JP4869773B2 - Rail flash butt welding method - Google Patents

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本発明は、レール溶接部のHAZ軟化を抑制し、レールの偏摩耗を低減することができるレールのフラッシュバット溶接方法に関するものである。   The present invention relates to a rail flash butt welding method that can suppress HAZ softening of a rail welded portion and reduce uneven wear of the rail.

フラッシュバット溶接は鉄鋼材料の溶接方法として広く普及している。その特徴として、自動化が可能であり、品質の安定性が高いこと、溶接時間が短い、などの長所を有することが挙げられる。   Flash butt welding is widely used as a welding method for steel materials. Its features include that it can be automated, has high quality stability, and has a short welding time.

フラッシュバット溶接方法の原理を、図5の各図を用いて説明する。まず図5(a)に示すように、対向して設置された被溶接材料に電極を介して電圧をかけて、被溶接材料の端面間にアークを発生させて被溶接材の端面を溶融させる。このとき、図5(b)に示すように、被溶接材の端面にアークが発生して、系外にフラッシュとして放出されるという過程が繰り返され、次第に材料は溶けていく。端面間にアークが発生すると、アーク発生部分は、局部的に溶かされてクレータと呼ばれる凹みが発生する。また、溶接は大気雰囲気で行われるため、溶融金属部には多量の金属酸化物が生成する。溶接端面は最終的に全面が溶融した状態となる。また、溶接部近傍の材料は温度上昇により軟化する。   The principle of the flash butt welding method will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 5 (a), a voltage is applied to the materials to be welded arranged opposite to each other via electrodes, an arc is generated between the end surfaces of the materials to be welded, and the end surfaces of the materials to be welded are melted. . At this time, as shown in FIG. 5 (b), an arc is generated on the end face of the material to be welded and discharged as a flash outside the system, and the material gradually melts. When an arc is generated between the end faces, the arc generating portion is locally melted to generate a dent called a crater. Further, since welding is performed in an air atmosphere, a large amount of metal oxide is generated in the molten metal portion. The weld end face is finally in a molten state. In addition, the material in the vicinity of the weld is softened by the temperature rise.

次いで、図5(c)に示すように、軸方向のアップセット加圧が行われる。このアップセット加圧により、被溶接材は互いの端面にて接合する。このとき、端面に形成されていたクレータによる凹凸はつぶされて変形し、溶融金属は系外に排出される。また、軟化した溶接面近傍の材料は、アップセット時の塑性変形により断面が増大してビードが形成される。このビードは後工程において熱間せん断などにより除去される。   Next, as shown in FIG. 5C, axial upset pressurization is performed. By this upset pressurization, the materials to be welded are joined to each other at the end faces. At this time, the unevenness by the crater formed on the end face is crushed and deformed, and the molten metal is discharged out of the system. Further, the softened material in the vicinity of the weld surface is increased in cross section due to plastic deformation during upset, and a bead is formed. This bead is removed by hot shearing or the like in a later step.

このようなフラッシュバット溶接方法は溶接が自動化されており、溶接時間が2〜4分と短く、溶接能率が高いため、レール分野においても工場溶接法として多く採用されている。また、装置をコンパクト化して、軌道における現地溶接としても利用されている。   Such a flash butt welding method is automated, has a short welding time of 2 to 4 minutes, and has a high welding efficiency. Therefore, the flash butt welding method is often used as a factory welding method in the rail field. In addition, the equipment has been made compact and used as field welding on tracks.

従来のレールフラッシュバット溶接技術として、特許文献1において、制御装置と各ユニット半体が締結シリンダにより枢動運動で互いの方向に移動可能な一対の締結挟持部を備える、2つのユニット半体を有する溶接ユニットが開示されている。また、特許文献2では、ケーシングとその中を直線的に移動可能なキャリジとを有する溶接機構造が開示されている。これらは溶接機本体の構造に関する発明である。
特開2003−260567号公報 特開平06−226454号公報
As a conventional rail flash butt welding technique, in Patent Document 1, a control device and each unit half are provided with two unit halves including a pair of fastening clamping portions that are movable in the directions of each other by a pivoting motion. A welding unit having is disclosed. Patent Document 2 discloses a welder structure having a casing and a carriage that can move linearly therethrough. These are inventions related to the structure of the welder body.
JP 2003-260567 A Japanese Patent Laid-Open No. 06-226454

上記したようにフラッシュバット溶接は加熱により材料端面を溶かした後、溶融面を加圧密着させてお互いの材料を接合する技術である。鋼材は室温から融点まで加熱するまでの昇温過程と、その後の冷却過程を経るため、金属組織に変化が生じる。溶接に伴う被溶接材の組織、硬度の変質域は熱影響部、HAZと呼ばれる。   As described above, flash butt welding is a technique in which after melting a material end surface by heating, the molten surface is pressed and adhered to join each other's materials. Since the steel material undergoes a temperature rising process from the room temperature to the melting point and a subsequent cooling process, the metal structure changes. The structure of the material to be welded during welding and the altered region of hardness are called heat affected zone, HAZ.

レール鋼は炭素(C)を多量に含み、パーライト組織を呈している。パーライト組織は炭素をほとんど含まないフェライトと呼ばれる純鉄相と、セメンタイトと呼ばれる炭化鉄(Fe3C)の層が交互に緻密に重ねあわされた層状構造を呈している。パーライトが生成する過程では変態エネルギーがフェライトとセメンタイトの界面エネルギーに変換されるため、このような層状組織が形成される。 Rail steel contains a large amount of carbon (C) and has a pearlite structure. The pearlite structure has a layered structure in which pure iron phase called ferrite containing almost no carbon and iron carbide (Fe 3 C) layers called cementite are alternately and densely stacked. In the process of generating pearlite, transformation energy is converted into interfacial energy between ferrite and cementite, and thus such a layered structure is formed.

