JPH0253149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ろう接に必要な熱をアークにより発
生させて、結合部材をろう接により基材金属表面
（以下単に基材または金属表面とも称する）に取
付ける方法に関する。この方法は一般に二つの分
野で利用することができ、その一つは、レールと
管端部の電気接点結合を含み、他の一つは、クラ
ンプおよびボルトといつた棒状手段の如きその他
の金属取付け物体を含む。

従来前記の結合を行なう方法は、例えばスエー
デン特許第129849号（米国特許第2711798号に対
応する）に開示されているいわゆるピンろう接に
よるものであつた。このピンろう接法では、電極
が使用され、その先端は一定量のろう接金属から
なり、その先端には同じろう接金属からつくられ
かつ融剤の入つたカプセルが取付けてある。電気
接点結合部材またはクランプといつた小さな金属
物体をろう接により取付ける場合、開口を備えた
結合部材も使用される。

ろう接は次のようにして行なわれる。即ち、ろ
う接すべき接合部を浄化した後、電極が正極に接
続され、加工片、例えばレールは負極に接続され
る。例えばケーブルラグの形状の結合部材がろう
接接合部に当接配置される。そして、電極が結合
部材の開口部に挿入され、機械的スプリングによ
り与えられる充分に規定された力でレールへ直接
押圧される。電流を流すと、電極とレールとの間
に短絡が起こる。電流は、機械的スプリングの力
に打ち克つような寸法の電磁石を付勢し、電極を
約２mm上昇させ、これによつて電極と加工片との
間にアークが形成され、電極に与えたろう接金属
と融剤が融解を始めてケーブルラグの開口中に入
る。ろう接金属は毛管作用でケーブルラグとレー
ルとの間に吸い込まれ、これによつて二つの部材
が互いに結合される。ろう接金属は、公知のアー
ク溶接における添加材料と同様にしてレールに移
される。電極上のろう接金属をすべて融解させる
のに必要な正確な電流量が通過すると、特殊な装
置が電流回路を遮断する。電流が遮断されると、
電磁石の力も止む。その結果、前述のスプリング
機構により電極の残りの部分が加工片に向つて押
し戻され、融解ろう接金属に侵入し、したがつて
電極が加工片にろう接される。このろう接施工に
要する時間は全部で１〜1.5秒である。ろう接が
終了したが、電極の残りの部分は機械的に突出さ
れる。電極のろう接金属の融解温度は例えば鋼よ
り本質的に低い。したがつて、ろう接金属を融解
するが、加工片の鋼を融解しないようにエネルギ
ーの供給が調節される。

金属のボルトまたはピンをろう接により取付け
る場合、同じ方法が用いられるが、結合部材は使
用されない。その場合、電極がろう接により基材
に取付けられ、電極自体がボルトまたはピンを構
成する。

しかし、前記方法を鉄道のレールに適用する場
合の欠点は、加熱作用が非常に大きいため、レー
ルのろう接接合部の下方で部分的に組織変化（マ
ルテンサイトの生成）が起こりうることである。
この方法の別の不利益は、電気接点結合部がろう
接されるとき、各ろう接接合部に比較的大量の銀
ろう接金属を消費することである。接合部の幾何
学的形状のために、ろう接金属の大部分が充填材
料となり、少部分のみがケーブルラグとレールと
の間の結合材料として役立つに過ぎない。この方
法は銀の価格が現在に比べて本質的に低いときに
開発されたものであり、したがつて、ろう接金属
の消費量はそれ程重要ではなかつた。近年、銀の
価格が著しく高騰し、この方法の競争力に直接影
響を与えている。

前記方法にさらに別の欠点は、ろう接金属がア
ークに直接接触することである。ろう接工程の
間、低沸点のある種の合金化材料、特に亜鉛が蒸
発する。この蒸発は非常に激しいため、ろう接金
属の組成が変化して、接合部の強度を低下させ
る。

前記方法のさらに別の欠点は、電極の最後部か
ら黄銅が融解して、既に融解した銀ろう接金属と
合金化し、このため結合部をもろくすることであ
る。即ち、ろう接時間は、電極に接続され、所定
の電流で特定の破断時間を有する融解用銅線によ
つて規定される。電流は通常バツテリーからなる
電源により供給される。バツテリーが放電すると
電位は低下し、ろう接電流も低下し、融解用銅線
の破断時間が長くなる。この結果、ろう接時間が
長くなるとろう接結果に悪い影響をおよぼす。

