
ている。実際には、金属コア電極は９５％アルゴン・５
％二酸化炭素または酸素のガスシールドを有する“ＭＣ
１１００"外側シールド電極である。コア金属はレー
ルが必要な降沈強度を与えるように選ばれる。アーク溶
接のスプレーモードかパルスモードで、ガスシールドが
電極の回りに与えられる。ここで、水中アーク・電気ス
ラグ法では問題であったスラグが、ほんのわずか生じ
る。このスラグは金属、とくに溶融金属とレール端の間
の界面に含まれ、失敗を引き起こす。
同士は低部開口部をもつギャップを設けるために、互い
に間隔をあけられる。このギャップは、フィラー金属と
ガン（ｇｕｎ）を供給することでガスシールド・アーク
溶接を行うためのある幅を有している。本発明によれ
ば、ベース部でレール幅に一般に等しい長さと、ギャッ
プ幅よりも大きな幅をもつ延長バリア鋼板が、ギャップ
の底部でレール間に割り込まれる。こうしてギャップの
ベースの低部で、間隔のあいたレール間にバリア鋼板が
動かされて広がる。この楔作用により、ともにアースさ
れているバリア板と２本のレール間が接触する。バリア
板をレール間のギャップの底部に割り込ませた後、溶接
ガンを電極フィラー金属がバリア板と接触するまで下に
もってくることで始めるガスシールド・アーク溶接によ
って、ギャップが溶接金属で満たされる。バリア溶接は
一般に０．３１７５ｃｍで０．１２７〜０．７６２ｃｍ
の範囲にある厚みをもっている。このバリア板がギャッ
プ底でレール間にしっかりと割り込まれているので、溶
接はフィラー金属電極をバリア板と接触させることで始
まる。こうして標準的なガス溶接にしたがって、比較的
固定されたバリア板の頂部で溶接が生じる。低部ではガ
ス溶接は定電圧スプレーアーク溶接である。この方法は
高熱と、溶接金属の低部での浸透を見込んでいる。電極
は高強度・低合金で、コア金属は必要な合金金属を供給
する。電極のコアの金属はシールドガスでシールドされ
ている。実際には、金属コア電極は９５％アルゴン・５
％二酸化炭素または酸素のガスシールドを有する“ＭＣ
１１００"外側シールド電極である。コア金属はレー
ルが必要な降沈強度を与えるように選ばれる。アーク溶
接のスプレーモードかパルスモードで、ガスシールドが
電極の回りに与えられる。ここで、水中アーク・電気ス
ラグ法では問題であったスラグが、ほんのわずか生じ
る。このスラグは金属、とくに溶融金属とレール端の間
の界面に含まれ、失敗を引き起こす。
【００１２】本発明はパルスモードか、定電圧スプレー
モードかで、ガスシールド・アーク溶接を用いる。スプ
レーモードは、レール間に割り込まれたバリア板に隣接
するギャップの底部で用いられる。本発明は高速波形制
御を有する高級デジタル制御電源を用いる。実際には、
定電圧スプレー溶接とパルス溶接とを直ちにスイッチで
きるリンカーン電気の“Ｐｏｗｅｒ ｗａｂｅ ４５
０"を用いた。各瞬間、本発明ではガスシールド・アー
ク溶接であり、レール端と溶融金属の間に良好な金属界
面を与えるのに必要な高熱を生じる。この作業の前に、
レールは約９００°Ｆに予熱される。溶接金属の第１層
はバリア板を使い果たす間に置かれる。ルート・パス
（ｒｏｏｔ ｐａｓｓ）がスプレー溶接をされて、次の
数層がレールのベースの大部分で高熱浸透させる。その
後、電源をパルス溶接にスイッチする。さらに付加的な
パスを行って、レール間のエリアを満たす。第１または
第２パスの後、板の上部の溶融金属が固化するのでバリ
ア板はもはや重要でなくなる。溶接作業がレールのウェ
ブ部に近づくと、等高鋼シューズを使ってギャップを囲
み、ギャップを閉鎖空洞にする。本発明によれば、この
空洞はシールドガス溶接を継続することで埋められ、効
果的に浸透させるため、定電圧スプレーモードに戻され
る。このアーク溶接はウェブを越えてレールのヘッドま
で継続される。実際には、パルスモードが使われてスプ
レーモード間に遷移エリアを与える。このようにスプレ
ーモードとパルスモードを切り換えることにより良い結
果が得られている。パルスモードは、全体の溶接作業の
ある部分で、熱入力制御のために用いられる。
モードかで、ガスシールド・アーク溶接を用いる。スプ
レーモードは、レール間に割り込まれたバリア板に隣接
するギャップの底部で用いられる。本発明は高速波形制
御を有する高級デジタル制御電源を用いる。実際には、
定電圧スプレー溶接とパルス溶接とを直ちにスイッチで
きるリンカーン電気の“Ｐｏｗｅｒ ｗａｂｅ ４５
０"を用いた。各瞬間、本発明ではガスシールド・アー
ク溶接であり、レール端と溶融金属の間に良好な金属界
面を与えるのに必要な高熱を生じる。この作業の前に、
レールは約９００°Ｆに予熱される。溶接金属の第１層
はバリア板を使い果たす間に置かれる。ルート・パス
（ｒｏｏｔ ｐａｓｓ）がスプレー溶接をされて、次の
数層がレールのベースの大部分で高熱浸透させる。その
後、電源をパルス溶接にスイッチする。さらに付加的な
パスを行って、レール間のエリアを満たす。第１または
第２パスの後、板の上部の溶融金属が固化するのでバリ
ア板はもはや重要でなくなる。溶接作業がレールのウェ
ブ部に近づくと、等高鋼シューズを使ってギャップを囲
み、ギャップを閉鎖空洞にする。本発明によれば、この
空洞はシールドガス溶接を継続することで埋められ、効
果的に浸透させるため、定電圧スプレーモードに戻され
る。このアーク溶接はウェブを越えてレールのヘッドま
で継続される。実際には、パルスモードが使われてスプ
レーモード間に遷移エリアを与える。このようにスプレ
ーモードとパルスモードを切り換えることにより良い結
果が得られている。パルスモードは、全体の溶接作業の
ある部分で、熱入力制御のために用いられる。
【００１３】これまで説明してきたように、ガスシール
ド・アーク溶接は、バリア板を用いて間隔のあいたレー
ル間のギャップを埋める。このバリア板は鋼製で、０．
１２７〜０．７６２ｃｍの厚みがある。バリア板の側端
は削られて、約０．０７６２ｃｍの垂直接触突起をもっ
ている。こうして、楔作用によりバリア板の端が変形
し、レールとバリア板との間の電気的接触を確実にす
る。実際には、バリア板がギャップ底に割り込まれると
き楔作用をしっかりとさせるため、バリア板の最初の幅
はギャップ幅よりも大きく、０．０１０〜０．０２５ｃ
ｍの範囲である。これにより、割り込まれたときバリア
板がむすんで位置を固定し、電気的接触を確かにする。
しかし、過去には、このような始動メカニズムは行なわ
れていなかった。
ド・アーク溶接は、バリア板を用いて間隔のあいたレー
ル間のギャップを埋める。このバリア板は鋼製で、０．
１２７〜０．７６２ｃｍの厚みがある。バリア板の側端
は削られて、約０．０７６２ｃｍの垂直接触突起をもっ
ている。こうして、楔作用によりバリア板の端が変形
し、レールとバリア板との間の電気的接触を確実にす
る。実際には、バリア板がギャップ底に割り込まれると
き楔作用をしっかりとさせるため、バリア板の最初の幅
はギャップ幅よりも大きく、０．０１０〜０．０２５ｃ
ｍの範囲である。これにより、割り込まれたときバリア
板がむすんで位置を固定し、電気的接触を確かにする。
しかし、過去には、このような始動メカニズムは行なわ
れていなかった。
【００１４】本発明の他の面によれば、新規な方法とシ
ステムが、バリア板の下部にギャップの低部開口部と重
なり合い、アークが銅まで届くことを防ぐための断熱部
材、すなわちセラミック層を有している。この銅支持ブ
ロックはレールの下に置かれてギャップ内の溶融金属の
洩れを防ぎ、かつ、溶接床の過熱を防ぐためのヒートシ
ンクでもある。
ステムが、バリア板の下部にギャップの低部開口部と重
なり合い、アークが銅まで届くことを防ぐための断熱部
材、すなわちセラミック層を有している。この銅支持ブ
ロックはレールの下に置かれてギャップ内の溶融金属の
洩れを防ぎ、かつ、溶接床の過熱を防ぐためのヒートシ
ンクでもある。
【００１５】本発明のさらに他の面によれば、レールの
ヘッド間のギャップ内の溶接強度が、溶接金属ビード
（小球）をヘッドとウェブの間の遷移エリア間のギャッ
プ、およびレールの中央と冠部の間のギャップに置くと
いうユニークな方法によって改善される。この方法で
は、ウェブからヘッドが垂直分離しないように保護する
ことを最適化するため、ヘッドの遷移部と中央部の対向
する側端において溶接補強を与えるように、フィラー金
属のビードを置く。好ましくは、ベースの低部間のギャ
ップはバリア板を使って上記のように埋められ、定電圧
スプレー溶接の後、パルス溶接を使ってベースの上部と
ウェブとヘッドの間のギャップを完全に埋める。ウェブ
の溶接がヘッドの遷移部まで終わると、ヘッドの遷移中
央部と冠部の外側端間にフィラー金属のビードが対向す
る側面方向に順次、連続的に置かれる。各ビードは、残
りの部分よりも垂直に厚みがあり、片持ち梁（カンチレ
バー）の関係にある外端の一方に終端を有している。ヘ
ッドの遷移部−中央部−冠部の間のギャップは溶接電極
を前後に連続的に動かすことにより埋められる。
ヘッド間のギャップ内の溶接強度が、溶接金属ビード
（小球）をヘッドとウェブの間の遷移エリア間のギャッ
プ、およびレールの中央と冠部の間のギャップに置くと
いうユニークな方法によって改善される。この方法で
は、ウェブからヘッドが垂直分離しないように保護する
