JP5104819B2 - Low temperature welding brazing for rail bonds - Google Patents

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本発明は、鋼製レールと鋼製レールとを接続して電気的導通をとるレールボンド用低温溶接ろうに関する。   The present invention relates to a low-temperature welding brazing for rail bonding that connects a steel rail and a steel rail to establish electrical continuity.

鉄道の軌道は、道床(バラスト)、まくらぎ、鋼製レール(単にレールという)などから構成されており、そのレールは、車両の台車を誘導して進行させるガイドとしての役割だけでなく、帰線電流や、運行表示の切替やポイントの切替を行うための指示信号用電流やATS用の制御信号用電流などを伝達させる電気導体としての役割も持っている。
ところで、鉄道のレールは夏の暑さで熱膨張するため、レールとレールの継ぎ目は、この熱膨張する分だけ隙間があけられている。従って、この継ぎ目でレールは電気的に完全に遮断されており、前述の各種信号用電流や帰線電流が途切れてしまう。そのため、レールとレールは、その継ぎ目を挟んでレールボンドを介して接続されており、このときレールボンドとレールとは低温溶接ろう(以下「ろう」と呼ぶ)で接合され、電気的な導通をとっている。
Railroad tracks consist of ballasts, sleepers, steel rails (simply called rails), etc. The rails not only serve as guides to guide and advance the vehicle carriage, but also return. It also serves as an electrical conductor that transmits line current, instruction signal current for switching operation display and point switching, control signal current for ATS, and the like.
By the way, since rails of a rail thermally expand due to the heat of summer, there is a gap between the rail and rail joints by the amount of thermal expansion. Therefore, the rail is electrically cut off at this joint, and the aforementioned various signal currents and return currents are interrupted. For this reason, the rail and the rail are connected via a rail bond across the joint, and at this time, the rail bond and the rail are joined by a low-temperature welding brazing (hereinafter referred to as “brazing”) to achieve electrical conduction. I'm taking it.

ここに、「レールボンド」とは、複数の銅線を束ね、その両端を、端子と称する黄銅製の金具で結束したものである。このレールボンドのそれぞれの端子とレールとをろうで金属的に接続することにより、継ぎ目を挟んだレールとレールを電気的に導通をとるのである。レールボンドの仕様はJIS E 3601に規定されている。   Here, the “rail bond” is a bundle of a plurality of copper wires, and both ends thereof are bound by brass fittings called terminals. By electrically connecting each terminal of the rail bond and the rail by soldering, the rail and the rail sandwiching the joint are electrically connected. Rail bond specifications are defined in JIS E 3601.

一方、レールとレールボンドの接続 (以下、単に「レールボンド接続」という) は、単に電気的に接続されていればよいというものでなく、レール上の鉄道車両の通過による捩れや振動が、レールボンド、特に端子とレールとの接合面に加わるので、振動に強い接合強度が要求される。   On the other hand, the connection between the rail and the rail bond (hereinafter simply referred to as “rail bond connection”) is not simply an electrical connection. Since it is added to the bonding surface, particularly the bonding surface between the terminal and the rail, a bonding strength strong against vibration is required.

また、鉄道車両の通過の際には、レールに上下方向の振動が発生するために、レールとレールボンドの接合面には上下方向に対する強い剪断強度が求められる。さらに、バラスト軌道の保線作業においては、レールボンドが保線作業員にまくらぎとともに踏まれたり、砕石をならす保線作業中につるはしなどで引っ掛けられたりするので、レールとレールボンドの接合に使用されるろうには、優れた接合特性、特に強い衝撃に対する高い剪断強度が求められる。   In addition, when the railway vehicle passes, vibration in the vertical direction is generated in the rail, so that a strong shear strength in the vertical direction is required for the joint surface between the rail and the rail bond. Furthermore, in track maintenance work for ballast tracks, rail bonds are stepped on by sleepers with sleepers, or are caught by a pickaxe during track maintenance work to smooth crushed stones, so they will be used for joining rails to rail bonds. Are required to have excellent bonding properties, particularly high shear strength against strong impacts.

さらに、レールボンドの接続 は電車を止めて行うために、個々のろう付けは数分の短い作業時間で行う必要がある。
従来よりレールボンドの接合には低い温度で接合のできるろうが用いられてきた。レールとレールボンドのろう付けは、レールボンド(例えば:端子寸法:60X20 mm)を専用治具でレール側面に固定して、棒状のろうを接続箇所に当てて、ガスバーナで棒状のろうを溶かしながら上記接続箇所の界面隙間にろうを充填して、レールとレールボンドを接続していく方法が取られている。このような肉盛溶接は、十分な量のろうを接合界面に存在させることで接合強度を高めるためである。
Furthermore, since the rail bonds are connected with the train stopped, each brazing must be done in a short working time of a few minutes.
Conventionally, brazing that can be bonded at a low temperature has been used for bonding rail bonds. Brazing the rail to the rail bond, fix the rail bond (for example: terminal size: 60X20 mm) to the rail side with a special jig, apply the rod-shaped brazing to the connection point, and melt the rod-shaped brazing with the gas burner A method is used in which the rails and the rail bonds are connected by filling the interface gaps of the connecting portions with wax. This build-up welding is to increase the bonding strength by allowing a sufficient amount of brazing to exist at the bonding interface.

