JP3116229B2 - 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】本発明は鋼レールの離れた端
部を溶接するための方法とシステムに関し、さらに詳し
くはアーク溶接法によって現場で２つの離れた鉄道レー
ルを溶接するための方法とシステムに関するものであ
る。
部を溶接するための方法とシステムに関し、さらに詳し
くはアーク溶接法によって現場で２つの離れた鉄道レー
ルを溶接するための方法とシステムに関するものであ
る。
【０００２】本発明は鉄道レールの溶接に関してここに
詳細に図示され説明されるが、本発明は他のタイプのレ
ール、たとえば起重機レールや車輪のある乗物や装置を
支持するためのレールの溶接にも適用できる。
詳細に図示され説明されるが、本発明は他のタイプのレ
ール、たとえば起重機レールや車輪のある乗物や装置を
支持するためのレールの溶接にも適用できる。
【０００３】
【従来の技術】何年も通して、多くの努力がバット（ｂ
ｕｔｔ）溶接法の幾つかのタイプを用いて離れた鉄道レ
ールを接合するためになされてきた。そのような努力は
一般に、用いられた方法、溶接を成し遂げるのに必要な
時間、溶接をするためのコスト、および永続的な丈夫な
溶接を得ることができないという制約のため、高価でか
つ不十分なものだと分かった。米国特許第４，４２９，
２０７号明細書において、最も一般的な電気アーク溶接
プロセスが図示され、ここで電気スラグ溶接方法が現場
で離れた鉄道レールの間のギャップを埋めるのに使われ
ている。このプロセスは適当なスラグによって覆われた
溶融金属のプールを用いてレール間のギャップを埋める
ことを伴っている。レール間のギャップから溶融金属が
流れるのを防ぐため、側面モールドと底部材が与えら
れ、レールの下に真のギャップから伸びる金属の大きな
突出部を作る。この従来技術の特徴は、変形電気スラグ
溶接（ＥＳＷ）技術を図示し、それはレールが通常の溶
接に対して、上下逆さまにすることができない現場で使
われ得る。今日通常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利点が説明されている。この
開示において、テルミット法は実質的な欠点をもつとし
て示され、これらの欠点は現場で多くの失敗として終わ
ると知られている。この特許はここで参考文献として使
われ、電気スラグ溶接法が現場で均一で成功する溶接を
得るのに明らかに非効率で無能のため、実用的な方法と
しては断念されてきたことを説明している。実際、この
プロセスは現場で問題を与える大量の溶融金属を扱わな
ければならない。
ｕｔｔ）溶接法の幾つかのタイプを用いて離れた鉄道レ
ールを接合するためになされてきた。そのような努力は
一般に、用いられた方法、溶接を成し遂げるのに必要な
時間、溶接をするためのコスト、および永続的な丈夫な
溶接を得ることができないという制約のため、高価でか
つ不十分なものだと分かった。米国特許第４，４２９，
２０７号明細書において、最も一般的な電気アーク溶接
プロセスが図示され、ここで電気スラグ溶接方法が現場
で離れた鉄道レールの間のギャップを埋めるのに使われ
ている。このプロセスは適当なスラグによって覆われた
溶融金属のプールを用いてレール間のギャップを埋める
ことを伴っている。レール間のギャップから溶融金属が
流れるのを防ぐため、側面モールドと底部材が与えら
れ、レールの下に真のギャップから伸びる金属の大きな
突出部を作る。この従来技術の特徴は、変形電気スラグ
溶接（ＥＳＷ）技術を図示し、それはレールが通常の溶
接に対して、上下逆さまにすることができない現場で使
われ得る。今日通常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利点が説明されている。この
開示において、テルミット法は実質的な欠点をもつとし
て示され、これらの欠点は現場で多くの失敗として終わ
ると知られている。この特許はここで参考文献として使
われ、電気スラグ溶接法が現場で均一で成功する溶接を
得るのに明らかに非効率で無能のため、実用的な方法と
しては断念されてきたことを説明している。実際、この
プロセスは現場で問題を与える大量の溶融金属を扱わな
ければならない。
【０００４】電気スラグ法に対して主張された利点のよ
うに、電気スラグ技術とガスシールド・アーク溶接との
結合が米国特許第５，１７５，４０５号に開示されてい
る。この特許は電気スラグ法と結合してガスシールド・
アーク溶接を用いる鉄道レールの離れた端部を溶接する
バットのための自動溶接プロセスを採用している。通常
のテルミット法と囲いアーク溶接の欠点が詳細に論じら
れている。示されているように、テルミットは受け入れ
難く高い失敗率の接合を生じるが、成功のアーク溶接を
得るために要する費用、時間および無能のため、このテ
ルミット法は依然現場で選択されるプロセスである。こ
の特許におけるように、連続アーク溶接の不利な点は、
アークを始動できないことと、溶接が行なわれていると
きアークを始動させ止める必要のあることである。これ
らの不利のいくつかを克服するため、この特許はレール
間のギャップの底部に隠れたアークを使って、連続アー
ク溶接を積極的に始動することを論じた。米国特許第
５，１７５，４０５号はここで参考文献としてテルミッ
ト法、囲いアーク溶接法および隠れアーク法の欠点を開
示し、これらのすべては現場で試みられたが成功しなか
った。この特許によって提案された解決法は、電気スラ
グ溶接とともにガスシールド・アーク溶接を用いること
で、ガスシールド・アーク溶接はギャップの底部で使わ
れて従来のすべて電気スラグ溶接を用いようとする試み
の不利を克服しようとするもいのである。しかし、これ
はギャップの底部にフィラー金属の第１層を正確に始動
させ置くことができる技術がないため、現場で成功する
ことができなかった。
うに、電気スラグ技術とガスシールド・アーク溶接との
結合が米国特許第５，１７５，４０５号に開示されてい
る。この特許は電気スラグ法と結合してガスシールド・
アーク溶接を用いる鉄道レールの離れた端部を溶接する
バットのための自動溶接プロセスを採用している。通常
のテルミット法と囲いアーク溶接の欠点が詳細に論じら
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難く高い失敗率の接合を生じるが、成功のアーク溶接を
得るために要する費用、時間および無能のため、このテ
ルミット法は依然現場で選択されるプロセスである。こ
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アークを始動できないことと、溶接が行なわれていると
きアークを始動させ止める必要のあることである。これ
らの不利のいくつかを克服するため、この特許はレール
間のギャップの底部に隠れたアークを使って、連続アー
ク溶接を積極的に始動することを論じた。米国特許第
５，１７５，４０５号はここで参考文献としてテルミッ
ト法、囲いアーク溶接法および隠れアーク法の欠点を開
示し、これらのすべては現場で試みられたが成功しなか
った。この特許によって提案された解決法は、電気スラ
グ溶接とともにガスシールド・アーク溶接を用いること
で、ガスシールド・アーク溶接はギャップの底部で使わ
れて従来のすべて電気スラグ溶接を用いようとする試み
の不利を克服しようとするもいのである。しかし、これ
はギャップの底部にフィラー金属の第１層を正確に始動
させ置くことができる技術がないため、現場で成功する
ことができなかった。
【０００５】参考文献の２つの特許は、本発明が導かれ
る従来技術の欠点を図示し、従来はさまざまなタイプの
アーク溶接法の組合せの試みが成功せずに終わってき
た。よって、明らかに欠点のあるテルミット法が、現場
でレールの接合をするため離れたレール間に溶融金属を
供給するのに使われる唯一のプロセスである。
る従来技術の欠点を図示し、従来はさまざまなタイプの
アーク溶接法の組合せの試みが成功せずに終わってき
た。よって、明らかに欠点のあるテルミット法が、現場
でレールの接合をするため離れたレール間に溶融金属を
供給するのに使われる唯一のプロセスである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】鉄道レールは現場で使
われている間、レールの端部を接合することによって設
置され、修理される。接合プロセスによりレール間の接
合箇所は高強度で冶金学的に調整され、ひび割れせず、
経済的に非常に短時間に形成され得る。そのような溶接
の基準として、実質的に４５分未満で行われなければな
らず、でないと列車運行を遅らせたり別ルートに変えさ
せたりすることになる。現在、２つの方法が現場でレー
ル接合に使われている。第１はテルミット法で、間隔の
あいたレールが適当な砂モールドで囲まれ、鋼が溶かさ
れてモールド内に注入され、レール間のギャップを埋め
る。溶融金属が固まると、レールは接合する。しかし、
失敗率が７５％と高いと報告されてきている。さらに、
レール間のギャップに注入される溶融鋼によってレール
が溶かされる。これによりテルミット法は現場での接合
には向かず、失敗につながる。テルミット法の欠点を根
本的に減らすため、レール端部がフラッシュ・バット
（ｆｌａｓｈ ｂｕｔｔ）溶接法によって接合され、レ
ール間に電気が流れている間、高強力によってレール端
部が一緒に駆動される。これによりレール端部が溶け、
圧接される。この方法により失敗率が１０％未満に大幅
に減小する。しかし、フラッシュ・バット溶接法はレー
ルが固定されておらず、常設流体設備によって力が加え
られる製造所内では最良に行われる。テルミット法の不
利を克服するため、フラッシュ・バット溶接法が現場で
使われるよう修正されてきた。しかし、溶接時間がレー
ルを結合から引き離す流体加圧ステップの間レールが引
き延ばされなければならないためテルミット法よりも長
くかかる。この手動処理は溶接が起こった後逆転しなけ
ればならず、極めて時間を要する。
われている間、レールの端部を接合することによって設
置され、修理される。接合プロセスによりレール間の接
合箇所は高強度で冶金学的に調整され、ひび割れせず、
経済的に非常に短時間に形成され得る。そのような溶接
の基準として、実質的に４５分未満で行われなければな
らず、でないと列車運行を遅らせたり別ルートに変えさ
せたりすることになる。現在、２つの方法が現場でレー
ル接合に使われている。第１はテルミット法で、間隔の
あいたレールが適当な砂モールドで囲まれ、鋼が溶かさ
れてモールド内に注入され、レール間のギャップを埋め
る。溶融金属が固まると、レールは接合する。しかし、
失敗率が７５％と高いと報告されてきている。さらに、
レール間のギャップに注入される溶融鋼によってレール
が溶かされる。これによりテルミット法は現場での接合
には向かず、失敗につながる。テルミット法の欠点を根
本的に減らすため、レール端部がフラッシュ・バット
（ｆｌａｓｈ ｂｕｔｔ）溶接法によって接合され、レ
ール間に電気が流れている間、高強力によってレール端
部が一緒に駆動される。これによりレール端部が溶け、
圧接される。この方法により失敗率が１０％未満に大幅
に減小する。しかし、フラッシュ・バット溶接法はレー
ルが固定されておらず、常設流体設備によって力が加え
られる製造所内では最良に行われる。テルミット法の不
利を克服するため、フラッシュ・バット溶接法が現場で
使われるよう修正されてきた。しかし、溶接時間がレー
ルを結合から引き離す流体加圧ステップの間レールが引
き延ばされなければならないためテルミット法よりも長
くかかる。この手動処理は溶接が起こった後逆転しなけ
ればならず、極めて時間を要する。
【０００７】フラッシュ・バット溶接はレールの一部を
消費し、溶接が完了した後、これが困難をもたらす。ま
た、レール部分が溶接に必要なレール材料を供給するた
め、レール内に重ね継ぎしなければならない。
消費し、溶接が完了した後、これが困難をもたらす。ま
た、レール部分が溶接に必要なレール材料を供給するた
め、レール内に重ね継ぎしなければならない。
【０００８】さらに、現場に必要な離れた位置まで、レ
ール間に大きな圧力を加えるのに要する流体設備を輸送
するのも欠点である。バット溶接も接合レールのまわり
にフラッシュを生じ、スムーズな作業および使用の間接
合部の応力集中を避けるため剪断されてアークされる。
フラッシュ・バット溶接法が現場でなされる接合の失敗
率を大幅に減らすとしても、テルミット法は離れたレー
ル間のギャップのまわりにモールドを置くだけで迅速に
行われ得るのが、依然使われている。テルミット法は大
きな流体設備を要せず、比較的安価である。接合が失敗
したとき、失敗率は再びテルミット法を行うことにより
処置される。レールの大部分が切断されなければなら
ず、レールの新規の部分が開放域に挿入される。よっ
て、失敗した１つのテルミット接合は２つの交換テルミ
ット接合を必要とすることになる。テルミット法が一般
に広く使用されているとしても、低い失敗率でテルミッ
ト法と結合して利点をもつあるプロセスに対するニーズ
がある。このニーズは何年もの間、存在している。アー
ク溶接は電気スラグ連続アーク溶接、隠れアーク溶接お
よびそれらの組合せとして、周期的に試みられてきた。
しかし、それらは非実用的に大きな設備を使い、あまり
にも長時間かかり、失敗率も許容できるものでなかった
ため、いずれも成功しなかった。アーク溶接は、とくに
レール間のギャップの低部でつながっていない。さら
に、これらの試みは高価で、複雑な設備を要し、溶接の
準備と実行に時間を多く費やした。そのような長時間は
現場でのレール溶接には向かない。
ール間に大きな圧力を加えるのに要する流体設備を輸送
するのも欠点である。バット溶接も接合レールのまわり
にフラッシュを生じ、スムーズな作業および使用の間接
合部の応力集中を避けるため剪断されてアークされる。
フラッシュ・バット溶接法が現場でなされる接合の失敗
率を大幅に減らすとしても、テルミット法は離れたレー