ことを最適化するため、ヘッドの遷移部と中央部の対向
する側端において溶接補強を与えるように、フィラー金
属のビードを置く。好ましくは、ベースの低部間のギャ
ップはバリア板を使って上記のように埋められ、定電圧
スプレー溶接の後、パルス溶接を使ってベースの上部と
ウェブとヘッドの間のギャップを完全に埋める。ウェブ
の溶接がヘッドの遷移部まで終わると、ヘッドの遷移中
央部と冠部の外側端間にフィラー金属のビードが対向す
る側面方向に順次、連続的に置かれる。各ビードは、残
りの部分よりも垂直に厚みがあり、片持ち梁（カンチレ
バー）の関係にある外端の一方に終端を有している。ヘ
ッドの遷移部−中央部−冠部の間のギャップは溶接電極
を前後に連続的に動かすことにより埋められる。
【００１６】本発明の第１の目的は、現場で迅速に作業
でき、失敗率の低い、鋼製鉄道レールのガスシールド・
アーク溶接方法およびシステムを提供することにある。
でき、失敗率の低い、鋼製鉄道レールのガスシールド・
アーク溶接方法およびシステムを提供することにある。
【００１７】本発明の他の目的は、ガスシールド・アー
クの低部の始動を制御するため、レール間のギャップの
底部に金属バリア板を割り込ませることを含む上記方法
とシステムを提供することにある。
クの低部の始動を制御するため、レール間のギャップの
底部に金属バリア板を割り込ませることを含む上記方法
とシステムを提供することにある。
【００１８】本発明の他の目的は、上記ギャップの底部
１０楔として割り込ませるバリア板を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、レールのヘッド間のギャップ
の溶接強度を最適化するように鉄道レールを接合するた
めの方法を提供することにある。
１０楔として割り込ませるバリア板を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、レールのヘッド間のギャップ
の溶接強度を最適化するように鉄道レールを接合するた
めの方法を提供することにある。
【００１９】本発明の他の目的は、レールのヘッド間の
ギャップの溶接強度を最適化するように鉄道レールを接
合するための方法を提供することにある。
ギャップの溶接強度を最適化するように鉄道レールを接
合するための方法を提供することにある。
【００２０】本発明の他の目的は、レールのウェブから
ヘッドが垂直分離しないように保護することを最適化す
るため、ヘッドの対向する側面端に溶接補強を与える上
記方法を提供することにある。
ヘッドが垂直分離しないように保護することを最適化す
るため、ヘッドの対向する側面端に溶接補強を与える上
記方法を提供することにある。
【００２１】これらおよび他の目的と効果は、以下に示
す図の説明によって明らかになるだろう。
す図の説明によって明らかになるだろう。
【００２２】
【実施例】以下、図を用いて本発明の実施例を説明する
が、これらの図に示されたと同一の物に本発明を限定す
るものではない。図１は鉄道床Ｂ上に敷設された鉄道レ
ールＡを示している。レールＡは、鉄道床Ｂ上に枕木２
０、鋼支持キャップ３０および犬釘３２で支えられた、
接合されて連続溶接レール（ＣＷＲ）を形成すべきレー
ル１０、１２を有している。レール１０、１２は間隔が
あいていて、ギャップｇが生じている。ギャップｇは溶
接金属によって埋められ、工場組立てによる連続レール
に対して、現場で２本のレール１０と１２を接合して連
続レールにするためのものである。ギャップｇとして
は、修復すべきレールの２つの部分の間にあるギャップ
のこともあれば、連続溶接レールシステムとして初めか
ら設置されたレールの２つの部分の間にあるギャップの
こともある。ギャップｇが修復のために使われるなら、
レールを切断し、長いレール部分を挿入することが時々
必要である。この方法は欠陥である破損部や接合部を有
するレールを修復するために用いられる。すべての実施
例において、２本の間隔のあいたレール１０、１２は通
例２．５４ｃｍ幅のギャップｇを有している。図２は標
準的な断面形状をもつレール１０を示している。レール
１０は、レール上を通過する列車の重量を支えるため、
レール１０を枕木２０の上に安定させるための支持底４
２を有し、極めて幅の広い下部ベース４０を有してい
る。ベース４０は、下部面取り部５２と上部面取り部５
４をもつ垂直に伸びるウェブ５０と結合している２つの
上方向に傾いた頂部４４、４６を有している。上部面取
り部５４は、大きなボデー部６２と、レール・クラウン
として知られている上部車輪支持面６４をもつヘッド６
０と結合している。この車輪支持面エリアは、円筒状リ
ム７０と、車輪がレールに沿って回転しているとき、車
輪がヘッド６０の左側に動くのを防止するためのディス
ク７２とをもつ回転車輪Ｗを受け止める。車輪とボデー
部６２との接触、およびリム７０と上面６４との連続的
な高圧接触を考慮して、ヘッド６０はブリネル・スケー
ルで−６０〜＋４０の範囲で、ブリネル硬度３００とい
う通常硬度を有している。ヘッドが硬化されるので、レ
ールを形成する金属は、少なくともヘッド部分では、相
当高硬度の鋼合金でなければならない。ギャップｇを埋
めるためのフィラー金属に用いられる鋼合金は、本発明
によるレール溶接仕様に合うレール上部に沿う硬度を有
する。
が、これらの図に示されたと同一の物に本発明を限定す
るものではない。図１は鉄道床Ｂ上に敷設された鉄道レ
ールＡを示している。レールＡは、鉄道床Ｂ上に枕木２
０、鋼支持キャップ３０および犬釘３２で支えられた、
接合されて連続溶接レール（ＣＷＲ）を形成すべきレー
ル１０、１２を有している。レール１０、１２は間隔が
あいていて、ギャップｇが生じている。ギャップｇは溶
接金属によって埋められ、工場組立てによる連続レール
に対して、現場で２本のレール１０と１２を接合して連
続レールにするためのものである。ギャップｇとして
は、修復すべきレールの２つの部分の間にあるギャップ
のこともあれば、連続溶接レールシステムとして初めか
ら設置されたレールの２つの部分の間にあるギャップの
こともある。ギャップｇが修復のために使われるなら、
レールを切断し、長いレール部分を挿入することが時々
必要である。この方法は欠陥である破損部や接合部を有
するレールを修復するために用いられる。すべての実施
例において、２本の間隔のあいたレール１０、１２は通
例２．５４ｃｍ幅のギャップｇを有している。図２は標
準的な断面形状をもつレール１０を示している。レール
１０は、レール上を通過する列車の重量を支えるため、
レール１０を枕木２０の上に安定させるための支持底４
２を有し、極めて幅の広い下部ベース４０を有してい
る。ベース４０は、下部面取り部５２と上部面取り部５
４をもつ垂直に伸びるウェブ５０と結合している２つの
上方向に傾いた頂部４４、４６を有している。上部面取
り部５４は、大きなボデー部６２と、レール・クラウン
として知られている上部車輪支持面６４をもつヘッド６
０と結合している。この車輪支持面エリアは、円筒状リ
ム７０と、車輪がレールに沿って回転しているとき、車
輪がヘッド６０の左側に動くのを防止するためのディス
ク７２とをもつ回転車輪Ｗを受け止める。車輪とボデー
部６２との接触、およびリム７０と上面６４との連続的
な高圧接触を考慮して、ヘッド６０はブリネル・スケー
ルで−６０〜＋４０の範囲で、ブリネル硬度３００とい
う通常硬度を有している。ヘッドが硬化されるので、レ
ールを形成する金属は、少なくともヘッド部分では、相
当高硬度の鋼合金でなければならない。ギャップｇを埋
めるためのフィラー金属に用いられる鋼合金は、本発明
によるレール溶接仕様に合うレール上部に沿う硬度を有
する。
【００２３】図３でレール１２上の各部のうち、レール
１０上の各部に相当するものには“ａ"という接尾辞を
つけて示している。この同じ符号を使って、レール１０
上に覆われるシュー１００と、レール１２上に覆われる
シュー１１０を説明する。シュー１００を詳細に説明
し、同一の説明がシュー１１０にも適用される。ここで
シュー１００上の各部に相当するシュー１１０上の各部
の記号には“ａ"をつけてある。図４でシュー１００
は、重い銅ブロックからなる懸垂シュー１２２、１２４
をレールのヘッドに沿って摺動可能にするための頂部支
持棒１２０を有している。この支持棒１２０はまた、懸
垂シュー１２２、１２４を整列させ、シューとレール各
部との間のギャップと同様に、シュー１２２をシュー１
２４から離しておく。レール断面に向かって内側に、互
いに等高面１２６、１２８がある。これらの面は、ギャ
ップｇにおけるシュー１００・１１０の一緒の摺動がそ
のギャップに近づいてレール１０・１２の断面形状をも
つ空洞を生ずるように、レール１０の等高面に一致す
る。懸垂シューを安定化させるため、整列ピン１３０が
ボルト１３２・１３４と共に付与され、支持棒１２０か
ら重い銅の懸垂シュー１２２・１２４を安定させる。シ
ューは図３の位置に動いて、ギャップｇをあけ、レール
の下部ベース位置で溶接させる。その後、シュー１００
・１１０は一緒に動いてギャップを閉め、レール１０・
１２の各ウェブ５０・５０ａの位置でそれぞれ溶接させ
る。後述するように、銅または銅を多く含む合金からな
る下部ブロック１５０は下部ベース４０の支持底４２の