このレールボンドの接合に用いるろうは、ガスバーナなどでの加熱作業を前提として、260℃以下の溶融温度(液相線温度)を持つろうが適当と言われている。
従来のレールボンド用ろうとして実用化されているものは、特許文献1、特許文献2に開示されたろう合金があるが、いずれもカドミウムを合金成分として含有しているため、今日その代替が求められている。
特許文献3には、Ag:0.5〜2質量%、Zn:7〜15質量%、残部Snからなるレールボンド用はんだ合金が開示されている。
It is said that a solder used for joining this rail bond is suitable to have a melting temperature (liquidus temperature) of 260 ° C. or less on the premise of a heating operation with a gas burner or the like.
There are brazing alloys disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 that have been put to practical use as conventional rail-bonding brazes, but both of them contain cadmium as an alloy component, so that an alternative is required today. ing.
Patent Document 3 discloses a rail-bond solder alloy composed of Ag: 0.5 to 2% by mass, Zn: 7 to 15% by mass, and remaining Sn.

特公昭31−862 号公報Japanese Patent Publication No.31-862 特開昭61−154788号公報JP 61-154788 A 特開平8−267270号公報JP-A-8-267270

レールとレールボンドを金属的に接続するための手段としては、電気的導通があって、しかも接合強度も充分に強い溶接や硬ロウ付け等が考えられる。しかしながら、溶接や硬ロウ付けなどの方法ではレールの保証温度域である800 ℃以上にレールも同時に加熱されてしまい、レール本体を焼鈍して機械的強度を弱めてしまったり、あるいはレールに熱歪みを起こさせたりするという悪影響がでてしまう。そのためレールに熱影響を与えないはんだ付け温度としては300℃以下、ろうの液相線温度が260℃以下が好ましいとされている。   As a means for metallicly connecting the rail and the rail bond, welding, hard brazing, or the like that has electrical continuity and has sufficiently high bonding strength can be considered. However, methods such as welding and brazing cause the rail to be heated at the same time as the rail's guaranteed temperature range of 800 ° C or higher, and the rail body is annealed to weaken the mechanical strength, or the rail is thermally strained. Adverse effects such as causing Therefore, the soldering temperature that does not affect the rails is preferably 300 ° C. or lower and the brazing liquidus temperature is 260 ° C. or lower.

従来のレールボンド用ろうとして実用化されているものは、特許文献1、特許文献2に示すように、Sn−Zn−Cd系のものであった。この系のろう合金は液相線温度が260 ℃以下であるため、はんだ付け時にレールに対する熱影響がない。しかし、このような従来のレールボンド用ろうは、いずれも有害なカドミウムが含まれているという問題があった。   As shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, those that have been put into practical use as conventional rail bond solders are Sn-Zn-Cd type. Since the brazing alloy of this system has a liquidus temperature of 260 ° C. or less, there is no thermal effect on the rail during soldering. However, all of these conventional rail bond waxes have a problem of containing harmful cadmium.

特許文献3に開示されているレールボンド用ろうは、有害物質であるカドミウムが含まれていないが、レールとレールボンドの溶接作業中にろうがレールとレールボンドを挟んだ治具の隙間から溢れ出して、まくらぎ上やバラスト上に落下し易かった。また、接続箇所に充填したろうが固まってから追加で充填することが考えられるが、このような作業方法は、所謂「いもはんだ付け」と呼ばれる作業方法であり、接合したろうが積層状に形成されているために接合強度が落ちるろう溶接作業方法である。しかも、このような作業方法では、ろうが固まってからその上に充填するため、作業時間が長くなるという問題点もあった。   The rail bond solder disclosed in Patent Document 3 does not contain cadmium, which is a harmful substance, but the solder overflows from the gap between the jig that sandwiches the rail and the rail bond during the welding operation of the rail and the rail bond. It was easy to drop and fall on the sleeper or ballast. In addition, it is conceivable that after the brazing filler metal has been solidified, additional filling is considered, but such a working method is a so-called “potato soldering” working method, in which joined solders are formed in a laminated form. This is a soldering work method in which the joint strength is reduced due to the above. In addition, such a working method has a problem that the working time becomes long because the wax is solidified and then filled thereon.

一般的な低温ろう付けでは、固相線温度と液相線温度が同一の所謂共晶組成と呼ばれているものや固相線温度と液相線温度が近似しているろう組成の方が使用し易い。共晶組成や共晶に近似しているろう組成は、同じ系のろう組成であれば少ない加熱で全てのろうを溶かすことができるからであり、またろうの凝固も速やかに行われる。   In general low-temperature brazing, the so-called eutectic composition in which the solidus temperature and the liquidus temperature are the same, or the brazing composition in which the solidus temperature and the liquidus temperature are close to each other is better. Easy to use. This is because the eutectic composition and the brazing composition similar to the eutectic can dissolve all the brazing with a small amount of heat if the brazing composition is the same system, and the solidification of the brazing is performed quickly.