パーライトの温度上昇による変化過程は以下のとおりである。1.室温から500℃まではパーライト組織は変化しない。2.550℃を越えると、層状組織の界面エネルギーを減らす方向の構造の変化、すなわちセメンタイトの分断、球状化から始まる。温度が上がるほど、セメンタイトの球状化は進む。3.レール鋼の場合、720℃付近からフェライト組織がオーステナイト組織に変態し始める。その結果、金属中にフェライト、球状化したセメンタイト、オーステナイトの三相が共存する温度域が存在する。4.さらに温度が上昇すると、フェライトもしくはセメンタイトのいずれかの相が消失し、オーステナイトと球状化セメンタイトもしくはオーステナイトとフェライトの2相組織となる。5.さらに温度が上昇すると、オーステナイトの単相組織となる。6.さらに温度が上昇し、融点(固相線温度)を超えると、オーステナイト組織中に溶融相が生成する。7.さらに温度が上昇すると完全に溶融する。   The changing process of pearlite due to the temperature rise is as follows. 1. The pearlite structure does not change from room temperature to 500 ° C. 2. When the temperature exceeds 550 ° C., the structure changes in a direction to reduce the interfacial energy of the layered structure, that is, the cementite is divided and spheroidized. As the temperature increases, the cementite spheroidizes. 3. In the case of rail steel, the ferrite structure begins to transform into an austenite structure from around 720 ° C. As a result, there exists a temperature range in which three phases of ferrite, spheroidized cementite, and austenite coexist in the metal. 4). When the temperature further increases, either the ferrite or cementite phase disappears, and a two-phase structure of austenite and spheroidized cementite or austenite and ferrite is obtained. 5. When the temperature is further increased, a single phase structure of austenite is obtained. 6). When the temperature further rises and exceeds the melting point (solidus temperature), a molten phase is generated in the austenite structure. 7). When the temperature rises further, it melts completely.

溶接では溶接端からの距離に応じて、最高到達温度が異なる。すなわち溶接端面では融点以上に達するが、十分に遠方では室温のままである。材料には最高到達温度に従って、上記1〜7のいずれかの組織変化が生じる。具体的には、溶接端から十分遠方の部分から、溶接端に近づくにつれて、1.パーライト域(無変化)→2.球状化セメンタイト域→3.オーステナイト、フェライト、球状化セメンタイトが共存する3相域→4.オーステナイトとフェライトもしくはオーステナイトと球状化セメンタイトの2相域→5.オーステナイト単相域→6.溶融域の存在するオーステナイト域→7.完全溶融域、となる。   In welding, the maximum temperature reached varies depending on the distance from the weld end. That is, it reaches the melting point or more at the weld end face, but remains at room temperature sufficiently far away. The material undergoes any of the structural changes 1 to 7 according to the maximum temperature reached. Specifically, as the distance from the weld end to the weld end increases, Perlite area (no change) → 2. Spheroidized cementite region → 3. 3. Three-phase region where austenite, ferrite and spheroidized cementite coexist. 2. Two-phase region of austenite and ferrite or austenite and spheroidized cementite → 5. Austenite single phase region → 6. 6. Austenite zone where melt zone exists → 7. Complete melting zone.

これらの組織は、溶接の加熱プロセスが終了すると、冷却により、それぞれの組織から温度低下に応じた組織変化が生じる。また、その組織変化に応じて硬度分布が生成する。硬度分布は組織、成分によって異なるが、ここでは重荷重鉄道用の、母材硬度Hv390レベル高強度レールの場合を例に挙げる。   When the heating process of welding is completed in these structures, cooling causes a structure change corresponding to the temperature decrease from each structure. Further, a hardness distribution is generated according to the change in the structure. Although the hardness distribution varies depending on the structure and components, here, an example of a high-strength rail with a base material hardness of Hv390 level for heavy-duty railways is taken as an example.

1.パーライト域(昇温過程で組織変化を受けない部分)は冷却後も元の組織と変らない。
2.球状化セメンタイト域において、球状化セメンタイトはそのままの状態で冷却され、室温でも球状化組織を呈する。球状化セメンタイト組織の硬度は低く、Hv300程度である。最高到達温度が上がるに従って、球状化が進むため、溶接点に近いほど軟化する。
3.オーステナイト、フェライト、球状化セメンタイトが共存する3相域は温度低下に伴い、オーステナイトがパーライトに変態するが、球状化セメンタイトはそのまま室温まで冷却される。最高到達温度が上がるに従って、オーステナイト相率が増え、冷却後にパーライトとなる分率が増加するため、溶接点に近いほど硬度は回復していく。球状化セメンタイト組織の硬度は低く、Hv300程度である。
4.フェライトとオーステナイト、もしくはオーステナイトとセメンタイトの2相域は、冷却時にオーステナイトがパーライト組織に変態する。最高到達温度が上がるに従って、オーステナイトの分率が増加し、冷却後にパーライトとなる分率が増加するため、溶接点に近いほど硬度は回復していく。
5.オーステナイト単相域においては、オーステナイトがパーライト組織に変態する。ほぼ硬度は一定となる。
6.溶融相が存在するオーステナイト域においては、まず液相が凝固してオーステナイトになるため、オーステナイト単相になり、その後、パーライト組織に変態する。ほぼ硬度は一定となる。
7.溶融域は、まず凝固してオーステナイト単相になり、その後、パーライト組織に変態する。ほぼ硬度は一定となる。
1. The pearlite region (the part that does not undergo structural changes during the heating process) does not change from the original structure after cooling.
2. In the spheroidized cementite region, the spheroidized cementite is cooled as it is and exhibits a spheroidized structure even at room temperature. The hardness of the spheroidized cementite structure is low, about Hv300. As the maximum temperature rises, spheroidization progresses, so the closer to the welding point, the softer.
3. In the three-phase region where austenite, ferrite, and spheroidized cementite coexist, the austenite transforms into pearlite as the temperature decreases, but the spheroidized cementite is cooled as it is to room temperature. As the maximum temperature rises, the austenite phase ratio increases and the fraction that becomes pearlite after cooling increases, so the hardness recovers the closer to the welding point. The hardness of the spheroidized cementite structure is low, about Hv300.
4). In the two-phase region of ferrite and austenite, or austenite and cementite, austenite transforms into a pearlite structure during cooling. As the maximum temperature rises, the austenite fraction increases and the fraction that becomes pearlite after cooling increases, so the hardness recovers the closer to the welding point.
5. In the austenite single phase region, austenite is transformed into a pearlite structure. Hardness is almost constant.
6). In the austenite region where the melt phase exists, the liquid phase first solidifies to become austenite, so that it becomes an austenite single phase and then transforms into a pearlite structure. Hardness is almost constant.
7). The molten region first solidifies to an austenite single phase and then transforms to a pearlite structure. Hardness is almost constant.

いずれの温度域から冷却された部位でも、最終的にはフェライトとセメンタイトの組織となる。フェライトとセメンタイトの層状組織は母材と同じパーライトである。上記2〜3の領域は球状化したセメンタイト組織が含まれるため、その分率に応じて硬度変化が生じる。溶接部近傍の温度、高温時の組織、冷却後の組織を模式的に図6に示す。HAZ軟化の定量的な規定方法として、母材硬度に比べ、ある値以上軟化している軟化幅と、最低硬度を評価指標とすることがある。以下、母材硬度よりビッカース硬度でHv50以上低下している幅を軟化幅と呼ぶことにする。   Even in a portion cooled from any temperature range, a structure of ferrite and cementite is finally obtained. The layered structure of ferrite and cementite is the same pearlite as the base material. Since the above-mentioned regions 2 to 3 contain a spheroidized cementite structure, the hardness changes according to the fraction. FIG. 6 schematically shows the temperature in the vicinity of the weld, the structure at high temperature, and the structure after cooling. As a quantitative definition method of HAZ softening, there are cases where, as an evaluation index, the softening width softening more than a certain value and the minimum hardness are compared with the base material hardness. Hereinafter, the width in which the Vickers hardness is reduced by Hv50 or more from the base material hardness is referred to as a softening width.

