JP3333447B2 - 鋼材のガス圧接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材、たとえば、
複数の鉄道用レールや鉄筋等をその端面において接合す
る際に好適に用いられる鋼材のガス圧接方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば、鉄道用レールをその端
面において接合しロングレールを作製する際に用いられ
る接合方法として、ガス圧接方法が提案されている。こ
のガス圧接方法は、レールの端面を入念に研削した後
に、図２に示すように、一方のレール１を一方の固定プ
レート２に固定するとともに、他方のレール３をこれら
のレール１・３の軸方向に移動可能なクランプ４に固定
し、このクランプ４を、その近傍の他方の固定プレート
５に固定されている油圧シリンダ６によって、前記一方
の固定プレート２へ向けて押圧移動させることにより、
前記両レール１・３の接続端面１ａ・３ａを相互に突き
合わせ、図３に示すように、これらの接合端面１ａ・３
ａを所定の圧力で加圧するとともに、前記接合端面１ａ
・３ａを、図２に示すように、ガスバーナ７によって酸
素アセチレンの弱還元炎で１２００℃ないし１３００℃
程度に加熱し、その全圧縮量が所定量（２４ｍｍ以上）
に達した時点で、前記加熱および加圧操作を終了するこ
とにより、前記レール１・３を軸方向に接合するもので
ある。

【０００３】そして、前記従来のガス圧接方法において
は、初期段階において一定の圧力を加えるとともに、そ
の接合端面を加熱することによって圧縮するようにして
いることから、レール１・３端面の温度上昇に伴う強度
低下によって圧縮することとなり、その圧縮量は、図３
に示すように、前記レール１・３の接合端面の温度が所
定温度に達した後に徐々に増加して、所定の全圧縮量に
達する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ガス圧接は、固相接合の一種であることから、還元炎を
用いて加熱しているとはいえ接合端面の性状にその接合
品質が大きく左右されるが、前記従来のガス圧接方法で
あると、接合端面が高温にならなければ素材の圧縮が開
始されず、かつ、その圧縮が徐々に進行することから、
突き合わせ面に隙間が存在した場合、スラグやスケール
が発生し、これらのスラグやスケールが外部へ排出され
ず接合面に巻き込まれた状態となり、接合強度の低下や
品質の低下につながる。そのために、接合端面の隙間を
０とすることが要求され、したがって、高精度の研削精
度が要求され、接合操作が煩雑化するばかりでなく、安
定した接合品質が得られないといった問題点を有してい
る。

【０００５】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、接合端面の要求研削精度を緩和し
て、作業の煩雑化を防止しつつ高品質の接合品質が安定
して得られる鋼材のガス接合方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の鋼材のガス接合方法は、長尺状の鋼材の端面どうしを
ガス圧接にて接合する方法において、各鋼材の端面を所
定の初期圧力で突き合わせた後に、この突き合わせ部分
をガス炎によって加熱し、前記鋼材の軸方向の初期圧縮
量が所定量に至った後に、前記各鋼材の固定部分の相対
的な位置関係を保持しつつ前記初期圧力を解放すること
により、温度上昇のみによる圧縮を行わせ、ついで、前
記突き合わせ部分が所定の温度に達した時点で、前記両
鋼材を、前記初期圧力と同等の圧力で加圧し、所定の全
圧縮量となるまで圧縮を行なうことを特徴とするもので
ある。また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の前記初期圧縮量が２ｍｍないし５ｍｍであることを特
徴とし、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の前
記初期圧力が２５ＭＰａないし５０ＭＰａであることを
特徴とし、さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１
に記載の前記全圧縮量が１５ｍｍ以上であることを特徴
とするものである。

【０００７】本発明の請求項１ないし請求項４の何れか
に記載の鋼材のガス接合方法によれば、初期段階の温度
の低い酸化しにくい温度状態において、初期圧力により
鋼材に初期圧縮量の変形を与えることにより、これらの
鋼材間の隙間を極力なくし、ついで、鋼材間の間隔を保
持した状態で初期圧力を解放して加熱を継続することに
より、熱膨張による圧縮を行ない、これによって、接合
端面にスラグやスケールが発生することを抑制すること
ができる。そして、前記鋼材の温度が所定温度に達した
時点で初期圧力と同等の圧力によって全圧縮量となるま
で圧縮して、接合面を密着させた状態で全圧縮量まで圧
縮することにより、スラグやスケールの発生を防止する
ことができる。ここで、所定温度とは、従来と同様の１
２００℃ないし１３００度の範囲に設定される。かつ、
鋼材間の間隔を保持した状態で初期圧力を解放して加熱
を継続することにより、温度上昇のみによる圧縮を行な
わせて、接合端面部分における鋼材の膨らみを防止して
こぶの発生を防止し、これによって、接合端面部分の体
積増加を抑制するとともに加熱時間の増加を抑制するこ
とができる。

