JPH09182982A - レールのテルミット溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 応力集中による破壊からレール連結部を防止
することができるレールのテルミット溶接方法を提供す
る。 【解決手段】 分割構造を具備するレール溶接用鋳型１
０Ｂを用いてレール１１、１２の端部同士を融解して連
結するレールのテルミット溶接方法において、テルミッ
ト溶接の際に、予熱された足表部２８から腹部の下部の
範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ₄ を、レ
ール溶接用鋳型１０Ｂの余盛り形成凹部２１ｃの止端部
２９間の幅Ｗ₃ と同じ又はこの幅Ｗ₃ より１０ｍｍの範
囲で大きくし、余盛り形成凹部２１ｃの各止端部２９と
レール１１、１２の表面１１ａ、１２ａとの間に未融合
部３０が発生するのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレール突き合わせ溶
接部を応力集中による破壊から防止することができるレ
ールのテルミット溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レールのテルミット溶接について
は、例えば、特公昭５９−８４７７号公報に、レールの
テルミット溶接方法及び同方法に好適に用いることがで
きる鋳型が提示されている。この方法は、所定の隙間を
有して相対向して配置されたレールの端部をレール幅方
向に左右に分割された鋳型によって囲み、上部からテル
ミット法によって製造された溶融金属をキャビティ部内
に注入して、前記レール同士を接合するようにしたもの
である。また、特公昭６０−５４１４５号公報に、鋳型
の構成部材間の接触面に耐火性圧縮フェルト帯状体を設
ける方法が提示されており、鋳型キャビティ部内に注入
された溶接用の溶融金属が鋳型とレールとの接触面の隙
間より漏れ出ることのないように、密封状態にしてレー
ルを接合するようにしている。

【０００３】ところで、溶接すべきレールの一方が使用
中であり、他方は新品である場合には、両レールの天端
を合わせるために両レールの足の位置が合わなくなる。
従って、場合によっては、最大７ｍｍ程度の段差が生ず
る。この場合、前記した特公昭５９−８４７７号公報及
び特公昭６０−５４１４５号公報に示すように、二分割
型の鋳型を使用して溶接を行なったのでは、接合するレ
ールの上下面と鋳型の内側上下面との間に上下方向の隙
間ができる。また、レールにも小さな製造誤差もあり、
これによってもレールの外面と鋳型の内面との間に隙間
が生ずる。そして、この隙間は、溶融金属が漏出して鋳
張りを生じさせる原因となるので、モルタル又は粘土状
の耐火物の圧入や詰め込みにより、この発生を防止しよ
うとしてきたが、溶融金属の浸透する限界気孔径は３０
μｍといわれており、隙間をそれ以下にすることは困難
であった。その結果、鋳張りの発生がしばしば生じ、接
合部の疲労強度の低下を招くという問題があった。

【０００４】かかる問題を解決するため、本発明者ら
は、特開平５−２６１５９６号公報において、鋳型の底
部を分割した上で、レールを中心として対向して分割さ
れた鋳型をさらにレール方向にそれぞれ２分割して、即
ち、レール幅方向と長さ方向に４分割して上鋳型群を構
成し、分割した上鋳型群の少なくとも下部及び底鋳型に
線状突起部を設けたレール溶接用鋳型を提示した。この
レール溶接用鋳型１０の構成を図１１に示す。図示する
ように、レール溶接用鋳型１０は、対向するレール１
１、１２の接合部を囲む分割上鋳型群１３と、この分割
上鋳型群１３の底部に配置される下鋳型１４と、上部の
注湯口１５に装着されるキャップ１６とから構成され
る。そして、前記分割上鋳型群１３は、対向するレール
１１、１２の中心面と、該レール１１、１２の接合面と
によって４分割された上鋳型１７〜２０からなってい
る。前記上鋳型１７〜２０及び下鋳型１４の内側には、
装着されるレール１１、１２の接合部に溶融金属が注入
されるキャビティ部２１が設けられ、該キャビティ部２
１の内面には余盛り形成凹部２１ｃが設けられ、レール
１１、１２の接合部の補強を行なうことができるように
なっている。

