JPH08206853A - クロッシングレールの接合方法及び装置 - Google Patents

クロッシングレールの接合方法及び装置

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JPH08206853A
JPH08206853A JP25557395A JP25557395A JPH08206853A JP H08206853 A JPH08206853 A JP H08206853A JP 25557395 A JP25557395 A JP 25557395A JP 25557395 A JP25557395 A JP 25557395A JP H08206853 A JPH08206853 A JP H08206853A
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JP
Japan
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joining
crossing
temperature
joint
rail
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JP25557395A
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English (en)
Inventor
Takao Hiyamizu
孝夫 冷水
Mitsuhiko So
光彦 宗
Atsushi Komori
小森  篤
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】溶接割れ、材質劣化等が生じることなく短時間
で施工できて所期の接合強度が得られるクロッシングレ
ールの接合方法及び装置を提供する。 【解決手段】高マンガン鋳鋼製クロッシングレールと普
通レールとの接合面間にそれら金属材料のうちの融点が
低い方の金属材料の融点Tbよりも更に低い融点Tiを
有するインサート材を挿入し、接合面間に圧力を加えつ
つ接合部をTi<T<Tbなる温度Tに加熱して一定時
間その温度Tに保持することにより双方のレールを溶融
することなく接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は鉄道レールの分岐ポ
イントに使用されるクロッシングレールの接合方法及び
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に鉄道の分岐ポイントに用いられる
クロッシングレールには耐摩耗性及び耐衝撃性を考慮し
て高マンガン鋳鋼(SCMnH3:JIS−G513
1)が使用されることが多い。近年、列車の高速化に対
応するため、高マンガン鋳鋼製クロッシングレールと炭
素鋼製普通レールとを接合して一体化したいという要求
が強くなっている。しかし、ガス圧接、テルミット溶
接、エンクローズ溶接による従来の接合方法では、クロ
ッシングレールと普通レールとを接合して一体化するこ
とが困難なため、従来は双方のレールを機械的に締結す
るしかなく、それらの間に隙間や段差が生じ、通過車両
の高速化、乗り心地改善(振動・騒音の低減)に対する
要求に十分対応できない状況であった。
【0003】これに対して、Fe−Mn−Cr−Ni系
合金製の溶接棒を用いたアーク溶接法によるクロッシン
グレールと普通レールとの一体化も試みられていたが、
この溶接棒の溶接材料は普通レールと比較して初期硬度
が低く、また高マンガン鋳鋼と比較して加工硬化性も悪
く、使用中に溶接材料が先に摩耗してしまい、溶接施工
管理が難しく、溶接部に割れを生じ易い等、多くの問題
があり、必ずしも十分な成果は得られていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、かか
る現状に鑑みてなされたものであって、溶接割れ、材質
劣化等を生じることなく、短時間で施工でき、高い接合
強度が得られるクロッシングレールの接合方法及び装置
を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】そのために本発明に係る
クロッシングレールの接合方法は、高マンガン鋳鋼製ク
ロッシングレールと普通レールとの接合面間に、これら
の金属材料のうちで融点が低い方の金属材料の融点Tb
よりも更に低い融点Tiを有するインサート材を挿入
し、該インサート材を介して双方のレールの接合面間に
圧力を加えつつ、これらの接合部をTi<T<Tbなる
温度Tに加熱して、一定時間その温度Tに保持すること
により双方のレールを溶融することなく接合することを
特徴とする。
【0006】また本発明に係るクロッシングレールの接
合装置は、接合部の加熱手段と、接合部の温度を測定す
る手段と、接合面間に圧力を加える手段と、その圧力を
計測する手段と、接合部近傍に不活性ガスを流す手段
と、それらの制御手段とを備えて成ることを特徴とす
る。
【0007】本発明の接合方法では、高マンガン鋳鋼製
クロッシングレールと普通レールとの接合面間にインサ
ート材を挿入する。このインサート材はクロッシングレ
ールの母材である高マンガン鋳鋼と普通レールの母材で
ある金属材料とのうちで融点が低い方の金属材料の融点
Tbよりも更に低い融点Tiを有するものである。本発
明では、かかるインサート材を介して双方のレールの接
合面間に圧力を加えつつ、これらの接合部をTi<T<
Tbなる温度Tに加熱して、一定時間その温度Tに保持
することにより双方のレールを溶融することなく接合す
る。
【0008】本発明において、接合部の加熱法それ自体
としては公知の各種の加熱法を適用できるが、周波数4
00KHz以下の高周波誘導加熱法又は周波数400K
Hz以下の直接通電加熱法を用いるのが好ましい。双方
のレールをより強固に接合できるからである。同様の意
味で、インサート材としては融点が1200℃以下のニ
ッケル合金製のシート又は粉末を用いるのが好ましい。
また接合は、接合温度T≦1300℃、接合面間への加
圧力P≧1MPa、接合温度Tにおける保持時間S≧6
0sec、接合面の粗さRmax≦100μmの条件下
で行なうのが好ましく、不活性ガスでシールドして行な
うのが特に好ましい。
【0009】また本発明において、接合後に接合部を急
冷するのが好ましい。双方のレールをより強固に接合で
きるからである。同様の意味で、接合後に接合部を30
0℃以上450℃以下の温度に加熱し、その温度で0.