【０００８】ここで、初期圧縮量は、請求項２に記載の
発明のように、２ｍｍないし５ｍｍの範囲内に設定する
ことが好ましい。初期圧縮量を２ｍｍ以上とするのは、
最大２ｍｍの隙間量を許容して研削作業を簡素化するこ
とができるからであり、また、５ｍｍを越えた初期圧縮
量とすると、突き合わせ面が外部へはみ出してこぶを形
成し、この結果、加熱部体積が増大して、所定温度まで
昇温させるまでに時間が掛かり好ましくないからであ
る。

【０００９】また、前記初期圧力は、請求項３に記載の
発明のように、２５ＭＰａないし５０ＭＰａの範囲内
で、好ましくは３０ＭＰａ以上に設定される。初期圧力
を２５ＭＰａ以上とすることにより、低温状態における
隙間除去操作を確実に行なうことができ、また、５０Ｍ
Ｐａを越えた圧力とした場合においても得られる効果は
同様であり、必要以上に装置の大型化を招くことから、
経済性を考慮して上限を５０ＭＰａとするのが望まし
い。

【００１０】さらに、全圧縮量は、請求項４に記載の発
明のように、１５ｍｍ以上に設定することが好ましい。
これは、ガス圧接の継手品質が、圧接温度と圧縮量に支
配されるといわれており、かつ、圧縮量が大きければ大
きいほど良好か継手品質が得られやすいとされ、従来方
法においては２４ｍｍ以上に設定されるが、本発明にお
いては、高温度下で急速に圧縮させることから、初期圧
縮量と熱膨張のみによる圧縮量と、最終加圧による圧縮
と合わせて１５ｍｍ以上の圧縮量で十分な品質が得られ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施形態
に基づき説明する。本実施形態においては、ＪＩＳに規
定されている６０ｋｇレールを用いて行なった例につい
て示す。本実施形態において、レール１・３の突き合わ
せやその加圧、ならびに、加熱のための装置は、図２に
示す従来の装置とほぼ同様である。

【００１２】そして、本実施形態においては、各レール
１・３の端面を初期圧力３０ＭＰａで突き合わせた後
に、この突き合わせ部分を弱還元炎で加熱し、レール１
・３の軸方向の初期圧縮量が２ｍｍに至った後に、レー
ル１・３の固定部分の相対的な位置関係を保持しつつ初
期圧力を解放し、ついで、前記突き合わせ部分が１２０
０℃に達した時点で、レール１・３を、初期圧力と同等
の圧力３０ＭＰａで加圧し、全圧縮量２０ｍｍとなるま
で圧縮を行なった。このとき本実施形態におけるガス圧
接時間は約３８０ｓｅｃであった。

【００１３】ここで、表１にＮ１ないしＮ６で示すよう
に、頭部隙間、腹部隙間、底部隙間、および、端面粗さ
を種々変更し、各条件毎に６本の試験体を前記方法によ
ってガス接合し、それぞれの試験体について底部引張試
験（接合部を中心として支点間距離を１ｍにとって試験
体を支持し、その接合部に破断に至るまでの荷重を加
え、その破断荷重と撓み量が許容範囲内にあるか否かの
試験で、レール頭部を上向きにして底部が引張側となる
破断試験；ＨＵ破断）と、頭部引っ張り試験（底部引っ
張り試験と荷重負荷方向が逆となる破断試験；ＨＤ破
断）とを行ない、ＨＵ破断で、破断荷重−撓み量が１４
０ｔｆ−２５ｍｍ以上、また、ＨＤ破断で、破断荷重−
撓み量が１２５ｔｆ−２０ｍｍ以上を満足したものを合
格とし、その結果を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】ここで、比較例として、表１にＣ１ないし
Ｃ４で示すように、従来方法によって作成した試験体に
ついて同様の試験を行ない、その結果を表１に示し、ま
た、端面粗さや隙間量を許容値範囲外とし、本発明方法
によって作製した試験体を表１にＷ１ないしＷ４に示す
ように作製し、その試験結果を表１に示す。ここでＷ４
のみは、全圧縮量を１２ｍｍとした場合の試験体であ
る。

【００１６】この結果から明らかなように、本実施形態
に係わる試験体は、レール端面の頭部、腹部、あるい
は、底部に隙間が存在している場合にあっても、また、
端面粗さが５０μｍから１５０μｍ（Ｒｍａｘ）の広い
範囲で、良好な接合品質が得られた。