ル間のギャップのまわりにモールドを置くだけで迅速に
行われ得るのが、依然使われている。テルミット法は大
きな流体設備を要せず、比較的安価である。接合が失敗
したとき、失敗率は再びテルミット法を行うことにより
処置される。レールの大部分が切断されなければなら
ず、レールの新規の部分が開放域に挿入される。よっ
て、失敗した１つのテルミット接合は２つの交換テルミ
ット接合を必要とすることになる。テルミット法が一般
に広く使用されているとしても、低い失敗率でテルミッ
ト法と結合して利点をもつあるプロセスに対するニーズ
がある。このニーズは何年もの間、存在している。アー
ク溶接は電気スラグ連続アーク溶接、隠れアーク溶接お
よびそれらの組合せとして、周期的に試みられてきた。
しかし、それらは非実用的に大きな設備を使い、あまり
にも長時間かかり、失敗率も許容できるものでなかった
ため、いずれも成功しなかった。アーク溶接は、とくに
レール間のギャップの低部でつながっていない。さら
に、これらの試みは高価で、複雑な設備を要し、溶接の
準備と実行に時間を多く費やした。そのような長時間は
現場でのレール溶接には向かない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は現場で鉄道レー
ルのようなレールの離れた端部を接合するためガスシー
ルド・アーク溶接を使うための方法およびシステムに関
し、この方法とシステムは経済的で迅速で機械的および
冶金的に良好な技術である。
ルのようなレールの離れた端部を接合するためガスシー
ルド・アーク溶接を使うための方法およびシステムに関
し、この方法とシステムは経済的で迅速で機械的および
冶金的に良好な技術である。
【００１０】鉄道レールは支持底をもつ低ベースを含む
断面形状をもち、底は比較的広くて離れた枕木上にレー
ルを安定位置に置くことを許す。ベースの上方は垂直に
伸びるウェブで、上部車輪嵌合ヘッドと合体している。
このヘッドは列車に車輪がレール上を回転するときより
良い耐摩耗性を与えるようにしばしば硬化される。横方
向の離れている鉄道車輪間の剛体軸構造により、車輪と
レール間に滑りがあるため、ヘッドの硬度は曲がった軌
道部において特に重要である。さらに、レール上を通過
する車体の振動を防ぐため、レールは平滑なヘッドをも
たなければならない。このニーズにより、高速・高重量
レールシステムにおいてレールをバット溶接する要望を
強めさせている。ずっと過去、レールは溶接されず、列
車の特徴ある振動を生じさせていた。高速・高重量・ハ
イテク鉄道システムが出現して、レールは連結レールと
して溶接されなければならず、それにより本発明が改良
を与える現場で行われる接合への要望が高まってきた。
本発明はテルミット法とフラッシュ・バット法の不利を
克服するものである。
断面形状をもち、底は比較的広くて離れた枕木上にレー
ルを安定位置に置くことを許す。ベースの上方は垂直に
伸びるウェブで、上部車輪嵌合ヘッドと合体している。
このヘッドは列車に車輪がレール上を回転するときより
良い耐摩耗性を与えるようにしばしば硬化される。横方
向の離れている鉄道車輪間の剛体軸構造により、車輪と
レール間に滑りがあるため、ヘッドの硬度は曲がった軌
道部において特に重要である。さらに、レール上を通過
する車体の振動を防ぐため、レールは平滑なヘッドをも
たなければならない。このニーズにより、高速・高重量
レールシステムにおいてレールをバット溶接する要望を
強めさせている。ずっと過去、レールは溶接されず、列
車の特徴ある振動を生じさせていた。高速・高重量・ハ
イテク鉄道システムが出現して、レールは連結レールと
して溶接されなければならず、それにより本発明が改良
を与える現場で行われる接合への要望が高まってきた。
本発明はテルミット法とフラッシュ・バット法の不利を
克服するものである。
【００１１】本発明によれば、接合されるべきレール端
部は互いに離れて低開口部をもつギャップを形成してい
る。このギャップは、フィラー金属とガンをギャップ内
に与えることによりガスシールド・アーク溶接するため
の幅をもっている。ベースでレール幅に相当する長さと
ギャップ幅よりも大きな幅をもつ細長い鋼バリヤ板が、
ギャップの底でレール間に挟まれる。こうして、ギャッ
プのベースの低部において、この鋼バリヤ板が離れたレ
ール間をまたぐように駆動される。この楔作用により、
どちらも接地されているバリヤ板と２つのレールの間の
接触がなされる。レール間のギャップの底部にバリヤ板
を楔状に挟んだ後、ギャップは溶接ガンを下方に持って
くることで始められるガスシールド・アーク溶接によっ
て溶融金属下埋められる。板は一般に１／８インチの厚
さで０．０５０〜０．３００インチの範囲にある。この
バリヤ板はギャップ底部でレール間にきつく挟み込まれ
ているので、溶接はフィラー金属電極をバリヤ板と接触
させることによって始められる。こうして溶接は、標準
ガス溶接技術に従って、比較的しっかりと固定されたバ
リヤ板の頂部で起こる。低部では、定電圧スプレーアー
ク溶接である。このプロセスにより、溶接金属の低い層
で高熱が浸透する。電極は高強度の低合金金属芯で、芯
が必要な合金を供給する。この電極は適当なシールドガ
スでシールドされる。実際は、電極はＭＣ１１００外側
シールド電極で、９５％アルゴン、５％二酸化炭素また
は酸素のガスシールド率である。芯金属は必要な降伏強
度を与えるレール形成金属に合うように選ばれる。ガス
シールドはアーク溶接のスプレーモードあるいはパルス
モードのいずれかで標準的な電極のまわりに供給され
る。このプロセスで、非常にわずかのスラグが作られ、
これは隠れアーク法および電気スラグ法に関する問題で
あった。このようなスラグは、特に溶融金属とレール端
部の間の界面にある金属に含まれる。それにより失敗が
引き起こされる。
部は互いに離れて低開口部をもつギャップを形成してい
る。このギャップは、フィラー金属とガンをギャップ内
に与えることによりガスシールド・アーク溶接するため
の幅をもっている。ベースでレール幅に相当する長さと
ギャップ幅よりも大きな幅をもつ細長い鋼バリヤ板が、
ギャップの底でレール間に挟まれる。こうして、ギャッ
プのベースの低部において、この鋼バリヤ板が離れたレ
ール間をまたぐように駆動される。この楔作用により、
どちらも接地されているバリヤ板と２つのレールの間の
接触がなされる。レール間のギャップの底部にバリヤ板
を楔状に挟んだ後、ギャップは溶接ガンを下方に持って
くることで始められるガスシールド・アーク溶接によっ
て溶融金属下埋められる。板は一般に１／８インチの厚
さで０．０５０〜０．３００インチの範囲にある。この
バリヤ板はギャップ底部でレール間にきつく挟み込まれ
ているので、溶接はフィラー金属電極をバリヤ板と接触
させることによって始められる。こうして溶接は、標準
ガス溶接技術に従って、比較的しっかりと固定されたバ
リヤ板の頂部で起こる。低部では、定電圧スプレーアー
ク溶接である。このプロセスにより、溶接金属の低い層
で高熱が浸透する。電極は高強度の低合金金属芯で、芯
が必要な合金を供給する。この電極は適当なシールドガ
スでシールドされる。実際は、電極はＭＣ１１００外側
シールド電極で、９５％アルゴン、５％二酸化炭素また
は酸素のガスシールド率である。芯金属は必要な降伏強
度を与えるレール形成金属に合うように選ばれる。ガス
シールドはアーク溶接のスプレーモードあるいはパルス
モードのいずれかで標準的な電極のまわりに供給され
る。このプロセスで、非常にわずかのスラグが作られ、
これは隠れアーク法および電気スラグ法に関する問題で
あった。このようなスラグは、特に溶融金属とレール端
部の間の界面にある金属に含まれる。それにより失敗が
引き起こされる。
【００１２】本発明はパルスモードか定電圧スプレーモ
ードのいずれかでガスシールド・アーク溶接法を用い、
スプレーモードでは離れたレール間に挟み込まれた新規
なバリヤ板に隣り合うギャップの底部で用いられる。本
発明は複雑な高速波形制御を有する高性能デジタル制御
電源を使う。実際には、リンカーン電気のパワーウェー
ブ４５０電源を用い、スプレー溶接とパルス溶接の間で
直ちに切り換えることができる。各場合において、本発
明の溶接法はガスシールド・アーク溶接で、レール端部
間に良好な金属境界を与えるのに必要な高熱を生じ、標
準溶接に従って溶融金属のプールに向かって電極が進む
とき溶接金属が生じる。この操作の前に、レールは約９
００°Ｆに予熱される。溶接金属の第１層はレール間に
挟まれたバリヤ板を消費する間、電極がギャップに沿っ
て横方向に動いている間、置かれている。ルートパスが
スプレー溶接によって適用され、次の数層もレールのベ
ースで広い面積で高熱が浸透する。その後、電源がパル
スモードに切り換えられる。レールの低ベースでレール
間を埋めるために付加的なパスがなされる。第１あるい
は第２パスの後、バリヤ板の上方の溶融金属は固化する
ので、バリヤ板はもはや必要でない。レールのウェブ部
に溶接が近づくと、銅シューズがギャップを囲むように
用いられ、ギャップが囲まれた空洞を与える。この空洞
はガスシールド溶接を続けることによって埋められ、有
効に貫くためスプレーモードにもどされる。このアーク
溶接はウェブを越えてレールのヘッドまで続く。実際に
は、パルスモードが採用されてスプレーモードの間に遷
移域を与える。スプレーモードとパルスモードの間で切
り換えることにより、良好な結果が得られる。パルス・
アークモードは全プロセスのある部分の間、熱入力制御
のために用いられる。
ードのいずれかでガスシールド・アーク溶接法を用い、
スプレーモードでは離れたレール間に挟み込まれた新規
なバリヤ板に隣り合うギャップの底部で用いられる。本
発明は複雑な高速波形制御を有する高性能デジタル制御
電源を使う。実際には、リンカーン電気のパワーウェー
ブ４５０電源を用い、スプレー溶接とパルス溶接の間で
直ちに切り換えることができる。各場合において、本発
明の溶接法はガスシールド・アーク溶接で、レール端部
間に良好な金属境界を与えるのに必要な高熱を生じ、標
準溶接に従って溶融金属のプールに向かって電極が進む
とき溶接金属が生じる。この操作の前に、レールは約９
００°Ｆに予熱される。溶接金属の第１層はレール間に
挟まれたバリヤ板を消費する間、電極がギャップに沿っ
て横方向に動いている間、置かれている。ルートパスが
スプレー溶接によって適用され、次の数層もレールのベ
ースで広い面積で高熱が浸透する。その後、電源がパル
スモードに切り換えられる。レールの低ベースでレール
間を埋めるために付加的なパスがなされる。第１あるい
は第２パスの後、バリヤ板の上方の溶融金属は固化する
ので、バリヤ板はもはや必要でない。レールのウェブ部
に溶接が近づくと、銅シューズがギャップを囲むように
用いられ、ギャップが囲まれた空洞を与える。この空洞
はガスシールド溶接を続けることによって埋められ、有
効に貫くためスプレーモードにもどされる。このアーク
溶接はウェブを越えてレールのヘッドまで続く。実際に
は、パルスモードが採用されてスプレーモードの間に遷
移域を与える。スプレーモードとパルスモードの間で切
り換えることにより、良好な結果が得られる。パルス・
アークモードは全プロセスのある部分の間、熱入力制御
のために用いられる。
【００１３】いままで記したように、ガスシールド・ア
ーク溶接法は離れたレール間のギャップを埋め、該ギャ
ップの底部で２レール間に挟まれたバリヤ板を使うこと
によってそれがなされる。このバリヤ板は鋼製で、０．
０５０〜０．３００インチ厚みである。板の側端は約
０．０３０インチの垂直接触出っ張りを作るため、面取
りされている。こうして、楔作用によりバリヤ板の端を
変形してレールとバリヤ板の間の電気的接触を確かにし
ている。実際には、バリヤ板の元の幅はレール間ギャッ
プの幅よりも大きくて、バリヤ板がギャップ底部で楔位
置に挟み込まれるとき、緊密な楔作用を確かにする。板
の幅はギャップ幅よりも０．０１０〜０．０２５インチ
大きい。これにより、板が挟み込まれたとき板がねじら
れ、有効なアーク溶接に必須の電気的接触を保証する。
従来、そのような始動メカニズムは鉄道レールの接合の
ためのアーク溶接に対し用いられなかった。
ーク溶接法は離れたレール間のギャップを埋め、該ギャ
ップの底部で２レール間に挟まれたバリヤ板を使うこと
によってそれがなされる。このバリヤ板は鋼製で、０．
０５０〜０．３００インチ厚みである。板の側端は約
０．０３０インチの垂直接触出っ張りを作るため、面取
りされている。こうして、楔作用によりバリヤ板の端を
変形してレールとバリヤ板の間の電気的接触を確かにし
ている。実際には、バリヤ板の元の幅はレール間ギャッ
プの幅よりも大きくて、バリヤ板がギャップ底部で楔位
置に挟み込まれるとき、緊密な楔作用を確かにする。板
の幅はギャップ幅よりも０．０１０〜０．０２５インチ
大きい。これにより、板が挟み込まれたとき板がねじら
れ、有効なアーク溶接に必須の電気的接触を保証する。
従来、そのような始動メカニズムは鉄道レールの接合の
ためのアーク溶接に対し用いられなかった。
【００１４】本発明の他の面によれば、新規な方法とシ
ステムはバリヤ板の下方に断熱材（セラミック層）を含
み、ギャップの低開口部に重なって、アークが銅まで貫
通することを防ぐことにより、ひび割れ問題を生じさせ
る銅の一部の溶融を防ぐ。銅支持ブロックはレールの下
に位置し、ギャップ内の溶融金属の損失を防ぎ、溶接金
属の過熱を防ぐヒートシンクになる。
ステムはバリヤ板の下方に断熱材（セラミック層）を含
み、ギャップの低開口部に重なって、アークが銅まで貫
通することを防ぐことにより、ひび割れ問題を生じさせ
る銅の一部の溶融を防ぐ。銅支持ブロックはレールの下
に位置し、ギャップ内の溶融金属の損失を防ぎ、溶接金
属の過熱を防ぐヒートシンクになる。
【００１５】本発明のさらに別の面によれば、ガスシー
ルド・アーク溶接は細長い鋼バリヤ板を使って遂行さ
れ、該バリヤ板は中央部がベースギャップの低端部に収
容され、端部は中心線に沿って伸びてレールのベース底