下に位置している。上部の横に伸びる凹部１５２は、セ
ラミック層である絶縁材１５４を収納する大きさであ
る。ギャップｇの底を閉じるため、図５〜７に詳細に示
す細長いバリア板Ｐがある。
１０上の各部に相当するものには“ａ"という接尾辞を
つけて示している。この同じ符号を使って、レール１０
上に覆われるシュー１００と、レール１２上に覆われる
シュー１１０を説明する。シュー１００を詳細に説明
し、同一の説明がシュー１１０にも適用される。ここで
シュー１００上の各部に相当するシュー１１０上の各部
の記号には“ａ"をつけてある。図４でシュー１００
は、重い銅ブロックからなる懸垂シュー１２２、１２４
をレールのヘッドに沿って摺動可能にするための頂部支
持棒１２０を有している。この支持棒１２０はまた、懸
垂シュー１２２、１２４を整列させ、シューとレール各
部との間のギャップと同様に、シュー１２２をシュー１
２４から離しておく。レール断面に向かって内側に、互
いに等高面１２６、１２８がある。これらの面は、ギャ
ップｇにおけるシュー１００・１１０の一緒の摺動がそ
のギャップに近づいてレール１０・１２の断面形状をも
つ空洞を生ずるように、レール１０の等高面に一致す
る。懸垂シューを安定化させるため、整列ピン１３０が
ボルト１３２・１３４と共に付与され、支持棒１２０か
ら重い銅の懸垂シュー１２２・１２４を安定させる。シ
ューは図３の位置に動いて、ギャップｇをあけ、レール
の下部ベース位置で溶接させる。その後、シュー１００
・１１０は一緒に動いてギャップを閉め、レール１０・
１２の各ウェブ５０・５０ａの位置でそれぞれ溶接させ
る。後述するように、銅または銅を多く含む合金からな
る下部ブロック１５０は下部ベース４０の支持底４２の
下に位置している。上部の横に伸びる凹部１５２は、セ
ラミック層である絶縁材１５４を収納する大きさであ
る。ギャップｇの底を閉じるため、図５〜７に詳細に示
す細長いバリア板Ｐがある。
【００２４】過去、ギャップｇでのアーク溶接が試みら
れたが、その方法は操作と調和せず、ギャップｇでのフ
ィラー金属の第１または第２層を敷くための支持構造を
もたなかったため、成功しなかった。このギャップは図
８の下向きの溶接ガンとガス・ノズルを入れるため、約
２．５４ｃｍである。過去、ギャップは溶接部材をその
中に入れるために相当広くなければならないため、特に
レールの支持機能に決定的な底部において、ギャップを
均一かつ調和して埋めるものがなかった。レールはベー
ス４０で非常にたわみ、応力を受ける。これらの問題を
解決するため、本発明は図５−７のバリア板Ｐを使用す
る。ギャップでの合金作用はアーク溶接で用いられる電
極のコアにある金属粉によって達成されるので、バリア
板は炭素含有率の低いスチール（鋼）からなり、厚さは
０．１２７〜０．７６２ｃｍの範囲にある。実際、図７
の記号ｂで示す平行なエッジ２００・２０２間の幅をも
って、プレートＰは厚さ０．３１７ｃｍである。この大
きさはギャップｇの幅よりもわずかに大きい。したがっ
て、バリア板Ｐは図３のレール最下部に示すように、レ
ール１０・１２間にハンマーで打ち込まれるように楔状
に割り込ませられる。この楔作用により、バリア板は最
終的な幅よりもわずかに小さい幅に曲げられ、アースさ
れているレール１０・１２とバリア板Ｐとの間の電気的
接触を確かにする。この位置で、バリア板Ｐは下部ブロ
ック１５０の凹部１５２にある絶縁材１５４の上にあ
る。ブロック１５０は溶接作業の間、ギャップｇ内に溜
まる溶接金属に対する下部バリアを与える。図５・６に
示すように、平行なエッジ２００・２０２は、それぞれ
壁２２０・２２２をなすようにバリア板Ｐの上面から初
め約０．０７６２ｃｍの厚みを設けられた傾斜角３０°
の斜面２１０・２１２を有している。これらの壁はギャ
ップｇの底部でレール１０・１２の面に対して曲げら
れ、溶接を始めるためのギャップの底部を形成する。バ
リア板Ｐは力を入れて割り込まれ、図８の固定位置にさ
せられる。
れたが、その方法は操作と調和せず、ギャップｇでのフ
ィラー金属の第１または第２層を敷くための支持構造を
もたなかったため、成功しなかった。このギャップは図
８の下向きの溶接ガンとガス・ノズルを入れるため、約
２．５４ｃｍである。過去、ギャップは溶接部材をその
中に入れるために相当広くなければならないため、特に
レールの支持機能に決定的な底部において、ギャップを
均一かつ調和して埋めるものがなかった。レールはベー
ス４０で非常にたわみ、応力を受ける。これらの問題を
解決するため、本発明は図５−７のバリア板Ｐを使用す
る。ギャップでの合金作用はアーク溶接で用いられる電
極のコアにある金属粉によって達成されるので、バリア
板は炭素含有率の低いスチール（鋼）からなり、厚さは
０．１２７〜０．７６２ｃｍの範囲にある。実際、図７
の記号ｂで示す平行なエッジ２００・２０２間の幅をも
って、プレートＰは厚さ０．３１７ｃｍである。この大
きさはギャップｇの幅よりもわずかに大きい。したがっ
て、バリア板Ｐは図３のレール最下部に示すように、レ
ール１０・１２間にハンマーで打ち込まれるように楔状
に割り込ませられる。この楔作用により、バリア板は最
終的な幅よりもわずかに小さい幅に曲げられ、アースさ
れているレール１０・１２とバリア板Ｐとの間の電気的
接触を確かにする。この位置で、バリア板Ｐは下部ブロ
ック１５０の凹部１５２にある絶縁材１５４の上にあ
る。ブロック１５０は溶接作業の間、ギャップｇ内に溜
まる溶接金属に対する下部バリアを与える。図５・６に
示すように、平行なエッジ２００・２０２は、それぞれ
壁２２０・２２２をなすようにバリア板Ｐの上面から初
め約０．０７６２ｃｍの厚みを設けられた傾斜角３０°
の斜面２１０・２１２を有している。これらの壁はギャ
ップｇの底部でレール１０・１２の面に対して曲げら
れ、溶接を始めるためのギャップの底部を形成する。バ
リア板Ｐは力を入れて割り込まれ、図８の固定位置にさ
せられる。
【００２５】図８において、アーク溶接ガン２５０は直
径が約１．２７ｃｍでギャップｇの幅は２．５４ｃｍな
ので、ギャップｇ内で溶接ガンが動ける。ガン２５０か
らガイド２６２に支えられて、典型的にはＥ１１０Ｃ−
Ｇタイプの高強度低合金金属コア電極２６０が連続的に
出される。この電極はリンカーン電気の電極「アウター
シールドＭＣ１１００」を使い得る。電極２６０が下向
きに伸びているので、アークＣがバリア板Ｐと電極２６
０の間に生じる。このアークは後述するようにスプレー
溶接あるいはパルス溶接に用いられる。シールドガスＧ
が標準的なガスシールド・アーク溶接法にしたがって、
電極カイド２６２のまわりの通路２６４から吹き込まれ
る。バリア板Ｐの楔作用により、アースされたレールが
バリア板としっかりと接触する。板の上面がアークを打
つために使われ、板それ自身はギャップｇ内に固定され
た板Ｐの上面に沿って進む電極２６０の第１・第２パス
の間、溶接パドルを支える。この板は始動操作の間、ア
ークを支える。絶縁部材１５４はアークが銅支持ブロッ
ク１５０に達するのを防ぐ。このようにブロック１５０
は良いヒート・シンクであるが、銅を溶接内に混入させ
ない。銅の混入はバリア板Ｐとセラミック層１５４によ
って防止される。アークの始動の間、アークは比較的厚
い板Ｐを焼き尽くさない。アークがレール１０・１２間
を行ったり来たりしながら、斜面２１０・２１２のエリ
ア内に侵入する。アークはそのときにはエッジ２００・
２０２に沿って板Ｐを貫通するかも知れない。しかし、
金属コア電極から溶融した溶接金属はどんな問題も引き
起こさずに、セラミック層１５４に対して板Ｐのこの部
分を貫いて流れる。エッジ２００・２０２は傾斜を有し
て緊密な電気接触を生ずるのに必要な楔作用をさせるの
で、アーク溶接の間中、板のところで優れたアース作用
がなされる。板Ｐはギャップｇの底部内に割り込まされ
る。シールドガスＧはアークＣを包囲し、板Ｐは溶接金
属に対する下部バリアを維持する。図１０において、電
極２６０が第１パスまたはルート・パスＲを据えるため
初めて板Ｐの上を通るとき、電極が蛇行パターンを描い
て行ったり来たりする様子を説明している。この第１パ
スからの金属は板Ｐ上に維持され、レール１０・１２の
底部をつなぐ溶融金属プールを形成する。
径が約１．２７ｃｍでギャップｇの幅は２．５４ｃｍな
ので、ギャップｇ内で溶接ガンが動ける。ガン２５０か
らガイド２６２に支えられて、典型的にはＥ１１０Ｃ−
Ｇタイプの高強度低合金金属コア電極２６０が連続的に
出される。この電極はリンカーン電気の電極「アウター
シールドＭＣ１１００」を使い得る。電極２６０が下向
きに伸びているので、アークＣがバリア板Ｐと電極２６
０の間に生じる。このアークは後述するようにスプレー
溶接あるいはパルス溶接に用いられる。シールドガスＧ
が標準的なガスシールド・アーク溶接法にしたがって、
電極カイド２６２のまわりの通路２６４から吹き込まれ
る。バリア板Ｐの楔作用により、アースされたレールが
バリア板としっかりと接触する。板の上面がアークを打
つために使われ、板それ自身はギャップｇ内に固定され
た板Ｐの上面に沿って進む電極２６０の第１・第２パス
の間、溶接パドルを支える。この板は始動操作の間、ア
ークを支える。絶縁部材１５４はアークが銅支持ブロッ