しかし、レールとレールボンドの接続作業は、列車を止めて行われるので夜間に実施されることが多く、露天の環境下でろう付け作業が行われるのでガスバーナなどの簡単な器具を用いて短時間で作業が終了しなければならない、などの特殊な環境下で作業が進められる。そのために保線作業員の技能によるところが大きく、共晶組成や共晶に近似しているろう組成のろうを用いると、充填作業中にろうの落下が発生するので、ろうを加熱しすぎて足下に落下したり、ろうの落下を防止するために加熱を中断すると、充填したろうが先に凝固して後から充填したろうと層をなして、所謂いもはんだとなることを防止できなかった。   However, the connection work between the rail and the rail bond is often performed at night because the train is stopped, and brazing work is performed in an open-air environment, so a simple instrument such as a gas burner is used for a short time. The work can be carried out in a special environment, such as the work must be completed. For this reason, it depends largely on the skill of track maintenance workers.If a wax with a brazing composition that is close to the eutectic composition or the eutectic is used, the wax will fall during the filling operation. When heating was interrupted to prevent dropping or dropping of the wax, it was not possible to prevent the filled wax from solidifying first and then forming a layer of the filled solder to become a so-called solder.

しかも、近年、保線作業者も経験豊富な団塊世代からの移行期を迎え、経験の少ない保線作業員が増えており、作業者によっては完全なレールボンドの接合作業が行えないという問題点があった。従って、そのような作業者がレールボンドの接合作業をしても安全な接合作業が可能で、安定した品質のろう付けが可能なろうが求められている。   Moreover, in recent years, track maintenance workers have also entered a transition period from experienced baby boomers, and there are an increasing number of track maintenance workers with little experience, and there is a problem that some workers cannot perform complete rail bond joining work. It was. Accordingly, there is a need for a solder that can be safely joined even if such an operator joins the rail bond, and that can be brazed with a stable quality.

本発明の課題は、有害なカドミウムや鉛を全く含有せず、しかもはんだ付け時にレールに対して熱影響を与えないばかりか、作業者の経験に関わらず安全なレールボンド接合作業が可能で、安定した品質のろう付けが可能なろうを提供することである。
最近の鉄道は高速化され、ダイヤも高密度化されていることから、レールにかかる捩れや振動が大きくなっており、レールボンドに強い力がかかるようになっている。また、一層強い剪断強度のろう付けが求められており、かかる傾向はますます強く、要求される特性はますます厳しいものとなってきている。
The problem of the present invention is that it does not contain harmful cadmium and lead at all, and not only does it have a thermal effect on the rail during soldering, but also allows safe rail bond joining work regardless of the operator's experience, It is to provide a brazing capable of stable quality brazing.
Since recent railways have been speeded up and diamonds have been made denser, the torsion and vibration applied to the rails have increased, and a strong force has been applied to the rail bond. In addition, there is a demand for brazing with higher shear strength, and this tendency is increasingly strong, and the required properties are becoming increasingly severe.

したがって、本発明の更なる課題は、近年の高速鉄道のレールボンド用にも使用することができ、レールボンド接合用として要求される強い剪断力を有している低温溶接ろうを提供することである。   Accordingly, a further object of the present invention is to provide a low-temperature welding brazing that can be used for rail bonds of high-speed railways in recent years and has a strong shear force required for rail bond joining. is there.

本発明者等は、従来のろうを使ったレールボンドのろう付け作業の上述のような問題点は、固相線温度と液相線温度とが近づいていることに起因することを知り、そして、レールとレールボンドの接続に使用するろうが固相線温度と液相線温度の差が30℃以上あるろうを用いることで、レールとレールボンドの溶接作業中にろうがレールとレールボンドを挟んだ治具の隙間から溢れ出して、まくらぎ上やバラスト上に落下することもなく、また、先に溶解したろうが凝固してしまい、層状にろうが重なった所謂「いもはんだ」になることもなく、レールボンドの接合を厚く盛ることができることを見いだし、本発明を完成させた。   The present inventors have learned that the above-mentioned problems of the rail bond brazing operation using the conventional brazing are caused by the closeness of the solidus temperature and the liquidus temperature, and The solder used to connect the rail and the rail bond has a difference between the solidus temperature and the liquidus temperature of 30 ° C or more. It overflows from the gap between the sandwiched jigs and does not fall on the sleeper or ballast. Also, the previously melted solder solidifies and becomes a so-called "potato solder" where the wax is layered. Without finding out, the present inventors have found that the rail bond can be thickened and completed the present invention.

本発明は、鋼製レールと信号ケーブルの結束端子との接合に用いる低温溶接ろうであって、固相線温度が200℃以下、液相線温度が260℃以下であって、固相線温度と液相線温度の差が30℃以上であることを特徴とするレールボンド用低温溶接ろうである。   The present invention is a low temperature welding brazing used for joining a steel rail and a signal cable binding terminal, wherein the solidus temperature is 200 ° C. or lower, the liquidus temperature is 260 ° C. or lower, and the solidus temperature The low-temperature welding brazing for rail bonds is characterized in that the difference between the liquidus temperature and the liquidus temperature is 30 ° C. or more.

ここに、温度を上昇させたときに溶融を開始する温度が固相線温度であり、温度を上昇させたときに金属が完全に液体に変化する温度が液相線温度である。なお、これらを溶融温度という。   Here, the temperature at which melting starts when the temperature is raised is the solidus temperature, and the temperature at which the metal completely changes to a liquid when the temperature is raised is the liquidus temperature. These are called melting temperatures.