部に下にある構造である。好ましくはセラミック・タイ
ルからなる断熱材がバリヤ板の下にかかって、対向する
側部がバリヤ板の側部と重なり、銅ベースシューが上方
に開いた凹部をもって断熱材を収容し、レールベースの
下側部に対して嵌合して、バリヤ板をベース底部に関し
て固定位置に保つ。さらに詳細には、ベースシューと断
熱材はバリヤ板の側部をレールベースの下側部に対して
嵌めて、予熱操作のされている間、レールの膨張によっ
てバリヤ板のねじれが防がれる。さらに、バリヤ板の側
部がレールと嵌合することにより、トーチがギャップに
沿ってルートパスを作るように動くとき、アーク長が変
化しないように保証する。好ましくは、セラミック・タ
イルがベースシュー内に置かれ、バリヤ板がセラミック
・タイル上に置かれ、これらベースシュー、タイルおよ
びバリヤ板のアセンブリーがレールベースの底部に関し
て一体的に挿入される。さらに、銅ベースシューと銅側
面モールドシューは水冷され溶接箇所の引き伸ばしやす
さを改善する。
ルド・アーク溶接は細長い鋼バリヤ板を使って遂行さ
れ、該バリヤ板は中央部がベースギャップの低端部に収
容され、端部は中心線に沿って伸びてレールのベース底
部に下にある構造である。好ましくはセラミック・タイ
ルからなる断熱材がバリヤ板の下にかかって、対向する
側部がバリヤ板の側部と重なり、銅ベースシューが上方
に開いた凹部をもって断熱材を収容し、レールベースの
下側部に対して嵌合して、バリヤ板をベース底部に関し
て固定位置に保つ。さらに詳細には、ベースシューと断
熱材はバリヤ板の側部をレールベースの下側部に対して
嵌めて、予熱操作のされている間、レールの膨張によっ
てバリヤ板のねじれが防がれる。さらに、バリヤ板の側
部がレールと嵌合することにより、トーチがギャップに
沿ってルートパスを作るように動くとき、アーク長が変
化しないように保証する。好ましくは、セラミック・タ
イルがベースシュー内に置かれ、バリヤ板がセラミック
・タイル上に置かれ、これらベースシュー、タイルおよ
びバリヤ板のアセンブリーがレールベースの底部に関し
て一体的に挿入される。さらに、銅ベースシューと銅側
面モールドシューは水冷され溶接箇所の引き伸ばしやす
さを改善する。
【００１６】好ましくは、バリヤ板はレールベースの幅
よりも長く、ギャップの対向側部で溶接金属が流入・流
出する小さなエリアを与え、溶接金属の質を最適化す
る。溶接終了後、グラインド等によって余分の溶接金属
が除かれる。好ましくは、レールベースの底部の下にあ
るバリヤ板の側部は面取りされて、平滑なルート溶接輪
郭を残すように、アークが側部エリアで板を完全に消費
するようにさせる。さらに、バリヤ板の対向側端は、バ
リヤ板の頂面と底面の間に外側に開かれた通路を設けら
れている。これらの通路により、溶接熱が蓄積され始め
ている間、ルートパスの始動エリアで溶接金属の完全な
浸透が容易になる。よって、始動時には溶接熱は十分で
ないかもしれないが、この通路によって所望の結果が促
進される。他の実施例によれば、バリヤ板の長手に沿う
溶接金属の浸透は複数の外側に用いた通路を対向する側
端に沿って与えることによって促進される。
よりも長く、ギャップの対向側部で溶接金属が流入・流
出する小さなエリアを与え、溶接金属の質を最適化す
る。溶接終了後、グラインド等によって余分の溶接金属
が除かれる。好ましくは、レールベースの底部の下にあ
るバリヤ板の側部は面取りされて、平滑なルート溶接輪
郭を残すように、アークが側部エリアで板を完全に消費
するようにさせる。さらに、バリヤ板の対向側端は、バ
リヤ板の頂面と底面の間に外側に開かれた通路を設けら
れている。これらの通路により、溶接熱が蓄積され始め
ている間、ルートパスの始動エリアで溶接金属の完全な
浸透が容易になる。よって、始動時には溶接熱は十分で
ないかもしれないが、この通路によって所望の結果が促
進される。他の実施例によれば、バリヤ板の長手に沿う
溶接金属の浸透は複数の外側に用いた通路を対向する側
端に沿って与えることによって促進される。
【００１７】本発明のさらに他の面によれば、レールヘ
ッド間のギャップの改良された溶接強度はヘッドとウェ
ブ間の遷移エリア間のギャップに、およびレールの中央
部とクラウン部間のギャップに溶接金属ビーズを置くこ
とによって達成される。このプロセスはフィラー金属の
ビーズをヘッドの側端対向部と中央部に溶接を補強する
ように置いて、ウェブからヘッドの垂直分離を最適に保
護する。好ましくは、レールベースの低部間のギャップ
はバリヤ板を使うことによって埋められ、スプレー溶接
の後、パルス溶接を使ってギャップが完全に埋められ
る。レールウェブの溶接がヘッドの遷移部まで終了した
とき、フィラー金属のビーズが側部対向方向に連続的に
置かれる。各ビーズは垂直方向に厚い外端部の１つの端
部をもつ。ヘッドの中心部とクラウン部の間のギャップ
は溶接金属を前後に連続的に動かすことにより埋められ
る。
ッド間のギャップの改良された溶接強度はヘッドとウェ
ブ間の遷移エリア間のギャップに、およびレールの中央
部とクラウン部間のギャップに溶接金属ビーズを置くこ
とによって達成される。このプロセスはフィラー金属の
ビーズをヘッドの側端対向部と中央部に溶接を補強する
ように置いて、ウェブからヘッドの垂直分離を最適に保
護する。好ましくは、レールベースの低部間のギャップ
はバリヤ板を使うことによって埋められ、スプレー溶接
の後、パルス溶接を使ってギャップが完全に埋められ
る。レールウェブの溶接がヘッドの遷移部まで終了した
とき、フィラー金属のビーズが側部対向方向に連続的に
置かれる。各ビーズは垂直方向に厚い外端部の１つの端
部をもつ。ヘッドの中心部とクラウン部の間のギャップ
は溶接金属を前後に連続的に動かすことにより埋められ
る。
【００１８】本発明の第１の目的は、現場で迅速に行う
ことができ、失敗率の低い鉄道レールのシールドガス・
アーク溶接に対する方法とシステムを提供することにあ
る。
ことができ、失敗率の低い鉄道レールのシールドガス・
アーク溶接に対する方法とシステムを提供することにあ
る。
【００１９】本発明の他の目的は、離れたレール間のギ
ャップ底部に金属バリヤ板を挟み込み、シールドガス・
アーク溶接の低部を制御する方法とシステムを提供する
ことにある。
ャップ底部に金属バリヤ板を挟み込み、シールドガス・
アーク溶接の低部を制御する方法とシステムを提供する
ことにある。
【００２０】さらに本発明の他の目的は、レール間のギ
ャップ底部で離れた鉄道レール間に挟み込まれるバリヤ
板を提供することにある。
ャップ底部で離れた鉄道レール間に挟み込まれるバリヤ
板を提供することにある。
【００２１】本発明のさらに別の目的は、離れたレール
間のギャップをまたいで、底部の下にあり、レールに対
して固定される構造の金属バリヤ板の概念を採用する方
法とシステムを提供することにある。
間のギャップをまたいで、底部の下にあり、レールに対
して固定される構造の金属バリヤ板の概念を採用する方
法とシステムを提供することにある。
【００２２】本発明の他の目的は、溶接継手の引き伸ば
しやすさがベースシューと側部モールドシューを冷やす
ことによって最適化される方法とシステムを提供するこ
とにある。
しやすさがベースシューと側部モールドシューを冷やす
ことによって最適化される方法とシステムを提供するこ
とにある。
【００２３】さらに別の目的は、離れたレールの底部に
隣接して通路が設けられ、ルートパスの溶接金属の浸透
を促進する構造のバリヤ板を提供することにある。
隣接して通路が設けられ、ルートパスの溶接金属の浸透
を促進する構造のバリヤ板を提供することにある。
【００２４】さらに別の目的は、レールヘッド間のギャ
ップで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。
ップで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。
【００２５】他の目的は、ウェブからレールヘッドの垂
直分離に対する保護を最適化するため、レールヘッドの
側部対向端で溶接補強を与える方法を提供することにあ
る。
直分離に対する保護を最適化するため、レールヘッドの
側部対向端で溶接補強を与える方法を提供することにあ
る。
【００２６】これらおよび他の目的と効果は、図面を用
いて説明する以下の記述によって明らかになるであろ
う。
いて説明する以下の記述によって明らかになるであろ
う。
【００２７】
【実施例】以下、図面を用いて説明するが、図面は本発
明の実施例を説明するためのもので、これらと同一のも
のに制限するためのものではない。図１は優先路床Ｂ上
に敷かれた鉄道レールＡを示し、接合された連続溶接レ
ール（ＣＷＲ）を形成すべきレール１０・１２が枕木２
０、鋼支持ギャップ３０およびスパイク３２によって路
床Ｂ上に支持されている。レール１０・１２は間隔があ
いてギャップｇを区画し、ギャップｇは連続レールの工
場アセンブリに対して、現場での連続レールとして溶融
金属で埋められて２つのレール１０・１２を接合する。
ギャップｇは修理すべきレールの２つの部分の間のギャ
ップ、あるいはＣＷＲシステムとして最初に設置される
レールの２部分の間のギャップである。ギャップｇが修
理のために用いられると、時にはレールを切断し、長い
レール部分を挿入しなければならないことがある。この
プロセスは割れ目のあるレール、割れ目のある接合部、
あるいは欠陥のある接合部を修理するために用いられ
る。これらのすべての例で、２つの離れたレール１０・
１２は一般に１．００インチあるギャップｇをもってい
る。図２はレール１０の標準的な断面形状を示し、下部
ベース４０は極めて広く、支持底４２を有して枕木２０
上にレールを安定させ、レール上を通過する列車の重量
を支持する。ベース４０は２つの上方傾斜頂部４４・４
６を有し、下ヒレ５２と上ヒレ５４をもつ垂直に伸びる
ウェブ５０につながっている。上ヒレ５４は大きなボデ
ー部６２と車輪支持上面６４をもつレール冠として知ら
れているヘッド６０につながり、上面６４エリアは円筒
状リム７０とディスク７２をもつ回転する車輪Ｗを受
け、ディスク７２はレールに沿って車輪が回転するとき
車輪がヘッド６０上を左に動くことを防ぐ。車輪がボデ
ー部６２と接触し、かつ上面６４にリム７０の大重量が
連続してかかることを考えて、ヘッド６０はブリネル・
スケールで−６０から＋４０の範囲をもってブリネル３
００の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で
は、相当な高合金鋼でなければならない。ギャップｇを
埋めるフィラー金属に使われる合金鋼は、ギャップｇの
エリア内でレールの上部に沿って本発明に従う溶接仕様
に合う硬度をもつ。
明の実施例を説明するためのもので、これらと同一のも
のに制限するためのものではない。図１は優先路床Ｂ上
に敷かれた鉄道レールＡを示し、接合された連続溶接レ
ール（ＣＷＲ）を形成すべきレール１０・１２が枕木２
０、鋼支持ギャップ３０およびスパイク３２によって路
床Ｂ上に支持されている。レール１０・１２は間隔があ
いてギャップｇを区画し、ギャップｇは連続レールの工
場アセンブリに対して、現場での連続レールとして溶融
金属で埋められて２つのレール１０・１２を接合する。
ギャップｇは修理すべきレールの２つの部分の間のギャ
ップ、あるいはＣＷＲシステムとして最初に設置される
レールの２部分の間のギャップである。ギャップｇが修
理のために用いられると、時にはレールを切断し、長い
レール部分を挿入しなければならないことがある。この
プロセスは割れ目のあるレール、割れ目のある接合部、
あるいは欠陥のある接合部を修理するために用いられ
る。これらのすべての例で、２つの離れたレール１０・
１２は一般に１．００インチあるギャップｇをもってい
る。図２はレール１０の標準的な断面形状を示し、下部
ベース４０は極めて広く、支持底４２を有して枕木２０
上にレールを安定させ、レール上を通過する列車の重量
を支持する。ベース４０は２つの上方傾斜頂部４４・４
６を有し、下ヒレ５２と上ヒレ５４をもつ垂直に伸びる
ウェブ５０につながっている。上ヒレ５４は大きなボデ
ー部６２と車輪支持上面６４をもつレール冠として知ら
れているヘッド６０につながり、上面６４エリアは円筒
状リム７０とディスク７２をもつ回転する車輪Ｗを受
け、ディスク７２はレールに沿って車輪が回転するとき
車輪がヘッド６０上を左に動くことを防ぐ。車輪がボデ
ー部６２と接触し、かつ上面６４にリム７０の大重量が
連続してかかることを考えて、ヘッド６０はブリネル・
スケールで−６０から＋４０の範囲をもってブリネル３
００の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で
は、相当な高合金鋼でなければならない。ギャップｇを
埋めるフィラー金属に使われる合金鋼は、ギャップｇの
エリア内でレールの上部に沿って本発明に従う溶接仕様
に合う硬度をもつ。
【００２８】図３で、レール１０の部材に相当するレー
ル１２の部材は接尾辞“ａ”で示されている。これらの
符号は銅シュー１００・１１０を説明するのに用いら
れ、シュー１００はレール１０の上に垂れ、シュー１１
０はレール１２の上に垂れている。シュー１００につい
て詳細に説明するが、それらはシュー１１０にも同様に
適用され、ここでシュー１１０に対応する部材は“ａ”
で示されている。図４でシュー１００は頂部支持バー１
２０を有し、懸垂シュー１２２・１２４にレールのヘッ
ドに沿ってスライドできる重い銅ブロックを形成させて
いる。頂部支持バー１２０もシュー１２２・１２４の配
列を与え、シューとレール部間のギャップと同様にシュ
ー１２２と１２４の間隔を保っている。レール断面の内
側に面しているのは、面１２６・１２８である。これら
の面はレール１０の輪郭に合って、シュー１００・１１
０のスライドによってギャップｇを閉じてレール１０・
１２の断面形状をもつ空洞を生じている。懸垂シューを
安定させるため、配列ピン１３０がボルト１３２・１３
