JP3629075B2 - Rail welding mold - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレール突き合わせ溶接部を応力集中による破壊から防止することができるレール溶接用鋳型に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、レールのテルミット溶接については、例えば、特公昭59−8477号公報に、レールのテルミット溶接方法及び同方法に好適に用いることができる鋳型が提示されている。この方法は、所定の隙間を有して相対向して配置されたレールの端部をレール幅方向に左右に分割された鋳型によって囲み、上部からテルミット法によって製造された溶融金属をキャビティ部内に注入して、前記レール同士を接合するようにしたものである。
また、特公昭60−54145号公報に、鋳型の構成部材間の接触面に耐火性圧縮フェルト帯状体を設ける方法が提示されており、鋳型キャビティ部内に注入された溶接用の溶融金属が鋳型とレールとの接触面の隙間より漏れ出ることのないように、密封状態にしてレールを接合するようにしている。
ところで、溶接すべきレールの一方が使用中であり、他方は新品である場合には、両レールの天端を合わせるために両レールの足の位置が合わなくなる。従って、場合によっては、最大7mm程度の段差が生ずる。この場合、前記した特公昭59−8477号公報及び特公昭60−54145号公報に示すように、二分割型の鋳型を使用して溶接を行なったのでは、接合するレールの上下面と鋳型の内側上下面との間に上下方向の隙間ができる。また、レールにも小さな製造誤差もあり、これによってもレールの外面と鋳型の内面との間に隙間が生ずる。そして、この隙間は、溶融金属が漏出して鋳張りを生じさせる原因となるので、モルタル又は粘土状の耐火物の圧入や詰め込みにより、この発生を防止しようとしてきたが、溶融金属の浸透する限界気孔径は30μmといわれており、隙間をそれ以下にすることは困難であった。その結果、鋳張りがしばしば発生し、接合部の疲労強度の低下を招くという問題があった。
【0003】
かかる問題を解決するため、本発明者らは、特開平5−261596号公報において、鋳型の底部を分割した上で、レールを中心として対向して分割された鋳型をさらにレール方向にそれぞれ2分割して、即ち、レール幅方向と長さ方向に4分割して上鋳型群を構成し、分割した上鋳型群の少なくとも下部及び底鋳型に線状突起部を設けたレール溶接用鋳型を提示した。
このレール溶接用鋳型10の構成を図7に示す。
図示するように、レール溶接用鋳型10は、対向するレール11、12の接合部を囲む分割上鋳型群13と、この分割上鋳型群13の底部に配置される下鋳型14と、上部の注湯口15に装着されるキャップ16とから構成される。そして、前記分割上鋳型群13は、対向するレール11、12の中心面と、該レール11、12の接合面とによって4分割された上鋳型17〜20からなっている。
前記上鋳型17〜20及び下鋳型14の内側には、装着されるレール11、12の接合部に溶融金属が注入されるキャビティ部21が設けられ、該キャビティ部21の内面には余盛り形成凹部21cが設けられ、レール11、12の接合部の補強を行なうことができるようになっている。
【0004】
また、耐火物からなる上鋳型17〜20の下部の前記余盛り形成凹部21cの外側には一定の幅を有する線状突出部21aが設けられ、しかも、その外側に開先21bが設けられている。そして、使用に際しては、該線状突出部21aがレール11、12の腹部側面、足表面及び足先部、さらに必要に応じてレール11、12の頭部顎下部(頭部下面)に当接し、前記開先21bに塑性材F(図10参照)を充填できるようになっている。
そして、前記上鋳型17〜20を組み合わせた場合、その両側中央に空気孔22、23が形成され、該空気孔22、23の底部は、内側のキャビティ部21と細い連通孔24、25(図8参照)を介して接続され、注湯時にキャビティ部21の内部に溜まる空気が円滑に抜けるようになっている。
下鋳型14は、同じく耐火物からなって、表面中央に前記接合部に対応して余盛り形成凹部26を有し、その線状突出部26a(一定幅を有する)は、さらに、その外側に開先26bを備えている。そして、分割上鋳型群13と下鋳型14を組み立てた場合には、前記線状突出部26aがレール11、12の底部及び上鋳型17〜20の底部に線接触によって当接してシールを形成し、更には、前記開先26bに塑性材Fを充填することによって、前記線接触当接によるシールが上鋳型17〜20の表面粗さなどによって不充分であっても、外部に湯漏れを生じないようにバックアップしている。
【0005】
かかる構成によって、分割上鋳型群13がレール11、12の中心面方向のみでなく、接合面方向にも分割されているので、図9に示すように隙間Gを開けて連設したレール11、12間にわずかな寸法差があっても、高さ方向で調整して分割上鋳型群13をレール11、12に合わせることができ、溶融金属Mをキャビティ部21内に注入硬化した際、鋳張りが発生するのを減少でき、鋳型の製造も容易になる。また、レール溶接用鋳型10は、レール11、12及び隣合う鋳型とのシール方法を、上、下鋳型13、14間及び上鋳型17〜20間の接合を線状突出部21a、26aを介して行い、更に、その外側に開先21b、26bを設けて組立後に塑性材Fを充填できるようにしたので、この面からも鋳張りが減少でき、これによって応力集中等の発生が少ないレール11、12の溶接接合が可能となった。