本発明にかかるろうは、前述の従来技術の問題点を解消するために開発されたろうであって、固相線温度と液相線温度が30℃以上離れているので、ろうが半溶融状態にある領域が広いためにろうの流動性が悪い。そのため、レールとレールボンドの溶接作業中に加熱・溶融したろうがレールとレールボンドを挟んだ治具の隙間から溢れ出して、まくらぎ上やバラスト上に落下することもなくなる。   The wax according to the present invention has been developed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and since the solidus temperature and the liquidus temperature are separated by 30 ° C. or more, the wax is in a semi-molten state. Due to the wide area, wax fluidity is poor. Therefore, the heated and melted brazing during the welding operation between the rail and the rail bond does not overflow from the gap between the jigs sandwiching the rail and the rail bond, and does not fall on the sleeper or the ballast.

本発明によれば、さらに、Zn:11〜15質量%、Bi:1〜5質量%、残部:Snの組成を有するろうをレールボンド接続用に用いることで、レールボンド端子とレールとの接合部の剪断強度が特に優れた接合部が得られることを見出した。   According to the present invention, a rail having a composition of Zn: 11 to 15% by mass, Bi: 1 to 5% by mass, and the balance: Sn is used for rail bond connection, thereby joining the rail bond terminal and the rail. It was found that a joint having particularly excellent shear strength was obtained.

特公平3―28274号公報の開示するはんだ合金は、自動車用のコントロールケーブルのインナーワイヤと口金との接合用のはんだとして用いるものであり、用途として、いわゆる「いもはんだ付け」とならずに厚い肉盛はんだ付けが可能か否は、不明であり、実際、レールボンド用として、また具体的組成例として本発明のろうは開示されていない。また、剪断強度は評価の対象外である。   The solder alloy disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 3-28274 is used as a solder for joining an inner wire and a base of a control cable for automobiles, and is thick as a so-called “potato soldering”. Whether overlay soldering is possible is unclear, and in fact, the wax of the present invention is not disclosed for rail bonding and as a specific composition example. Further, the shear strength is not subject to evaluation.

本発明のレールボンド用ろうは、カドミウムや鉛を全く含んでいないため、重金属による毒性の心配は全くないものであり、また固相線温度と液相線温度の差が30℃以上あることから、レールとレールボンドの溶接作業中にろうがレールとレールボンドを挟んだ治具の隙間から溢れ出して、まくらぎ上やバラスト上に落下することもなく、先に溶解したろうが凝固してしまい、層状にろうが重なることもなく、レールボンドの接合部を厚く盛ることができる。そのため、経験豊富な作業者でなくとも、誰がレールボンドの接合作業を行っても安全な安定した品質のろう付けが可能である。   Since the rail bond solder of the present invention does not contain cadmium or lead at all, there is no concern about toxicity due to heavy metals, and the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is 30 ° C. or more. During the welding operation of the rail and rail bond, the wax overflows from the gap between the jig that sandwiched the rail and rail bond, and does not fall on the sleeper or ballast, but the previously melted wax solidifies. As a result, it is possible to thicken the rail bond junction without overlapping the wax in layers. Therefore, even if it is not an experienced worker, it is possible to braze with a safe and stable quality regardless of who performs the rail bond joining work.

レールとレールボンドの接合の説明図である。It is explanatory drawing of joining of a rail and a rail bond. 図2(a)、(b)は作業状態の良いレールボンドの模式的説明図である。FIGS. 2A and 2B are schematic explanatory views of rail bonds in good working condition. 実施例1のNo.1の作業状態の良好なレールボンド接続部の写真である。It is a photograph of the good rail bond connection part of the working state of No. 1 of Example 1. 比較例のNo.1の作業状態の悪いレールボンド接続部の写真図である。レール上にろうが落下していることが判る。It is a photograph figure of the rail bond connection part with a bad working state of No. 1 of a comparative example. It can be seen that the wax is falling on the rail. 振動試験の端子取り付け位置を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the terminal attachment position of the vibration test.

図1は、レールへのレールボンド、つまり信号ケーブルの結束端子の接合状況を示す模式的説明図である。
2つのレール10は、その端部に僅かな隙間を設けてまくらぎ12上に固定されている。二つのレール10の間は、上記隙間のために、電気的導通がとれていないので、レールボンド14によって、電気的導通をとっている。図示例の場合、2本のレールボンドが接合されている。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a rail bond to a rail, that is, a joining state of a binding terminal of a signal cable.
The two rails 10 are fixed on the sleeper 12 with a slight gap at their ends. Because the two rails 10 are not electrically connected due to the gap, they are electrically connected by the rail bond 14. In the case of the illustrated example, two rail bonds are joined.

各レールボンド14は、信号ケーブルを構成する複数の銅線束16と、銅線束の両端に設けられ、それを結束する金具18と、この金具18を支持するとともに、レールとのろう付け面を構成する端子20とから構成される。この端子20は、複数の銅線束からなる信号ケーブルの結束端子を構成するもので、銅製であって、それ自体ろう付け性は良好である。以下、この信号ケーブルの結束端子は単に「端子」と称する。   Each rail bond 14 is provided at both ends of a plurality of copper wire bundles 16 constituting the signal cable, a metal fitting 18 for binding the copper wire bundles, and supports the metal fittings 18 and constitutes a brazed surface with the rail. And the terminal 20 to be configured. The terminal 20 constitutes a bundling terminal for a signal cable composed of a plurality of copper wire bundles, and is made of copper and itself has a good brazing property. Hereinafter, the binding terminal of the signal cable is simply referred to as “terminal”.