４とともに設けられ、支持バー１２０から銅シュー１２
２・１２４を組み立てさせている。シューは図３の位置
まで動いて、ギャップｇを開き、レールの低ベース部で
溶接させる。その後、シュー１００・１１０はギャップ
を閉じるように動き、それぞれレール１０・１２のウェ
ブ５０・５０ａで溶接させる。後述するように、下部ブ
ロック１５０はベース４０・４０ａの底４２の下に位置
している。上部凹部１５２はセラミック層１５４の形で
の絶縁材を収容する大きさで、図３のギャップｇの底を
またいでいる。ギャップｇの底を閉じるため、図５〜７
に示すバリヤ板Ｐがある。
ル１２の部材は接尾辞“ａ”で示されている。これらの
符号は銅シュー１００・１１０を説明するのに用いら
れ、シュー１００はレール１０の上に垂れ、シュー１１
０はレール１２の上に垂れている。シュー１００につい
て詳細に説明するが、それらはシュー１１０にも同様に
適用され、ここでシュー１１０に対応する部材は“ａ”
で示されている。図４でシュー１００は頂部支持バー１
２０を有し、懸垂シュー１２２・１２４にレールのヘッ
ドに沿ってスライドできる重い銅ブロックを形成させて
いる。頂部支持バー１２０もシュー１２２・１２４の配
列を与え、シューとレール部間のギャップと同様にシュ
ー１２２と１２４の間隔を保っている。レール断面の内
側に面しているのは、面１２６・１２８である。これら
の面はレール１０の輪郭に合って、シュー１００・１１
０のスライドによってギャップｇを閉じてレール１０・
１２の断面形状をもつ空洞を生じている。懸垂シューを
安定させるため、配列ピン１３０がボルト１３２・１３
４とともに設けられ、支持バー１２０から銅シュー１２
２・１２４を組み立てさせている。シューは図３の位置
まで動いて、ギャップｇを開き、レールの低ベース部で
溶接させる。その後、シュー１００・１１０はギャップ
を閉じるように動き、それぞれレール１０・１２のウェ
ブ５０・５０ａで溶接させる。後述するように、下部ブ
ロック１５０はベース４０・４０ａの底４２の下に位置
している。上部凹部１５２はセラミック層１５４の形で
の絶縁材を収容する大きさで、図３のギャップｇの底を
またいでいる。ギャップｇの底を閉じるため、図５〜７
に示すバリヤ板Ｐがある。
【００２９】従来、ギャップｇでの電気アーク溶接が試
みられたが、プロセスが操作に一致せず、ギャップｇで
のフィラー金属の第１または第２層を支持する構造をも
たなかったため、成功しなかった。このギャップは約
１．００インチで、図８に示すように、電極とガスノズ
ルを運ぶガンを収容できる。従来、ギャップがかなり広
くなければならなかったので、そのギャップを均一に埋
めることができなかった。特に、レールの支持のために
重要な底部においてはそうであった。レールはベース４
０でたわみ、大いに応力を受ける。これを解決するた
め、本発明は図５〜７の板Ｐを用いる。この板Ｐは、ギ
ャップ内の合金が電極の芯内の金属粉によっなされるの
で、低炭素含有鋼からなっている。板Ｐは０．０５０〜
０．３００インチの厚みをもっている。実際は、図７の
寸法ｂで示されている平行端２００・２０２間の幅で、
０．１２５インチの厚みである。この大きさはギャップ
ｇの幅ａよりもわずかに大きい。よって、板Ｐは図３の
ようにレールの最下部でレール１０・１２間にハンマー
によって挟み込まれたように挟み込まれなければなら
な。これにより、板Ｐは最終幅よりもわずかに狭くさせ
られる。板Ｐの端２００・２０２の片方あるいは両方を
変形させるこの楔作用により、接地されているレール１
０・１２と板Ｐとの間の電気的接触が保証される。この
位置で、板Ｐはブロック１５０の凹部１５２にある絶縁
材１５４の頂部にあるブロック１５０は溶接の間、レー
ル１０・１２の間ギャップｇ内に置かれた溶融金属に対
して下部バリヤを与える。図５・６のように、平行端２
００・２０２はそれぞれ３０°傾いた面取り部２１０・
２１２を有し、バリヤ板Ｐの頂面から約０．０３０イン
チ下から伸びて、それぞれ壁２２０・２２２を形成して
いる。これらの壁はギャップｇの底でレール１０・１２
の面に対して曲げられてギャップ底を形成する。図８の
位置に板Ｐは挟み込まれて、固定される。
みられたが、プロセスが操作に一致せず、ギャップｇで
のフィラー金属の第１または第２層を支持する構造をも
たなかったため、成功しなかった。このギャップは約
１．００インチで、図８に示すように、電極とガスノズ
ルを運ぶガンを収容できる。従来、ギャップがかなり広
くなければならなかったので、そのギャップを均一に埋
めることができなかった。特に、レールの支持のために
重要な底部においてはそうであった。レールはベース４
０でたわみ、大いに応力を受ける。これを解決するた
め、本発明は図５〜７の板Ｐを用いる。この板Ｐは、ギ
ャップ内の合金が電極の芯内の金属粉によっなされるの
で、低炭素含有鋼からなっている。板Ｐは０．０５０〜
０．３００インチの厚みをもっている。実際は、図７の
寸法ｂで示されている平行端２００・２０２間の幅で、
０．１２５インチの厚みである。この大きさはギャップ
ｇの幅ａよりもわずかに大きい。よって、板Ｐは図３の
ようにレールの最下部でレール１０・１２間にハンマー
によって挟み込まれたように挟み込まれなければなら
な。これにより、板Ｐは最終幅よりもわずかに狭くさせ
られる。板Ｐの端２００・２０２の片方あるいは両方を
変形させるこの楔作用により、接地されているレール１
０・１２と板Ｐとの間の電気的接触が保証される。この
位置で、板Ｐはブロック１５０の凹部１５２にある絶縁
材１５４の頂部にあるブロック１５０は溶接の間、レー
ル１０・１２の間ギャップｇ内に置かれた溶融金属に対
して下部バリヤを与える。図５・６のように、平行端２
００・２０２はそれぞれ３０°傾いた面取り部２１０・
２１２を有し、バリヤ板Ｐの頂面から約０．０３０イン
チ下から伸びて、それぞれ壁２２０・２２２を形成して
いる。これらの壁はギャップｇの底でレール１０・１２
の面に対して曲げられてギャップ底を形成する。図８の
位置に板Ｐは挟み込まれて、固定される。
【００３０】図８において、アーク溶接ガン２５０は約
１／２インチの直径ｘをもち、ギャップｇは１．００イ
ンチの厚みをもってガン２５０をギャップｇ内で動かし
得る。ガン２５０から連続的に金属芯電極２６０が突き
出され、電極２６０はガイド２６２内に支持されＥ１１
０Ｃ−Ｇタイプの低合金芯電極で高強度である。電極は
リンカーン電気社の外側シールドＭＣ１１００を使い得
る。電極２６０が下に進むと、アークＣが板Ｐと電極２
６０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・アーク溶接法に従って、ガ
イド２６２のまわりの通路２６４から噴出される。板Ｐ
の挟み込みにより、接地レールは板Ｐと緊密に接触す
る。板の上面はアークを受け、板自身は電極２６０の第
１・第２パスの間、溶接パドルを支持する。この板は操
作開始の間、アークを支持する。絶縁材１５４によって
ブロック１５０へのアークの浸透が防がれる。こうし
て、ブロック１５０は良いヒートシンクを与えるが、銅
を溶接部に移動させない。板Ｐとセラミック層１５４に
よって銅の混入が防がれる。アーク始動の間、アークは
比較的厚い板Ｐを通って燃えない。アークがレール１０
・１２の間を行ったり来たりするとき、アークは面取り
部２１０・２１２のエリアに入り、そのときアークは端
２００・２０２に沿って板Ｐを貫通する。しかし、電極
からの溶融金属は板Ｐのこの部分を通って、問題を生じ
ることなく絶縁層に対して流れる。端２００・２０２は
面取りされて電気的接触を生じさせ、アーク溶接の間良
好な接地作用を与える。板はギャップｇの底部に挟み込
まれている。シールドガスＧはアークＣを取り囲み、板
Ｐは溶接金属に対する下部バリヤを保持する。図１０
で、電極２６０が第１パス、すなわちルートパスＲを敷
しめた板Ｐ上を初めて通るとき、曲がりくねったパター
ンで行ったり来たりしている。このルートパスからの金
属は板Ｐ上に保持され、レール１０・１２の底部を接合
する溶融金属プールを形成する。
１／２インチの直径ｘをもち、ギャップｇは１．００イ
ンチの厚みをもってガン２５０をギャップｇ内で動かし
得る。ガン２５０から連続的に金属芯電極２６０が突き
出され、電極２６０はガイド２６２内に支持されＥ１１
０Ｃ−Ｇタイプの低合金芯電極で高強度である。電極は
リンカーン電気社の外側シールドＭＣ１１００を使い得
る。電極２６０が下に進むと、アークＣが板Ｐと電極２
６０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・アーク溶接法に従って、ガ
イド２６２のまわりの通路２６４から噴出される。板Ｐ
の挟み込みにより、接地レールは板Ｐと緊密に接触す
る。板の上面はアークを受け、板自身は電極２６０の第
１・第２パスの間、溶接パドルを支持する。この板は操
作開始の間、アークを支持する。絶縁材１５４によって
ブロック１５０へのアークの浸透が防がれる。こうし
て、ブロック１５０は良いヒートシンクを与えるが、銅
を溶接部に移動させない。板Ｐとセラミック層１５４に
よって銅の混入が防がれる。アーク始動の間、アークは
比較的厚い板Ｐを通って燃えない。アークがレール１０
・１２の間を行ったり来たりするとき、アークは面取り
部２１０・２１２のエリアに入り、そのときアークは端
２００・２０２に沿って板Ｐを貫通する。しかし、電極
からの溶融金属は板Ｐのこの部分を通って、問題を生じ
ることなく絶縁層に対して流れる。端２００・２０２は
面取りされて電気的接触を生じさせ、アーク溶接の間良
好な接地作用を与える。板はギャップｇの底部に挟み込
まれている。シールドガスＧはアークＣを取り囲み、板
Ｐは溶接金属に対する下部バリヤを保持する。図１０
で、電極２６０が第１パス、すなわちルートパスＲを敷
しめた板Ｐ上を初めて通るとき、曲がりくねったパター
ンで行ったり来たりしている。このルートパスからの金
属は板Ｐ上に保持され、レール１０・１２の底部を接合
する溶融金属プールを形成する。
【００３１】アーク溶接プロセスはリンカーン電気社の
パワーウェーブ４５０電源のような高速波形制御可能な
デジタル制御電源を使って達成される。ルートパスＲ
は、定電圧スプレー溶接によって達成される。図１１の
ように、レール１０・１２のベース４０・４０ａ間のギ
ャップの下部に数層がギャップｇを横切って置かれてい
る。定電圧法によって数層の金属が置かれた後、電源は
パルスモードに切り換えられ、さらに数層を置く。これ
がギャップｇのベース溶接操作をカバーする。その後、
図１１Ａのように、シュー１００・１１０がレール１０
・１２のウェブとヘッドでギャップｇを囲むように動
く。図３のように、バー１２０・１２０ａ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間の上部開口部がガン２５０を使い続けさせる。
これにより、スプレーモードとパルスモードの間で溶接
プロセスが変化する。両側において、電極２６０からの
フィラー金属でギャップを埋めるため、ガスシールド・
アーク溶接が行われる。芯金属はギャップｇ内でフィラ
ー金属を混ぜるために選ばれ、所定の強度と冶金特性を
もつ接合を生じる。
パワーウェーブ４５０電源のような高速波形制御可能な
デジタル制御電源を使って達成される。ルートパスＲ
は、定電圧スプレー溶接によって達成される。図１１の
ように、レール１０・１２のベース４０・４０ａ間のギ
ャップの下部に数層がギャップｇを横切って置かれてい
る。定電圧法によって数層の金属が置かれた後、電源は
パルスモードに切り換えられ、さらに数層を置く。これ
がギャップｇのベース溶接操作をカバーする。その後、
図１１Ａのように、シュー１００・１１０がレール１０
・１２のウェブとヘッドでギャップｇを囲むように動
く。図３のように、バー１２０・１２０ａ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間の上部開口部がガン２５０を使い続けさせる。
これにより、スプレーモードとパルスモードの間で溶接
プロセスが変化する。両側において、電極２６０からの
フィラー金属でギャップを埋めるため、ガスシールド・
アーク溶接が行われる。芯金属はギャップｇ内でフィラ
ー金属を混ぜるために選ばれ、所定の強度と冶金特性を
もつ接合を生じる。
【００３２】実際に使われる溶接プロセスを図１３に示
す。パルスモードがベース４０・４０ａの頂部４４・４
６に隣接して使われる。同様に、パルスモードがヘッド
６０の頂面６４とフィレ５４のエリア内で使われる。ス
プレーモードは開始ルートパスのため、底部で使われ、
溶接の始動とギャップｇのルートでのレール接合を保証
する。スプレーモードとパルスモードの組合せが使わ
れ、あるいはスプレーモードが全プロセスに使われる。
スプレーモードは板Ｐで使われる。
す。パルスモードがベース４０・４０ａの頂部４４・４
６に隣接して使われる。同様に、パルスモードがヘッド
６０の頂面６４とフィレ５４のエリア内で使われる。ス
プレーモードは開始ルートパスのため、底部で使われ、
溶接の始動とギャップｇのルートでのレール接合を保証
する。スプレーモードとパルスモードの組合せが使わ
れ、あるいはスプレーモードが全プロセスに使われる。
スプレーモードは板Ｐで使われる。
【００３３】レール１０・１２の対向面はフラットであ
るが、片面あるいは両面がわずかに曲がっている場合も
ある。これを図９に示す。ギャップｅが板Ｐとレール１
０の端面の間に作られている。本発明の制限は、電極２
６０の直径ｄ−約１／１６インチ−がギャップｅよりも
大きくなければならず（ｅ＜ｄ）、電極２６０によって
作られるアークが絶縁材１５４を通って下へ通って行か
ないようにする。この場合でも、板Ｐを接地させるため
のレール間の接触は依然あり、板Ｐと接地レールの間の
電気接触は保証される。この説明は、板ＰがアークＣと
ギャップｇの下部支持構造の間にバリヤを与えることを
論じるためだけのものである。
るが、片面あるいは両面がわずかに曲がっている場合も