また、本出願人は、特開平6−312609号公報において、上記したレール溶接用鋳型10において用いる塑性材Fとして加熱膨張する耐火目地材を用い、上鋳型群17〜20及び隙間発生部のシール性を向上させることを提示した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、レール11、12と分割上鋳型群13及び下鋳型14間及び上鋳型17〜20間の隙間に生ずる鋳張りの発生は防止できるようになったが、上記したレール溶接用鋳型10は、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、一般に、レール11、12のテルミット溶接部のレール長手方向の縦断面内の溶融金属Mと母材であるレール11、12の境界、即ち、溶融金属Mの溶け込み状態は、図8及び図9に示すようになる。
しかし、図9に示すように、レール11、12のレール断面表層部における溶融金属Mの溶け込み幅W1 は、レール溶接用鋳型10の内面形状に左右されるのに対して、余盛り27を形成するために上鋳型17〜20の内面に設けた余盛り形成凹部21c(図7参照)の両端にそれぞれ設けた止端部29間の幅Wは、頭部から底部まで同一である。
【0007】
その結果、図8及び図9に示すレール11、12の各断面での溶接金属Mの溶け込み幅W1 と余盛り形成凹部21cの両止端部29間の幅Wとの間に差が生ずる。この時、レール連結部の曲げ疲労時に応力集中が生じると、疲労亀裂の発生点となりやすいレール足表部28では、溶接金属の溶け込み幅W1 よりも溶接余盛形成凹部21cの両止端部29間の幅Wが大きいので、図10に示すように、余盛り形成凹部21cの両止端部29とレール11(12)の表面11a(12a)との間に未融合部30が生じ、疲労亀裂の発生点となる可能性があり、これを防止するために二次的加工あるいは早期補修の必要があった。
このことは、図11に示すように、線状突起部21aや開先21bが設けられていないレール溶接用鋳型10Aにおいても同様であった。
そこで、本発明者らは、研究の結果、上記した余盛り形成凹部21cの止端部29を余盛り27の両端と略一致させたり、余盛り形成凹部21cの両止端部29間の幅Wとレール11、12の溶け込みの幅W1 との関係を適切に選択すれば、余盛り形成凹部21cの止端部29の疲労強度を高めることができることを知見した。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、レール連結部の曲げ疲労強度を高くし、レール連結部の信頼性を向上することができるレール溶接用鋳型を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項1記載のレール溶接用鋳型は、端部同士を対向させた二つのレールの接合部を、その両側から分割鋳型で囲み、組み立てられた状態で内部にキャビティ部を有し、該キャビティ部に溶融金属を流し込みテルミット溶接する際に使用するレール溶接用鋳型において、
該レール溶接用鋳型の内面に設けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅を、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅と同じ又は該溶け込み幅より10mmの範囲で小さくし、前記テルミット溶接の際に、前記余盛り形成凹部の前記各止端部と前記レールの表面との間に未融合部が発生するのを防止している。
ここで、余盛り形成凹部の止端部間の幅の最上限をテルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅と同じとしたのは、余盛り形成凹部の止端部間の幅を上記溶け込み幅より大きくすると、従来と同様に、余盛り形成凹部の両端に形成される止端部とレールの表面との間に未融合部が生じ、疲労亀裂の発生点となるからである。一方、余盛り形成凹部の止端部間の幅の最下限をレール断面表層部の溶け込み幅より10mm小さくしたのは、余盛り形成凹部の止端部間の幅と溶融金属の溶け込み幅との差が10mmを超えると、レール表面と同一面上に位置する溶け込み表層部が直接鋳型と接触するため、鋳型との焼き付きや鋳型の粗さの影響を受け、応力集中の原因となる凹凸が生ずるからである。
【0009】
【作用】
請求項1記載のレール溶接用鋳型においては、端部同士を対向させた二つのレールの接合部を、その両側から分割鋳型で囲み、内部にキャビティ部を有するレール溶接用鋳型を組み立てる。次に、テルミット法によって製造された溶融金属を注湯口からキャビティ部内に注入する。これによって、溶融金属はキャビティ部内に充填され、内部に溜まろうとする空気は連通孔を通って空気孔に移動し外部に排出され、レールの溶接による連結が完了する。この際、鋳型に設けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅を、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅と同じ又は該溶け込み幅より10mmの範囲で小さくしているので、余盛り形成凹部の両端に形成される止端部とレールの表面との間に、疲労亀裂の発生点となる未融合部が生じるのを防止できる。
【0010】
【発明の効果】
請求項1記載のレール溶接用鋳型においては、鋳型に設けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅を、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅と同じ又はこの溶け込み幅より10mmの範囲で小さくしているので、余盛り形成凹部の両端に形成される止端部とレールの表面との間に疲労亀裂の発生点となる未融合部が生じるのを防止でき、欠陥のない余盛りの形状が得られ、レール連結部における疲労強度を向上できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した一実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