上記したように、レール溶接部においてHAZには硬度が低下している部分(HAZ軟化域)が生じる。HAZ軟化域における硬度低下が著しいと、レールの頭部における車輪の通過により、HAZ軟化域での偏摩耗が進み、騒音振動の原因となることがある。また、偏摩耗が大きくなると、車輪通過時にレールへの衝撃が大きく、レールの疲労破壊の原因となる場合がある。
本発明はレール溶接部のHAZ軟化を抑制し、レールの偏摩耗を低減することができるレールのフラッシュバット溶接方法を提供することを目的とする。
As described above, in the rail welded portion, the HAZ has a portion with reduced hardness (HAZ softened region). If the hardness is significantly reduced in the HAZ softened region, uneven wear in the HAZ softened region may progress due to the passage of the wheel at the head of the rail, which may cause noise vibration. Further, when the uneven wear increases, the impact on the rail is large when passing through the wheel, and this may cause fatigue failure of the rail.
An object of the present invention is to provide a rail flash butt welding method capable of suppressing the HAZ softening of a rail welded portion and reducing the uneven wear of the rail.

本発明は上記課題の対策として、レール頭部におけるHAZ幅を減少して、軟化域を小さくし、レールの偏摩耗を抑制するものである。その具体的方法は、以下の通りである。
(1)レールとの接触面が少なくとも前記レールの頭頂面を含んでおり、前記頭頂面における接触範囲のレール軸方向の長さが15mm以上200mm未満であり、かつ前記頭頂面と接触する部分の厚みが10mm以上の当て金を、該当て金のレール端面側の先端が溶接前のレール端面から20mm以上50mm以内に位置するように装着し、溶接される側のレール端面から順に前記当て金、電極を配置した状態で、前記レールに前記電極を介して電圧をかけて前記レールをフラッシュバット溶接することにより、溶接の際に前記レールの頭部を前記当て金により冷却し、母材硬度からHv50以上低下した軟化幅を15mm以下とすることを特徴とするレールのフラッシュバット溶接方法。
As a countermeasure against the above-mentioned problems, the present invention reduces the HAZ width at the rail head, reduces the softened region, and suppresses uneven wear of the rail. The specific method is as follows.
(1) The contact surface with the rail includes at least the top surface of the rail, the length of the contact range on the top surface in the rail axial direction is not less than 15 mm and less than 200 mm, and the portion in contact with the top surface Wearing a metal stopper having a thickness of 10 mm or more, so that the tip on the rail end face side of the gold is located within 20 mm or more and 50 mm from the rail end face before welding, In the state where the electrodes are arranged, the rail is flash-butt welded by applying a voltage to the rails via the electrodes, so that the head of the rails is cooled by the metal pad during welding, and the hardness of the base metal is determined. A method for flash butt welding of rails, characterized in that the softening width reduced by Hv50 or more is 15 mm or less.

(2)レールとの接触範囲が、前記レールの断面内において少なくとも前記レールの頭頂面を含んでおり、前記頭頂面における接触範囲のレール軸方向の長さが15mm以上200mm未満であり、かつ前記頭頂面と接触する部分の厚みが、レール頭部の厚みに対して20%以上の当て金を、該当て金の先端が溶接前のレール端面から20mm以上50mm以内に位置するように装着し、溶接される側のレール端面から順に前記当て金、電極を配置した状態で、前記レールに前記電極を介して電圧をかけて前記レールをフラッシュバット溶接することにより、溶接の際に前記レールの頭部を前記当て金により冷却し、母材硬度からHv50以上低下した軟化幅を15mm以下とすることを特徴とするレールのフラッシュバット溶接方法。 (2) The contact range with the rail includes at least the top surface of the rail in a cross section of the rail, and the length of the contact range on the top surface in the rail axial direction is 15 mm or more and less than 200 mm, and The thickness of the part in contact with the top surface of the rail is 20% or more relative to the thickness of the rail head. The rail head is flush-welded by applying a voltage to the rail through the electrode in a state in which the metal plate and the electrode are arranged in order from the rail end surface on the side to be welded. A rail flash butt welding method characterized in that the softened width, which is reduced by Hv50 or more from the base material hardness, is 15 mm or less by cooling the portion with the above-mentioned metal base.

(3)前記当て金に水冷配管を設けたことを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載のレールのフラッシュバット溶接方法。   (3) The flash butt welding method for rails according to (1) or (2) above, wherein a water-cooled pipe is provided on the metal pad.

(4)レールとの接触範囲が、前記レールの断面内において少なくとも前記レールの頭頂面を含んでおり、前記頭頂面における接触範囲のレール軸方向の長さが15mm以上200mm未満であり、かつ水冷配管が設けられた当て金を、該当て金のレール端面側の先端が溶接前のレール端面から20mm以上50mm以内に位置するように装着し、溶接される側のレール端面から順に前記当て金、電極を配置した状態で、前記レールに前記電極を介して電圧をかけて前記レールをフラッシュバット溶接することにより、溶接の際に前記レールの頭部を前記当て金により冷却し、母材硬度からHv50以上低下した軟化幅を15mm以下とすることを特徴とするレールのフラッシュバット溶接方法。 (4) The contact range with the rail includes at least the top surface of the rail in the cross section of the rail, the length of the contact range on the top surface in the rail axial direction is 15 mm or more and less than 200 mm, and water cooling A fitting provided with piping is mounted so that the tip on the rail end face side of the gold is located within 20 mm or more and 50 mm or less from the rail end face before welding. In the state where the electrodes are arranged, the rail is flash-butt welded by applying a voltage to the rails via the electrodes, so that the head of the rails is cooled by the metal pad during welding, and the hardness of the base metal is determined. A method for flash butt welding of rails, characterized in that the softening width reduced by Hv50 or more is 15 mm or less.

当て金を装着してレール溶接を行うことで、レール頭部が溶接時に冷却されるため、HAZの幅が狭まって硬度の低下幅が小さくなる。その結果、頭部における車輪との接触による偏摩耗が減少し、列車の騒音振動の低減、レール寿命の延伸をはかることができる。   By performing the rail welding with the pad attached, the rail head is cooled during welding, so the width of the HAZ is reduced and the decrease in hardness is reduced. As a result, uneven wear due to contact with the wheel at the head is reduced, and noise and vibration of the train can be reduced and the life of the rail can be extended.