ある。これを図９に示す。ギャップｅが板Ｐとレール１
０の端面の間に作られている。本発明の制限は、電極２
６０の直径ｄ−約１／１６インチ−がギャップｅよりも
大きくなければならず（ｅ＜ｄ）、電極２６０によって
作られるアークが絶縁材１５４を通って下へ通って行か
ないようにする。この場合でも、板Ｐを接地させるため
のレール間の接触は依然あり、板Ｐと接地レールの間の
電気接触は保証される。この説明は、板ＰがアークＣと
ギャップｇの下部支持構造の間にバリヤを与えることを
論じるためだけのものである。
【００３４】本発明のわずかな変形は、図１２において
下部ブロック１５０がレールのベース４０・４０ａの側
部に隣接して上方に伸びる端板３００を有していること
である。絶縁層１５４は端板３００に沿って上方に動く
延長部１５４ａを有し、シュー１００・１１０がギャッ
プｇのウェブとヘッドエリアに一緒に動く前に、ギャッ
プ８の下部に溜まった溶融フィラー金属に対する最も外
側のバリヤを与える。
下部ブロック１５０がレールのベース４０・４０ａの側
部に隣接して上方に伸びる端板３００を有していること
である。絶縁層１５４は端板３００に沿って上方に動く
延長部１５４ａを有し、シュー１００・１１０がギャッ
プｇのウェブとヘッドエリアに一緒に動く前に、ギャッ
プ８の下部に溜まった溶融フィラー金属に対する最も外
側のバリヤを与える。
【００３５】本発明はギャップｇに溜まるフィラー金属
中にスラグがない。本発明はガスシールド法を用い、さ
まざまな電源を使うことによってスプレーモードとパル
スモードの間で変換される。楔作用により、フラッシュ
・バット溶接法の（低い）失敗率に匹敵する（低い）失
敗率をもつ良好な溶接を生じる。バリヤ板Ｐは消費され
るので、ギャップｇのルート部で溶融金属の一部であ
る。金属芯電極がその芯に合金用金属をもっているの
で、バリヤ板Ｐによって合金用金属が与えられる必要は
ない。
中にスラグがない。本発明はガスシールド法を用い、さ
まざまな電源を使うことによってスプレーモードとパル
スモードの間で変換される。楔作用により、フラッシュ
・バット溶接法の（低い）失敗率に匹敵する（低い）失
敗率をもつ良好な溶接を生じる。バリヤ板Ｐは消費され
るので、ギャップｇのルート部で溶融金属の一部であ
る。金属芯電極がその芯に合金用金属をもっているの
で、バリヤ板Ｐによって合金用金属が与えられる必要は
ない。
【００３６】図１４〜１９は本発明によるバリヤ板の他
の実施例、およびベースシュー、断熱材、側部モールド
シューの構造変形例を示している。図１４〜１９におい
て、レール１０・１２は上記説明したレールと構造的に
同一で、したがって、レール各部の符号も同一のものを
用いる。さらに、側部モールドシュー１００・１１０の
基礎構造は上記説明と同一なので、各部の符号も同一の
ものを用いる。
の実施例、およびベースシュー、断熱材、側部モールド
シューの構造変形例を示している。図１４〜１９におい
て、レール１０・１２は上記説明したレールと構造的に
同一で、したがって、レール各部の符号も同一のものを
用いる。さらに、側部モールドシュー１００・１１０の
基礎構造は上記説明と同一なので、各部の符号も同一の
ものを用いる。
【００３７】図１４〜１９で、レール１０・１２のベー
スの底４２・４２ａはそれぞれ側面に伸びる底端４００
をもち、底端４００は対応するレールベースの対向側端
間の距離に等しい長さを有している（図１５・１６）。
図１６〜１８のように、バリヤ板Ｐ１はギャップｇの側
面方向に伸び、長手対向端４０２、側面対向端４０４、
頂面４０６、および面取り部４１０を有する底面４０８
を有している。板Ｐ１は面４０６〜４０８間が約０．１
２５インチ厚みで、各面取り部は頂面４０６の下に約
０．０３０インチで始まり下に伸びて約３０°の角度で
対応する端４０４の内側にある。側面対向端４０４はバ
リヤ板に約１．１２０インチの幅を与え、これはレール
ベース間のギャップｇの幅よりも大きい。凹部４１２が
頂面４０６に側端４０４の内側にかつ対向端の間に設け
られている。各凹部４１２は頂面４０６に平行な底壁４
１４と、該底壁４１４に垂直で対向端４０４に平行な内
側壁４１６をもっている。内側壁４１６は約０．９９５
インチの幅をもつ中央部４１８を与え、図１９のように
ギャップｇに受けられる中央部を与える。凹部４１２は
レール１０・１２のベース４０・４０ａの隣接部を受
け、底４２・４２ａの下にある側部４２０を与える。好
ましくは、各凹部４１２は幅が約０．０６３インチ、深
さが約０．０２０インチである。
スの底４２・４２ａはそれぞれ側面に伸びる底端４００
をもち、底端４００は対応するレールベースの対向側端
間の距離に等しい長さを有している（図１５・１６）。
図１６〜１８のように、バリヤ板Ｐ１はギャップｇの側
面方向に伸び、長手対向端４０２、側面対向端４０４、
頂面４０６、および面取り部４１０を有する底面４０８
を有している。板Ｐ１は面４０６〜４０８間が約０．１
２５インチ厚みで、各面取り部は頂面４０６の下に約
０．０３０インチで始まり下に伸びて約３０°の角度で
対応する端４０４の内側にある。側面対向端４０４はバ
リヤ板に約１．１２０インチの幅を与え、これはレール
ベース間のギャップｇの幅よりも大きい。凹部４１２が
頂面４０６に側端４０４の内側にかつ対向端の間に設け
られている。各凹部４１２は頂面４０６に平行な底壁４
１４と、該底壁４１４に垂直で対向端４０４に平行な内
側壁４１６をもっている。内側壁４１６は約０．９９５
インチの幅をもつ中央部４１８を与え、図１９のように
ギャップｇに受けられる中央部を与える。凹部４１２は
レール１０・１２のベース４０・４０ａの隣接部を受
け、底４２・４２ａの下にある側部４２０を与える。好
ましくは、各凹部４１２は幅が約０．０６３インチ、深
さが約０．０２０インチである。
【００３８】各側面対向端は、頂面４０６と面取り部４
１０の間に伸びる側面に外側に開かれた通路４２２を与
えられている。各通路４２２は内側壁４１６に平行な内
壁４２４と、長手に離れた端壁４２６を有している。通
路４２２は、好ましくは側面に互いに整列し、バリヤ板
の端４０２の１つに隣接し、内側に０．５０インチ引っ
込んで対応するレールベースの底端４００の端を内側に
位置させる。好ましくは、バリヤ板Ｐ１は端４０２の間
に約６．５０インチの長さをもち、これはレールベース
の底端４００の長さよりも長い。それにより、端４０２
からの通路４２２の間隔は図１６のように約０．２５０
インチ底端４００の外端を内側に通させるのに十分であ
る。好ましくは、各通路４２２は約１．６３インチの長
さをもち、約０．１０３インチの幅をもつ。
１０の間に伸びる側面に外側に開かれた通路４２２を与
えられている。各通路４２２は内側壁４１６に平行な内
壁４２４と、長手に離れた端壁４２６を有している。通
路４２２は、好ましくは側面に互いに整列し、バリヤ板
の端４０２の１つに隣接し、内側に０．５０インチ引っ
込んで対応するレールベースの底端４００の端を内側に
位置させる。好ましくは、バリヤ板Ｐ１は端４０２の間
に約６．５０インチの長さをもち、これはレールベース
の底端４００の長さよりも長い。それにより、端４０２
からの通路４２２の間隔は図１６のように約０．２５０
インチ底端４００の外端を内側に通させるのに十分であ
る。好ましくは、各通路４２２は約１．６３インチの長
さをもち、約０．１０３インチの幅をもつ。
【００３９】図１９のように、断熱材４２８−セラミッ
ク・タイルが好ましい−がバリヤ板Ｐ１の下にその対向
端の間に位置して、バリヤ板を側面方向にまたぎ、側部
４２０の１つに対応する部分に重なる側部４３０を有す
る。さらに、銅ベースシュー４３２が上方に開いた凹部
４３４を有し、これは断熱材４２８を収容し、シューに
頂面４３６を与える。好ましくは、断熱材４２８はバリ
ヤ板Ｐ１の底面４０８に嵌まる頂面４３８を与え、対向
側部４３０に丸い輪郭を与える。側部４３０の輪郭はポ
ケット４４０を与える。好ましくは、断熱材４２８はベ
ースシュー４３２内に位置し、バリヤ板Ｐ１は次に断熱
材上に位置してアセンブリを与えることにより、バリヤ
板がレール底部とベースギャップに対して固定され、予
熱の間、バリヤ板のねじれを予め妨げる。
ク・タイルが好ましい−がバリヤ板Ｐ１の下にその対向
端の間に位置して、バリヤ板を側面方向にまたぎ、側部
４２０の１つに対応する部分に重なる側部４３０を有す
る。さらに、銅ベースシュー４３２が上方に開いた凹部
４３４を有し、これは断熱材４２８を収容し、シューに
頂面４３６を与える。好ましくは、断熱材４２８はバリ
ヤ板Ｐ１の底面４０８に嵌まる頂面４３８を与え、対向
側部４３０に丸い輪郭を与える。側部４３０の輪郭はポ
ケット４４０を与える。好ましくは、断熱材４２８はベ
ースシュー４３２内に位置し、バリヤ板Ｐ１は次に断熱
材上に位置してアセンブリを与えることにより、バリヤ
板がレール底部とベースギャップに対して固定され、予
熱の間、バリヤ板のねじれを予め妨げる。
【００４０】ベースシュー４３２と側部モールドシュー
１００・１１０は、溶接の間、水のようなクーラントを
循環させるための通路を設けられている。図１４・１５
のように、シュー１００の側部１２２・１２４とシュー
１１０の側部１２２ａ・１２４ａは垂直に伸びるクーラ
ント通路４４２を設けられ、入口ライン４４６を通して
クーラント源（図示せず）に通路をつなぐための入口端
４４４と、戻りライン４５０を通してクーラントを戻す
ための出口端４４８を有している。図１４〜１６のよう
に、凹部４３４の底面の下に曲がった通路と、平行な通
路部分４５２，４５４，４５６が設けられ、４５２と４
５４の間および４５４と４５６の間にそれぞれ接続部４
５８と４６０がある。曲がった通路は入口端４６２と出
口端４６４を有し、それぞれ入口ライン４６６と出口ラ
イン４６８を通して、クーラント源（図示せず）に通路
を接続している。
１００・１１０は、溶接の間、水のようなクーラントを
循環させるための通路を設けられている。図１４・１５
のように、シュー１００の側部１２２・１２４とシュー
１１０の側部１２２ａ・１２４ａは垂直に伸びるクーラ
ント通路４４２を設けられ、入口ライン４４６を通して
クーラント源（図示せず）に通路をつなぐための入口端
４４４と、戻りライン４５０を通してクーラントを戻す
ための出口端４４８を有している。図１４〜１６のよう
に、凹部４３４の底面の下に曲がった通路と、平行な通
路部分４５２，４５４，４５６が設けられ、４５２と４
５４の間および４５４と４５６の間にそれぞれ接続部４
５８と４６０がある。曲がった通路は入口端４６２と出
口端４６４を有し、それぞれ入口ライン４６６と出口ラ
イン４６８を通して、クーラント源（図示せず）に通路
を接続している。
【００４１】この実施例に関する溶接法は図１〜１３の
実施例に関するそれと同一である。レールが予熱され、
溶接金属のルートパスがギャップをまたいで置かれる。
図１６のように、ルートパスはまず通路４２２をもつバ
リヤ板Ｐ１の端から始まり、溶接熱が高められるがバリ
ヤ板を消費するのに必要な温度には達していない時、溶
接金属がルートパスの開始において完全に浸透する。図
１９からわかるように、レール底下のポケット４４０が
溶融金属を通す空間を与え、溶接温度が側部４２０を消
費するほど十分に高い時、バリヤ板の側部４２０を通っ
て十分に浸透させる。バリヤ板Ｐ１の対向端はレールベ
ースの対応する端部の外側に好ましくは約１／４インチ
伸びて、ルートパスの開始・終了点でそれぞれ溶接流入
・流出エリアを与え、レールベースの全長にわたって高
品質の溶接デポジットを保証する。溶接が完了すると、
余分の溶接金属は粉砕（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）などによっ
て除去される。ルートパスはスプレー溶接によってレー
ルベースの広いエリアで高浸透・高熱を許す。水のよう
なクーラントが溶接の間中、ベースシュー４３２の通路
を通って循環し、溶接金属層がレールのウェブに近づく
と、側部モールドシューが動いてギャップを囲み、クー
ラントが側部モールドシューの各部を循環して、シール
ドガスを流し続けることにより空洞が満たされる。
実施例に関するそれと同一である。レールが予熱され、
溶接金属のルートパスがギャップをまたいで置かれる。
図１６のように、ルートパスはまず通路４２２をもつバ
リヤ板Ｐ１の端から始まり、溶接熱が高められるがバリ
ヤ板を消費するのに必要な温度には達していない時、溶
接金属がルートパスの開始において完全に浸透する。図
１９からわかるように、レール底下のポケット４４０が
溶融金属を通す空間を与え、溶接温度が側部４２０を消
費するほど十分に高い時、バリヤ板の側部４２０を通っ
て十分に浸透させる。バリヤ板Ｐ１の対向端はレールベ
ースの対応する端部の外側に好ましくは約１／４インチ
伸びて、ルートパスの開始・終了点でそれぞれ溶接流入
・流出エリアを与え、レールベースの全長にわたって高
品質の溶接デポジットを保証する。溶接が完了すると、
余分の溶接金属は粉砕（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）などによっ
て除去される。ルートパスはスプレー溶接によってレー
ルベースの広いエリアで高浸透・高熱を許す。水のよう
なクーラントが溶接の間中、ベースシュー４３２の通路
を通って循環し、溶接金属層がレールのウェブに近づく
と、側部モールドシューが動いてギャップを囲み、クー
ラントが側部モールドシューの各部を循環して、シール
ドガスを流し続けることにより空洞が満たされる。
【００４２】図２０はバリヤ板Ｐ１の変形であるバリヤ
板Ｐ２を示している。図２０で、バリヤ板Ｐ２は外側に
開かれた側部対向通路４２２Ａを余分に設けられ、これ
は通路４２２と離れて、板の対応する端から互いに約
０．２５インチ離れている。それ以外の点は、板Ｐ２は
板Ｐ１と同じで、図２０の符号は図１７の符号と同一で
ある。
板Ｐ２を示している。図２０で、バリヤ板Ｐ２は外側に
開かれた側部対向通路４２２Ａを余分に設けられ、これ