ク１５０に達するのを防ぐ。このようにブロック１５０
は良いヒート・シンクであるが、銅を溶接内に混入させ
ない。銅の混入はバリア板Ｐとセラミック層１５４によ
って防止される。アークの始動の間、アークは比較的厚
い板Ｐを焼き尽くさない。アークがレール１０・１２間
を行ったり来たりしながら、斜面２１０・２１２のエリ
ア内に侵入する。アークはそのときにはエッジ２００・
２０２に沿って板Ｐを貫通するかも知れない。しかし、
金属コア電極から溶融した溶接金属はどんな問題も引き
起こさずに、セラミック層１５４に対して板Ｐのこの部
分を貫いて流れる。エッジ２００・２０２は傾斜を有し
て緊密な電気接触を生ずるのに必要な楔作用をさせるの
で、アーク溶接の間中、板のところで優れたアース作用
がなされる。板Ｐはギャップｇの底部内に割り込まされ
る。シールドガスＧはアークＣを包囲し、板Ｐは溶接金
属に対する下部バリアを維持する。図１０において、電
極２６０が第１パスまたはルート・パスＲを据えるため
初めて板Ｐの上を通るとき、電極が蛇行パターンを描い
て行ったり来たりする様子を説明している。この第１パ
スからの金属は板Ｐ上に維持され、レール１０・１２の
底部をつなぐ溶融金属プールを形成する。
【００２６】アーク溶接は、リンカーン電気「パワーウ
ェーブ４５０」のような複雑な高速波形制御のできるデ
ジタル制御インバータ溶接電源を使うことによって達成
される。ルートパスＲはルート内で高熱高浸透をさせる
ための定電圧スプレー溶接法によって成される。図１１
に示すように、レール１０・１２の各ベース４０・４０
ａ間でそれぞれギャップの下部に数層がギャップｇを横
方向に置かれている。定電圧スプレー溶接により数層の
金属が溜まった後、電源をパルスモードに切り換え、図
１１のように付加層を置く。これによりギャップｇのベ
ース溶接をカバーする。その後、図１１Ａのようにシュ
ー１００・１１０がレール１０・１２のウェブとヘッド
の位置でギャップｇを囲むように動く。図３のように、
支持棒１２０・１２０ｄはレールに沿って横方向にずれ
ている。これによりシュー１００・１１０間に上部開口
部が生じるので、ガン１５０を続けて使用し得る。この
溶接プロセスは定電圧スプレー法と、もっと速いパルス
法との間で切り換えられる。両者とも、電極２６０から
のフィラー金属でギャップを埋めるガスシールド・アー
ク溶接法である。コアの金属は溶接部の所定の強度と治
金的特性をもつように、ギャップｇ内でフィラー金属を
適切に合金するように選ばれる。
ェーブ４５０」のような複雑な高速波形制御のできるデ
ジタル制御インバータ溶接電源を使うことによって達成
される。ルートパスＲはルート内で高熱高浸透をさせる
ための定電圧スプレー溶接法によって成される。図１１
に示すように、レール１０・１２の各ベース４０・４０
ａ間でそれぞれギャップの下部に数層がギャップｇを横
方向に置かれている。定電圧スプレー溶接により数層の
金属が溜まった後、電源をパルスモードに切り換え、図
１１のように付加層を置く。これによりギャップｇのベ
ース溶接をカバーする。その後、図１１Ａのようにシュ
ー１００・１１０がレール１０・１２のウェブとヘッド
の位置でギャップｇを囲むように動く。図３のように、
支持棒１２０・１２０ｄはレールに沿って横方向にずれ
ている。これによりシュー１００・１１０間に上部開口
部が生じるので、ガン１５０を続けて使用し得る。この
溶接プロセスは定電圧スプレー法と、もっと速いパルス
法との間で切り換えられる。両者とも、電極２６０から
のフィラー金属でギャップを埋めるガスシールド・アー
ク溶接法である。コアの金属は溶接部の所定の強度と治
金的特性をもつように、ギャップｇ内でフィラー金属を
適切に合金するように選ばれる。
【００２７】図１３に実際に用いる溶接法を示す。パル
ス溶接をベース４０・４０ａの傾斜上部４４・４６に隣
接して用いる。同様に、パルス溶接をヘッド６０の面取
り部５４と上面６４で用いる。スプレー溶接は適切に溶
接を始動させ、ギャップｇの底部でレールを接合させる
ため、ルート・パス始動の底部で用いる。スプレー溶接
とパルス溶接の組合せも用いられ、スプレー溶接単独で
も用いられ得る。スプレー溶接は新しい板Ｐで使われ
る。
ス溶接をベース４０・４０ａの傾斜上部４４・４６に隣
接して用いる。同様に、パルス溶接をヘッド６０の面取
り部５４と上面６４で用いる。スプレー溶接は適切に溶
接を始動させ、ギャップｇの底部でレールを接合させる
ため、ルート・パス始動の底部で用いる。スプレー溶接
とパルス溶接の組合せも用いられ、スプレー溶接単独で
も用いられ得る。スプレー溶接は新しい板Ｐで使われ
る。
【００２８】レール１０・１２の対向面がフラットバー
としても、それらの面にはわずかな曲がりがあるかもし
れない。これを図９に板Ｐとレール１０の端面との間の
ギャップｅで示す。本発明の制限としては、電極２６０
の直径ｄ（約０．１５９ｃｍ）は、アークが絶縁材１５
４を貫通して下に行かないように、ギャップｅよりも大
きくなければならない。これがあったとしても、板Ｐと
アースしたレールとの間に緊密な電気的接触をさせ得
る。この図９の説明は、板ＰがアークＣとギャップｇの
下の下部支持構造との間のバリアを与えることにある。
としても、それらの面にはわずかな曲がりがあるかもし
れない。これを図９に板Ｐとレール１０の端面との間の
ギャップｅで示す。本発明の制限としては、電極２６０
の直径ｄ（約０．１５９ｃｍ）は、アークが絶縁材１５
４を貫通して下に行かないように、ギャップｅよりも大
きくなければならない。これがあったとしても、板Ｐと
アースしたレールとの間に緊密な電気的接触をさせ得
る。この図９の説明は、板ＰがアークＣとギャップｇの
下の下部支持構造との間のバリアを与えることにある。
【００２９】図１２に下部ブロック１５０がレールのベ
ース４０の側面に隣接して上向きに伸びる端板３００を
もつ例を示す。絶縁材１５４はシュー１００・１１０が
動く前に、ギャップｇの下部に溜まった溶融フィラー金
属のバリアとなるため、端板３００に沿って上向きに伸
びる延長部１５４ａを有する。
ース４０の側面に隣接して上向きに伸びる端板３００を
もつ例を示す。絶縁材１５４はシュー１００・１１０が
動く前に、ギャップｇの下部に溜まった溶融フィラー金
属のバリアとなるため、端板３００に沿って上向きに伸
びる延長部１５４ａを有する。
【００３０】本発明はギャップｇに溜まるフィラー金属
内にスラグをもたない。本発明はスプレーモードとパル
スモードを切り換えるガスシールド法を採用する。この
溶接法はフラッシュ・バット溶接法の失敗率に匹敵する
（低い）失敗率の良好な溶接を生じる。バリア板Ｐは消
費されてギャップｇのルート部で溶融金属の一部とな
る。金属コア電極がそのコア内に合金作用をする金属を
与えるので、合金材料を板Ｐから与える必要はない。
内にスラグをもたない。本発明はスプレーモードとパル
スモードを切り換えるガスシールド法を採用する。この
溶接法はフラッシュ・バット溶接法の失敗率に匹敵する
（低い）失敗率の良好な溶接を生じる。バリア板Ｐは消
費されてギャップｇのルート部で溶融金属の一部とな
る。金属コア電極がそのコア内に合金作用をする金属を
与えるので、合金材料を板Ｐから与える必要はない。
【００３１】図１４〜２３は本発明の他の実施例の各々
を示している。図１４〜２３で、各記号は基本的に図１
〜１３の記号に相当する。図１４〜１６は、溶接ガン２
５０、ギャップｇおよび懸垂シュー１２２・１２４の間
の空間関係を示す。ガン２５０と電極２６０はレール１
０・１２の長手方向に関しギャップｇ内を側面方向に動
く。これは図１４では、懸垂シュー１２２・１２４間の
方向である。同時に、ガンと電極は図１５・１６の矢印
４００で示すようにギャップｇの縦方向に振動する。こ
の実施例ではギャップｇは２．５４ｃｍ、溶接ガンの直
径は１．４２９ｃｍ、同ガンの全振動変位は２．６ｍ
ｍ、すなわち図１４で中心位置から舌方向に１．３ｍ
ｍ、ずつ振動する。図１６から分かるように、ガン２５
０と電極２６０の振動により、ウェブ５０・５０ａの対
向面の間で電極２６０の溶融フィラー金属４０２が縦方
向に広がる。
を示している。図１４〜２３で、各記号は基本的に図１
〜１３の記号に相当する。図１４〜１６は、溶接ガン２
５０、ギャップｇおよび懸垂シュー１２２・１２４の間
の空間関係を示す。ガン２５０と電極２６０はレール１
０・１２の長手方向に関しギャップｇ内を側面方向に動
く。これは図１４では、懸垂シュー１２２・１２４間の
方向である。同時に、ガンと電極は図１５・１６の矢印
４００で示すようにギャップｇの縦方向に振動する。こ
の実施例ではギャップｇは２．５４ｃｍ、溶接ガンの直
径は１．４２９ｃｍ、同ガンの全振動変位は２．６ｍ
ｍ、すなわち図１４で中心位置から舌方向に１．３ｍ
ｍ、ずつ振動する。図１６から分かるように、ガン２５
０と電極２６０の振動により、ウェブ５０・５０ａの対
向面の間で電極２６０の溶融フィラー金属４０２が縦方
向に広がる。
【００３２】図２３から分かるように、レールのベース
は底部４０４と上部４０６からなり、上部４０６とウェ
ブ５０の間に遷移エリアを与える下部面取り部５２を有
している。各レールのヘッドは、ウェブ５０の上端に上
部面取り部５４を有する遷移部４０８と中央部４１０と