なお、本発明の一実施の形態に係るレール溶接用鋳型10Bは、実質的に、鋳型に設けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅と、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅との相対関係を除いて、図7を参照して説明した従来のレール溶接用鋳型10と基本的な構成は略同一なので、同一の構成要素については同一の符号を付しその詳細な構成及び作用の説明は省略する。
以下、図1〜図3を参照して、本発明に係るレール溶接用鋳型10Bの要部の構成について説明する。なお、図1はテルミット溶接により形成されるレール連結部の断面図、図2は図1の矢視I−I断面図、図3は同他の実施の形態に係るレール溶接用鋳型の断面図、図4、図5、図6は実験に用いたレール溶接用鋳型10Bの寸法関係を示す説明図である。
【0012】
図1及び図2に示すように、この実施の形態では、レール溶接用鋳型10Bに設けた余盛り形成凹部21cの両端に設けた止端部29間の幅W′を、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅W1 ′と同じ、又は、この溶け込み幅W1 ′より10mmの範囲(即ち、0〜10mmの範囲)で小さくしている。
従って、テルミット法によって製造された溶融金属を注湯口15からキャビティ部21内に注入してレール11、12を溶接によって連結する際、前記したように、レール溶接用鋳型10Bに設けた余盛り形成凹部21cの両止端部29間の幅W′を、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅W1 ′と同じ又は該溶け込み幅W1 ′より10mmの範囲で小さくしているので、図2に示すように、余盛り形成凹部21cの両端に形成される各止端部29とレール11(12)の表面との間に、疲労亀裂の発生点となる未融合部が生じるのを防止でき、欠陥のない余盛り27の形状が得られ、レール連結部における応力集中に対する疲労強度を向上できる。
【0013】
図3は、図2に示す線状突出部21aと開先21bを具備しないレール溶接用鋳型10Cに係るものであり、この場合においても、レール溶接用鋳型10Cに設けた余盛り形成凹部21cの両止端部29間の幅W″を、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅W1 ″と同じ、又は、この溶け込み幅W1 ″より10mmの範囲で小さくしている。
従って、図2に示すレール溶接用鋳型10Bと同様に、余盛り形成凹部21cの両端に形成される各止端部29とレール11(12)の表面との間に、疲労亀裂の発生点となる未融合部が生じるのを防止でき、欠陥のない余盛り27の形状が得られ、レール連結部における疲労強度を向上できる。
なお、以上の説明はレール11、12の両側に設けられた上鋳型に本発明を適用した例を説明したが、下鋳型に本発明を適用できることは当然であり、更には図7に示すようには分割していない鋳型に対しても本発明を適用できる。
【0014】
【実施例】
前述したレール溶接用鋳型10Bについて、該鋳型に設けた余盛り形成凹部21cの両止端部29間の幅W′と、レール断面表層部の溶け込み幅W1 ′とを変化させた場合の、レール11、12の下部における引張曲げ疲労強度の変化及び疲労亀裂発生点の状態について実験を行なったので、その結果を表1に示す。
なお、表1に示す寸法a〜eは、図4〜図6に示すレール溶接用鋳型10Bにおける各部の寸法を示す。
【0015】
【表1】
【0016】
表1から明らかなように、本発明に係るレール溶接用鋳型10Bの供試片であるA、B、C、Dは、従来のレール溶接用鋳型10の供試片であるE、F、G、Hと比較して、レール11、12の下部の引張曲げ疲労強度を向上することができるとともに、疲労亀裂発生点となるおそれのある足表部や止端部における疲労亀裂の発生を防止することができると共に、鋳張りの発生も防止することができることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るレール溶接用鋳型によって形成されるレール連結部の断面図である。
【図2】図1の矢視I−I断面図である。
【図3】同他の実施の形態に係るレール溶接用鋳型の断面図である。
【図4】実験に用いたレール溶接用鋳型の寸法関係を示す説明図である。
【図5】実験に用いたレール溶接用鋳型の寸法関係を示す説明図である。
【図6】実験に用いたレール溶接用鋳型の寸法関係を示す説明図である。
【図7】従来のレール溶接用鋳型の分解斜視図である。
【図8】同レール溶接用鋳型によって形成されるレール連結部の断面図である。
【図9】同レール溶接用鋳型によって形成されるレール連結部の断面図である。
【図10】同図9の矢視II−II断面図である。
【図11】レール溶接用鋳型10Aの断面図である。
【符号の説明】
F 塑性材 G 隙間
M 溶融金属 W′余盛り形成凹部の止端部間の幅
W1 ′レール断面表層部の溶け込み幅 W″余盛り形成凹部の止端部間の幅
W1 ″レール断面表層部の溶け込み幅
10B レール溶接用鋳型 10C レール溶接用鋳型
11 レール 11a 表面
12 レール 12a 表面
13 分割上鋳型群 14 下鋳型
15 注湯口 16 キャップ
17 上鋳型 18 上鋳型
19 上鋳型 20 上鋳型
21 キャビティ部 21a 線状突出部
21b 開先 21c 余盛り形成凹部
22 空気孔 23 空気孔
24 連通孔 25 連通孔
26 余盛り形成凹部 26a 線状突出部
26b 開先 27 余盛り
28 レール足表部 29 止端部