本発明の実施形態に係るレールのフラッシュバット溶接について、詳細に説明する。このフラッシュバット溶接では、対抗して配置されるレールそれぞれの端面近傍に、レール頭頂部を冷却するための当て金を取り付ける。次いでレールに電極を介して電圧をかけて、レールの端面間にアークを発生させて被溶接材の端面を溶融させる。次いで軸方向のアップセット加圧を行い、レールを端面にて相互に接合する。溶接時において、レール頭頂部のうち端面近傍の領域は当て金によって冷却される。このため、従来と比較してレール頭部のHAZの幅が狭まり、硬度の低下幅が小さくなる。   The rail flash butt welding according to the embodiment of the present invention will be described in detail. In this flash butt welding, a stopper for cooling the rail head is attached in the vicinity of the end face of each rail arranged in opposition. Next, a voltage is applied to the rail through an electrode, and an arc is generated between the end surfaces of the rail to melt the end surface of the material to be welded. Next, axial upset pressurization is performed to join the rails to each other at the end faces. During welding, the region near the end surface of the rail top is cooled by a metal pad. For this reason, the width of the HAZ of the rail head is narrowed compared to the conventional case, and the decrease in hardness is reduced.

鉄道レールでは、軟化幅は車輪とレールの接触領域程度より小さければ、偏磨耗は起こりにくいと言われている。車輪とレールの接触領域は15mm程度と考えられることから、母材硬度からHv50以上低下した軟化幅は15mm以下となることが望ましい。本実施形態によれば、母材硬度からHv50以上低下した軟化幅を15mm以下にすることができる。
以下、当て金の構造及びその装着位置について詳細に説明する。
In railroad rails, it is said that uneven wear is unlikely to occur if the softening width is smaller than the contact area between the wheels and the rails. Since the contact area between the wheel and the rail is considered to be about 15 mm, it is desirable that the softened width, which is reduced by Hv50 or more from the base material hardness, is 15 mm or less. According to the present embodiment, the softening width reduced by Hv50 or more from the base material hardness can be made 15 mm or less.
Hereinafter, the structure of the backing metal and the mounting position thereof will be described in detail.

図1は、レールの断面図である。本図において、1はレール頭部、2はレール柱部、3はレール足部を示している。本実施形態においてレール頭部1及びレール足部3を以下のように定義する。まず、図4のレール断面において、頭部1の下面1dを延長した場合に互いに交わる点を交点Aと定義し、交点Aを通る水平線A1−A2(すなわち足部3の底面と平行な線)より上部に位置する部分を頭部1とする。また、足部3の上面3aを延長した場合に互いに交わる点を交点Bと定義し、交点Bを通る水平線B1−B2(すなわち足部3の底面と平行な線)より下部に位置する部分を足部3とする。なお、柱部2は、頭部1及び足部3それぞれ以外の部分と定義する。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a rail. In this figure, 1 is a rail head, 2 is a rail pillar part, and 3 is a rail foot part. In the present embodiment, the rail head 1 and the rail foot 3 are defined as follows. First, in the rail cross section of FIG. 4, a point that intersects each other when the lower surface 1d of the head 1 is extended is defined as an intersection A, and a horizontal line A1-A2 that passes through the intersection A (that is, a line parallel to the bottom surface of the foot 3). A portion located at the upper part is referred to as a head 1. Further, a point that intersects with each other when the upper surface 3a of the foot 3 is extended is defined as an intersection B, and a portion that is located below a horizontal line B1-B2 (that is, a line parallel to the bottom surface of the foot 3) passing through the intersection B is defined. The foot 3 is assumed. The column part 2 is defined as a part other than the head part 1 and the foot part 3.

また、本実施形態において、レールの中心軸C1−C2を含む曲率半径が50mmR〜600mmRと大きく、ほぼ水平に近い部分1aを頭頂面(センター付近では300mmR以上)と呼び、頭部側面のほぼ鉛直の、直線部分1bを頭側面と呼ぶ。また、頭頂面と頭側面のつなぎの、曲率半径が7mmR〜13mmRと小さい部分1cをゲージコーナーと呼ぶ。   In this embodiment, the radius of curvature including the central axis C1-C2 of the rail is as large as 50 mmR to 600 mmR, and the substantially horizontal portion 1a is referred to as the top surface (300 mmR or more near the center). The straight portion 1b is called a head side surface. Further, a portion 1c having a small radius of curvature of 7 mmR to 13 mmR between the top surface and the head side surface is called a gauge corner.

図2は本発明の頭部冷却用の当て金を装着した鳥瞰図である。図3は当て金装着位置での断面図、図4は当て金を装着した状態を側面から見た図である。頭部冷却用の当て金4はレール頭部1を上側から覆う略「コ」の字型であり、自重によりレールに乗っている。当て金4の材質は金属であるが、熱伝導性が高い銅、銅合金、アルミ、アルミ合金が望ましい。当て金4は被溶接レールの双方に装着する必要がある。図に示した形態では、当て金4は溶接機本体から独立して装着するようになっているが、溶接機本体が自動で当て金4をレールに装着する形態であっても良い。   FIG. 2 is a bird's-eye view with the head cooling paddle of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view at the position where the backing metal is mounted, and FIG. 4 is a side view of the state where the backing metal is mounted. The head cooling pad 4 is a substantially “U” shape that covers the rail head 1 from above, and is placed on the rail by its own weight. The material of the contact metal 4 is metal, but copper, copper alloy, aluminum, and aluminum alloy having high thermal conductivity are desirable. The pad 4 needs to be attached to both the rails to be welded. In the embodiment shown in the figure, the contact metal 4 is mounted independently from the welder body, but the welder body may automatically mount the contact metal 4 on the rail.

当て金4の先端位置と溶接前のレール端面との距離L2(図4参照)が、50mmを越えると、頭部を冷却する効果が弱くなる。一方、20mm未満に近づけると、溶接時のアップセットの際にレール材の変形の支障となるため好ましくない。このため、距離L2は20mm〜50mmであるのが好ましい。   If the distance L2 (see FIG. 4) between the tip position of the stopper 4 and the rail end surface before welding exceeds 50 mm, the effect of cooling the head is weakened. On the other hand, if the distance is less than 20 mm, the rail material may be deformed during upset during welding, which is not preferable. For this reason, the distance L2 is preferably 20 mm to 50 mm.