電気接点結合を与える別の方法は、例えば西ド
イツ特許第2830721号に開示されている特殊な型
のテルミツト溶接によるものである。この方法は
反応室と成形室とを収容した黒鉛ポツトを利用
し、各室は成形通路によつて相互に連結されてい
る。成形室は開口を有し、溶接により取付けるべ
きケーブルがこの開口に挿入される。底面にろう
接金属層を備えた金属板も使用される。溶接は、
ろう接金属を備えた金属板をまず溶接スポツト上
に置くようにして実施される。次いで、導線を有
する黒鉛ポツトが金属板の表面に置かれる。そこ
で、反応室と成形室との間に成形通路が金属座金
で被覆され、所定量のアルミニウムテルミツト粉
が反応室に装填される。反応が始まると、粉体混
合物が公知の仕方で熱化学反応を起こし、高温の
液体金属が反応室の底部に集まり、金属座金を融
解し、成形室に流入する。次いで、ろう接金属を
備え、装填室の開口の下方に配置された金属板の
表面側が融解し、その結果、成形室内の導線が溶
接により金属板に取付けられる。同時に、金属板
の下方のろう接金属が加熱され、融解し、これに
よつて、金属板がろう接により基材に取付けられ
る。

この方法の欠点は、固有のテルミツト粉混合物
と型が吸湿性であつて、このためこの方法が多湿
気候に敏感なことである。反応の際に粉末が急速
に加熱されるため、吸着された水は水蒸気に変化
する。融解金属は、発生圧力により爆発するよう
にして反応室から放出され、このことは作業にと
つて危険である。別の不利益な点は、満足な溶接
結果をうるために、熱化学的に生成される融解金
属の温度を2040℃（酸化アルミニウムの融点）と
2500℃（アルミニウムの蒸発温度）の間とすべき
ことである。このことは、溶接部の容積がレール
の全溶接の場合のように大きければ行なうことが
できる。溶接容積が小さくなると、溶接部の表面
積：容積比が大きくなり、溶接部の単位容積当り
の熱損失が大きくなる。したがつて、融解金属の
温度勾配が大きくなり、温度が前記温度範囲より
高いか、低くなる機会が増すことになる。

本発明は、前記の欠点を排除し、しかも同時に
ピンろう接工程の長所、即ち、迅速なろう接と結
合部の良好な導電性とを維持する方法を実施する
ための方法と装置に関する。本発明の概略的な特
徴は、アークにより発生し、ろう接に利用される
熱を使用結合部材の少なくとも一部分を介して伝
達させて、前記結合部材と前記金属表面との間に
設けたろう接金属を融解させ、アークが金属表面
およびろう接金属に直接接触するのを結合部材の
前記部分が防止するようにして、金属表面が熱活
性化される不利益を防ぐこと、アークのための電
流が切られた後に機械的力を結合部材の前記熱伝
達部分に加えて結合部材を金属表面に押圧するこ
と、および下方のろう接金属の一部分を結合部材
の残りの結合部形成表面の下にも押出すことであ
る。

本発明を添付の図面について説明する。

第１図に示した接点結合部は例えば銅のケーブ
ル１、フランジ付き開口３をもつた、同様に例え
ば銅、アルミニウムまたは銅のケーブルラグ２、
比較的高融点金属の、好ましくは円形の板４およ
び低融点ろう接金属、例えば銀ろう接金属の層５
からなる。第２図は同じ結合部の平面図を示す。

ろう接工程を第３図について以下に説明する。
この説明は電気接点結合部とクランプといつた小
さな金属物体のろう接に関する。前記のピンろう
接の場合と同様、加工片（例えばレール）のろう
接スポツトは研磨により浄化され、電極６は電源
の正極に接続され、加工片７は負極に接続され
る。接点結合部８がろう接スポツト上に置かれ、
接点結合部の開口に電極が挿入される。しかし、
電極６は前記のように基材に直接接触せず、金属
板４と接触する。ろう接を開始するとき、消耗性
電極を金属板と接触するようにもたらし、電流
源、電極および加工片を含む電流回路を閉じる。
電極を金属板から短い間隔で離したとき、電極と
金属板の間にアークが生成する。このアークが金
属板を加熱すると、反対側に設けた銀ろう接金属
５が熱伝導によつて融解する。電流が切られる
と、電極が金属板を基材に押圧し、このため下方
にある融解ろう接金属の一部がケーブルラグの下
方で押し出される。使用金属板が厚いほど、銀ろ
う接金属の最高到達温度は低くなる。一定の厚さ
以上でろう接金属は溶融しなくなる。金属板の厚
さを適当に選ぶことにより、ろう接金属の作用温
度とレールのオーステナイト化温度の約800℃と
の間でろう接金属の最高温度をうることが可能で
あり、金属板はレールの有害な組織変化を伴うこ
となくろう接によりレールに取付けられる。この
ように、銀ろう接金属５は電極から発生するので
はなく、ケーブルラグの金属板の下に予め設けら
れて、アークに接触しないようにしてある。した
がつて、ろう接金属の化学組成は変化することが
なく、その強度ももとのままである。