5時間以上保持してから冷却するのも有効であり(以
下、かかる加熱→保持→冷却を単に熱処理という)、か
かる熱処理は接合後に急冷したものに対して行なうのも
有効である。
【0010】更に本発明において、接合後に接合部をシ
ョットピーニングするのが好ましい。双方のレールをよ
り強固に接合できるからである。同様の意味で、かかる
ショットピーニングは接合後に急冷したものに対して、
又は接合後に熱処理したものに対して、又は接合後に急
冷してから熱処理したものに対して行なうのも有効であ
る。
【0011】本発明によると、接合部をTi<T<Tb
なる温度Tに加熱してインサート材を溶融させ、その温
度に等温保持することにより接合するため、クロッシン
グレールの母材である高マンガン鋳鋼と普通レールの母
材である金属材料とを溶融させずに、極めて狭い範囲で
接合できる。したがって、アーク溶接法を用いて接合し
た場合の溶接金属のような硬度の低い領域が存在しない
ため、溶接部の局部的な摩耗を防止でき、また常に加圧
下で接合を行なうため、アーク溶接法で接合した場合の
ような溶接割れは発生しない。しかもアーク溶接法に比
べて短時間で接合できるので、母材の材質劣化を抑制で
きる。本発明によると、双方のレールを能率良く、強固
に接合できるのである。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の接合装置を示す略
視図である。図1において、1は高マンガン鋳鋼製のク
ロッシングレール、2はクロッシングレール1を把持す
る固定チャック、3はクロッシングレール1に接合する
普通レール、4は普通レール3を把持する可動チャッ
ク、5は双方のレールの接合面間に挿入したインサート
材、6は双方のレールの接合部を加熱する高周波誘導コ
イル、7は接合部の温度を検出する放射温度計、8は接
合部をガスシールするガス吹付ノズル、9は固定チャッ
ク2に設けられた普通レール3からクロッシングレール
1に及ぼされている接合部の圧力を検出する圧力ゲージ
(ロードセル)、10は高周波誘導コイル6による加熱
及び可動チャック4による加圧力をコントロールする制
御装置をそれぞれ示しており、制御装置10は、放射温
度計7により検出された接合部の温度及び圧力ゲージ9
により検出された接合部の圧力がそれぞれフィードバッ
クされてこれらを設定値通りにコントロールするように
なっている。
【0013】図2は本発明の他の接合装置を示す略視図
である。説明を省略する符号は図1と同じであるが、図
2において、12はクロッシングレール1に取付けた交
流電極、13は普通レール3に取付けた交流電極、10
は交流電極12,13を介しての直接通電加熱及び可動
チャック4による加圧力をコントロールする制御装置を
それぞれ示している。
【0014】インサート材5はクロッシングレール1の
母材である高マンガン鋳鋼の融点(1375℃)及び普
通レール3の母材である炭素鋼の融点(1470℃)よ
りも低い融点を有するNi−Si−B(融点1050
℃)又はNi−Cr−Si−B(融点1100℃)等の
ニッケル合金製のシート又は粉末であって、通常は厚さ
40μm程度のものを用いる。かかるインサート材5を