また当て金4のレール軸方向の長さL1が、15mm以内ではレールを冷却する効果が弱く、レールとの密着が不完全となりやすいため好ましくない。なお、長さL1には上限はないが、200mm以上になると、装着する労力が大きくなるため、装着機構を装置化することが望ましい。   Also, if the length L1 of the stopper 4 in the rail axial direction is within 15 mm, the effect of cooling the rail is weak and the contact with the rail tends to be incomplete, which is not preferable. Although there is no upper limit on the length L1, if it is 200 mm or more, the mounting effort increases, so it is desirable to implement the mounting mechanism as an apparatus.

また、当て金4の頭部の厚みT1(図3参照:図3の例では頭部のうち最も薄い部分)、頭側部の厚みT2(図3参照)が薄い場合には冷却能が弱くなるため、本発明の目的を達することが難しくなる。車輪との接触が最も過酷であるレール頭頂部およびゲージコーナー部において、硬度の低下を抑制することが本発明の目的であることから、特にレール頭頂面からの冷却が重要である。このため、当て金4がレール頭頂面と接触する部分の厚みT1が重要であり、T1が少なくとも10mm以上又はレール頭部の厚みの20%以上、望ましくは25mm以上又はレール頭部の厚みの50%以上であることが望ましい。当て金4の頭側部に接する部分は当て金をレールに装着した際の安定性を得るのがその主な目的であり、厚みT2の重要性は小さい。なお、レール頭部の厚みは、例えば図1に示すA点と頭頂面との距離である。   In addition, when the thickness T1 (see FIG. 3: the thinnest part of the head in the example of FIG. 3) and the thickness T2 (see FIG. 3) of the head side of the pad 4 are thin, the cooling capacity is weak. Therefore, it becomes difficult to achieve the object of the present invention. Since it is an object of the present invention to suppress a decrease in hardness at the rail head portion and the gauge corner portion where the contact with the wheel is the harshest, cooling from the rail head surface is particularly important. For this reason, the thickness T1 of the portion where the contact metal 4 is in contact with the rail head top surface is important, and T1 is at least 10 mm or more or 20% or more of the rail head thickness, preferably 25 mm or more, or 50 of the rail head thickness. % Or more is desirable. The main purpose of the portion of the pad 4 in contact with the head side is to obtain stability when the pad is mounted on the rail, and the thickness T2 is less important. Note that the thickness of the rail head is, for example, the distance between the point A and the top surface shown in FIG.

レール頭部を冷却するためには、当て金は広く頭部をカバーしていることが望ましい。少なくとも車輪との接触が起こる頭頂部に当て金が接触していることが望ましい。また、当て金は少なくとも、溶接のフラッシング工程の期間中、装着しておくことが望ましい。   In order to cool the rail head, it is desirable that the cover cover covers the head widely. It is desirable that the metal pad is in contact with the top of the head where contact with the wheel occurs. Further, it is desirable to attach the backing metal at least during the welding flushing step.

なお、当て金4に水冷配管を取り付けても良い。この場合、当て金4によるレール頭部の冷却効果は大きくなる。このため、当て金4の頭頂部の厚みT1は、上記した値より薄くても良い。   A water-cooled pipe may be attached to the pad 4. In this case, the cooling effect of the rail head by the pad 4 is increased. For this reason, the thickness T1 of the top of the pad 4 may be thinner than the above value.

次に、本発明の実施例を説明する。
当て金形状、材質、装着位置を表1に示す種々の条件に変化させて溶接を行い、当て金の効果を確認した。表2はその各因子の具体的な組み合わせと溶接結果を示す。なお溶接に使用したレールは、米国AREMA規格のレールサイズ136Lbs、高強度熱処理レール(熱処理部硬度Hv410)を使用した。レール断面形状は、レール高さ185.7mm、足幅152.4mm、柱厚さ17.5mm、頭幅74.6である。当て金を装着した溶接ではいずれも、当て金4をレール頭頂部1a、ゲージコーナー部1c、頭側部1bに装着したが、レールと当て金が接触している領域は様々である。
Next, examples of the present invention will be described.
Welding was performed by changing the shape, material, and mounting position of the backing metal to various conditions shown in Table 1, and the effect of the backing metal was confirmed. Table 2 shows specific combinations of the respective factors and welding results. In addition, the rail used for welding used the rail size 136Lbs of the US AREMA standard, and the high-strength heat-treated rail (heat-treated part hardness Hv410). The rail cross section has a rail height of 185.7 mm, a foot width of 152.4 mm, a column thickness of 17.5 mm, and a head width of 74.6. In all the weldings with the metal pads attached, the metal pads 4 are attached to the rail top part 1a, the gauge corner part 1c, and the head side part 1b, but there are various regions where the rails and the metal pads are in contact.

また溶接条件は、溶接のフラッシング時間は約3分間であり、レール溶融量は約10mm、アップセット荷重は55tfとした。アップセット加圧によるレール間の収縮量は約16mmであった。   The welding conditions were a welding flushing time of about 3 minutes, a rail melt amount of about 10 mm, and an upset load of 55 tf. The amount of shrinkage between the rails due to upset pressurization was about 16 mm.

当て金の効果の評価は、レール溶接部の表面硬度の測定によって行った。硬度測定位置は溶接中心から5mmピッチで両側100mmとした。硬度はHAZの軟化領域における母材硬度よりHv50以上低下している長手方向の幅と、最低硬度を評価指標とした。母材硬度よりHv50以上低下している長手方向の幅は狭いほど好ましい。一般に、軟化幅は車輪とレールの接触領域程度以下であれば、偏磨耗は起こりにくいと言われている。車輪とレールの接触領域は15mm程度と考えられることから、母材硬度からHv50以上低下した、すなわちHv340以下の軟化幅が15mm以下となることを目標とした。また、最低硬度は母材硬度よりHv100以上低下しない、すなわちHv290を下回らないことを目標とした。
また、当て金による冷却効果を確認するために、溶接部近傍、すなわち溶接前のレール端面から20mmの位置の頭頂面中央に熱電対を装着して温度測定を行い、アップセット直前の最高到達温度を調べた。
Evaluation of the effect of the metal pad was performed by measuring the surface hardness of the rail weld. The hardness measurement position was set to 100 mm on both sides at a pitch of 5 mm from the welding center. The evaluation index was the hardness in the longitudinal direction where the hardness was lower by Hv50 or more than the base material hardness in the softened region of HAZ and the minimum hardness. The narrower the width in the longitudinal direction, which is lower by Hv50 or more than the base material hardness, is preferable. Generally, it is said that uneven wear is unlikely to occur if the softening width is less than or equal to the contact area between the wheel and the rail. Since the contact area between the wheel and the rail is considered to be about 15 mm, the goal was to reduce the hardness of the base metal by Hv50 or more, that is, the softening width of Hv340 or less was 15 mm or less. In addition, the minimum hardness was set so as not to decrease by Hv100 or more from the base material hardness, that is, not lower than Hv290.
In addition, in order to confirm the cooling effect by the metal plating, a temperature is measured by attaching a thermocouple in the vicinity of the weld, that is, at the center of the top surface of the head 20 mm from the rail end surface before welding, and the maximum temperature reached immediately before the upset I investigated.