レール10とレールボンド14とのろう付けは、レールの予熱、レールボンドの端子とレールとの治具による固定、レールボンド端子とレールとの隙間への溶融ろうの充填、そして、治具の取り外し、によって行う。   Brazing the rail 10 and the rail bond 14 includes preheating the rail, fixing the rail bond terminal to the rail with a jig, filling the gap between the rail bond terminal and the rail with molten solder, and removing the jig. , Do by.

なお、レール10とレールボンド14とを治具(図示せず)で固定してから、金具部18にパテ詰めを行い、加熱により溶融したろうが、レールとレールボンドとの隙間から溢れて銅線束のほうに流れないようにする。
レールボンド接合は、短時間で屋外、しかも通常は夜間という悪環境下で作業を行う必要がある。そのときのろう付け位置もレールが固定されているため、ろう付け姿勢も自由度がない。従来にあっては、溶融ろうが十分に充填されず、強度が不十分であったり、あるいは溶融ろうがレールボンド端子の下端から漏れ落ちたりすることがあった。いずれも、熟練作業者の技量により解決が図られてきた分野であった。しかしながら、本発明によれば、同一ろう付け条件の場合、溶融ろうは、半溶融状態を従来のものより、長く保持できることから、必要により半溶融状態で攪拌することもでき、溢流させることなく、上記隙間に容易に十分な量の溶融ろうを充填でき、接合部のろう付け量を多くする(厚肉盛り)ことができる。
In addition, after fixing the rail 10 and the rail bond 14 with a jig (not shown), the metal fitting 18 is putty-packed and melted by heating, but overflows from the gap between the rail and the rail bond. Do not flow toward the wire bundle.
Rail bond bonding needs to be performed outdoors in a short time, and usually in a bad environment such as at night. Since the rail is also fixed at the brazing position at that time, the brazing posture also has no degree of freedom. Conventionally, the molten solder is not sufficiently filled, and the strength is insufficient, or the molten wax may leak from the lower end of the rail bond terminal. All of these fields have been solved by the skill of skilled workers. However, according to the present invention, in the case of the same brazing conditions, the molten brazing can hold the semi-molten state longer than the conventional one, so that it can be stirred in the semi-molten state if necessary without overflowing. The above-mentioned gap can be easily filled with a sufficient amount of molten solder, and the amount of brazing at the joint can be increased (thick build-up).

次に、レールボンド14をレール10にろう付けした後、レールとろう付け面を剥離させた剥離面を示す模式的説明図が図2である。図2(a)は、その正面図、図2(b)は、部分拡大断面図である。図1と同じ符号は同一部材を示す。
図2(a)からは、斜線部22はろう付け部を示し、端子20の裏面全体に均一にろうが付着していることが分かる。図2(b)は、端子20の周縁部のろう付け部の部分拡大断面を模式的に示す説明図であり、レールとの接合面を示す剥離面24と、ろう付け部22の縁部25との境界が明確に表れており、ろう付けの際の溶融ろうの漏れ落ちがないことが分かる。図中、黒太線は、端子20の輪郭線を示す。
Next, after the rail bond 14 is brazed to the rail 10, a schematic explanatory view showing a peeling surface obtained by peeling the rail and the brazing surface is shown in FIG. 2. FIG. 2A is a front view thereof, and FIG. 2B is a partially enlarged sectional view. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members.
From FIG. 2A, it can be seen that the hatched portion 22 indicates a brazed portion, and the braze is uniformly attached to the entire back surface of the terminal 20. FIG. 2 (b) is an explanatory view schematically showing a partially enlarged cross section of the brazed portion at the peripheral edge of the terminal 20, and a peeling surface 24 showing a joint surface with the rail and an edge 25 of the brazed portion 22. It is clear that there is no leakage of the molten brazing during brazing. In the drawing, the black thick line indicates the outline of the terminal 20.

このように、本発明によれば、固相線温度と液相線温度との差異が30℃以上と大きいことから、ろうが溶融してから凝固するまでの固液共存時間が長くとれるため、前記隙間への充填が速やかに行われ、「いもはんだ」となることもなく、しかも、液相線温度が、260℃以下であるため、漏れ落ちはない。   Thus, according to the present invention, since the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is as large as 30 ° C. or more, the solid-liquid coexistence time from the melting of the wax to solidification can be increased, The gap is filled quickly and does not become “potato solder”, and since the liquidus temperature is 260 ° C. or less, there is no leakage.