【０００５】また、耐火物からなる上鋳型１７〜２０の
下部の前記余盛り形成凹部２１ｃの外側には線状突出部
２１ａが設けられ、しかも、その外側に開先２１ｂが設
けられている。そして、使用に際しては、該線状突出部
２１ａがレール１１、１２の腹部側面、足表面及び足先
部、さらに必要に応じてレール１１、１２の頭部顎下部
（頭部下面）に当接し、前記開先２１ｂに塑性材Ｆ（図
１４参照）を充填できるようになっている。そして、前
記上鋳型１７〜２０を組み合わせた場合、その両側中央
に空気孔２２、２３が形成され、該空気孔２２、２３の
底部は、内側のキャビティ部２１と細い連通孔２４、２
５（図１１、図１３参照）を介して接続され、注湯時に
キャビティ部２１の内部に溜まる空気が円滑に抜けるよ
うになっている。下鋳型１４は、同じく耐火物からなっ
て、図１０に示すように、表面中央に前記接合部に対応
して余盛り形成凹部２６を有し、その線状突出部２６ａ
は、さらに、その外側に開先２６ｂを備えている。そし
て、分割上鋳型群１３と下鋳型１４を組み立てた場合に
は、前記線状突出部２６ａがレール１１、１２の底部及
び上鋳型１７〜２０の底部に線接触によって当接してシ
ールを形成し、更には、前記開先２６ｂに塑性材Ｆを充
填することによって、前記線接触当接によるシールが上
鋳型１７〜２０の表面粗さなどによって不充分であって
も、外部に湯漏れを生じないようにバックアップしてい
る。

【０００６】かかる構成によって、分割上鋳型群１３が
レール１１、１２の中心面方向のみでなく、接合面方向
にも分割されているので、図１２に示すように隙間Ｇ₁
を開けて連設したレール１１、１２間にわずかな寸法差
があっても、高さ方向で調整して分割上鋳型群１３をレ
ール１１、１２に合わせることができ、溶融金属Ｍをキ
ャビティ部２１内に注入硬化した際、鋳張りが発生する
のを減少でき、鋳型の製造も容易になる。また、レール
溶接用鋳型１０のシール方法は、レール１１、１２或い
は隣合う分割上鋳型群１３と下鋳型１４間及び上鋳型１
７〜２０間の接合を線状突出部２１ａ、２６ａを介して
行い、更に、図１４に示すように、その外側に開先２１
ｂ、２６ｂを設けて組立後に塑性材Ｆを充填できるよう
にしたので、この面からも鋳張りが減少でき、これによ
って応力集中等の発生が少ないレール１１、１２の溶接
接合が可能となった。また、本出願人は、特開平６−３
１２６０９号公報において、上記したレール溶接用鋳型
１０において用いる塑性材Ｆとして加熱膨張する耐火目
地材を用い、上鋳型１７〜２０及び隙間発生部のシール
性を向上させることを提示した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようにして、レー
ル１１、１２と分割上鋳型群１３及び下鋳型１４間及び
上鋳型１７〜２０間の隙間に生ずる鋳張りの発生は防止
できるようになったが、上記したレール溶接用鋳型１０
は、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。即ち、
一般に、レール１１、１２のテルミット溶接部のレール
長手方向の縦断面内の溶融金属Ｍと母材であるレール１
１、１２の境界、即ち、溶融金属Ｍの溶け込み状態は、
図１２及び図１３に示すようになる。しかし、図１２に
示すように、レール１１、１２のレール断面表層部にお
ける溶融金属Ｍの溶け込み幅Ｗ₂ は、形状に左右される
のに対して、余盛り２７を形成するために上鋳型１７〜
２０の内面に設けた余盛り形成凹部２１ｃの両端にそれ
ぞれ設けた止端部２９間の幅Ｗ₁ は、鋳型の形状により
決まり、頭部から底部まで同一である。

【０００８】その結果、図１２及び図１４に示すレール
１１、１２の各断面での溶融金属Ｍの溶け込み幅Ｗ₂ と
余盛り形成凹部２１ｃの両止端部２９間の幅Ｗ₁ との間
に差が生ずる。この時、レール連結部の曲げ疲労時に応
力集中が生じると、図１２〜図１４に示すように、疲労
亀裂の発生点となりやすいレールの足表部２８では、溶
融金属の溶け込み幅Ｗ₂ よりも余盛形成凹部２１ｃの両
止端部２９間の幅Ｗ₁が大きいので、図１４に示すよう
に、余盛り形成凹部２１ｃの両止端部２９とレール１１
（１２）の表面１１ａ（１２ａ）との間に未融合部３０
が生じ、疲労亀裂の発生点となる可能性があり、これを
防止するために二次的加工あるいは早期補修が必要であ
った。

【０００９】このことは、図１５に示すように、線状突
出部２１ａや開先２１ｂが設けられていないレール溶接
用鋳型１０Ａにおいても同様であった。そこで、本発明
者らは、研究の結果、上記した余盛り形成凹部２１ｃの
止端部２９を余盛り２７の両端と略一致させたり、余盛
り形成凹部２１ｃの両止端部２９間の幅Ｗ₁ とレール１
１、１２の溶け込みの幅Ｗ₂ との関係を適切に選択すれ
ば、余盛り形成凹部２１ｃの止端部２９の疲労強度を高
めることができることを知見した。本発明は、このよう
な知見に基づいてなされたものであり、レール連結部の
曲げ疲労強度を高くし、レール連結部の信頼性を向上す
ることができるレールのテルミット溶接方法を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載のレールのテルミット溶接方法は、端部同士を対向
させた二つのレールの接合部を、その両側からレール溶
接用鋳型を構成する分割鋳型で囲むと共に組み立て、前
記レール溶接用鋳型内にキャビティ部を形成し、前記分
割鋳型及び前記レールの接合部を予熱した後、該キャビ
ティ部に溶融金属を流し込み、前記レールの端部同士を
融解して連結するレールのテルミット溶接方法におい
て、予熱された足表部から前記腹部の下部の範囲におけ
るレール断面表層部の溶け込み幅を、レール溶接用鋳型
の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１
０ｍｍの範囲で大きくし、前記余盛り形成凹部の前記各
止端部と前記レールの表面との間に未融合部が発生する
のを防止する。