Figure 0004869773
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Figure 0004869773
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溶接番号1は比較例であり、銅製の厚さ5mm、長さ50mmの当て金4を、当て金の端面と溶接前のレール端からの距離L2が30mmの位置にセットした。当て金は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv340以下の範囲は23mm、最低硬度は262であった。溶接近傍の頭頂面温度は1002℃であった。レール頭部を当て金で冷却しているものの、当て金の厚みが薄いため、冷却効率がわるく、頭部の温度上昇により、硬度低下が顕著であることが示された。   Welding No. 1 is a comparative example, and a copper metal 4 having a thickness of 5 mm and a length of 50 mm was set at a position where a distance L2 from the end surface of the metal and the rail end before welding was 30 mm. The pad is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv340 or less was 23 mm, and the minimum hardness was 262. The top surface temperature near the weld was 1002 ° C. Although the rail head was cooled with a metal pad, the thickness of the metal pad was thin, resulting in poor cooling efficiency and a significant decrease in hardness due to a rise in head temperature.

溶接番号2は比較例であり、銅製の厚さ30mm、長さ10mmの当て金4を、当て金の端面と溶接前のレール端からの距離L2が30mmの位置にセットした。当て金は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は20mm、最低硬度は261であった。溶接近傍の頭頂面温度は950℃であった。レール頭部を当て金で冷却しているものの、当て金の長さが短いため、冷却効率がわるく、頭部の温度上昇により、硬度低下が顕著であることが示された。   Welding number 2 is a comparative example, and a copper metal pad 4 having a thickness of 30 mm and a length of 10 mm was set at a position where a distance L2 from the end surface of the metal pad and the rail end before welding was 30 mm. The pad is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 20 mm, and the minimum hardness was 261. The top surface temperature near the weld was 950 ° C. Although the rail head was cooled with a metal pad, the length of the metal pad was short, resulting in poor cooling efficiency and a significant decrease in hardness due to a rise in head temperature.

溶接番号3は本発明の実施例であり、銅製の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4を、当て金の端面と溶接前のレール端からの距離L2が30mmの位置にセットした。当て金は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は7mm、最低硬度は305であった。溶接近傍の頭頂面温度は710℃であった。頭部を適正な形状の当て金で適正な位置を冷却しているため、頭部の温度上昇が抑えられ、硬度低下が小さく抑えられていることが示された。   Welding number 3 is an example of the present invention, and a copper metal 4 having a thickness of 30 mm and a length of 50 mm was set at a position where the distance L2 from the end surface of the metal and the rail end before welding was 30 mm. The pad is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 7 mm, and the minimum hardness was 305. The top surface temperature near the weld was 710 ° C. It was shown that the temperature rise of the head was suppressed and the decrease in hardness was suppressed small because the head was cooled at an appropriate position with an appropriately shaped paddle.

溶接番号4は本発明の実施例であり、銅製の厚さ30mm、長さ180mmの当て金4を、当て金4の端面と溶接前のレール端からの距離L2が30mmの位置にセットした。当て金4は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金4は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は12mm、最低硬度は312であった。溶接近傍の頭頂面温度は705℃であった。頭部を適正な形状の当て金で適正な位置を冷却しているため、頭部の温度上昇が抑えられ、硬度低下が小さく抑えられていることが示された。   Welding number 4 is an example of the present invention, and a copper metal plate 4 having a thickness of 30 mm and a length of 180 mm was set at a position where the distance L2 from the end surface of the metal plate 4 and the rail end before welding was 30 mm. The pad 4 is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad 4 was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 12 mm, and the minimum hardness was 312. The top surface temperature near the weld was 705 ° C. It was shown that the temperature rise of the head was suppressed and the decrease in hardness was suppressed small because the head was cooled at an appropriate position with an appropriately shaped paddle.

溶接番号5は当て金4を用いないで溶接した比較例である。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は26mm、最低硬度は264であった。溶接近傍、頭頂面温度は1010℃まで上昇しており、硬度低下が顕著であることが示された。   Weld No. 5 is a comparative example in which welding was performed without using the metal 4. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 26 mm, and the minimum hardness was 264. In the vicinity of welding, the top surface temperature rose to 1010 ° C., indicating a significant decrease in hardness.

溶接番号6は比較例であり、銅製の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4を、当て金4の端面と溶接前のレール端からの距離L2が15mmの位置にセットした。当て金は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金4は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は11mm、最低硬度は318であった。なお、溶接近傍の頭頂面温度は620℃であり、頭部を適正な形状の当て金で溶接部の極めて近い位置を冷却しているため、頭部の温度上昇が十分に抑えられ、硬度低下が小さく抑えられていることが示された。しかしながら、冷却位置が本発明が適正範囲とする位置より溶接位置に近すぎるため、アップセット時のレール変形により、セットしていた当て金がレールから外れて脱落した。   Welding number 6 is a comparative example, and a copper metal plate 4 having a thickness of 30 mm and a length of 50 mm was set at a position where the distance L2 from the end surface of the metal plate 4 and the rail end before welding was 15 mm. The pad is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad 4 was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 11 mm, and the minimum hardness was 318. The top surface temperature in the vicinity of the weld is 620 ° C., and the head is cooled at a position very close to the welded portion with an appropriately shaped pad, so that the temperature rise of the head can be sufficiently suppressed and the hardness is reduced. Was shown to be kept small. However, since the cooling position is too close to the welding position than the position within the proper range of the present invention, the set metal plate is detached from the rail and dropped due to the rail deformation at the time of upsetting.

溶接番号7は本発明の実施例であり、銅製の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4を、当て金4の端面と溶接前のレール端からの距離L2が45mmの位置にセットした。当て金4は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金4は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は13mm、最低硬度は299であった。溶接近傍の頭頂面温度は740℃であった。頭部を適正な形状の当て金4で適正な位置を冷却しているため、頭部の温度上昇が抑えられ、硬度低下が小さく抑えられていることが示された。   Welding number 7 is an example of the present invention, and a copper metal 4 having a thickness of 30 mm and a length of 50 mm was set at a position where the distance L2 from the end surface of the metal 4 and the rail end before welding was 45 mm. The pad 4 is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad 4 was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv 350 or less was 13 mm, and the minimum hardness was 299. The top surface temperature near the weld was 740 ° C. It was shown that the temperature rise of the head was suppressed and the decrease in hardness was suppressed small because the head was cooled at the proper position by the metal pad 4 having an appropriate shape.