冠部４１２からなる。したがって、接合されるべきレー
ル間のギャップｇもベース・ウェブ・ヘッドに相当する
各部をもつ。また図２３から、スプレー溶接はギャップ
のルート・パスに対してのみ使われ、側面運動の間、電
極を縦に振動させながら、ギャップに対し電極を側面方
向に動かすことによりギャップの充填がなされることが
わかる。図１〜１３で説明したように、スプレー溶接は
レールのベース部で大きなエリアにアークの高浸透と高
熱をもたらす。ルート・パスの後、電源をパルス溶接モ
ードに切り換え、レールの上部４０６間のギャップを埋
めるため、付加パスがなされる。ギャップの充填がレー
ルのウェブに近づくと、等高シューを使ってギャップを
包囲し、パルス・モードでシールド・ガス溶接を続け
る。
は底部４０４と上部４０６からなり、上部４０６とウェ
ブ５０の間に遷移エリアを与える下部面取り部５２を有
している。各レールのヘッドは、ウェブ５０の上端に上
部面取り部５４を有する遷移部４０８と中央部４１０と
冠部４１２からなる。したがって、接合されるべきレー
ル間のギャップｇもベース・ウェブ・ヘッドに相当する
各部をもつ。また図２３から、スプレー溶接はギャップ
のルート・パスに対してのみ使われ、側面運動の間、電
極を縦に振動させながら、ギャップに対し電極を側面方
向に動かすことによりギャップの充填がなされることが
わかる。図１〜１３で説明したように、スプレー溶接は
レールのベース部で大きなエリアにアークの高浸透と高
熱をもたらす。ルート・パスの後、電源をパルス溶接モ
ードに切り換え、レールの上部４０６間のギャップを埋
めるため、付加パスがなされる。ギャップの充填がレー
ルのウェブに近づくと、等高シューを使ってギャップを
包囲し、パルス・モードでシールド・ガス溶接を続け
る。
【００３３】溶接ガンと電極はレールのベースとウェブ
の間のギャップを等速で側面方向に動くことにより、溶
接金属の連段層が均一な垂直厚みを有する。本発明によ
れば、溶接がウェブ間のギャップの上端に達すると、パ
ルス溶接を続けるが、ビードを用いることが特徴であ
る。図１７〜２１から明らかなように、ヘッド間のギャ
ップへのビードの置き方が各ビードに終端よりも垂直方
向に厚さ始端をもたせ、ヘッドの対向端の対応する端と
カンチレバーの関係になる。図１７で仮想番号４１４は
ウェブ間のギャップに置かれたフィラー金属の最後のビ
ードの上面を表している。ヘッドの遷移部間のギャップ
に置かれた第１ビードＷＢ１はギャップに対し側面方向
に伸びる進路に沿って置かれ、ギャップの対向するエッ
ジ４１６・４１８にそれぞれ隣接する始端と終端をもっ
ている。第１ビードＷＢ１は進路の始端に第１端Ｓを、
終端に第２端を有する。また、第２端Ｅでよりも第１端
Ｓでより厚く、図１８のようにギャップの外側エッジ４
１６からカンチレバーのように伸びる第１端での外端Ｃ
Ｌを有する。図１８で溶接ガン２５０と電極２６０は初
め進路の始端のエッジ４１６に隣接する位置にあり、最
終的にエッジ４１８に向かって動く。この実施例では、
ガンと電極は所定時間だけ始端で遅れるので、アークＣ
の力により図１９のように溶融金属が始端の側面および
縦方向に動じてギャップを埋める。このように溶接金属
が広がる間、アークは銅シューと接触せず、懸垂シュー
１２４と接触する溶融金属が図１７〜２０のように溶接
ビードの第１端で皮ＳＫを形成することに留意すること
が重要である。
の間のギャップを等速で側面方向に動くことにより、溶
接金属の連段層が均一な垂直厚みを有する。本発明によ
れば、溶接がウェブ間のギャップの上端に達すると、パ
ルス溶接を続けるが、ビードを用いることが特徴であ
る。図１７〜２１から明らかなように、ヘッド間のギャ
ップへのビードの置き方が各ビードに終端よりも垂直方
向に厚さ始端をもたせ、ヘッドの対向端の対応する端と
カンチレバーの関係になる。図１７で仮想番号４１４は
ウェブ間のギャップに置かれたフィラー金属の最後のビ
ードの上面を表している。ヘッドの遷移部間のギャップ
に置かれた第１ビードＷＢ１はギャップに対し側面方向
に伸びる進路に沿って置かれ、ギャップの対向するエッ
ジ４１６・４１８にそれぞれ隣接する始端と終端をもっ
ている。第１ビードＷＢ１は進路の始端に第１端Ｓを、
終端に第２端を有する。また、第２端Ｅでよりも第１端
Ｓでより厚く、図１８のようにギャップの外側エッジ４
１６からカンチレバーのように伸びる第１端での外端Ｃ
Ｌを有する。図１８で溶接ガン２５０と電極２６０は初
め進路の始端のエッジ４１６に隣接する位置にあり、最
終的にエッジ４１８に向かって動く。この実施例では、
ガンと電極は所定時間だけ始端で遅れるので、アークＣ
の力により図１９のように溶融金属が始端の側面および
縦方向に動じてギャップを埋める。このように溶接金属
が広がる間、アークは銅シューと接触せず、懸垂シュー
１２４と接触する溶融金属が図１７〜２０のように溶接
ビードの第１端で皮ＳＫを形成することに留意すること
が重要である。
【００３４】所定時間後、始端でガンと電極は図１８の
始動位置から図１７の終了位置まで与えられた速度で動
く。これと始端での遅延とにより、溶接ビードの横断形
状を第１端Ｓでよりも第２端Ｅで薄くなるようにテーパ
ー状にする。図２１から分かるように、第１ビードＷＢ
１の第２端Ｅは次の第２ビードＷＢ２の第１端Ｓの位置
を決める。ガンと電極は始点から終点まで動く間中、ギ
ャップの縦方向に振動し、終点に着くや否や振動を止め
る。第２ビードＷＢ２でもＷＢ１と同様に、図２１でエ
ッジ４１８の外側に伸びる外端ＣＬを形成する。ＷＢ２
も始端Ｓで、終端Ｅでよりも厚くなる。図１７〜１８か
ら分かるように、溶接ガンが懸垂シュー１２２・１２４
に対して結合することにより、図２１のように溶接ビー
ドの第２端はギャップの側面中央に重なり合う。これは
始端でも生じ、ガンと電極の動きの遅延により、所定の
ビード形状を与え、カンチレバーに関係を与える。図２
１に図示していないが、レールヘッド間のギャップ全体
が、ギャップ内を側面方向に対向する方向に連続的に動
く電極によって、フィラー金属に埋められる。図２１か
ら分かるように、ギャップの側面対向エッジの遷移エリ
アで溶接ビードの第１端がその下の第１端に対しカンチ
レバーの関係になるので、重なり合うビードに対する支
持を最適化し、フィラー強度を最適化する。同様に、レ
ール・ヘッドの中央部および冠部における溶接ビードの
連続する第１端は、レールの側面対向エッジで溶接強度
を与え、ヘッブ部間の溶接強度を最適化する。
始動位置から図１７の終了位置まで与えられた速度で動
く。これと始端での遅延とにより、溶接ビードの横断形
状を第１端Ｓでよりも第２端Ｅで薄くなるようにテーパ
ー状にする。図２１から分かるように、第１ビードＷＢ
１の第２端Ｅは次の第２ビードＷＢ２の第１端Ｓの位置
を決める。ガンと電極は始点から終点まで動く間中、ギ
ャップの縦方向に振動し、終点に着くや否や振動を止め
る。第２ビードＷＢ２でもＷＢ１と同様に、図２１でエ
ッジ４１８の外側に伸びる外端ＣＬを形成する。ＷＢ２
も始端Ｓで、終端Ｅでよりも厚くなる。図１７〜１８か
ら分かるように、溶接ガンが懸垂シュー１２２・１２４
に対して結合することにより、図２１のように溶接ビー
ドの第２端はギャップの側面中央に重なり合う。これは
始端でも生じ、ガンと電極の動きの遅延により、所定の
ビード形状を与え、カンチレバーに関係を与える。図２
１に図示していないが、レールヘッド間のギャップ全体
が、ギャップ内を側面方向に対向する方向に連続的に動
く電極によって、フィラー金属に埋められる。図２１か
ら分かるように、ギャップの側面対向エッジの遷移エリ
アで溶接ビードの第１端がその下の第１端に対しカンチ
レバーの関係になるので、重なり合うビードに対する支
持を最適化し、フィラー強度を最適化する。同様に、レ
ール・ヘッドの中央部および冠部における溶接ビードの
連続する第１端は、レールの側面対向エッジで溶接強度
を与え、ヘッブ部間の溶接強度を最適化する。
【００３５】ギャップの各対向端および連続積層ビード
の第１端での電極に対する時間遅延は１〜１０秒で、好
ましくは１．５〜４．０秒である。図２２に好ましい遅
らせる時間をギャップの各部に対して示す。遷移部間で
は遅らせる時間は４．０秒で、中央部に入るところの境
目では３．０秒になる。４．０秒という待ち時間によ
り、溶融金属が凹部を満たす。さらに、中央部では２．
０秒になる。ギャップでの予熱が溶接金属をレールヘッ
ドに融合しやすくする。これにより、中央部では溶接品
質を扱うことなく、遅らせる時間を短くできる。同様の
理由で、冠部での遅らせる時間は１．５秒に短くなる。
なお、図２２は左側の第１端におけるビードの遅らせる
時間を示しているが、図示していない右側の第１端にお
けるビードの遅らせる時間も同様である。
の第１端での電極に対する時間遅延は１〜１０秒で、好
ましくは１．５〜４．０秒である。図２２に好ましい遅
らせる時間をギャップの各部に対して示す。遷移部間で
は遅らせる時間は４．０秒で、中央部に入るところの境
目では３．０秒になる。４．０秒という待ち時間によ
り、溶融金属が凹部を満たす。さらに、中央部では２．
０秒になる。ギャップでの予熱が溶接金属をレールヘッ
ドに融合しやすくする。これにより、中央部では溶接品