本発明において、液相線温度を260℃以下とするのは、現場でのろう付け温度をできるだけ低くするためと、レールが高温度に加熱されるのを避けるためである。このましくは、250℃以下である。固相線温度を200℃以下とするのは、液相線温度との差異を30℃以上とするためであり、好ましくは、190℃以下である。
本発明において、固相線温度と液相線温度との差異について、その上限は特に規定しないが、一般にろう合金では100℃を超えない。液相線温度を考慮すれば、固相線温度と液相線温度との温度差は、30℃以上、90℃以下が好ましい。
本発明にかかるろうであって、固相線温度が200℃以下、液相線温度が260℃以下、固相線温度と液相線温度の差が30℃以上あるろうの組成としては、Znが11〜15質量%、Biが1〜5質量%、残部がSnのろうの組成が考えられる。この範囲のSn−Zn−Biの組成では、全て固相線温度が200℃以下、液相線温度が260℃以下であって、固相線温度と液相線温度の差が30℃以上の条件を満たすことができる。この範囲のSn−Zn−Biの組成では、ろうの剪断力が 39.2KN以上、好ましくは40.8KN以上であって、振動試験においても1000分以上の耐久性を有する。
In the present invention, the liquidus temperature is set to 260 ° C. or less in order to make the brazing temperature in the field as low as possible and to prevent the rail from being heated to a high temperature. This is preferably 250 ° C. or lower. The reason why the solidus temperature is 200 ° C. or lower is to make the difference from the liquidus temperature 30 ° C. or higher, and preferably 190 ° C. or lower.
In the present invention, the upper limit of the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is not particularly specified, but generally does not exceed 100 ° C. for brazing alloys. Considering the liquidus temperature, the temperature difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is preferably 30 ° C. or higher and 90 ° C. or lower.
The composition of the wax according to the present invention, in which the solidus temperature is 200 ° C. or less, the liquidus temperature is 260 ° C. or less, and the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is 30 ° C. or more is Zn Is 11 to 15% by mass, Bi is 1 to 5% by mass, and the balance is Sn. In the composition of Sn—Zn—Bi in this range, the solidus temperature is 200 ° C. or less, the liquidus temperature is 260 ° C. or less, and the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is 30 ° C. or more. The condition can be met. In the composition of Sn—Zn—Bi in this range, the shearing force of the wax is 39.2 KN or more, preferably 40.8 KN or more, and it has a durability of 1000 minutes or more in the vibration test.

本発明の固相線温度が200℃以下、液相線温度が260℃以下であって、固相線温度と液相線温度の差が30℃以上であるろうの組成例としては、上述の組成例および後述する実施例に挙げるもの以外に下記組成が例示される。
(1)Znが13質量%、Biが3質量%、Inが2質量%、残部がSn、
(2)Znが14質量%、Biが2質量%、Agが0.5質量%、残部がSn、
(3)Znが13質量%、Biが3質量%、Ni、Cu、Sbなど合計1.0質量%以下、残部Sn
(4)Znが10質量%、Sbが2質量%、残部がSn、
本発明の好適態様によれば、さらに、Zn:11〜15質量%、Bi:1〜5質量%、残部:Snの組成を有するろうをレールボンド接続用に用いることで、レールボンド端子とレールとの接合部の剪断強度が特に優れた接合部が得られる。
本発明において使用するろうの好ましい合金組成を上述のように規定する理由は、次の通りである。ここに、「%」は、特にことわりがない限り、「質量%」である。
Znは、11%未満では、所要強度が確保できないからであり、15%を超えると、液相温度が上昇して260℃を超えてしまう。より好ましい範囲は、12〜14%である。
Biが1%未満であると、Sn-Zn-Bi系組成において液相線温度と固相線温度を十分に低下させることができず、Biが6%を超えてしまうと、剪断強度を確保できないからである。より好ましい範囲は、2〜4%である。
Examples of compositions in which the solidus temperature of the present invention is 200 ° C. or lower, the liquidus temperature is 260 ° C. or lower, and the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is 30 ° C. or higher are described above. In addition to the composition examples and the examples described later, the following compositions are exemplified.
(1) Zn is 13% by mass, Bi is 3% by mass, In is 2% by mass, the balance is Sn,
(2) Zn is 14 mass%, Bi is 2 mass%, Ag is 0.5 mass%, the balance is Sn,
(3) Zn is 13% by mass, Bi is 3% by mass, Ni, Cu, Sb and the like total 1.0% by mass or less, the remaining Sn
(4) Zn is 10 mass%, Sb is 2 mass%, the balance is Sn,
According to a preferred embodiment of the present invention, a rail bond terminal and a rail are further obtained by using a solder having a composition of Zn: 11 to 15% by mass, Bi: 1 to 5% by mass, and balance: Sn for rail bond connection. A joint having particularly excellent shear strength at the joint is obtained.
The reason why the preferable alloy composition of the braze used in the present invention is defined as described above is as follows. Here, “%” is “% by mass” unless otherwise specified.
If Zn is less than 11%, the required strength cannot be ensured. If it exceeds 15%, the liquidus temperature rises and exceeds 260 ° C. A more preferable range is 12 to 14%.
If Bi is less than 1%, the liquidus temperature and solidus temperature cannot be lowered sufficiently in the Sn-Zn-Bi composition, and if Bi exceeds 6%, the shear strength is secured. It is not possible. A more preferable range is 2 to 4%.

必要により、上記ろう組成には、接合部の機械的強度を改善するために、Ag,In,Ni,Cu, Sbなどを1種以上添加してもよく、そのときの好ましい配合割合は次の通りである。
Ag:0.5%以下配合するが、それを超えると、液相線温度が高くなる場合がある。
In:2%以下配合するが、それを超えると、Biとの共存で脆くなる場合がある。
Ni、Cu, Sb: 少なくとも1種合計量として1.0%以下配合する。
If necessary, one or more of Ag, In, Ni, Cu, Sb and the like may be added to the above brazing composition in order to improve the mechanical strength of the joint. Street.
Ag: 0.5% or less is added, but if it exceeds this, the liquidus temperature may increase.
In: 2% or less is blended, but if it exceeds that, it may become brittle due to coexistence with Bi.
Ni, Cu, Sb: At least one kind is added in a total amount of 1.0% or less.