30 未融合部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rail welding mold capable of preventing a rail butt weld from being broken by stress concentration.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for thermite welding of rails, for example, Japanese Patent Publication No. 59-8477 discloses a rail thermite welding method and a mold that can be suitably used for the method. In this method, the ends of rails arranged opposite to each other with a predetermined gap are surrounded by a mold divided into left and right in the rail width direction, and molten metal manufactured by the thermite method from above is placed in the cavity portion. The rails are injected to join the rails together.
Also, Japanese Patent Publication No. 60-54145 discloses a method of providing a refractory compression felt belt on the contact surface between the mold components, and the welded molten metal injected into the mold cavity is made of the mold. The rails are joined in a sealed state so that they do not leak from the gap between the contact surfaces with the rails.
By the way, when one of the rails to be welded is in use and the other is a new one, the positions of the feet of both rails are not aligned to align the top ends of both rails. Accordingly, in some cases, a step of about 7 mm at maximum occurs. In this case, as shown in Japanese Patent Publication No. 59-8477 and Japanese Patent Publication No. 60-54145, when the welding is performed using a two-part mold, the upper and lower surfaces of the rail to be joined and the mold There is a vertical gap between the inner upper and lower surfaces. There are also small manufacturing errors in the rail, which also creates a gap between the outer surface of the rail and the inner surface of the mold. And since this gap causes the molten metal to leak out and cause casting, it has been tried to prevent this occurrence by press-fitting or stuffing mortar or clay-like refractories. The pore diameter is said to be 30 μm, and it was difficult to make the gap smaller than that. As a result, there is a problem that casting often occurs and the fatigue strength of the joint portion is reduced.
[0003]
In order to solve such a problem, the present inventors, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-261596, divided the bottom of the mold, and further divided the mold that was divided facing the center of the rail into two in the rail direction. That is, the upper mold group was configured by dividing into four in the rail width direction and the length direction, and a rail welding mold in which linear protrusions were provided on at least the lower part and the bottom mold of the divided upper mold group was presented. .