は通路４２２と離れて、板の対応する端から互いに約
０．２５インチ離れている。それ以外の点は、板Ｐ２は
板Ｐ１と同じで、図２０の符号は図１７の符号と同一で
ある。
【００４３】図２１〜３０は本発明の他の実施例を説明
するものである。符号は図１〜１３のそれらと基本的に
同じである。図２１〜２３は溶接の進行中、レール１０
・１２のウェブ５０・５０ａのエリアで溶接ガン２５
０、ギャップｇおよび銅シュー１２２・１２４の間の空
間関係を示している。ガン２５０と電極２６０はレール
１０・１２の長手方向に関してギャップｇ内を側面方向
に動く。同時に、ガンと電極は図２２・２３の矢印５０
０のようにギャップｇを長手方向に振動する。ギャップ
ｇは１インチ、ガン２５０は直径９／１６インチで全体
の振動変位が２．６ｍｍで、図２１の中心位置からそれ
ぞれ１．３ｍｍずつの変位である。図２３のように、ガ
ンと電極の振動によって電極２６０の溶融フィラー金属
５０２がウェブ５０・５０ａの長手対向面の間で長手方
向に広げられる。
するものである。符号は図１〜１３のそれらと基本的に
同じである。図２１〜２３は溶接の進行中、レール１０
・１２のウェブ５０・５０ａのエリアで溶接ガン２５
０、ギャップｇおよび銅シュー１２２・１２４の間の空
間関係を示している。ガン２５０と電極２６０はレール
１０・１２の長手方向に関してギャップｇ内を側面方向
に動く。同時に、ガンと電極は図２２・２３の矢印５０
０のようにギャップｇを長手方向に振動する。ギャップ
ｇは１インチ、ガン２５０は直径９／１６インチで全体
の振動変位が２．６ｍｍで、図２１の中心位置からそれ
ぞれ１．３ｍｍずつの変位である。図２３のように、ガ
ンと電極の振動によって電極２６０の溶融フィラー金属
５０２がウェブ５０・５０ａの長手対向面の間で長手方
向に広げられる。
【００４４】図３０のレール１０の描写からわかるよう
に、レールのベースは底部５０４と、ウェブ５０と頂部
５０６の間に遷移エリアを与える下ヒレ５２をもつ頂部
５０６からなり、レールのヘッドは上ヒレ５４を含むウ
ェブ５０の上端の遷移エリア５０８、中央部５１０およ
び冠部５１２からなっている。したがって、接合される
べきレール間のギャップｇはこれらのベース、ウェブお
よびヘッド部に対応する各部をもっている。図３０から
わかるように、スプレー溶接はレールベースの底部５０
４間のギャップにおける第１パスすなわちルートパスに
対してのみ使用され、電極を側方運動の間、縦に振動さ
せながらギャップを横方向に運動させることによって満
たされる。図１〜１３の実施例で説明したように、スプ
レー溶接はレールのベースにおいて広いエリアに有利に
高浸透と高熱を行き渡らせる。ルートパスの後、電源は
パルス溶接モードに切り換えられ、電極の縦振動を伴っ
て付加圧力が側方に加えられ、レールベースの頂部５０
６間のギャップを埋める。レールのウェブに近づくと、
銅シューがギャップを囲むために使われウェブ間のギャ
ップはパルスモードでシールドガス溶接を続けることに
よって埋められる。
に、レールのベースは底部５０４と、ウェブ５０と頂部
５０６の間に遷移エリアを与える下ヒレ５２をもつ頂部
５０６からなり、レールのヘッドは上ヒレ５４を含むウ
ェブ５０の上端の遷移エリア５０８、中央部５１０およ
び冠部５１２からなっている。したがって、接合される
べきレール間のギャップｇはこれらのベース、ウェブお
よびヘッド部に対応する各部をもっている。図３０から
わかるように、スプレー溶接はレールベースの底部５０
４間のギャップにおける第１パスすなわちルートパスに
対してのみ使用され、電極を側方運動の間、縦に振動さ
せながらギャップを横方向に運動させることによって満
たされる。図１〜１３の実施例で説明したように、スプ
レー溶接はレールのベースにおいて広いエリアに有利に
高浸透と高熱を行き渡らせる。ルートパスの後、電源は
パルス溶接モードに切り換えられ、電極の縦振動を伴っ
て付加圧力が側方に加えられ、レールベースの頂部５０
６間のギャップを埋める。レールのウェブに近づくと、
銅シューがギャップを囲むために使われウェブ間のギャ
ップはパルスモードでシールドガス溶接を続けることに
よって埋められる。
【００４５】溶接ガンと電極はレールベースの頂部とレ
ールウェブの間を一定速度でギャップの側方を横切るこ
とにより、溶接金属の連続層がその開始と終了の間で実
質的に均一な垂直厚みをもつ。本発明によれば、溶接プ
ロセスがレールウェブ間のギャップの上端、およびレー
ルヘッドの遷移部間のギャップの下端に達すると、パル
スモードで溶接は続くが、ビーズの置かれ方が変わる。
図２４〜２８の説明から明らかになるように、ヘッド間
のギャップ内でのビーズの置かれ方は、開始端が終了端
よりも垂直方向に厚く、ヘッドの側部対向端の１つに対
応する端と片持ち梁の関係に置かれ、ヘッドの遷移部間
のギャップ内でヘッド下の開始端と片持ち梁の関係に置
かれるものである。図２４で、５１４はレールウェブ間
のギャップ内に置かれるフィラー金属の最後のビーズの
上面としよう。レールヘッドの遷移部間のギャップ内に
置かれる最初の溶接ビーズＷＢ１はギャップを横切って
側方に伸びるパスに沿って置かれ、ギャップの側部対向
端５１６と５１８にそれぞれ隣接する開始端と終了端を
もっている。ビーズＷＢ１はパスの開始端に第１端Ｓを
もち、パスの終了端に隣接する第２端をもっている。ビ
ーズＷＢ１は第２端Ｅでよりも第１端Ｓで垂直方向に厚
く、図２５のように第１端でギャップの外端５１６から
片持ち梁のように外側に伸びる外端ＣＬを有している。
ビーズ輪郭と片持ち梁端が達成される様子は図２４とと
もに図２５〜２７からわかるであろう。図２５のよう
に、溶接ガン２５０と電極２６０がパスの開始端で端５
１６に隣接して最初に位置し、端５１８に向かって右側
に動く。そのとき、パスの開始端である予め定められた
時間だけ遅らされるあるいは保持されることにより、ア
ークＣの力によって図２６のように溶接金属が側方およ
び縦に動かされてギャップを埋める。溶接金属がこのよ
うにして広げられている間、アークと銅シューとは接触
せず、シュー１２４と接触する溶融金属が図２４〜２７
のように第１端Ｓの上にスキンＳＫを形成することに注
意することが重要である。
ールウェブの間を一定速度でギャップの側方を横切るこ
とにより、溶接金属の連続層がその開始と終了の間で実
質的に均一な垂直厚みをもつ。本発明によれば、溶接プ
ロセスがレールウェブ間のギャップの上端、およびレー
ルヘッドの遷移部間のギャップの下端に達すると、パル
スモードで溶接は続くが、ビーズの置かれ方が変わる。
図２４〜２８の説明から明らかになるように、ヘッド間
のギャップ内でのビーズの置かれ方は、開始端が終了端
よりも垂直方向に厚く、ヘッドの側部対向端の１つに対
応する端と片持ち梁の関係に置かれ、ヘッドの遷移部間
のギャップ内でヘッド下の開始端と片持ち梁の関係に置
かれるものである。図２４で、５１４はレールウェブ間
のギャップ内に置かれるフィラー金属の最後のビーズの
上面としよう。レールヘッドの遷移部間のギャップ内に
置かれる最初の溶接ビーズＷＢ１はギャップを横切って
側方に伸びるパスに沿って置かれ、ギャップの側部対向
端５１６と５１８にそれぞれ隣接する開始端と終了端を
もっている。ビーズＷＢ１はパスの開始端に第１端Ｓを
もち、パスの終了端に隣接する第２端をもっている。ビ
ーズＷＢ１は第２端Ｅでよりも第１端Ｓで垂直方向に厚
く、図２５のように第１端でギャップの外端５１６から
片持ち梁のように外側に伸びる外端ＣＬを有している。
ビーズ輪郭と片持ち梁端が達成される様子は図２４とと
もに図２５〜２７からわかるであろう。図２５のよう
に、溶接ガン２５０と電極２６０がパスの開始端で端５
１６に隣接して最初に位置し、端５１８に向かって右側
に動く。そのとき、パスの開始端である予め定められた
時間だけ遅らされるあるいは保持されることにより、ア
ークＣの力によって図２６のように溶接金属が側方およ
び縦に動かされてギャップを埋める。溶接金属がこのよ
うにして広げられている間、アークと銅シューとは接触
せず、シュー１２４と接触する溶融金属が図２４〜２７
のように第１端Ｓの上にスキンＳＫを形成することに注
意することが重要である。
【００４６】パスの開始端で予め定められた保持時間の
後、溶接ガンと電極は図２５の開始位置から図２４の終
了位置まで動き、与えられた速度で溶接ビーズ輪郭にテ
ーパを与え、第２端Ｅで第１端Ｓでよりも垂直方向に薄
くなるようにする。図２８からわかるように、第１溶接
ビーズＷＢ１の第２端Ｅが次の第２溶接ビーズＷＢ２の
第１端Ｓの位置を形成している。ガンと電極は、開始位
置から終了位置への運動の間、ギャップを縦に振動し、
終了位置にくると停止する。再び、第２溶接ビーズに対
してパスの開始端でガン２５０と電極２６０が予め定め
られた時間だけ遅らされ、あるいは保持されて、図２８
のように端５１８の外側に伸びる端ＣＬを与えるため
に、第２溶接ビーズの第１端で溶融フィラー金属が集積
する。その後、振動しながら一定速度で端５１６に向か
って後退することにより、開始端での遅れ（保持）によ
って第２溶接ビーズＷＢ２に第２端Ｅでよりも第１端Ｓ
で垂直方向に厚い輪郭を与える。図２４・２５からわか
るように、溶接ビーズが連続して遷移エリア内に垂直に
進むと、溶接ガンはシュー１２２・１２４と嵌合し、こ
れにより図２８のように溶接ビーズの第２端がギャップ
の中心に側面方向に重なる。そのような嵌合はパスの開
始端で生じ、ガンと電極の運動の遅れによって溶融金属
が広がって第１端で所定のビーズ輪郭を与え、端５１６
と５１８の対応する１つに対し片持ち梁の関係を与え
る。図２８に図示されていないが、レールヘッド間のギ
ャップの全体は電極を側部対向方向に連続して順々に動
かすことにより埋められる。ギャップの側部対向端のそ
れぞれにおいて、遷移エリアの溶接ビーズの第１端はそ
の下に対して片持ち梁であり、それによってビーズの重
なりに対する支持を最適化し、フィラー金属の強度を最
適化する。同様に、レールヘッド間のギャップの中央部
と冠部における溶接ビーズの第１端が垂直方向に続くこ
とにより、レールの側部対向端にビーズ補強を有利に与
えヘッド部間の溶接強度を最適化する。
後、溶接ガンと電極は図２５の開始位置から図２４の終
了位置まで動き、与えられた速度で溶接ビーズ輪郭にテ
ーパを与え、第２端Ｅで第１端Ｓでよりも垂直方向に薄
くなるようにする。図２８からわかるように、第１溶接
ビーズＷＢ１の第２端Ｅが次の第２溶接ビーズＷＢ２の
第１端Ｓの位置を形成している。ガンと電極は、開始位
置から終了位置への運動の間、ギャップを縦に振動し、
終了位置にくると停止する。再び、第２溶接ビーズに対
してパスの開始端でガン２５０と電極２６０が予め定め
られた時間だけ遅らされ、あるいは保持されて、図２８
のように端５１８の外側に伸びる端ＣＬを与えるため
に、第２溶接ビーズの第１端で溶融フィラー金属が集積
する。その後、振動しながら一定速度で端５１６に向か
って後退することにより、開始端での遅れ（保持）によ
って第２溶接ビーズＷＢ２に第２端Ｅでよりも第１端Ｓ
で垂直方向に厚い輪郭を与える。図２４・２５からわか
るように、溶接ビーズが連続して遷移エリア内に垂直に
進むと、溶接ガンはシュー１２２・１２４と嵌合し、こ
れにより図２８のように溶接ビーズの第２端がギャップ
の中心に側面方向に重なる。そのような嵌合はパスの開
始端で生じ、ガンと電極の運動の遅れによって溶融金属
が広がって第１端で所定のビーズ輪郭を与え、端５１６
と５１８の対応する１つに対し片持ち梁の関係を与え
る。図２８に図示されていないが、レールヘッド間のギ
ャップの全体は電極を側部対向方向に連続して順々に動
かすことにより埋められる。ギャップの側部対向端のそ
れぞれにおいて、遷移エリアの溶接ビーズの第１端はそ
の下に対して片持ち梁であり、それによってビーズの重
なりに対する支持を最適化し、フィラー金属の強度を最
適化する。同様に、レールヘッド間のギャップの中央部
と冠部における溶接ビーズの第１端が垂直方向に続くこ
とにより、レールの側部対向端にビーズ補強を有利に与
えヘッド部間の溶接強度を最適化する。
【００４７】ギャップの各対向端における電極の遅延
（保持）時間は１〜１０秒で、好ましくは１．５〜４．
０秒である。図２９にギャップの遷移・中央・冠部に関
する好ましい遅延時間をそれぞれ示す。すなわち、遷移
部間のギャップに置かれた溶接ビーズに関する遅延時間
は４．０秒で、好ましくは３．０秒である。この４．０
秒の待ち時間により、溶融金属がシューとレール端の間
の凹部を埋め、片持ち梁のようにしてレール端の外側に
広がる。溶接ビーズがレール中央部間のギャップ内に垂
直に広がると、遅延時間は２．０秒に減り、ギャップ内
の発生熱がますます溶接金属のレールヘッドへの融合を
容易にするので、中央部での開始端の遅延時間は溶融品
質を犠牲にすることなく縮めれられる。同じ理由から、
冠部での遅延時間は１．５秒に縮まる。図２９の図示説
明は、図２９の左から右に置かれるビーズの第１端での
遅延時間に関するもので、ギャップの対向端におけるビ
ーズの第１端に対しては図示せず、そこでのビーズは図
示したギャップ端に向かって戻って伸びてくる。
（保持）時間は１〜１０秒で、好ましくは１．５〜４．
０秒である。図２９にギャップの遷移・中央・冠部に関
する好ましい遅延時間をそれぞれ示す。すなわち、遷移
部間のギャップに置かれた溶接ビーズに関する遅延時間
は４．０秒で、好ましくは３．０秒である。この４．０
秒の待ち時間により、溶融金属がシューとレール端の間
の凹部を埋め、片持ち梁のようにしてレール端の外側に
広がる。溶接ビーズがレール中央部間のギャップ内に垂
直に広がると、遅延時間は２．０秒に減り、ギャップ内
の発生熱がますます溶接金属のレールヘッドへの融合を
容易にするので、中央部での開始端の遅延時間は溶融品
質を犠牲にすることなく縮めれられる。同じ理由から、
冠部での遅延時間は１．５秒に縮まる。図２９の図示説
明は、図２９の左から右に置かれるビーズの第１端での
遅延時間に関するもので、ギャップの対向端におけるビ