双方のレールの接合面間に挿入して可動チャック4を前
進させ、接合部を加圧力5MPaに保ち、誘導コイル6
による周波数50KHzの誘導加熱又は交流電極12,
13を介しての周波数50KHzの直接通電加熱により
該接合部を1200℃に加熱し、その加熱状態を90秒
間程度保持する。これによりインサート材5は溶融し、
クロッシングレール1及び普通レール3の接合面から各
金属組織中に侵入拡散して、該接合面を強固に接合させ
る。
【0015】
【実施例】表1は、図1又は図2について前述した本発
明の実施の形態にしたがい、高マンガン鋳鋼(SCMn
H3、融点1375℃)製のクロッシングレールと炭素
鋼(融点1470℃)製の普通レールとを接合した場合
の、引張試験結果及び疲労試験結果等を示す。表1にお
いて、例1は従来の被覆アーク溶接法により接合した例
であり、例2はインサート材を使用しないで接合した例
である。また各例いずれも、接合後に急冷を行なわず、
熱処理も行なっていない。表1から、インサート材を用
いて特定の条件下で接合する本発明によると、双方のレ
ールを強固に接合できることが判る。
【0016】
【表1】
【0017】表2は表1と同様に接合した場合の結果を
示す。ここでは、高周波誘導加熱又は直接通電加熱にお
ける周波数を変えて接合した。表2から、高周波誘導加
熱及び直接通電加熱のどちらにおいても、その周波数は
400KHz以下が望ましいことが判る。
【0018】
【表2】
【0019】表3は表1と同様に接合した場合の結果を
示す。ここでは、インサート材の種類及びその融点並び
に接合温度を変えて接合した。表3から、接合温度は前
述したTi<T<Tbなる温度Tでなければならないこ
とが判る。
【0020】
【表3】
【0021】表4は表1と同様に接合した場合の結果を
示す。ここでは、接合時における保持時間を変えて接合
した。表4において、例17は保持時間なしの例であ
る。表4から、接合時に一定時間、好ましくは60se
c以上保持しなければならないことが判る。
【0022】
【表4】
【0023】表5は表1と同様に接合した場合の結果を
示す。ここでは、接合時における加圧力を変えて接合し
た。表5から、接合時の加圧力は1MPa以上が望まし
いことが判る。
【0024】
【表5】
【0025】表6は表1と同様に接合した場合の結果を
示す。ここでは、クロッシングレール及び普通レールに
おける接合面の粗さRmaxを変えて接合した。表6か
ら、接合面の粗さRmaxは100μm以下が望ましい
ことが判る。
【0026】
【表6】
【0027】表7は表1と同様に接合した場合の結果を
示す。ここでは、接合時におけるシールガスを変えて接
合した。表7から、接合時には接合部を不活性ガスでシ
ールするのが望ましいことが判る。
【0028】
【表7】
【0029】表8は表1と同様に接合した場合の結果を
示す。ここでは、接合後に接合部を水冷により急冷した
が、更に例31〜34においては急冷後に接合部を熱処
理した。この熱処理における冷却は空冷により行なっ
た。表8から、接合後に接合部を急冷するのが望まし
く、また急冷後に更に熱処理するのが望ましいが、この
熱処理は300〜450℃に再加熱してその温度で0.