The configuration of the
As shown in the figure, the
Inside the
[0004]
Moreover, the
When the
The
[0005]
With such a configuration, the divided
In addition, in the Japanese Patent Laid-Open No. 6-312609, the present applicant uses a refractory joint material that is heated and expanded as the plastic material F used in the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, it is possible to prevent the occurrence of casting that occurs in the gaps between the
That is, generally, the boundary between the molten metal M and the
However, as shown in FIG. 9, the penetration width W 1 of the molten metal M in the rail cross section surface portion of the
[0007]
Resulting Consequently, the difference between the width W between both
As shown in FIG. 11, this was the same in the rail welding mold 10A in which the
Therefore, as a result of research, the present inventors have made the
The present invention has been made based on such knowledge, and an object of the present invention is to provide a rail welding mold capable of increasing the bending fatigue strength of the rail connecting portion and improving the reliability of the rail connecting portion. And
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The rail welding mold according to
The width between the toe ends of the overlying concave portion provided on the inner surface of the rail welding mold is the same as or smaller than the penetration width of the rail section surface layer portion formed by thermite welding within a range of 10 mm. During the thermite welding, unfused portions are prevented from being generated between the respective toe portions of the surplus formation recesses and the surface of the rail.
Here, the maximum upper limit of the width between the toe portions of the overfill forming recesses is the same as the penetration width of the rail section surface layer portion formed by thermite welding. This is because if the width is greater than the above penetration width, an unfused portion is formed between the toe portion formed at both ends of the surplus formation concave portion and the surface of the rail as in the conventional case, which becomes a point of occurrence of a fatigue crack. On the other hand, the minimum lower limit of the width between the toe portions of the overlying recesses is 10 mm smaller than the penetration width of the surface section of the rail cross section. When the difference is obtain ultra the 10 mm, since the surface layer portion penetration located on the rail surface and the same surface in direct contact with the mold, under the influence of seizure or mold roughness of the mold, irregularities causing stress concentration This is because it occurs.
[0009]
[Action]
In the rail welding mold according to the first aspect, the joint portion of the two rails whose end portions are opposed to each other is surrounded by the divided mold from both sides, and the rail welding mold having the cavity portion is assembled. Next, molten metal produced by the thermite method is poured into the cavity from the pouring port. As a result, the molten metal is filled in the cavity, and the air that is to be stored inside moves to the air hole through the communication hole and is discharged to the outside, thereby completing the connection by rail welding. At this time, the width between the two toe portions of the extra-cavity forming recess provided in the mold is the same as the penetration width of the rail cross-section surface layer portion formed by thermite welding or smaller in the range of 10 mm than the penetration width. Further, it is possible to prevent an unfused portion that becomes a point of occurrence of a fatigue crack between the toe portion formed at both ends of the surplus formation concave portion and the surface of the rail.
[0010]
【The invention's effect】
In the rail welding mold according to
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Subsequently, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
In addition, the
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-3, the structure of the principal part of the
[0012]
As shown in FIGS. 1 and 2, in this embodiment, the width W ′ between the
Therefore, when the molten metal manufactured by the thermite method is injected into the
[0013]
FIG. 3 relates to the rail welding mold 10C that does not include the
Accordingly, in the same manner as the
In the above description, the example in which the present invention is applied to the upper mold provided on both sides of the
[0014]
【Example】
In the above-described
In addition, the dimension ae shown in Table 1 shows the dimension of each part in the
[0015]
[Table 1]
[0016]
As is apparent from Table 1, A, B, C, and D which are test pieces of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rail connecting portion formed by a rail welding mold according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a rail welding mold according to another embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a dimensional relationship of a rail welding mold used in the experiment.
FIG. 5 is an explanatory view showing a dimensional relationship of a rail welding mold used in the experiment.
FIG. 6 is an explanatory view showing the dimensional relationship of a rail welding mold used in the experiment.
FIG. 7 is an exploded perspective view of a conventional rail welding mold.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a rail connecting portion formed by the rail welding mold.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a rail connecting portion formed by the rail welding mold.
10 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a rail welding mold 10A.
[Explanation of symbols]
F Plastic material G Gap M Molten metal W ′ Width between the toe portions of the overfill forming recess W 1 ′ Penetration width of the rail cross section surface portion W ″ Width between the toe portions of the surplus formation recess portion W 1 ″ Rail cross section surface
Claims (1)
該レール溶接用鋳型の内面に設けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅を、テルミット溶接により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅と同じ又は該溶け込み幅より10mmの範囲で小さくしたことを特徴とするレール溶接用鋳型。The joint of two rails with the ends facing each other is surrounded by a split mold from both sides, and has a cavity inside in an assembled state. Used when pouring molten metal into the cavity and performing thermite welding. In the rail welding mold
The width between the both end portions of the recess forming recess provided on the inner surface of the rail welding mold is the same as the penetration width of the rail cross-section surface layer portion formed by thermite welding or smaller in the range of 10 mm than the penetration width. A rail welding mold characterized by that.
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- 1995-11-04 JP JP31000695A patent/JP3629075B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH09122980A (en) | 1997-05-13 |
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