溶接番号8は比較例であり、銅製の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4を、当て金4の端面と溶接前のレール端からの距離L2が60mmの位置にセットした。当て金4は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は19mm、最低硬度は286であった。溶接近傍の頭頂面温度は960℃であった。頭部を当て金で冷却しているものの、当て金4の装着位置が本発明が適正とする範囲より遠いため、冷却効率がわるく、頭部の温度上昇により、硬度低下が顕著であることが示された。   Welding number 8 is a comparative example, and a copper metal pad 4 having a thickness of 30 mm and a length of 50 mm was set at a position where the distance L2 from the end surface of the metal pad 4 and the rail end before welding was 60 mm. The pad 4 is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 19 mm, and the minimum hardness was 286. The top surface temperature near the weld was 960 ° C. Although the head is cooled with a metal pad, the mounting position of the metal pad 4 is far from the range that is appropriate for the present invention, so that the cooling efficiency is poor, and the decrease in hardness is remarkable due to the temperature rise of the head. Indicated.

溶接番号9は本発明の実施例であり、アルミニューム製の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4を、当て金の端面と溶接前のレール端からの距離L2が45mmの位置にセットした。当て金は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は10mm、最低硬度は302であった。溶接近傍の頭頂面温度は750℃であった。頭部を適正な形状の当て金で適正な位置を冷却しているため、頭部の温度上昇が抑えられ、硬度低下が小さく抑えられていることが示された。   Welding number 9 is an embodiment of the present invention, and an aluminum-made 30 mm thick and 50 mm long metal pad 4 was set at a position where the distance L2 from the end surface of the metal pad and the rail end before welding was 45 mm. . The pad is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv 350 or less was 10 mm, and the minimum hardness was 302. The top surface temperature near the weld was 750 ° C. It was shown that the temperature rise of the head was suppressed and the decrease in hardness was suppressed small because the head was cooled at an appropriate position with an appropriately shaped paddle.

溶接番号10は本発明の実施例であり、ステンレス鋼製(SUS-304)の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4を、当て金の端面と溶接前のレール端からの距離L2が30mmの位置にセットした。当て金4は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は14mm、最低硬度は320であった。溶接近傍の頭頂面温度は830℃であった。頭部を適正な形状の当て金で適正な位置を冷却しているため、頭部の温度上昇が抑えられ、硬度低下が小さく抑えられていることが示された。   Welding number 10 is an embodiment of the present invention. A stainless steel (SUS-304) thickness of 30 mm and a length of 50 mm is used as the distance L2 between the end surface of the plating and the rail end before welding is 30 mm. Set to the position. The pad 4 is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv 350 or less was 14 mm, and the minimum hardness was 320. The top surface temperature in the vicinity of the welding was 830 ° C. It was shown that the temperature rise of the head was suppressed and the decrease in hardness was suppressed small because the head was cooled at an appropriate position with an appropriately shaped paddle.

溶接番号11は本発明の実施例であり、銅製の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4に銅製の水冷配管をロウ付けにより取り付けて、冷却能をさらに高めた。レールへの装着位置は、当て金の端面と溶接前のレール端からの距離L2が30mmの位置とした。当て金は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は6mm、最低硬度は334であった。溶接近傍の頭頂面温度は560℃であった。頭部を、適正な形状で水冷を加えた当て金で、適正な位置を冷却しているため、頭部の温度上昇がさらに抑えられ、硬度低下が小さく抑えられていることが示された。   Welding number 11 is an example of the present invention, and a cooling water capacity was further improved by attaching a copper water-cooled pipe by brazing to a copper metal 4 mm having a thickness of 30 mm and a length of 50 mm. The mounting position on the rail was set such that the distance L2 from the end face of the metal pad and the rail end before welding was 30 mm. The pad is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 6 mm, and the minimum hardness was 334. The top surface temperature near the weld was 560 ° C. It was shown that the temperature of the head was further suppressed and the decrease in hardness was suppressed to a small level because the head was cooled at the appropriate position with a paddle with water cooling in an appropriate shape.

溶接番号12は本発明の実施例であり、軟鋼(SS400)製の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4に銅製の水冷管をロウ付けにより取り付けて、冷却能をさらに高めた。当て金は装着断面において、頭頂面、ゲージコーナー、及び頭側面に接している。レールへの装着位置は、当て金の端面と溶接前のレール端からの距離L2が30mmの位置とした。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は7mm、最低硬度は328であった。溶接近傍の頭頂面温度は680℃であった。当て金が適正な形状で、しかも水冷を加えた当て金で、適正な位置を冷却しているため、頭部の温度上昇がされに抑えられ、硬度低下が小さく抑えられていることが示された。   Welding number 12 is an example of the present invention, and a cooling water capacity was further improved by attaching a copper water-cooled tube to brazing metal 4 made of mild steel (SS400) 30 mm thick and 50 mm long by brazing. The pad is in contact with the top surface, the gauge corner, and the head side surface in the mounting cross section. The mounting position on the rail was set such that the distance L2 from the end face of the metal pad and the rail end before welding was 30 mm. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 7 mm, and the minimum hardness was 328. The top surface temperature near the weld was 680 ° C. It is shown that the temperature of the head is suppressed and the decrease in hardness is suppressed to a small level because the temperature of the head is suppressed by the appropriate shape and the water cooled cooling of the appropriate position. It was.

溶接番号13は本発明の実施例であり、銅製の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4を、当て金の端面と溶接前のレール端からの距離L2が30mmの位置にセットした。当て金は頭頂面及びゲージコーナーに接している。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は13mm、最低硬度は310であった。溶接近傍の頭頂面温度は825℃であった。頭部を適正な形状の当て金で適正な位置を冷却しているため、頭部の温度上昇が抑えられ、硬度低下が小さく抑えられていることが示された。   Welding number 13 is an example of the present invention, and a copper metal plate 4 having a thickness of 30 mm and a length of 50 mm was set at a position where the distance L2 from the end surface of the metal plate and the rail end before welding was 30 mm. The pad is in contact with the top surface and the gauge corner. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 13 mm, and the minimum hardness was 310. The top surface temperature near the weld was 825 ° C. It was shown that the temperature rise of the head was suppressed and the decrease in hardness was suppressed small because the head was cooled at an appropriate position with an appropriately shaped paddle.