質を扱うことなく、遅らせる時間を短くできる。同様の
理由で、冠部での遅らせる時間は１．５秒に短くなる。
なお、図２２は左側の第１端におけるビードの遅らせる
時間を示しているが、図示していない右側の第１端にお
けるビードの遅らせる時間も同様である。
【００３６】上記遅延時間に加えて、遅延の後に、電極
を遷移部間のギャップの側面方向に毎分１０．１６ｃｍ
の速度で動かし、溶接ワイヤ供給レートを毎分６０９．
６ｃｍとすることが好ましい。これにより良好な生産性
と溶接品質を保ちながら、遷移部でのビード形状を制御
できる。レールヘッドの中央部４１０間のギャップにお
いて、好ましい溶接速度は、溶接ワイヤ供給レートが毎
分６０９．６ｃｍのもとで、毎分１３．９７ｃｍであ
る。これよりも早くすると、溶接冷却レートと溶接シク
ロ構造を制御しながらギャップを効率よく埋められる。
冠部間のギャップの充填については、溶接硬度と最高の
溶接品質を保つように注意が必要である。前記のように
冠部では１．５秒の遅らせる時間が好ましく、溶接ワイ
ヤー供給レートは毎分５３３．４ｃｍに減り、電極を動
かす速度は毎分１５．２４ｃｍにふえる。これにより冠
部に与えられる溶接熱の総量が減る。
を遷移部間のギャップの側面方向に毎分１０．１６ｃｍ
の速度で動かし、溶接ワイヤ供給レートを毎分６０９．
６ｃｍとすることが好ましい。これにより良好な生産性
と溶接品質を保ちながら、遷移部でのビード形状を制御
できる。レールヘッドの中央部４１０間のギャップにお
いて、好ましい溶接速度は、溶接ワイヤ供給レートが毎
分６０９．６ｃｍのもとで、毎分１３．９７ｃｍであ
る。これよりも早くすると、溶接冷却レートと溶接シク
ロ構造を制御しながらギャップを効率よく埋められる。
冠部間のギャップの充填については、溶接硬度と最高の
溶接品質を保つように注意が必要である。前記のように
冠部では１．５秒の遅らせる時間が好ましく、溶接ワイ
ヤー供給レートは毎分５３３．４ｃｍに減り、電極を動
かす速度は毎分１５．２４ｃｍにふえる。これにより冠
部に与えられる溶接熱の総量が減る。
【００３７】さらに、本発明で好ましくは、下部ベース
４０の底部４０４はスプレー溶接で埋められ、図１〜１
３の実施例で説明したようなバリア板を使うことが好ま
しい。スプレーガス金属アーク溶接と一緒に直接アーク
を用いると、ベースの底部コーナーをバリア板にうまく
溶接できる。ベースの上部４０６間のギャップは、パル
ス溶接で埋められ、好ましくは、溶接ワイヤ供給レート
を毎分６０９．６ｃｍのもとで毎分１５．２４ｃｍの速
度で電極がギャップ内を動かされる。ウェブ内のギャッ
プは銅シューに入れられ、好ましくは溶接ワイヤ供給レ
ート毎分１０１６ｃｍで埋められる。これにより速くギ
ャップが埋まるが、パルスモードを使うと溶接品質を落
とさずに速くギャップを埋められる。
４０の底部４０４はスプレー溶接で埋められ、図１〜１
３の実施例で説明したようなバリア板を使うことが好ま
しい。スプレーガス金属アーク溶接と一緒に直接アーク
を用いると、ベースの底部コーナーをバリア板にうまく
溶接できる。ベースの上部４０６間のギャップは、パル
ス溶接で埋められ、好ましくは、溶接ワイヤ供給レート
を毎分６０９．６ｃｍのもとで毎分１５．２４ｃｍの速
度で電極がギャップ内を動かされる。ウェブ内のギャッ
プは銅シューに入れられ、好ましくは溶接ワイヤ供給レ
ート毎分１０１６ｃｍで埋められる。これにより速くギ
ャップが埋まるが、パルスモードを使うと溶接品質を落
とさずに速くギャップを埋められる。
【００３８】好ましい実施例においてかなり強調した
が、本発明の範囲を逸脱することなく変形を加えること
が可能であることが理解されよう。したがって、本明細
書の説明は本発明の例示であって限定するものでないこ
とが理解されるであろう。
が、本発明の範囲を逸脱することなく変形を加えること
が可能であることが理解されよう。したがって、本明細
書の説明は本発明の例示であって限定するものでないこ
とが理解されるであろう。
【図１】現場で接合すべきギャップをもつレールからな
る鉄道の斜視図。
る鉄道の斜視図。
【図２】レールと車輪の斜視断面図。
【図３】ギャップをもつレールの側面図。
【図４】図３の４−４矢視断面図。
【図５】バリア板の斜視図。
【図６】バリア板の一部断面図。
【図７】バリア板の楔作用を説明するための側面図。
【図８】溶接プロセスを説明するための側面図。
【図９】ギャップ部分の平面図。
【図１０】ルートパスを説明するための平面図。
【図１１】溶接プロセスを説明するための一部断面図。
【図１２】バリア板の他の実施例を説明するための一部
断面図。
断面図。
【図１３】レールの側面図。
【図１４】ギャップ付近の一部断面平面図。
【図１５】図１４の一部拡大図。
【図１６】図１４を右から左に見た一部断面側面図。
【図１７】ギャップ付近の一部断面側面図。
【図１８】始端付近での部分拡大一部断面図。
【図１９】図１８の平面図。
【図２０】図１９の２０−２０矢視断面図。
【図２１】ギャップを埋める各層を説明するための一部
断面側面図。
断面側面図。
【図２２】遅らせる時間を説明するための部分拡大図。
【図２３】レールの全体を説明するための正面図。
１０，１２ レール ２０ ベース ５０ ウエブ ６０ ヘッド ７０ 円筒状リム １１０ シュー ２５０ アーク溶接ガン ２６０ 電極 Ｃ アーク Ｐ バリア板 ｇ ギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−304752（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−23545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−249679（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−63393（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−100292（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭56−25358（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭45−14173（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/038 B23K 9/04 B23K 9/173 B23K 37/06 E01B 11/50
Claims (93)
- 【請求項１】 各々が下部ベース、垂直方向に延設され
たウェブおよび上部のヘッドを有したレール同士を接合
するため、スチールで埋められるベースギャップ、ウェ
ブギャップおよびヘッドギャップを生じるよう長手方向
に間隔を有したスチール製鉄道レールの対向配置された
端部壁面間をガスシールド・アーク溶接する方法におい
て、 ベースギャップ、ウェブギャップおよびヘッドギャップ
をフィラー金属電極からの溶融スチールで充填すると共
に、前記ヘッドギャップの充填を、充填金属のビードを
配置するための双方向の１つに対応する方向に電極を、
始端と終端を有するパスに沿ってヘッドギャップ内で横
方向でかつ双方向に連続的に順次動かすことによって行
い、予め定められた時間だけ各パスの始端において電極
を動かすことを遅らせることを特徴とする鉄道レールの
ヘッドギャップ部の溶接方法。 - 【請求項２】 前記遅らせる時間が１〜１０秒である請
求項１の方法。 - 【請求項３】 電極を対向方向に動かす間、ヘッドギャ
ップの長手方向に電極を振動させる請求項１の方法。 - 【請求項４】 遅らせる時間が１．５〜４．０秒である
請求項１の方法。 - 【請求項５】 ヘッドギャップがウェブギャップから伸
びる下部遷移部、中央部および上部冠部を有し、遅らせ
る時間がヘッドギャップの遷移部、中央部および冠部に
置かれたフィラー金属のビードに関して変化する請求項
１の方法。 - 【請求項６】 遅らせる時間が１．５〜４．０秒の間で
変化する請求項５の方法。 - 【請求項７】 電極を対向方向に動かす間、ヘッドギャ
ップの長手方向に電極を振動させる請求項６の方法。 - 【請求項８】 遅らせる時間がヘッドギャップの遷移部
から冠部へ向かう方向でビードの置き方に関し減少する
請求項５の方法。 - 【請求項９】 遅らせる時間が４．０秒から１．５秒ま
で減少する請求項８の方法。 - 【請求項１０】 遅らせる時間が遷移部に置かれたビー
ドに対して４．０秒、中央部に置かれたビードに対して
２．０秒、および冠部に置かれたビードに対して１．５
秒である請求項８の方法。 - 【請求項１１】 電極を対向方向に動かす間、ヘッドギ
ャップの長手方向に電極を振動させる請求項１０の方
法。 - 【請求項１２】 ヘッドギャップの遷移部と中央部がそ
の間に遷移ゾーンを有し、該遷移ゾーンに置かれたビー
ドに対して遅らせる時間が３．０秒である請求項１０の
方法。 - 【請求項１３】 さらに電極を対向方向に毎分約１０．
１６ｃｍから毎分約１５．２４ｃｍの間の速度レートで
動かすステップを含む請求項１の方法。 - 【請求項１４】 ヘッドギャップがウェブギャップから
伸びる下部遷移部、中央部および上部冠部を有し、さら