上述のような割合でこれらの機械的強度改善元素を配合した組成であっても、前述の本発明の組成範囲内では、固相線温度と液相線温度との差異が30℃以上、液相線温度が260℃以下、固相線温度が200℃以下となる。   Even in a composition in which these mechanical strength improving elements are blended at the above-described ratio, the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is 30 ° C. or more within the composition range of the present invention. The phase line temperature is 260 ° C. or lower and the solidus temperature is 200 ° C. or lower.

表1に示す各ろう組成を有するろうをサイズ10.0×5.0×400mmの棒状に鋳造して、実施例及び比較例の供試材であるろうを作製した。
次に、各ろうを用いて、JIS E1101およびE1120に規定された50NレールとJIS E3601に規定されたCLB型のレールボンドの溶接を行った。
本例におけるろう付け作業方法は、以下の通り行った。
(1)レールをガスバーナで予備加熱した。
(2)予備加熱したレールの表面にフラックスを塗布し、その後、各ろうをガスバーナで加熱しながらレールの溶接箇所に接触させ、レール表面をろうで覆うレールの予備めっきを行った。
(3)ろう付け部を予備めっきしたレールにレールボンド端子を位置合わせし、レールボンド端子の端面とレールの予備めっき部とを専用治具を使って密着・固定した。
(4)レールボンドの銅線側にパテを詰めて、レールボンドの銅線側からろうが溢れないようにした。
(5)ろうをガスバーナで加熱して溶解し、レールとレールボンドを固定した専用治具の隙間に充填した。
(6)レールとレールボンドを固定した専用治具の隙間において完全にろうが溶解して、端子とレールとの隙間内の溶融ろうを攪拌して、隙間内をろうで十分に充填してからろうの凝固をもってろう付けを完了とした。
本例では、それぞれの供試用ろうを用いて、1本のレールに最大3カ所のろう付けを行った。
溶解中にろうが下に落下するか、否かを確認して、作業性を判断した。ろうの溶解中に落下しないものを作業性が○(良)、ろうの溶解中に落下したものを作業性が×(不可)とした。結果を表1にまとめて示す。
Waxes having the respective brazing compositions shown in Table 1 were cast into rods having a size of 10.0 × 5.0 × 400 mm to produce brazing materials as test materials for Examples and Comparative Examples.
Next, the 50N rail specified in JIS E1101 and E1120 and the CLB type rail bond specified in JIS E3601 were welded using each brazing.
The brazing method in this example was performed as follows.
(1) The rail was preheated with a gas burner.
(2) Flux was applied to the surface of the preheated rail, and then each braze was heated with a gas burner to make contact with the welded portion of the rail to preliminarily plate the rail covering the rail surface.
(3) The rail bond terminal was aligned with the rail on which the brazed portion was pre-plated, and the end surface of the rail bond terminal and the pre-plated portion of the rail were adhered and fixed using a dedicated jig.
(4) Putty was put on the copper wire side of the rail bond so that the wax would not overflow from the copper wire side of the rail bond.
(5) The wax was melted by heating with a gas burner, and filled in the gap between the rails and the dedicated jig that fixed the rail bond.
(6) After the wax is completely melted in the gap between the rail and the special jig to which the rail bond is fixed, the molten wax in the gap between the terminal and the rail is stirred, and the gap is sufficiently filled with the wax. Brazing was completed with the solidification of the brazing.
In this example, each test brazing was used to braze up to three places on one rail.
Workability was judged by confirming whether or not the wax fell down during melting. The workability of the wax that did not fall during melting of the wax was evaluated as “good” (good), and the solder that dropped during melting of the wax was rated as “poor” (impossible). The results are summarized in Table 1.

表1において、比較例3の備考欄で「耐久性劣る」とあるのは、後述する剪断試験および振動試験の結果、今日の高速鉄道の用途には不十分な接合強度であるが、作業性は良好であるため、従来の用途には十分に適用できる。   In Table 1, “Inferior durability” in the remarks column of the comparative example 3 is a result of a shear test and a vibration test described later, as a result of joint strength that is insufficient for today's high-speed railway applications. Is satisfactory, and can be sufficiently applied to conventional applications.

図3は、表1の実施例No.. 1の作業状態の良好なレールボンド接続部の写真である。十分な量のろうが付けられており、接合も十分であることが分る。上部のろう付け部のふくらみは、十分な量の溶融ろうが供給されたことを示す。   FIG. 3 is a photograph of a good rail bond connection part in the working state of Example No. 1 in Table 1. It can be seen that a sufficient amount of brazing has been applied and that the bonding is sufficient. A bulge in the upper braze indicates that a sufficient amount of molten braze has been supplied.

一方、図4は、表1の比較例No.1の作業状態の悪い場合のレールボンド接続部の写真である。レールと端子との間の隙間から下方に溶融ろうが漏れ出したことが分る。これは、固相線温度と液相線温度との差異が18℃と、小さいため、ろうが溶融するとすぐに液相線温度を超えてしまい、溶融ろうが流動性が高くなり、レールと端子とを固定する治具の間から溶融ろうが流下してしまったからである。   On the other hand, FIG. 4 is a photograph of the rail bond connecting portion when the working state of Comparative Example No. 1 in Table 1 is poor. It can be seen that the molten wax leaked downward from the gap between the rail and the terminal. This is because the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is as small as 18 ° C. As soon as the wax melts, the liquidus temperature is exceeded, and the molten wax becomes highly fluid. This is because the molten wax has flowed down from between the jigs for fixing.