ーズの第１端に対しては図示せず、そこでのビーズは図
示したギャップ端に向かって戻って伸びてくる。
【００４８】上記遅延時間の後、電極をレール遷移部間
のギャップの側方に４インチ／分の速度で動かし、また
溶接ワイヤの供給を２４０インチ／分で行うことが好ま
しい。これにより、良好な生産性と溶接品質を保ちなが
ら、遷移域での溶接ビーズ形状を制御できる。レールヘ
ッドの中央部５１０間のギャップで、好ましい溶接速度
は５．５インチ／分で、溶接ワイヤの供給率は２４０イ
ンチ／分である。ギャップ内の電極の運動に関しより高
速にすると、溶接冷却率と溶接微小構造を制御しながら
ギャップを効率よく埋めることができる。レールヘッド
の冠部間のギャップを埋めることに関しては、溶接硬度
と最高溶接品質を保つことに注意が必要である。冠部間
のギャップの溶接ビーズは減小されたワイヤ供給率２１
０インチ／分および増大された電極速度６インチ／分で
作られる。これにより、冠部の溶接に注ぎ込まれる溶接
熱の量が減り、レールヘッド冠部の適切な硬度レベルを
保つ。
のギャップの側方に４インチ／分の速度で動かし、また
溶接ワイヤの供給を２４０インチ／分で行うことが好ま
しい。これにより、良好な生産性と溶接品質を保ちなが
ら、遷移域での溶接ビーズ形状を制御できる。レールヘ
ッドの中央部５１０間のギャップで、好ましい溶接速度
は５．５インチ／分で、溶接ワイヤの供給率は２４０イ
ンチ／分である。ギャップ内の電極の運動に関しより高
速にすると、溶接冷却率と溶接微小構造を制御しながら
ギャップを効率よく埋めることができる。レールヘッド
の冠部間のギャップを埋めることに関しては、溶接硬度
と最高溶接品質を保つことに注意が必要である。冠部間
のギャップの溶接ビーズは減小されたワイヤ供給率２１
０インチ／分および増大された電極速度６インチ／分で
作られる。これにより、冠部の溶接に注ぎ込まれる溶接
熱の量が減り、レールヘッド冠部の適切な硬度レベルを
保つ。
【００４９】レールベース４０の底部５０４は好ましく
はスプレー溶接で埋められ、図１〜１３のようなバリヤ
板を使われる。スプレー溶接に伴う直接のスムーズな貫
通アークにより、バリヤ板に対しレールベースの底部の
有利な溶融を供給できる。レールベースの頂部５０６間
のギャップはパルス溶接を使って埋められ、好ましく
は、電極が６インチ／分の速度でギャップ内を側方に前
後に動かされ、溶接ワイヤ供給率は２４０インチ／分で
なされることにより、良好な生産性と溶接ビーズ形状制
御が得られる。レールのウェブ間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率４００インチ
／分で埋められる。この供給率により、ウェブ間のギャ
ップが可能な限り早く埋められ、パルス溶接を使うこと
により溶接品質を損なうことなくギャップを素早く埋め
られる。
はスプレー溶接で埋められ、図１〜１３のようなバリヤ
板を使われる。スプレー溶接に伴う直接のスムーズな貫
通アークにより、バリヤ板に対しレールベースの底部の
有利な溶融を供給できる。レールベースの頂部５０６間
のギャップはパルス溶接を使って埋められ、好ましく
は、電極が６インチ／分の速度でギャップ内を側方に前
後に動かされ、溶接ワイヤ供給率は２４０インチ／分で
なされることにより、良好な生産性と溶接ビーズ形状制
御が得られる。レールのウェブ間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率４００インチ
／分で埋められる。この供給率により、ウェブ間のギャ
ップが可能な限り早く埋められ、パルス溶接を使うこと
により溶接品質を損なうことなくギャップを素早く埋め
られる。
【００５０】以上、実施例とそれに関する好ましい大き
さとパラメータについて相当強調してきたが、他の実施
態様も考えられ、本発明の範囲から逸脱することなく実
施例に幾多の変更を加えることは可能である。したがっ
て、上記説明は単に本発明の例示であってこれに限定さ
れるべきものではないことを明らかに理解すべきであ
る。
さとパラメータについて相当強調してきたが、他の実施
態様も考えられ、本発明の範囲から逸脱することなく実
施例に幾多の変更を加えることは可能である。したがっ
て、上記説明は単に本発明の例示であってこれに限定さ
れるべきものではないことを明らかに理解すべきであ
る。
【図１】現場で接合されるべきギャップをもつ鉄道レー
ルの斜視図。
ルの斜視図。
【図２】レール端部の断面図。
【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】バリヤ板Ｐの斜視図。
【図６】図５のバリヤ板の一部破断断面図。
【図７】バリヤ板の特性を説明するための側面図。
【図８】アーク溶接開始時における側面図。
【図９】レール間のギャップの平面図。
【図１０】ルートパスを説明するための平面図。
【図１１】レールベース付近のギャップの溶接を説明す
るための一部破断断面図。図１１Ａはウェブ付近のギャ
ップの溶接を説明するための一部破断断面図。
るための一部破断断面図。図１１Ａはウェブ付近のギャ
ップの溶接を説明するための一部破断断面図。
【図１２】本発明の実施例の１変形を示す一部破断断面
図。
図。
【図１３】溶接のスプレーモードとパルスモードを示す
レールの側面図。
レールの側面図。
【図１４】他の実施例よりなるバリヤ板Ｐ１に関するレ
ールの側面図。
ールの側面図。
【図１５】図１４の１５−１５矢視断面図。
【図１６】図１４の１６−１６矢視一部破断平面図。
【図１７】バリヤ板Ｐ１の斜視図。
【図１８】バリヤ板Ｐ１の一部破断断面図。
【図１９】図１６の１９−１９矢視断面図。
【図２０】さらに他の実施例よりなるバリヤ板Ｐ２の斜
視図。
視図。
【図２１】溶接ガン、電極、レールウェブ、鋼シューの
関係を示す一部破断平面図。
関係を示す一部破断平面図。
【図２２】溶接ガンと電極を示す平面図。
【図２３】図２１で右から左に見たときの一部破断正面
図。
図。
【図２４】ギャップ付近の拡大断面図。
【図２５】電極の遅延（保持）を説明するための拡大詳
細断面図。
細断面図。
【図２６】図２５の平面断面図。
【図２７】図２６の２７−２７矢視拡大断面図。
【図２８】レール間ギャップを通るレールの縦断面図。
【図２９】遅延時間を示すレールヘッドの拡大断面図。
【図３０】ギャップのほとんど各部を示すレールの正面
図。
図。
１０：レール １２：レール ２０：枕木 ４０：下部ベース ５０：ウェブ ６０：ヘッド ７：リム ｇ：ギャップ Ｗ：車輪 Ｐ：バリヤ板 １００：銅シュー １２２・１２４：懸垂シュー １５０：下部ブロック １５４：絶縁材 ２５０：溶接ガン ２６０：電極 Ｃ：アーク Ｇ：シールドガス Ｒ：ルートパス ４００：底端 Ｐ１・Ｐ２：バリヤ板 ４２２：通路 ４２８：断熱材 ４３０：側部 ４２２Ａ：側部対向通路 ５０２：溶融フィラー金属 ＷＢ：溶接ビーズ Ｓ：第１端 Ｅ：第２端 ＳＫ：スキン ＣＬ：外端 ５１６・５１８：側部対向端 ５０８：遷移エリア ５１０：中央部 ５１２：冠部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−235471（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−23545（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−281485（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−304752（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−151980（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−100292（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−20706（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−24108（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/038 B23K 9/09 B23K 28/02 B23K 37/06 E01B 29/42
Claims (80)
- 【請求項１】 各レールが底をもつ下部ベース、垂直に
伸びるウェブおよび上部ヘッドを有し、下部開口部、垂
直に伸びる側方の末梢開口部および選定された幅をもち
且つレール同士を接合する鋼で埋められる互いに長手方
向に間隔があいて横切るギャップをレール間に間隔をあ
けて有する鋼レールをガスシールド・アーク溶接する方
法において、 （ａ）底端の方向に伸びる側部対向端、ベースギャップ
の選定された幅よりも大きな対向端間の幅、頂・底側部
および選定された幅に相当する幅をもちバリヤ板の一部
をなし側部対向端の各々に沿って頂側部内にある凹部を
もつ細長い鋼バリヤ板を用意し、 （ｂ）ベースギャップ内においてプレート部をベースの
底から上方に位置させ該凹部が底端に沿ったレールの底
部を受けるようにバリヤ板を位置させ、そして （ｃ）ガスシールド電気アーク溶接法により前進するフ
ィラー金属電極からの溶融金属を使って鋼バリヤ板の上
方でベース、ウェブおよびヘッドギャップを埋める諸工
程からなることを特徴とするレールの溶接方法。 - 【請求項２】 （ｄ）ベースでフィラー金属を使ってベ
ースギャップを埋めた後、ウェブギャップとヘッドギャ
ップ側部対向端の上に側部モールドシューを位置させ、
および （ｅ）ウェブギャップとヘッドギャップを埋める間、側
部モールドシューを冷却する工程をもつ請求項１の方
法。 - 【請求項３】 （ｆ）バリヤ板の底側部の下方に断熱材
を設け、バリヤ板の方向端と間隔のあいたレール同士の
ベースの底にオーバーラップさせる工程をもつ請求項１
の方法。 - 【請求項４】 （ｇ）ベースでフィラー金属を使ってベ
ースギャップを埋めた後、ウェブギャップの側部対向端
とヘッドギャップの上に側部モールドシューを位置さ
せ、そして （ｈ）ウェブギャップとヘッドギャップを埋める間、側
部モールドシューを冷却する工程をもつ請求項３の方
法。 - 【請求項５】 （ｉ）レール同士のベースの底の下方に
金属ベースシューを 与え、該ベースシューが上に開いた
凹部を有して断熱材を収容する工程をもつ請求項３の方
法。 - 【請求項６】 （ｊ）フィラー金属を使ってベースギャ
ップを埋めた後、ウェブギャップとヘッドギャップの側
部対向端の上に側部モールドシューを位置させ、 （ｋ）少なくともベースギャップを埋める間、ベースシ
ューを冷却し、そして （ｌ）ウェブギャップとヘッドギャップを埋める間、側
部モールドシューを冷却する工程をもつ請求項５の方
法。 - 【請求項７】 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１の方法。 - 【請求項８】 ガスシールド電気アーク溶接法が、電極
がギャップを横切るとき、曲がりくねったパスに電極を
動かす工程をもつアーク溶接法である請求項１の方法。 - 【請求項９】 ガスシールド電気アーク溶接法が主にパ
ルス溶接法である請求項１の方法。 - 【請求項１０】 ガスシールド電気アーク溶接法が、ベ
ースギャップで使われるスプレー移動法と、パルス溶接
法の組合せである請求項１の方法。 - 【請求項１１】 ガスシールド電気アーク溶接法が、ベ
ースギャップでのスプレー移動法と、ウェブギャップと
ヘッドギャップでのパルス溶接法を含む請求項１の方
法。 - 【請求項１２】 細長いバリヤ板が低炭素含有鋼からな
る請求項１の方法。 - 【請求項１３】 細長いバリヤ板が約０．１２５インチ
（０．３１７ｃｍ）の厚みをもつ請求項１の方法。 - 【請求項１４】 バリヤ板の底がバリヤ板の対向端の各
々に沿って面取りされている請求項１の方法。 - 【請求項１５】 バリヤ板の各凹部が約０．０６３イン
チ（０．１６ｃｍ）の幅をもつ請求項１の方法。 - 【請求項１６】 バリヤ板が約０．１２５インチ（０．
３１７ｃｍ）の厚みをもち、各凹部が約０．０２０イン
チ（０．０５１ｃｍ）の深さをもつ請求項１ ５の方法。 - 【請求項１７】 （ｍ）ベースギャップを埋めるルート
パスの間、溶融金属をバリヤ板を横切って流すため、レ
ール同士の各底端の一端に隣接するバリヤ板の頂側部と
底側部の間に通路を設ける工程をもつ請求項１の方法。 - 【請求項１８】 （ｎ）頂面と、バリヤ板の幅よりも大
きな幅をもつ頂面内に上に開いた凹部をもつ金属ベース
シューを用意し、 （ｏ）該凹部の幅に相当する幅と、バリヤ板を受ける輪
郭をもつ上に開いた空洞を有する断熱材を設け、 （ｐ）バリヤ板を断熱材の凹部に位置させ、断熱材をベ
ースシューの凹部に位置させてベースシュー・アセンブ
リを与え、そして （ｑ）該アセンブリをレール同士のベースの底に設ける
工程をもつ請求項１の方法。 - 【請求項１９】 （ｒ）フィラー金属を使ってベースギ
ャップを埋めた後、ウェブギャップとヘッドギャップの
側部対向端の上に側部モールドシューを位置させ、 （ｓ）少なくともベースギャップを埋める間、ベースシ
ューを冷却し、そして （ｔ）ウェブギャップとヘッドギャップを埋める間、側
部モールドシューを冷却する工程をもつ請求項１８の方
法。 - 【請求項２０】 断熱材がセラミックであり、バリヤ板
の底側部が各対向端に沿って面取りされた端をもち、空
洞の輪郭が断熱材に該面取りされた端の下にある部分を
もたせるように用意し、そして （ｕ）ベースギャップを埋めるルートパスの間、溶融金
属をバリヤ板を横切って流すため、レール同士の各底端
の一端に隣接するバリヤ板の頂側部を底側部の間に通路
を設ける工程をもつ請求項１８の方法。 - 【請求項２１】 （ｖ）フィラー金属を使ってベースギ
ャップを埋めた後、ウェブギャップとヘッドギャップの
側部対向端の上に側部モールドシューを位置させ、 （ｗ）少なくともベースギャップを埋める間、ベースシ