溶接番号14は比較例であり、銅製の厚さ30mm、長さ50mmの当て金4を、当て金の端面と溶接前のレール端からの距離L2が30mmの位置にセットした。当て金は頭頂部の1/2しか接していない。当て金は2本の被溶接レールに対称に取り付けた。硬度測定の結果、硬度Hv350以下の範囲は17mm、最低硬度は275であった。溶接近傍の頭頂面温度は950℃であった。頭部を当て金で冷却しているものの、当て金によるカバー範囲が本発明が適正とするものより狭いため冷却効率が弱く、頭部の温度上昇が大きく、硬度低下が顕著であることが示された。   Welding No. 14 is a comparative example, and a copper metal 4 having a thickness of 30 mm and a length of 50 mm was set at a position where the distance L2 from the end surface of the metal and the rail end before welding was 30 mm. The pad is in contact with only half of the top. The pad was attached symmetrically to the two welded rails. As a result of the hardness measurement, the range of hardness Hv350 or less was 17 mm, and the minimum hardness was 275. The top surface temperature near the weld was 950 ° C. Although the head is cooled with a metal pad, the cover coverage by the metal pad is narrower than that which is appropriate for the present invention, so the cooling efficiency is weak, the head temperature rises greatly, and the hardness drop is significant. It was done.

以上、レールをフラッシュバット溶接するにあたり、適正な形状の当て金を用いて適正な位置を冷却することにより、頭部の温度上昇が抑えられ、硬度低下が小さく抑えられることが示された。   As described above, it has been shown that, when the rail is flash-butt welded, the temperature rise of the head can be suppressed and the decrease in hardness can be suppressed small by cooling the appropriate position using a metal pad having an appropriate shape.

レール部位を示すレール断面図Rail cross section showing rail parts 実施様態を示す鳥瞰図Bird's eye view showing implementation 実施様態を示す断面図Sectional view showing the mode of implementation 実施様態を示す側面図Side view showing implementation フラッシュバット溶接の原理を示す図Diagram showing the principle of flash butt welding 溶接部の組織、硬度変化を示す模式図Schematic diagram showing the structure and hardness change of the weld

符号の説明Explanation of symbols

1 レール頭部
1a レール頭頂部
1b レール頭側部
1c レールゲージコーナー部
2 レール柱部
3 レール足部
4 当て金
5 上電極
6 下電極
1 Rail head
1a Rail head
1b Rail head side
1c Rail gauge corner
2 Rail column 3 Rail foot 4 Latch 5 Upper electrode 6 Lower electrode

Claims (4)

レールとの接触面が少なくとも前記レールの頭頂面を含んでおり、前記頭頂面における接触範囲のレール軸方向の長さが15mm以上200mm未満であり、かつ前記頭頂面と接触する部分の厚みが10mm以上の当て金を、該当て金のレール端面側の先端が溶接前のレール端面から20mm以上50mm以内に位置するように装着し、溶接される側のレール端面から順に前記当て金、電極を配置した状態で、前記レールに前記電極を介して電圧をかけて前記レールをフラッシュバット溶接することにより、溶接の際に前記レールの頭部を前記当て金により冷却し、母材硬度からHv50以上低下した軟化幅を15mm以下とすることを特徴とするレールのフラッシュバット溶接方法。 The contact surface with the rail includes at least the top surface of the rail, the length of the contact range on the top surface in the rail axial direction is not less than 15 mm and less than 200 mm, and the thickness of the portion in contact with the top surface is 10 mm. Attach the above-mentioned stoppers so that the tip on the rail end face side of the gold is located within 20 mm to 50 mm from the rail end face before welding, and place the stoppers and electrodes in order from the rail end face on the side to be welded. In this state, the rail is flash-butt welded by applying a voltage to the rail via the electrode, so that the head of the rail is cooled by the pad during the welding, and the hardness of the base metal is reduced by Hv50 or more. A method for flash butt welding of rails, wherein the softened width is 15 mm or less. レールとの接触範囲が、前記レールの断面内において少なくとも前記レールの頭頂面を含んでおり、前記頭頂面における接触範囲のレール軸方向の長さが15mm以上200mm未満であり、かつ前記頭頂面と接触する部分の厚みが、レール頭部の厚みに対して20%以上の当て金を、該当て金の先端が溶接前のレール端面から20mm以上50mm以内に位置するように装着し、溶接される側のレール端面から順に前記当て金、電極を配置した状態で、前記レールに前記電極を介して電圧をかけて前記レールをフラッシュバット溶接することにより、溶接の際に前記レールの頭部を前記当て金により冷却し、母材硬度からHv50以上低下した軟化幅を15mm以下とすることを特徴とするレールのフラッシュバット溶接方法。 The contact range with the rail includes at least the top surface of the rail in the cross section of the rail, the length of the contact range on the top surface in the rail axial direction is not less than 15 mm and less than 200 mm, and the top surface A contact with a contact portion thickness of 20% or more with respect to the thickness of the rail head is mounted and welded so that the tip of the gold is located within 20 mm to 50 mm from the rail end surface before welding. In the state in which the metal plate and the electrode are arranged in order from the rail end surface on the side, a voltage is applied to the rail via the electrode to flash-butt weld the rail, so that the head of the rail is welded at the time of welding. A method for flash butt welding of a rail, wherein the softened width, which is cooled by an abutting metal and is lowered by Hv50 or more from the base material hardness, is 15 mm or less. 前記当て金に水冷配管を設けたことを特徴とする、請求項1又は2に記載のレールのフラッシュバット溶接方法。   The method of flash butt welding of rails according to claim 1 or 2, wherein water cooling pipes are provided on the metal pads. レールとの接触範囲が、前記レールの断面内において少なくとも前記レールの頭頂面を含んでおり、前記頭頂面における接触範囲のレール軸方向の長さが15mm以上200mm未満であり、かつ水冷配管が設けられた当て金を、該当て金のレール端面側の先端が溶接前のレール端面から20mm以上50mm以内に位置するように装着し、溶接される側のレール端面から順に前記当て金、電極を配置した状態で、前記レールに前記電極を介して電圧をかけて前記レールをフラッシュバット溶接することにより、溶接の際に前記レールの頭部を前記当て金により冷却し、母材硬度からHv50以上低下した軟化幅を15mm以下とすることを特徴とするレールのフラッシュバット溶接方法。 The range of contact with the rail includes at least the top surface of the rail in the cross section of the rail, the length of the contact range on the top surface in the rail axial direction is 15 mm or more and less than 200 mm, and a water-cooled pipe is provided. Mount the applied bumper so that the tip on the rail end face side of the gold is located within 20 mm or more and 50 mm from the rail end face before welding, and place the bumper and electrode in order from the rail end face on the side to be welded In this state, the rail is flash-butt welded by applying a voltage to the rail via the electrode, so that the head of the rail is cooled by the pad during the welding, and the hardness of the base metal is reduced by Hv50 or more. A method for flash butt welding of rails, wherein the softened width is 15 mm or less.
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