JP4159920B2 - レールボンド端子の溶接方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レールの疲労強度の低下を軽減するようにしたレールボンド端子の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、在来線のレール（普通レール、熱処理レール）におけるレールボンド端子などの取り付け方法としては、種々の方法が提案されているが、中でも特に溶接部の接合強度が高く、高度の技能を必要としない銅テルミット溶接工法が比較的多く使用されている。
この銅テルミット溶接工法は、熱化学反応（テルミット反応）を応用した溶接方法であり、原理は酸化銅とアルミニウムとの混合粉末（銅テルミット剤）を治具を構成するルツボ内で燃焼させ、それによって生じた熱を利用してレールボンド端子をレールのくびれた胴部に溶接するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような銅テルミット溶接工法は、簡便で、高強度を実現できる溶接方法であるが、溶接部近傍に残留応力が残り、このためレールの疲労強度が低下するといわれている。例えば、三木他による「溶接止端部改良による疲労強度向上法」溶接学会論文集、第１７巻、第１号にも記載されているように、溶接継ぎ手部の疲労強度を向上させるためには、溶接止端部における応力集中を低減させることと、溶接により生じる引張残留応力を低減させることが効果的であることが知られている。
また、前記論文の中には、これらの応力緩和方法として、ＴＩＧ処理、グラインダー処理と併せてハンマーピーニング処理がある程度の効果があることも記載されている。
【０００４】
前記ハンマーピーニング処理とは、溶接部をハンマーで打撃してレールを塑性変形させ、その変形に伴って生じる押圧側の残留応力によって溶接時の引張残留応力を緩和し、結果的に溶接による疲労強度の低下を縮小させるものである。
また、前記同論文の中にも記載されているように、前記ハンマーピーニング処理は、残留する引張応力が最も高いとされる溶接外縁部にハンマー打撃を加えることによって、疲労強度はある程度向上するが、その反面レールに傷が発生し、この傷を基点として疲労亀裂が発生することが知られている。
【０００５】
また、溶接による溶融部を取り囲む熱影響部の外縁近傍に引張応力が残留しており、この引張応力が疲労強度の低下と亀裂の発生とに関係していることが知られている。
さらにまた、残留引張応力が最も高いとされる熱影響部の溶接外縁部ではなく、レールボンド端子の周縁部近傍を先端がドーム状のハンマーの打撃によって凹状の塑性変形を生じさせ、溶接による疲労強度の低下を防止することできることも知られている。
【０００６】
特に、前記溶接を銅テルミット溶接工法によって行った場合、レールの溶融部と熱影響部はレールボンド端子の下に隠れているので、熱影響部の周縁部を直接押圧あるいはピーニングすることができないが、レールボンド端子を取り巻くレールの表面をハンマーで打撃することができ、これにより、凹状の塑性変形を形成することができることは、例えば特開２００２−３４６７７１号に示すように公知である。
しかしながら、このようにレールの表面をハンマーで打撃することは、騒音が出ることとなり、作業量の増加、作業が厄介となり、また作業品質も悪く、均一とならず、圧痕の位置決めも不揃いとなるという問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決することを目的としてなされたものであり、レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、銅テルミット溶接によってレールに溶接されたレールボンド端子を中心として直交するｘｙ座標軸が分かつ第１象限〜第４象限における４５°、１３５°、２２５°及び３１５°方向のレールボンド端子周縁部近傍４箇所を、ハンマー打撃によらない油圧シリンダで加圧する工程からなる下記レールボンド端子の溶接方法を提供するものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、レールボンド端子を中心として直交するｘｙ座標軸が分かつ第１象限〜第４象限における４５°、１３５°、２２５°及び３１５°方向のレールボンド端子周縁部近傍４箇所をレールの両側から同時に加圧する工程からなるレールボンド端子の溶接方法を提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、レールボンド端子を中心としてｘｙ座標軸が分かつ第１象限と第３象限における４５°及び２２５°若しくは第２象限と第４象限における１３５°及び３１５°方向のレールボンド端子周縁部近傍２箇所、さらに対応する第２象限と第４象限における１３５°及び３１５°若しくは第１象限と第３象限における４５°及び２２５°方向のレールボンド端子周縁部近傍２箇所を両側から同時にそれぞれ加圧する工程からなるレールボンド端子の溶接方法を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係るレールボンド端子の溶接方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、銅テルミット溶接工法を適用する一般的な治具を構成するルツボの一例を示す一部切欠斜視図である。