第４図は金属板４が、電極から融解分離した材
料９を金属板の下方に設けた銀ろう接金属５から
分離していることを示す。したがつて、黄銅がろ
う接金属中に入り、合金化して脆化を起こすこと
はない。また図から明らかなとおり、ケーブル１
は融解分離材料９と直接接触し、この材料９は毛
管作用により個々のケーブル線内に吸収された
後、固化する。したがつて、以前の型の結合部の
特徴であつた有利な電気特性は依然としてそのま
まである。さらに、融解分離材料９の目的が今や
一般的には金属板上のケーブルラグの開口内の充
填材料を構成することであるため、銀ろう接金属
の全所要量は減少する。したがつて、電極は以前
程多くのろう接金属を含有する必要はなく、ろう
接金属は恐らく完全に省くことも可能であり、電
極は例えば、融剤を収容した銀ろう接金属のカプ
セルをもつた黄銅のみからなることもできる。

クランプといつた小さな金属物体を前記の方法
でろう接により取付けることができる。第５図は
非ろう接クランプの断面図を示す。

金属板４の材料に関していくつかの要求が提起
される。金属板は、基材（好ましくは鋼）および
ケーブルラグ（好ましくは銅）と共にろう接結合
部の一部を構成するので、その表面はろう接に関
して鋼および銅と相容性がなければならない。金
属板はまた、ろう接前の貯蔵および輸送の間に酸
化物被膜の発生を回避するために耐食性でなけれ
ばならない。局部的貫通融解を回避するため、金
属板は良好な熱伝導性と高い融点をもたなければ
ならない。これらの要求を満たすと思われる材料
は純ニツケルである。

最も単純な形状の平坦で、厚さが均一で好まし
くは円形の金属板４は、金属板の底面に好ましく
はろう接された銀ろう接金属５を備えている（第
６ａ図）。金属板の性質は特定な形状とすること
により改善させることができる。前述したとお
り、ろう接が終了して電流が遮断されると、電極
は基材に向つて押し戻される。ろう接工程の間、
金属板はその強度が著しく低下するほどの高い温
度となる。金属板が第６ｂ図のように丸天井状で
あると、金属板はろう接工程の終りには変形し、
残りの電極により基材に向つて押し下げられる。
そこで、下方にある融解ろう接金属は周囲のケー
ブルラグまたはクランプの下で押し出される。こ
のことは、ケーブルラグ（クランプ）の下での毛
管現象が基材の凹凸面のために減少することがあ
るので、有利な点である。記載の形状もアークに
より発生する熱を均衡させ、このために熱が基材
に向つて下方に一層均一に分布される。

同じ性質が第６ｃ図の態様により得られる。ろ
う接スポツトの温度変動を補償するように金属板
を設計することもでき、この温度変動は、接合部
に固有の金属塊が、ケーブルを有するケーブルラ
グのように、ろう接スポツトの中心に関して非対
称に存在する場合に起こり得る。第６ｄ〜ｅ図は
このような態様を示している。

第６ｆ〜ｈ図は同じ目的についての別の態様を
鋼板の長手方向の平面図で示している。第６ｈ図
における１５は融剤を供給する場合、そのための
開口である。アーク（陽極スポツト）の作用点が
全ろう接工程の間に金属板の同じ位置にとどまつ
て、金属板を部分的に融解して下にあるろう付金
属のある成分を蒸発させるようなことを防止する
ために、金属板にその表面側に環状隆起物を設け
ることができ（第６図ｉ、ｊ図）、この隆起物に
より陽極スポツトがろう接の間に環状に移動する
ため、熱の分布が一層均一となる。金属板の周辺
部分はろう接金属の流れを容易とし、毛管現象を
可能な限り均一にするように形成するのが好まし
い（第６ｋ図）。銀ろう接金属５を有する金属板
４は、融剤１１を収容した例えば銀ろう接金属の
カプセル１０を備えることもできる（第６ｌ図）。
前記の詳細な変更は好ましくは組み合わせて熱と
ろう接金属とを、例えば第６ｍ図に従つて好適な
分布にすることができる。

第７ａ〜ｄ図は結合部材の各別の態様を示す。
前記したとおり、融解分離した電極材料９は個々
のケーブル線１に直接係合して良好な電気接点を
確実にする。結合部材はまた、金属板４の下に付
与される銀ろう接金属５がケーブル線１に直接係
合するように形成することもできる（第７ａ図）。