5時間以上保持するのが望ましいことが判る。
【0030】
【表8】
【0031】表9は表1と同様に接合した場合の結果を
示す。ここでは、接合後に接合部を水冷により急冷し、
更に例36〜39についてはショットピーニングした。
これらのうちで例37及び39については熱処理(35
0℃に再加熱→同温度で1時間保持→空冷)した後にシ
ョットピーニングした。表9から、接合後に接合部をシ
ョットピーニングするのが望ましく、特に接合後に接合
部を急冷し、更に熱処理してからショットピーニングす
るのが望ましいことが判る。
【0032】
【表9】
【0033】
【発明の効果】このように本発明によれば、高マンガン
鋳鋼製クロッシングレールと普通レールとを短時間で接
合でき、しかも双方のレールの接合面を溶融させないで
接合できるので、アーク溶接法で接合した場合のような
溶接割れや材質劣化が生じない等、種々の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る接合装置を示す略視図。
【図2】本発明に係る他の接合装置を示す略視図。
【符号の説明】
1・・・クロッシングレール、2・・・固定チャック、
3・・・普通レール、4・・・可動チャック、5・・・
インサート材、6・・・高周波誘導コイル、7・・・放
射温度計、8・・・ガス吹付ノズル、9・・・圧力ゲー
ジ(ロードセル)、10・・・制御装置、12,13・
・・交流電極

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高マンガン鋳鋼製クロッシングレールと
    普通レールとの接合面間に、これらの金属材料のうちで
    融点が低い方の金属材料の融点Tbよりも更に低い融点
    Tiを有するインサート材を挿入し、該インサート材を
    介して双方のレールの接合面間に圧力を加えつつ、これ
    らの接合部をTi<T<Tbなる温度Tに加熱して、一
    定時間その温度Tに保持することにより双方のレールを
    溶融することなく接合することを特徴とするクロッシン
    グレールの接合方法。
  2. 【請求項2】 周波数400KHz以下の高周波誘導加
    熱法を用いて接合部を加熱する請求項1記載のクロッシ
    ングレールの接合方法。
  3. 【請求項3】 周波数400KHz以下の直接通電加熱
    法を用いて接合部を加熱する請求項1記載のクロッシン
    グレールの接合方法。
  4. 【請求項4】 融点が1200℃以下のニッケル合金製
    のシート又は粉末をインサート材として用いる請求項
    1、2又は3記載のクロッシングレールの接合方法。
  5. 【請求項5】 接合温度T≦1300℃、接合面間への
    加圧力P≧1MPa、接合温度Tにおける保持時間S≧
    60sec、接合面の粗さRmax≦100μmなる条
    件で接合する請求項1、2、3又は4記載のクロッシン
    グレールの接合方法。
  6. 【請求項6】 接合部を不活性ガスでシールドして接合
    する請求項1、2、3、4又は5記載のクロッシングレ
    ールの接合方法。
  7. 【請求項7】 接合後に接合部を急冷する請求項1、
    2、3、4、5又は6記載のクロッシングレールの接合
    方法。
  8. 【請求項8】 接合後に接合部を300℃以上450℃
    以下の温度に加熱し、その温度で0.5時間以上保持し
    てから冷却する請求項1、2、3、4、5又は6記載の
    クロッシングレールの接合方法。
  9. 【請求項9】 急冷後に接合部を300℃以上450℃
    以下の温度に加熱し、その温度で0.5時間以上保持し
    てから冷却する請求項7記載のクロッシングレールの接
    合方法。
  10. 【請求項10】 接合後に接合部をショットピーニング
    する請求項1、2、3、4、5又は6記載のクロッシン
    グレールの接合方法。
  11. 【請求項11】 急冷後に接合部をショットピーニング
    する請求項7記載のクロッシングレールの接合方法。
  12. 【請求項12】 冷却後に接合部をショットピーニング
    する請求項8又は9記載のクロッシングレールの接合方
    法。
  13. 【請求項13】 接合部の加熱手段と、接合部の温度を
    測定する手段と、接合面間に圧力を加える手段と、その
    圧力を計測する手段と、接合部近傍に不活性ガスを流す
    手段と、それらの制御手段とを備えて成ることを特徴と
    するクロッシングレールの接合装置。
JP25557395A 1994-12-06 1995-09-06 クロッシングレールの接合方法及び装置 Pending JPH08206853A (ja)

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EP96302990A EP0761378B1 (en) 1995-09-06 1996-04-29 Method and apparatus for bonding crossing rails
AT96302990T ATE168914T1 (de) 1995-09-06 1996-04-29 Verfahren und vorrichtung zum verbinden von kreuzungsschienen
DE69600474T DE69600474T2 (de) 1995-09-06 1996-04-29 Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Kreuzungsschienen

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JP6-330711 1994-12-06
JP33071194 1994-12-06
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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