図２は、レールボンド端子の実施例を示す斜視図である。図３は、本発明に係るレールボンド端子の溶接方法を説明するための装置の正面図である。図４は、本発明の要部を説明する図である。図５は、レールボンド端子をレールのくびれた胴部の面に溶接した状態を示す斜視図である。図６は、圧痕形成用突起部の正面図である。図７は、同側面図である。
【００１１】
図１において、１は、従来から使用されている銅テルミット溶接工法を適用する治具である。
この治具１は、凹部２ａを形成したルツボ本体２と、湯道３と、この湯道３に連接する半円形の切り口４ａを形成した銅溶着部４とから構成されている。
前記ルツボ本体２の凹部２ａには、テルミット剤５とそれを覆うように点火剤６が投入されている。
初期の段階では、凹部２ａの底口はスチールディスク７で塞がれている。
【００１２】
このような治具１を使用して、銅テルミット溶接工法により前記半円形の切り口４ａとほぼ同形の筒状のレールボンド端子８（図２に示す）を、レール１０のくびれた胴部１０ａの面に溶接（１５）する。
この筒状のレールボンド端子８には、レールボンド（電線）８ａがカシメなどにより固着されている。８ｂは、前記銅溶着部４に位置して溶接される固着部である。
【００１３】
さらに詳細に説明すると、まずこの筒状レールボンド端子８をルツボ本体２の半円形の切り口４ａに、レール１０（例えば普通レール、熱処理レール）の長手方向（例えばレールのくびれた胴部１０ａの面）に沿って挿入し、このルツボ本体２によりレールボンド端子８をレール１０のくびれた胴部１０ａに溶接する際には、図示しないガスバーナによりこのルツボ本体２の内部を中心に加熱する。
【００１４】
次にレール１０を必要に応じて予熱する。予熱しない場合もある。
次いで，ガスバーナによりレール１０のくびれた胴部１０ａにおけるレールボンド端子８を溶接する部分を加熱する。その際、ガスバーナの火炎を溶接面に直角に当て吹管を円状に動かしながら均等に加熱する。
【００１５】
次いで前記治具１をレール１０に、図示しないハンドルを開いてレール頭部１０ｂに図示しないボンド取付金具を乗せ仮取付を行う。
次にレールボンド端子８をルツボ本体２の半円形の切り口４ａに、レール１０のくびれた胴部１０ａの面に沿って挿入すると、レールボンド端子８に設けた固着部８ｂは、銅溶着部４の適正な位置に止まる。
【００１６】
ここで図示しないハンドルを閉じてレール１０にしっかりと固定し、レール１０とルツボ本体２の間に隙間やガタが生じないよう確実に取り付ける。
この状態で前記ルツボ本体２の上方からスチールディスク７をルツボ本体２内の中間、すなわち前記湯道３の上方部に上向きにセットし、銅テルミット剤５を投入する。
【００１７】
更に点火剤６を投入して柄の長いライターなどで点火させると、点火とほぼ同時に反応し、数秒間銅テルミット剤５が燃焼した後、スチールディスク７も溶融して溶融銅が湯道３を通って銅溶着部４に流れ、この銅溶着部４において溶着すべきレールボンド端子８とレール１０とを密着させておけば、この銅溶着部４の適正な位置に止まっているレールボンド端子８の固着部８ｂは、溶融銅によってレール１０のくびれた胴部１０ａに確実に溶接（１５）される。
【００１８】
このように、本発明においては、図５に示すようにレール１０のくびれた胴部１０ａにレールボンド端子８を溶接させる際には、上述のような銅テルミット溶接工法を適用させるのである。
まず前記ルツボ２本体の半円形の切り口４ａに、銅溶着部４の適正な位置に止まるように形成した筒状のレールボンド端子８を、レール１０のくびれた胴部１０ａの面に沿って挿入させ、ルツボ２本体の上方で銅テルミット剤５を点火させると、銅が溶けて湯道３を通って銅溶着部４においてレールボンド端子８の固着部８ｂがレール１０のくびれた胴部１０ａに確実に溶接（１５）される。
【００１９】
しかして、レール１０のくびれた胴部１０ａに溶接されたレールボンド端子８の溶接部（１５）近傍は、残留応力が残り、疲労強度が低下することが知られており、またこの残留応力の解消方法として、レールボンド端子の周縁部近傍をハンマー打撃によって凹状の塑性変形を生じさせることによって溶接による疲労強度の低下を防止させることができることも公知技術である。
【００２０】