【００１７】しかしながら、本発明方法においても、端
面粗さが極端に粗い場合や隙間が極端に大きい場合、ま
た、全圧縮量が少ない場合には、十分な接合品質が得ら
れない。したがって、これらの諸条件を前記範囲内に設
定する必要がある。

【００１８】なお、前記実施形態においては、鋼材とし
て鉄道用レールについて示したが、これに限られるもの
ではなく、鉄筋や棒鋼等、他の長尺状の鋼材の接合にも
適用可能であることはもちろんである。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
ないし請求項４の何れかに記載の発明によれば、初期段
階の温度の低い酸化しにくい温度状態において、初期圧
力により鋼材に初期圧縮量の変形を与えることにより、
これらの鋼材間の隙間を極力なくし、ついで、鋼材間の
間隔を保持した状態で初期圧力を解放して加熱を継続す
ることにより、熱膨張による圧縮を行ない、これによっ
て、接合端面にスラグやスケールが発生することを抑制
することができる。また、前記鋼材の温度が所定温度に
達した時点で初期圧力と同等の圧力によって全圧縮量と
なるまで圧縮して、鋼材の接合部分を短時間で全圧縮量
まで圧縮することにより、接合面を密着させた状態で全
圧縮量まで圧縮して、スラグやスケールの発生を防止す
ることができる。

【００２０】かつ、鋼材間の間隔を保持した状態で初期
圧力を解放して加熱を継続することにより、温度上昇の
みによる圧縮を行なわせて、接合端面部分における鋼材
の膨らみを防止してこぶの発生を防止し、これによっ
て、接合端面部分の体積増加を抑制するとともに加熱時
間の増加を抑制することができる。したがって、これら
の相乗作用により、高品質の接合品質を得ることができ
るとともに、端面研削作業を簡素化して、接合作業を簡
便なものとすることができる。

【００２１】ここで、請求項２に記載の発明のように、
前記初期圧縮量を２ｍｍないし５ｍｍの範囲内に設定す
ることにより、最大２ｍｍの隙間量を許容して研削作業
を簡素化することができ、また、接合面が外部へはみ出
してこぶを形成することを防止して加熱部体積の増加を
防止することにより、接合部分を所定温度まで昇温させ
るまでに要する時間の増加を抑制することができる。

【００２２】また、請求項３に記載の発明のように、前
記初期圧力を２５ＭＰａないし５０ＭＰａの範囲内でと
することにより、低温状態における隙間除去操作を確実
にかつ経済的に行なうことができる。

【００２３】さらに、本発明においては、高温度下で急
速に圧縮させることから、請求項４に記載の発明のよう
に、全圧縮量を１５ｍｍ以上としても十分な品質が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる鋼材のガス接合方
法における加熱条件、加圧条件、および、変形状態を示
す図である。

【図２】鋼材のガス接合方法を実施するための装置の一
例を示す概略側面である。

【図３】本発明の一実施形態に係わる鋼材のガス接合方
法における加熱条件、加圧条件、および、変形状態を示
す図である。

【符号の説明】

１・３ レール（鋼材） １ａ・３ａ 接合端面 ４ クランプ ２・５ 固定プレート ６ 油圧シリンダ ７ ガスバーナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 加藤 昌人 (56)参考文献 特開 昭60−72689（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 20/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長尺状の鋼材の端面どうしをガス圧接に
   て接合する方法において、各鋼材の端面を所定の初期圧
   力で突き合わせた後に、この突き合わせ部分をガス炎に
   よって加熱し、前記鋼材の軸方向の初期圧縮量が所定量
   に至った後に、前記各鋼材の固定部分の相対的な位置関
   係を保持しつつ前記初期圧力を解放することにより、温
   度上昇のみによる圧縮を行わせ、ついで、前記突き合わ
   せ部分が所定の温度に達した時点で、前記両鋼材を、前
   記初期圧力と同等の圧力で加圧し、所定の全圧縮量とな
   るまで圧縮を行なうことを特徴とする鋼材のガス圧接方
   法。
2. 【請求項２】 前記初期圧縮量が２ｍｍないし５ｍｍで
   あることを特徴とする請求項１に記載の鋼材のガス圧接
   方法。
3. 【請求項３】 前記初期圧力が２５ＭＰａないし５０Ｍ
   Ｐａであることを特徴とする請求項１に記載の鋼材のガ
   ス圧接方法。
4. 【請求項４】 前記全圧縮量が１５ｍｍ以上であること
   を特徴とする請求項１に記載の鋼材のガス圧接方法。