本発明は、ニツケルといつた高融点金属がアー
クの作用点を構成するようにした結合の態様に限
定されるべきではない。ケーブルラグの一部分が
アークの作用点となるようにケーブルラグを形成
することにより前記の諸利益を達成することもで
きる。このような態様は第７ｂ〜ｃ図に示されて
いる。

ケーブルラグ２にはまた、ろう接の瞬間に融解
し、引続く固化の間に吸収溶融熱を放出する一定
量の金属または合金１２を設けることもできる
（第７ｄ図）。鋼のオーステナイト化温度より低
い、例えば700℃の融点をもつた金属または合金
を選ぶことにより、鋼基材にマルテンサイトが生
成しないことが保証される。

ろう接によりボルトやピンを基材に取付け、そ
して電極がボルトまたはピンを構成していると
き、低融点ろう接金属５を有する高融点金属板４
を、ピンろう接に通常使用されるセラミツクスの
保護リング１３に取付けるのが好ましい（第８ａ
図）。第８ｂ図は、ろう接工程が開始される直前
の電極６（ボルト）の位置を示す。ろう接金属を
備えた金属板はろう接前に基材上にゆるくのせる
こともできる。

第８ｃ図はろう接金属が棒状手段の先端に設け
たカプセルからなり、前記カプセルが融剤を含有
する場合を示し、図において６０はピン電極であ
り、カプセル５０がろう接金属からなり、融剤５
１を含有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、非ろう接電気接点結合の断面図、第
２図は同じ接点結合の平面図、第３図は電極がろ
う接工程の開始位置にある電気接点結合の断面
図、第４図はろう接により取付けられた電気接点
結合の断面図、第５図は非ろう接クランプの断面
図、第６ａ〜ｍ図は接点結合に固有の金属板の設
計の各種詳細図、第７ａ〜ｄ図は電気接点結合の
各種態様を示す図、第８ａ〜ｃ図は、ボルトとい
つた棒状手段をろう接により取付けるのに使用さ
れる本発明の態様を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ろう接により基材金属表面に金属の結合部材
   を結合させる方法において、 消耗性電極からアークにより熱を発生せしめ、 結合部材とろう接金属の間に設けた金属板を通
   して前記熱を伝達させ、 前記結合部材と前記基材金属の間に設けた前記
   ろう接金属を融解させ、 アークへの電流を切つた後、前記金属板に機械
   的力を加え、 前記基材金属表面に対し前記金属板と前記結合
   部材を押圧する、 工程を含み、前記金属板が前記基材金属表面およ
   び前記ろう接金属とアークが直接接触することを
   防止し、これによつて前記基材金属表面の熱活性
   化される不利益を防止することを特徴とする方
   法。 ２ 前記結合部材がケーブルラグおよび金属板を
   有し、前記金属板が、前記ケーブルラグと前記ろ
   う接金属の間に設けられ、アークと基材金属表面
   の間の直接接触を防止する特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３ 前記アークを消耗性電極と前記金属板の間で
   生成させ、前記金属板及び前記ケーブルラグをろ
   う接によつて前記基材金属表面に相互結合させる
   ため、電極からの融解材料を前記金属板と接触す
   るようにもたらし、前記金属板が融解金属を前記
   ろう接金属から分離させ、これによつて電極材料
   によるろう接金属の合金化を回避させる特許請求
   の範囲第２項記載の方法。 ４ 金属板およびろう接金属をケーブルラグによ
   り部分的に包囲し、ケーブルを前記ケーブルラグ
   に接続させ、金属板からの熱が、融解電極材料を
   個々のケーブルワイヤー間に吸い込ませ、かくし
   てケーブルワイヤーを相互に及びケーブルラグに
   ろう接させる特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５ 前記結合部材が棒状手段および金属板を有
   し、前記金属板を前記棒状手段および前記ろう接
   金属の間に設け、前記金属板がアークと前記基材
   金属表面の間の直接接触を防止する特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ６ 棒状手段が黄銅の如き金属材料を有し、付加
   的ろう接金属および融剤を前記手段および金属板
   の間に設ける特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７ 金属板が、前記ろう接材料に関して高融点材
   料を含有する特許請求の範囲第２項または第５項
   記載の方法。 ８ 前記ろう接金属が銀を含有する特許請求の範
   囲第７項記載の方法。 ９ 前記金属板に融剤を供給するための少なくと
   も一つの開口を設けた特許請求の範囲第７項記載
   の方法。 １０ 前記棒状手段が、前記棒状手段の先端に設
   けた前記付加的ろう接金属のカプセルを有し、前
   記カプセルが前記融剤を含有する特許請求の範囲
   第６項記載の方法。