にヘッドギャップの遷移部、中央部および冠部に置かれ
たフィラー金属のビードに関して変化する速度レートで
電極を対向方向に動かすステップを含む請求項１の方
法。 - 【請求項１５】 速度レートが毎分１０．１６ｃｍ〜毎
分１５．２４ｃｍの間で変化する請求項１４の方法。 - 【請求項１６】 速度レートがヘッドギャップの遷移部
から冠部に向かう方向は、ビードの置き方に関し増大す
る請求項１４の方法。 - 【請求項１７】 速度レートが遷移部に置かれたビード
に対して毎分１０．１６．０ｃｍ、中央部に置かれたビ
ードに対して毎分１３．９７ｃｍ、および冠部に置かれ
たビードに対して毎分１５．２４ｃｍである請求項１６
の方法。 - 【請求項１８】 さらに、電極を毎分５３３．４〜６０
９．６ｃｍの供給レートで垂直方向に供給する工程を有
する請求項１の方法。 - 【請求項１９】 ヘッドギャップがウェブギャップから
伸びる下部遷移部、中央部および上部冠部を有し、さら
にヘッドギャップの遷移部、中央部および冠部に置かれ
たフィラー金属のビードに関して変化する供給レートで
電極を垂直方向に供給するステップを有する請求項１の
方法。 - 【請求項２０】 供給レートが毎分５０８〜６０９．６
ｃｍの間で変化する請求項１９の方法。 - 【請求項２１】 供給レートが遷移部と中央部に置かれ
たビードに対して毎分６０９．６ｃｍ、冠部に置かれた
ビードに対して毎分５３３．４ｃｍである請求項２０の
方法。 - 【請求項２２】 各々が下部ベース、垂直伸長ウェブお
よび上部ヘッドを有し、レール同士を接合するためスチ
ールで埋められるそれぞれ側面対向端を有するベースギ
ャップ、ウェブギャップおよびヘッドギャップを与える
よう長手方向に間隔のあいた側面方向に伸びる端面を有
するスチール製鉄道レールをガスシールド・アーク溶接
する方法において、ガスシールド電気アーク法によりベ
ースギャップ、ウェブギャップおよびヘッドギャップを
フィラー金属電極からの溶融スチールで充填すると共
に、該ヘッドギャップの充填が電極をヘッドギャップの
側面対向方向の１つに隣接する第１位置に所定時間保持
することによって行なわれると共に、一端から他端に向
かって離れた第１端と第２端を有するフィラー金属の第
１ビードを置くため第１位置から他端に隣接した第２位
置へ所定速度で電極を動かし、該第１ビードは第１端で
の方が第２端でよりも垂直方向の厚みが大きく、電極を
第２位置に所定時間保持した後、一端から他端に向かっ
て離れた第１端と第２端を有するフィラー金属の第２ビ
ードを置くため第２位置から他端に隣接した第３位置へ
所定速度で電極を動かし、該第２ビードは第１端での方
が第２端でよりも垂直方向の厚みが大きく、ヘッドギャ
ップが埋められるまでフィラー金属の第１・第２ビード
を置くステップをくり返すことからなる鉄道レールの溶
接方法。 - 【請求項２３】 ヘッドギャップがウェブギャップから
伸びる下部遷移部、中央部および上部冠部を有し、所定
遅らせる時間と所定速度レートの双方がヘッドギャップ
の遷移部、中央部および冠部の各々に置かれた第１・第
２ビードに関して変化する請求項２２の方法。 - 【請求項２４】 遅らせる時間がヘッドギャップの遷移
部から冠部へ向かう方向でビードの置き方に関し減少す
る請求項２３の方法。 - 【請求項２５】 遅らせる時間が４．０秒から１．５秒
まで減少する請求項２４の方法。 - 【請求項２６】 遅らせる時間が遷移部に置かれたビー
ドに対して４．０秒、中央部に置かれたビードに対して
２．０秒、および冠部に置かれたビードに対して１．５
秒である請求項２５の方法。 - 【請求項２７】 ヘッドギャップの遷移部と中央部がそ
の間に遷移ゾーンを有し、該遷移ゾーンに置かれたビー
ドに対してらせる時間が３．０秒である請求項２６の方
法。 - 【請求項２８】 速度レートがヘッドギャップの遷移部
から冠部に向かう方向は、ビードの置き方に関し増大す
る請求項２３の方法。 - 【請求項２９】 速度レートが毎分１０．１６ｃｍから
毎分１５．２４ｃｍまで増大する請求項２８の方法。 - 【請求項３０】 速度レートが遷移部に置かれたビード
に対して毎分１０．１６．０ｃｍ、中央部に置かれたビ
ードに対して毎分１３．９７ｃｍ、および冠部に置かれ
たビードに対して毎分１５．２４ｃｍである請求項２９
の方法。 - 【請求項３１】 遅らせる時間がヘッドギャップの遷移
部から冠部へ向かう方向でビードの置き方に関し減少
し、速度レートが遷移部から冠部へ向かう方向でビード
の置き方に関し増大する請求項２３の方法。 - 【請求項３２】 遅らせる時間が遷移部に置かれたビー
ドに対して４．０秒、中央部に置かれたビードに対して
２．０秒、および冠部に置かれたビードに対して１．５
秒であり、速度レートが遷移部に置かれたビードに対し
て毎分１０．１６．０ｃｍ、中央部に置かれたビードに
対して毎分１３．９７ｃｍ、および冠部に置かれたビー
ドに対して毎分１５．２４ｃｍである請求項３１の方
法。 - 【請求項３３】 さらに、電極を第１・第２・第３位置
の間で動かす間、電極をヘッドギャップの長手方向に振
動させるステップを有する請求項３２の方法。 - 【請求項３４】 さらに電極を第１・第２・第３位置の
間で動かす間、電極をヘッドギャップの長手方向に振動
させるステップを有する請求項２３の方法。 - 【請求項３５】 さらに電極を第１・第２・第３位置の
間で動かす間、電極をヘッドギャップの長手方向に振動
させるステップを有する請求項２２の方法。 - 【請求項３６】 レール同士を接合するためガスシール
ド電極アーク法によりフィラー金属電極からの溶融スチ
ールで充填するウェブギャップと結合する上部と底部を
有するベースギャップ、ウェブギャップおよびヘッドギ
ャップを与えるため、長手方向に間隔のあいた側面方向
に伸びる端面を有するスチール製鉄道レールをガスシー
ルド・アーク溶接する方法において、ベースギャップの
底部をマルチパス・スプレー移行アーク溶接法により溶
融スチールで充填し、ベースギャップの上部とウェブギ
ャップをパルスアーク溶接法により溶融スチールで充填
し、該ベースギャップの上部とウェブギャップを埋める
ことが電極を所定速度で側面対向方向に動かした後、パ
ルスアーク溶接法により溶融スチールでヘッドギャップ
を充填することからなり、該ヘッドギャップの充填がパ
ルスに沿ってフィラー金属のビードを置くため対向方向
の１つに対応して始端と終端をもつパスに沿って側面対
向方向に電極を動かすことによって行なわれ、また各パ
スの始端からの電極の運動を所定時間遅延させることか
らなる鉄道レールの溶接方法。 - 【請求項３７】 さらに、ベースギャップの上部、ウェ
ブギャップおよびヘッドギャップを埋める間、電極を長
手方向に振動させるステップを有する請求項３６の方
法。 - 【請求項３８】 さらに、電極をベースギャップの上部
で毎分１５．２４ｃｍの速度レートで側面対向方向に動
かすステップを有する請求項３６の方法。 - 【請求項３９】 ヘッドギャップがウェブギャップから
伸びる下部遷移部、中央部および上部冠部を有し、遅ら
せる時間がヘッドギャップの遷移部、中央部および冠部
に置かれたフィラー金属のビードに関して変化する請求
項３６の方法。 - 【請求項４０】 遅らせる時間が１．５〜４．０秒の間
で変化する請求項３９の方法。 - 【請求項４１】 遅らせる時間が遷移部に置かれたビー
ドに対して４．０秒、中央部に置かれたビードに対して
２．０秒、および冠部に置かれたビードに対して１．５
秒である請求項４０の方法。 - 【請求項４２】 ヘッドギャップがウェブギャップから
伸びる下部遷移部、中央部および上部冠部を有し、さら
にヘッドギャップの遷移部、中央部および冠部に置かれ
たフィラー金属のビードに関して変化する速度レートで
電極を対向方向に動かすステップを有する請求項３６の
方法。 - 【請求項４３】 速度レートが毎分１０．１６〜１５．
２４ｃｍの間で変化する請求項４２の方法。 - 【請求項４４】 速度レートが遷移部に置かれたビード
に対して毎分１０．１６．０ｃｍ、中央部に置かれたビ
ードに対して毎分１３．９７ｃｍ、および冠部に置かれ
たビードに対して毎分１５．２４ｃｍである請求項４３
の方法。 - 【請求項４５】 さらに、電極をベースギャップの上
部、ウェブギャップおよびヘッドギャップを埋めること
に関し、所定供給レートで垂直方向に供給するステップ
を有する請求項３６の方法。 - 【請求項４６】 供給レートが毎分５０８〜６０９．６
ｃｍの間で変化する請求項４５の方法。 - 【請求項４７】 ヘッドギャップがウェブギャップから
伸びる下部遷移部、中央部および上部冠部を有し、供給
レートが遷移部と中央部に置かれたビードに対して毎分
６０９．６ｃｍ、冠部に置かれたビードに対して毎分５
３３．４ｃｍである請求項４６の方法。 - 【請求項４８】 供給レートがベースギャップの上部を
埋めることに対し毎分６０９．６ｃｍである請求項４６
の方法。 - 【請求項４９】 供給レートがウェブギャップを埋める
ことに対し毎分１０１６ｃｍである請求項４６の方法。 - 【請求項５０】 遅らせる時間が１〜１０秒で、さら
に、電極を毎分１０．１６〜１５．２４ｃｍの間の速度
レードで対向方向に動かし、ベースギャップの上部、ウ