ューを冷却し、そして （ｘ）ウェブギャップとヘッドギャップを埋める間、側
部モールドシューを冷却 する工程をもつ請求項２０の方
法。 - 【請求項２２】 バリヤ板が約０．１２５インチ（０．
３１７ｃｍ）の厚みをもち、各凹部が約０．０６３イン
チ（０．１６ｃｍ）の幅と約０．０２０インチ（０．０
５１ｃｍ）の深さをもち、通路が約０．１０３インチ
（０．２６１ｃｍ）の幅と約１．６３インチ（４．１４
ｃｍ）の長さをもつ請求項２１の方法。 - 【請求項２３】 断熱材がセラミックで、バリヤ板が対
向端をもち、バリヤ板の底側部が各対向端に沿って面取
りされた端をもち、空洞の輪郭が断熱材に面取りされた
端の下にある部分を持つように与え、さらに、 （ｙ）各対向端に沿って、対向端の一つに内側に隣接し
て始まり、溶融金属をベースギャップを埋めるルートパ
スの間、バリヤ板を横切って流れさせる複数の通路を設
ける工程をもつ請求項１８の方法。 - 【請求項２４】 バリヤ板が対向端をもち、 （ｚ）各対向端に沿ってバリヤ板の頂側部と底側部の間
で対向端の一つに内側に隣接して始まり、ベースギャッ
プを満たすルートパスの間、溶接金属をバリヤ板を横切
って流れさせる複数の通路を設ける工程をもつ請求項１
の方法 。 - 【請求項２５】 バリヤ板が約０．１２５インチ（０．
３１７ｃｍ）の厚みをもち、各凹部が約０．０６３イン
チ（０．１６ｃｍ）の幅と約０．０２０インチ（０．０
５１ｃｍ）の深さをもち、各通路が約０．１０３インチ
（０．２６１ｃｍ）の幅と約１．６３インチ（４．１４
ｃｍ）の長さをもつ請求項２４の方法。 - 【請求項２６】 ヘッドギャップを埋めることが、パス
に沿ってフィラー金属のビードを置くため、対向方向の
対応する一つにおいて開始・終了端をもつパスに沿って
ヘッドギャップ内を側方対向方向に電極を連続的に動か
し、予め選ばれた時間だけ各パスの開始端から電極の運
動を遅らせることからなる請求項１の方法。 - 【請求項２７】 対向方向における電極の運動の間、ヘ
ッドギャップの長手方向に電極を振動させる請求項２６
の方法。 - 【請求項２８】 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、ヘ
ッドギャップの遷移部、中央部および冠部に 置かれるフ
ィラー金属のビードに対して時間周期が変化する請求項
２６の方法。 - 【請求項２９】 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
かれるフィラー金属のビードに対して変化する速度で電
極を対向方向に運動させる工程をもつ請求項２６の方
法。 - 【請求項３０】 ヘッドギャップがウェブから伸びる下
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るフ
ィラー金属のビードに対して変化する供給率で電極を垂
直方向に供給する工程をもつ請求項２６の方法。 - 【請求項３１】 ヘッドギャップを埋めることが、ヘッ
ドギャップの側部対向端の一つに隣接する第１位置で予
め選ばれた時間電極を保持し、対向端の一つに第１端お
よび対向端の他方に向かう方向の一端から離れた第２端
をもつフィラー金属の第１ビードを置くため、第１位置
から側部対向端の他方に隣接した第２位置へ予め選ばれ
た速度で電極を動かし、該第１ビードが第１端で第２端
でよりも垂直厚みが大きく、予め選ばれた時間電極を第
２位置に保持し、対向端の他方に第１端および対向端の
一方に向かう方向にある他端から離れた第２端をもつフ
ィラー金属の第２ビードを置くため、電極を予め選ばれ
た速度で第２位置から第１位置の上に隣接する第３位置
へ動かし、該第２ビードが第１端で第２端でよりも垂直
厚みが大きく、そしてヘッドギャップが埋まるまで上記
フィラー金属の第１・第２ビードを置く工程をくり返す
ことを含む請求項１の方法。 - 【請求項３２】 ヘッドギャップが下部遷移部、中央部
および上部冠部を有し、予め選ばれた時間と予め選ばれ
た速度が、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３１の方法。 - 【請求項３３】 レール同士を接合する鋼で埋められる
ベースギャップ・ウェブギャップおよびヘッドギャップ
を与えるため互いに長手方向に間隔のあいたレール同士
を保持するための部材、各ベースの底が側方に伸びる底
端をもち、該端がある長さをもち、ベースギャップがレ
ールのベースの底端間にある選ばれた幅をもち、該端の
方向にある長さ、ベースギャップの選ばれた幅よりも大
きな幅 および公称厚みをもつ細長い鋼バリヤ板、該バリ
ヤ板はベースギャップの底に位置し、底端でベースギャ
ップを閉じるため底端に長手方向に隣接しながら沿って
レールベースの底部を受けとる凹部を有し、および該バ
リヤ板の上のベースギャップ、ウェブギャップおよびヘ
ッドギャップを溶融金属で埋めるための溶接部材、該部
材は前進するフィラー金属電極を含む、からなる、各レ
ールが底をもつベース、垂直に伸びるウェブおよび上部
ヘッドからなる鋼レール、ガスシールド・アーク溶接シ
ステム。 - 【請求項３４】 ウェブギャップとヘッドギャップの側
部対向端の上に側部モールドシューを有する請求項３３
のシステム 。 - 【請求項３５】 凹部がバリヤ板にレールベースの底の
下にある側部、およびバリヤ板の下にわたり、バリヤ板
の側部とレールベースの底にオーバーラップする断熱材
をもたせる請求項３３のシステム。 - 【請求項３６】 金属ベースシューが断熱材にわたって
ベースの底と嵌合し、該ベースシューが断熱材を収容す
る上に開いた凹部をもつ請求項３５のシステム。 - 【請求項３７】 ウェブギャップとヘッドギャップの上
にギャップの末梢開口部に伸びる側部モールドシューを
有する請求項３６のシステム。 - 【請求項３８】 ベースシューとモールドシューを冷却
する部材を有する請求項３７のシステム。 - 【請求項３９】 バリヤ板が低炭素含有鋼からなる請求
項３３のシステム。 - 【請求項４０】 バリヤ板の長さが底端の長さよりも大
きい請求項３３のシステム。 - 【請求項４１】 細長いバリヤ板が頂面と底面をもち、
その間の厚みが約０．１２５インチ（０．３１７ｃｍ）
で、各凹部が頂面の下に約０．０２０インチ（０．０５
１ｃｍ）の深さをもち、幅が約０．０６３インチ（０．
１６ｃｍ）である請求項３３のシステム。 - 【請求項４２】 バリヤ板の側部が面取りされている請
求項４１のシステム。 - 【請求項４３】 凹部がバリヤ板の中央部にレール底部
からベースギャップ に上方に伸ばさせ、該中央部が底面
の上に平行な側端をもち、少なくとも１つの通路がバリ
ヤ板の頂面を底面の間の各側端に沿っている請求項４２
のシステム。 - 【請求項４４】 バリヤ板の長さが底端の長さよりも大
きく、底端が対向端をもち、各少なくとも１つの通路が
底端の対向端の共通の１つの内側に間隔のあいた位置で
中央部の側端に沿って位置する請求項４３のシステム。 - 【請求項４５】 各側端に沿って間隔のあいた複数の通
路を有する請求項４４のシステム。 - 【請求項４６】 凹部がバリヤ板の中央部にレールの底
部からベースギャップに外側に伸びさせ、該中央部が底
端に平行な上方に側端をもち、少なくとも１つの通路が
バリヤ板の頂面を底面の間に側端の各々にに沿っている
請求項３３のシステム。 - 【請求項４７】 バリヤ板の長さが底端の長さよりも大
きく、底端が対向端をもち、各通路が底端の対向端の共
通の１つの内側に間隔のあいた位置で中央部の側端に沿
って位置する請求項４６のシステム。 - 【請求項４８】 各側端に沿って間隔のあいた複数の通
路を有する請求項４７のシステム。 - 【請求項４９】 バリヤ板の長さが底端の長さよりも大
きく、凹部がバリヤ板にレールベースの底の下にある側
部を持たせ、断熱材をバリヤ板の下にわたしてバリヤ板
の側部とベースの底にオーバーラップさせ、金属ベース
シューを断熱材にわたらせてベース底に嵌合させ、該ベ
ースシューが断熱材を収容するために上に開いた凹部を
もつ請求項３３のシステム。 - 【請求項５０】 バリヤ板の側部が面取りされ、断熱材
がバリヤ板の下に嵌合する中央部を有し、対向側部が該
中央部の外側に伸びてバリヤ板の面取りされた側部の外
側でレール底に嵌合する請求項４９のシステム。 - 【請求項５１】 凹部がバリヤ板の中央部にレールの底
端からベースギャップに上方に伸ばさせ、該中央部が底
端に平行な上方に側端をもち、少なくとも１つの通路が
バリヤ板の底面と頂面の間の各側端に沿っている請求項
４９のシステム。 - 【請求項５２】 底端が対向端を持ち、各通路が底端の
対向端の共通の１つ の内側に間隔のあいた位置でバリヤ
板の中央部の側端に沿って位置する請求項５１のシステ
ム。 - 【請求項５３】 各側端に沿って間隔のあいた複数の通
路を有する請求項５２のシステム。 - 【請求項５４】 バリヤ板の側部が面取りされている請
求項５２のシステム。 - 【請求項５５】 断熱材がバリヤ板の下に嵌合する中央
部を有し、対向側部が該中央部の上方に伸びてバリヤ板
の面取りされた側部の外側にレール底に嵌合する請求項
５４のシステム。 - 【請求項５６】 細長いバリヤ板が頂面と底面を有し、
その間の厚みが約０．１２５インチ（０．３１７ｃｍ）
で、各凹部が頂面の下に約０．０２０インチ（０．０５
１ｃｍ）の深さをもち、幅が約０．０６３インチ（０．
１６ｃｍ）である請求項５５のシステム。 - 【請求項５７】 バリヤ板が低炭素含有鋼からなり、断
熱材がセラミックからなる請求項５６のシステム。 - 【請求項５８】 ウェブギャップをヘッドギャップの側
部対向の端の上に側部モールドシューを有し、ベースシ
ューと側部モールドシューを冷却する部材を有する請求
項５７のシステム。 - 【請求項５９】 各側端に沿って間隔のあいた複数の通
路を有する請求項５８のシステム。 - 【請求項６０】 頂面と底面をもち、底端の方向にある
長さをもち、側部対向端がベースギャップの幅よりも大
きな幅と頂面・底面間の公称厚みを与える細長い鋼ボデ
ーからなり、凹部が上方に開いて対応する側部の外側に
中央部にそれに沿う側端を与え、該中央部がベースギャ
ップに受けられ、レールベースの底部の下に側端を置か
せる幅をもつことを特徴とする各レールが底をもつベー
ス、垂直に伸びるウェブおよび上部ヘッドからなり、レ
ール同士が長手方向に間隔のあいたベースギャップ、ウ
ェブギャップおよびヘッドギャップを与えてレール同士
を接合する鋼で埋められ、各ベースの底が側方に伸びる
底端をもち、該端がある長さをもち、ベースギャップが
レールベースの底端間にある幅をもつ、鋼レール のガス
シールド・アーク溶接において使われるバリヤ板。 - 【請求項６１】 鋼が低炭素含有鋼である請求項６０の
バリヤ板。 - 【請求項６２】 細長いボデーが約０．１２５インチ
（０．３１７ｃｍ）の厚みをもつ請求項６０のバリヤ
板 。 - 【請求項６３】 側端が面取りされている請求項６０の
バリヤ板。 - 【請求項６４】 凹部が約０．０２０インチ（０．０５
１ｃｍ）の深さと約０．０６３インチ（０．１６ｃｍ）
の幅をもつ請求項６０のバリヤ板。 - 【請求項６５】 細長いボデーがレールベースの底端の
長さよりも大きな請求項６０のバリヤ板。 - 【請求項６６】 さらに、ボデーの各対向端に頂面と底
面の間に少なくとも１つの側部で外側に開いた通路を有
し、各通路がボデーの対向する端に沿って伸びる凹部の
内側に側方に間隔のあいた内壁をもつ請求項６０のバリ
ヤ板。 - 【請求項６７】 各側部に沿って間隔のあいた複数の通
路をもつ請求項６０のバリヤ板。 - 【請求項６８】 ボデーの側端が面取りされ、各通路の
内壁が対応する面取りされた端を横切る請求項６７のバ
リヤ板。 - 【請求項６９】 細長いボデーが対向端をもち、レール
ベースの底端の長さよりも長く、底端がボデーの端の内
側に間隔のあいた端部をもち、少なくとも１つの通路が
ボデーの共通の一端から間隔があいて、バリヤ板の中央
部がベースギャップ内に受けられるとき、底端の対応す
る端の内部に離されて置かれる請求項６６のバリヤ板。 - 【請求項７０】 ボデーの側端が面取りされ、各通路の
内壁が対応する面取りされた側端を横切る請求項６９の
バリヤ板。 - 【請求項７１】 ボデーが低炭素含有鋼からなり、約
０．１２５インチ（０．３１７ｃｍ）の厚みをもち、凹
部が約０．０２０インチ（０．０５１ｃｍ）の深さと約
０．０６３インチ（０．１６ｃｍ）の幅をもつ請求項７
０のバリヤ板。 - 【請求項７２】 各端に沿って間隔のあいた複数の通路
をもつ請求項６９のバリヤ板。 - 【請求項７３】 ボデーの側端が面取りされ、各通路の
内壁が対応する面取 りされた側端を横切る請求項７２の
バリヤ板。 - 【請求項７４】 凹部が約０．０２０インチ（０．０５
１ｃｍ）の深さと約０．０６３インチ（０．１６ｃｍ）
の幅をもち、通路が約０．１０３インチ（０．２６１ｃ
ｍ）の幅と約１．６３インチ（４．１４ｃｍ）の長さを
もつ請求項７３のバリヤ板。 - 【請求項７５】 ボデーが低炭素含有鋼からなり、約
０．１２５インチ（０．３１７ｃｍ）の厚みをもつ請求
項７４のバリヤ板。 - 【請求項７６】 ガスシールド電極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１の方法。 - 【請求項７７】 ガスシールド電極アーク溶接法が、ベ
ースギャップで使われるマルチパス・スプレー移動法
と、パルス溶接法の組合せである請求項１の方法。 - 【請求項７８】 ガスシールド電極アーク溶接法が、少
なくともベースギャップとウェブギャップでのマルチパ
ス・スプレー移動法である請求項１の方法。 - 【請求項７９】 ボデーが対向端をもち、各通路が該端
の共通端から内側に間隔のあいた請求項６６のバリヤ
板。 - 【請求項８０】 ボデーの側端が面取りされ、各通路の
内壁が対応する面取りされた側端を横切る請求項７９の
バリヤ板。
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