実施例1で各ろうでろう付けを行ったろう付け箇所に対して、剪断試験及び振動試験を行った。結果を表2に示す。
剪断試験の試験方法
(1)アムスラー万能試験機の土台に長さ300mmの50Nのレールを載せて、ろう付けした端子部分に剪断刃を上方から当たるようにした。
(2)ろう付けした端子部分に上方から、アムスラー万能試験機で荷重をかけ、剪断する荷重力を測定した。
振動試験の試験方法
(1)50Nのレールを締結ばねで土台にしっかり取り付け、図5に示すようにレールとレールボンドをろう付けした。図に示すように、左右2本のレールをまくらぎ上に固定し、それぞれに3箇所、結束端子を本発明にしたがって、ろう付けした。図中の数字は寸法(単位:mm)を示す。
それぞれのレール端部に、図中、「打点」と示す先端部26mmφの円柱状先端を取り付けたノミを固定し、50馬力のコンプレッサーによりレールに常時振動を与えて、ろう付け箇所が破断、脱落するまでの時間(分)を計測した。
A shear test and a vibration test were performed on the brazed portions where the brazing was performed in Example 1. The results are shown in Table 2.
Test Method for Shear Test (1) A 300 N long 50 N rail was placed on the base of the Amsler universal testing machine so that the brazed terminal portion was hit from above.
(2) A load was applied to the brazed terminal portion from above with an Amsler universal testing machine and the shearing load force was measured.
Test Method for Vibration Test (1) A 50N rail was firmly attached to the base with a fastening spring, and the rail and rail bond were brazed as shown in FIG. As shown in the figure, the left and right rails were fixed on the sleeper, and three binding terminals were brazed in accordance with the present invention. The numbers in the figure indicate dimensions (unit: mm).
At each rail end, a flea with a 26mmφ tip is attached to each rail end, and the rail is constantly vibrated by a 50-horsepower compressor, causing the brazed part to break and drop off. The time (minutes) to do was measured.

剪断試験および振動試験の結果は、表2に示す。   The results of the shear test and vibration test are shown in Table 2.

表1および2の結果からは、本発明のろうは、レールとレールボンドのろう付けの作業中にろうの落下が無く、安心して作業ができることが判る。さらに、本発明のろうは、剪断試験及び振動試験の結果も良好で、信頼性の高いろう付けが可能な事を示している。
From the results shown in Tables 1 and 2, it can be seen that the brazing of the present invention can be operated with peace of mind because the brazing of the rail and the rail bond does not drop during the brazing operation. Furthermore, the brazing material of the present invention has good results in the shearing test and vibration test, indicating that it can be brazed with high reliability.

Claims (5)

鋼製レールと信号ケーブルの結束端子との接合に用いる低温溶接ろうであって、固相線温度が200℃以下、液相線温度が260℃以下であって、固相線温度と液相線温度の差が30℃以上あることを特徴とするレールボンド用低温溶接ろう。   A low-temperature welding brazing used for joining a steel rail and a signal cable binding terminal, wherein the solidus temperature is 200 ° C. or lower and the liquidus temperature is 260 ° C. or lower. Low temperature welding brazing for rail bonds, characterized in that the temperature difference is 30 ° C. or more. 前記低温溶接ろうがCdフリーである、請求項1に記載のレールボンド用低温溶接ろう。   The low-temperature welding solder for rail bonds according to claim 1, wherein the low-temperature welding solder is Cd-free. 前記低温溶接ろうが、Zn:11〜15質量%、Bi:1〜5質量%、残部:Snの組成を有することを特徴とする請求項1または2に記載のレールボンド用低温溶接ろう。   The low-temperature welding brazing for rail bonds according to claim 1 or 2, wherein the low-temperature welding brazing has a composition of Zn: 11 to 15 mass%, Bi: 1 to 5 mass%, and the balance: Sn. 前記組成がさらに下記成分の少なくとも1種を含有する請求項3記載のレールボンド用低温溶接ろう。
Ag:0.2〜0.5質量%、
In:1〜 2質量%、
Ni,Cu、Sb: 少なくとも1種、合計で、0.3 〜 1質量%。
The low-temperature welding solder for rail bonds according to claim 3, wherein the composition further contains at least one of the following components.
Ag: 0.2 to 0.5% by mass,
In: 1 to 2% by mass,
Ni, Cu, Sb: At least one kind, in total, 0.3 to 1% by mass.
鋼製レールに信号ケーブルの結束端子を固定し、次いで、低温溶接ろうを、前記鋼製レールと結束端子との隙間において溶解し、肉盛りしてレールボンド接続を行う方法において、前記低温溶接ろうとして、固相線温度が200℃以下、液相線温度が260℃以下であって、固相線温度と液相線温度の差が30℃以上のレールボンド用低温溶接ろうを用いることを特徴とする、レールボンド接続方法。   In the method of fixing the signal cable binding terminal to the steel rail and then melting the low temperature welding brazing in the gap between the steel rail and the binding terminal to build up the rail bond connection, the low temperature welding brazing As described above, a low-temperature welding solder for rail bonds having a solidus temperature of 200 ° C. or lower, a liquidus temperature of 260 ° C. or lower, and a difference between the solidus temperature and the liquidus temperature of 30 ° C. or higher is used. The rail bond connection method.
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