本発明においては、レール１０のくびれた胴部１０ａの表面に銅テルミット溶接工法によって溶接された図２に示すレールボンド端子８の周縁部近傍を、ハンマー打撃によらない第１の油圧シリンダ１１、第２の油圧シリンダ１２で、前記レールのくびれた胴部１０ａを挟んで両側からレールボンド端子を中心として直交するｘｙ座標軸が分かつ第１象限〜第４象限における４５°、１３５°、２２５°及び３１５°方向のレールボンド端子周縁部近傍４箇所を同時に加圧して前記レール１０のくびれた胴部１０ａに圧痕部１４を形成している。この圧痕によって溶接による疲労強度の低下を防止させることができるものである。
【００２１】
１３は、第１の油圧シリンダ１１の可動部の先端に、図４に示す位置関係をもって取り付けられている４個の圧痕形成用突起部である。この圧痕形成用突起部１３には、取付孔１３ａａを設けた取付部１３ａが形成されており、この取付孔１３ａａに挿通するボルト１３ｂによって前記第１の油圧シリンダ１１の可動部の先端に、前記圧痕形成用突起部１３の取付部１３ａが取り付けられる。
【００２２】
本発明の実施例においては、圧痕部１４を前記圧痕形成用突起部１３によって前記レールのくびれた胴部１０ａに４箇所同時に形成する方法について説明したが、これに限らず、レールボンド端子を中心として直交するｘｙ座標軸が分かつ第１象限と第３象限もしくは第２象と第４象限におけるそれぞれの４５°方向のレールボンド端子周縁部近傍２箇所を両側から同時に加圧する工程と、さらに第２象と第４象限もしくは第１象限と第３象限におけるそれぞれの４５°方向のレールボンド端子周縁部近傍２箇所を両側から同時に加圧する２回で４箇所形成する方法であってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係るレールボンド端子の溶接方法は、レールにレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、この銅テルミット溶接によって溶接する工程によってレールに溶接されたレールボンド端子の周縁部近傍をハンマー打撃によらない油圧シリンダで加圧する工程とを含むものであるから、レールの表面をハンマーなどにより打撃しないので、レールに傷や亀裂が発生せず、作業が静かであり、作業量も軽減し、作業が簡単となり、楽な姿勢で作業ができ、また作業品質が悪くならないので、均一となり、圧痕の位置決めも不揃いとならず、正確な位置に形成されるなどの優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 銅テルミット溶接工法を適用する一般的な治具を構成するルツボの一例を示す一部切欠斜視図である。
【図２】 レールボンド端子の実施例を示す斜視図である。
【図３】 本発明に係るレールボンド端子の溶接方法を説明するための装置の正面図である。
【図４】 本発明の要部を説明する図である。
【図５】 レールボンド端子をレールのくびれた胴部の面に溶接した状態を示す斜視図である。
【図６】 圧痕形成用突起部の正面図である。
【図７】 同側面図である。
【符号の説明】
１ 治具
２ ルツボ本体
２ａ 凹部
３ 湯道
４ 銅溶着部
４ａ 半円形の切り口
５ テルミット剤
６ 点火剤
７ スチールディスク
８ 筒状のレールボンド端子
８ａ レールボンド（電線）
８ｂ 固着部
１０ レール
１０ａ くびれた胴部
１０ｂ レール頭部
１１ 第１の油圧シリンダ
１２ 第２の油圧シリンダ
１３ 圧痕形成用突起部
１３ａ 取付部
１３ａａ取付孔
１３ｂ ボルト
１４ 圧痕部
１５ 溶接部

Claims (2)

1. レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、銅テルミット溶接によってレールに溶接されたレールボンド端子を中心としてｘｙ座標軸が分かつ第１象限〜第４象限における４５°、１３５°、２２５°及び３１５°方向のレールボンド端子周縁部近傍４箇所を、ハンマー打撃によらない油圧シリンダでレールの両側から同時に加圧する工程からなることを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
2. レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、銅テルミット溶接によってレールに溶接されたレールボンド端子を中心としてｘｙ座標軸が分かつ第１象限と第３象限における４５°及び２２５°若しくは第２象限と第４象限における１３５°及び３１５°方向のレールボンド端子周縁部近傍２箇所、さらにそれぞれに対応する第２象限と第４象限における１３５°及び３１５°若しくは第１象限と第３象限における４５°及び２２５°方向のレールボンド端子周縁部近傍２箇所を、ハンマー打撃によらない油圧シリンダでレール両側から同時にそれぞれ加圧する工程からなることを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。

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