ェブギャップおよびヘッドギャップを埋めることに関し
電極を垂直方向に毎分５３３．４〜１０１６ｃｍの供給
レートで供給するステップを有する請求項３６の方法。 - 【請求項５１】 ヘッドギャップがウェブギャップから
伸びる下部遷移部、中央部および上部冠部を有し、遅ら
せる時間が遷移部に置かれたビードに対して４．０秒、
中央部に置かれたビードに対して２．０秒、および冠部
に置かれたビードに対して１．５秒である請求項５０の
方法。 - 【請求項５２】 速度レートが遷移部に置かれたビード
に対して毎分１０．１６ｃｍ、中央部に置かれたビード
に対して毎分１３．９７ｃｍ、および冠部に置かれたビ
ードに対して毎分１５．２４ｃｍである請求項５１の方
法。 - 【請求項５３】 供給レートが遷移部と中央部に置かれ
たビードに対して毎分６０９．６ｃｍ、冠部に置かれた
ビードに対して毎分５３３．４ｃｍである請求項５２の
方法。 - 【請求項５４】 速度レートがベースギャップの上部に
置かれたビードに関し毎分１５．２４ｃｍで、供給レー
トがベースギャップの上部を埋めるのに毎分６０９．６
ｃｍ、ウェブギャップを埋めるのに毎分１０１６ｃｍで
ある請求項５３の方法。 - 【請求項５５】 さらに、ベースギャップの上部、ウェ
ブギャップおよびヘッドギャップを埋める間、電極を長
手方向に振動させるステップを有する請求項５４の方
法。 - 【請求項５６】 （ａ）下部ベースの幅に相当する長
さ、ギャップの所定幅よりも大きな幅および通常の厚さ
をもった細長いスチール製バリア板を供給し、 （ｂ）間隔のあいたレール間のベースの底部で該バリア
板をギャップ内に楔状に割り込ませ、 （ｃ）電極とバリア板との間のアークによって始動する
ガスシールド電気アーク溶接法により、フィラー金属電
極からの溶融スチールでバリア板上部のギャップを埋め
る工程からなる、 各レールが所定幅の支持底をもつ下部ベース、垂直方向
に延設されたウェブおよび車輪と嵌合する上部のヘッド
を有したレール同士を接合するべくスチールで埋められ
る下部開口部、垂直に伸びる側面開口部および所定の幅
をもつギャップを生じるよう、長手方向に互いに間隔を
有するスチール製鉄道レールをガスシールド・アーク溶
接する方法。 - 【請求項５７】 さらに、（ａ）バリア板の下に熱絶縁
材を置き、ギャップの下部開口部と間隔のあいたレール
間のベースの支持底とを重ね合わせるステップを有する
請求項５６の方法。 - 【請求項５８】 さらに、（ｂ）ギャップの下部開口部
に架かる金属ブロックを供給し、ベースの支持底に嵌
め、該ブロックが絶縁材を入れる上向きの凹部を有する
請求項５７の方法。 - 【請求項５９】 （ｄ）ベースでフィラー金属をギャッ
プに埋めた後、ギャップの垂直に伸びる側面開口部上に
側モールドを動かすステップを有する請求項５６の方
法。 - 【請求項６０】 （ｅ）ベースでフィラー金属をギャッ
プに埋める前に、ギャップの垂直に伸びる側面開口部上
に側モールドを動かすステップを有する請求項５７の方
法。 - 【請求項６１】 （ｆ）ベースでフィラー金属をギャッ
プに埋めた後、ギャップの垂直に伸びる側面開口部上に
側モールドを動かすステップを有する請求項５８の方
法。 - 【請求項６２】 ガスシールド電気アーク溶接法がマル
チパス・アーク溶接法である請求項５６の方法。 - 【請求項６３】 ガスシールド電気アーク溶接法が、電
極をギャップを横断させながら、電極を蛇行パスに動か
すステップを有するアーク溶接法である請求項５６の方
法。 - 【請求項６４】 ガスシールド電気アーク溶接法が主に
マルチパス・スプレー移動法である請求項５６の方法。 - 【請求項６５】 ガスシールド電気アーク溶接法がマル
チパス・スプレー移動法とパルス溶接法の組合せで、ス
プレー移動法をギャップの底部で用いる請求項５６の方
法。 - 【請求項６６】 ガスシールド電気アーク溶接法が少な
くともギャップの底部とウェブギャップマルチパス・ス
プレー移動法である請求項５６の方法。 - 【請求項６７】 細長いスチール製バリア板が低炭素含
有スチールからなる請求項５６の方法。 - 【請求項６８】 バリア板が０．１３〜０．７６ｃｍの
範囲の厚みをもつ請求項５６の方法。 - 【請求項６９】 バリア板が斜めの側面エッジをもつ請
求項５６の方法。 - 【請求項７０】 バリア板がギャップの所定幅よりも大
きな少なくとも約０．２５４ｃｍの幅を最初にもってい
る請求項５６の方法。 - 【請求項７１】 バリア板がギャップの所定幅よりも大
きな少なくとも約０．２５４〜０．０６３５ｃｍの幅を
最初にもっている請求項５６の方法。 - 【請求項７２】 熱絶縁材がセラミックである請求項５
７の方法。 - 【請求項７３】 熱絶縁材がセラミック布のシートであ
る請求項５７の方法。 - 【請求項７４】 熱絶縁材が２．０〜１０．０ｍｍの範
囲の厚みをもつ請求項５７の方法。 - 【請求項７５】 ブロックが主に銅からなる請求項５８
の方法。 - 【請求項７６】 レール同士を接合するため、スチール
で埋められる下部開口部、垂直に伸びる側面開口部と所
定幅をもつギャップを与えるため、互いに間隔をあけて
レール同士を保持する部材、下部ベースの所定幅に相当
する長さ、ギャップの所定幅よりも大きな幅、および通
常の厚みをもち、互いに間隔のあいたレールのベース部
に楔状に割り込ませる細長いスチール製バリア板、およ
び溶融スチールでバリア板上部のギャップを埋めるため
のフィラー金属電極を有する溶接部材からなる、各レー
ルが所定幅の支持底をもつ下部ベース、垂直方向に伸び
るウェブおよび車輪と嵌合する上部ヘッドを有するスチ
ール製鉄道レールをガスシールド・アーク溶接するため
のシステム。 - 【請求項７７】 バリア板の下部に熱絶縁材を有し、ギ
ャップの下部開口部と間隔のあいたレールのベースの支
持底とを重合わせる請求項７６のシステム。 - 【請求項７８】 ギャップの下部開口部に架かりベース
の支持底を嵌める金属ブロックを有し、該ブロックが絶
縁材を入れるための上向き凹部を有する請求項７７のシ
ステム。 - 【請求項７９】 ギャップの垂直に伸びる側面開口部上
部に側モールドを有する請求項７６のシステム。 - 【請求項８０】 バリア板が低炭素含有スチールからな
る請求項７６のシステム。 - 【請求項８１】 バリア板が０．１２７〜０．７６２ｃ
ｍの範囲の厚さをもつ請求項７６のシステム。 - 【請求項８２】 バリア板が斜めの側面エッジをもつ請
求項７６のシステム。 - 【請求項８３】 各々が下部ベース、垂直伸長ウェブお
よび上部ヘッドを有し、レート同士を接合するためスチ
ールで埋められるベースギャップ、ウェブギャップおよ
びヘッドギャップを与えるよう長手方向に間隔のあいた
側面方向に伸びる端面を有するスチール製鉄道レールを
ガスシールド・アーク溶接する方法において、スチール
製バリア板を間隔のあいたレール同士のベースの底部で
ギャップ内に楔状に割り込ませ、電極とバリア板との間
のアークによって始動されるガスシールド電気アーク溶
接法によりフィラー金属電極からの溶融スチールでバリ
ア板上部のギャップを充填するステップからなる鉄道レ
ールの溶接方法。 - 【請求項８４】 ギャップを埋めるステップが、複数パ
スのスプレー移動アーク溶接法を用いてベースギャップ
の下部を埋めた後、ベースギャップの残部をパルスアー
ク溶接法を使って埋めることからなる請求項８３の方
法。 - 【請求項８５】 さらに、ウェブギャップとヘッドギャ
ップをパルスアーク溶接法で埋めることからなる請求項
８４の方法。 - 【請求項８６】 さらに、ウェブギャップとヘッドギャ
ップを埋める前に、側モールドをウェブギャップとヘッ
ドギャップの側面対向方向に渡って置くステップを有す
る請求項８５の方法。 - 【請求項８７】 ヘッドギャッフを埋めることが、電極
を始端と終端をもつパスに沿ってヘッドギャップの側面
対向方向に動かし、該パスの各始端から電極の運動を遅
延させることからなる請求項８５の方法。 - 【請求項８８】 遅らせる時間が１〜１０秒である請求
項８７の方法。 - 【請求項８９】 電極を対向方向に動かす速度レートが
毎分１０．１６〜１５．２４ｃｍの間である請求項８７
の方法。 - 【請求項９０】 さらに、毎分５３３．４〜６０９．６
ｃｍの供給レートで電極を供給するステップを有する請
求項８７の方法。 - 【請求項９１】 さらに、ベースギャップ、ウェブギャ
ップおよびヘッドギャップの残部を埋める間、電極を長
手方向に振動させるステップを有する請求項８５の方
法。 - 【請求項９２】 ヘッドギャップを埋めることが、電極
を始端と終端をもつパスに沿って毎分１０．１６〜１
５．２４ｃｍの速度レートでヘッドギャップの側面対向
方向に動かし、この電極の運動を各パスの始端から１〜
１０秒間、遅延させ、電極を毎分５３３．４〜６０９．
６ｃｍの供給レートで供給することからなる請求項８５
の方法。 - 【請求項９３】 さらに、ウェブギャップとヘッドギャ
ップを埋める前に、側モールドをウェブギャップとヘッ
ドギャップの側面対向方向に渡って置き、ベースギャッ
プ、ウェブギャップおよびヘッドギャップの残部を埋め
る間、電極を縦方向に振動させるステップを有する請求
項９２の方法。
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