【００１１】ここで、テルミット溶接の際に、予熱され
た足表部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層
部の溶け込み幅の最下限を、レール溶接用鋳型の余盛り
形成凹部の両止端部間の幅と同じとしたのは、前記溶け
込み幅を鋳型余盛り形成凹部の両止端部間の幅より少し
でも小さくすると、従来と同様に、余盛り形成凹部の両
端に形成される各止端部とレールの表面との間に未融合
部が生じ、疲労亀裂の発生点となるからである。一方、
レール断面表層部の溶け込み幅の最上限を余盛り形成凹
部の止端部間の幅より１０ｍｍとしたのは、溶融金属の
溶け込み幅が余盛り形成凹部の止端部間の幅より１０ｍ
ｍを越えると、レール表面と同一面上に位置する溶け込
み表層部が直接鋳型と接触するため、鋳型との焼き付き
や鋳型の粗さの影響を受け、応力集中の原因となる凹凸
が生ずるからである。請求項２記載のレールのテルミッ
ト溶接方法は、請求項１記載のレールのテルミット溶接
方法において、前記した分割鋳型及び前記レールの接合
部の予熱に先立って、予め、各レールの足表部から腹部
の下部の範囲のみを３００℃〜７００℃で加熱する。こ
のように、レール溶接用鋳型のレール足表部から腹部の
下部の範囲のみを３００〜７００℃の範囲で予熱するよ
うにしたのは、以下の理由による。

【００１２】レール断面表層部の溶け込み幅は、テルミ
ット反応により得られる反応熱の大きさ、即ち、反応に
関与する酸化鉄の酸化度及び酸化鉄とアルミニウムの混
合割合、量により制御できる。さらに、溶接前に行なう
レール端部やレール溶接用鋳型の予熱の大きさ、即ち、
使用される酸素、プロパンなどのガスの圧力、流量や予
熱の時間により制御できる。一般的には、溶剤の調整は
原材料の入手やレール断面の大きさにより制約を受ける
ことが多いため、溶け込み幅の制御は予熱条件の調整に
より行なうことが容易である。しかしながら、図１２を
参照して説明したように、溶け込み幅はレールの部位に
より異なり、従来、行なわれている予熱のみでは、この
差を制御することは困難である。そこで、鋳型を組み立
てた後に行なう従来の予熱に加え、溶け込み幅の小さい
レール足表部から腹部の下部の範囲のレール表面を予熱
し、溶け込み量を大きくすることにより、レール部位に
おける溶け込み量を制御することが可能となり、溶接に
より形成されるレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ₄ が余
盛り形成凹部の止端部間の幅Ｗ₃ と同じ又は１０ｍｍ大
きい範囲で溶け込みを確保できる（図１及び図３参
照）。

【００１３】ここで、前記したレールの予熱温度は３０
０〜７００℃の範囲とするのが好ましい。３００℃未満
の場合、局部加熱による溶け込み幅拡大の効果が小さ
く、一方、７００℃を越える場合は、レールの足裏部の
溶け込み幅拡大に影響し、足表部から足裏部の溶け込み
幅の均一化の効果が減ずると共に、高温のレールへの鋳
型装着作業が困難となるからである。なお、レールの足
先部及び端面に直接加熱炎を当てる場合も、前述したよ
うに予熱温度が７００℃を越える場合と同様に、レール
の足表部から足裏部の溶け込み幅の均一化の効果が減ず
る。請求項３記載のレールのテルミット溶接方法は、請
求項１記載のレールのテルミット溶接方法において、前
記した分割鋳型及び前記レールの接合部の予熱に先立っ
て、予め、各レールの足表部から腹部の下部の範囲にお
いて、前記二つのレールの止端部間の間隙を、他の部位
の間隙と比較して２〜１６ｍｍの範囲で広くなるように
切削する。

【００１４】ここで、レールの足表部から腹部の下部の
範囲におけるレール止端部間の間隙と他の部位の間隙と
の差異、即ち、レール足表部と腹下部の開先広げ代を２
〜１６ｍｍとしたのは以下の理由による。即ち、レール
足表部と腹下部の開先広げ代を２ｍｍより狭くした場合
は、局部加熱による溶け込み幅拡大の効果が小さく、レ
ール足表部と腹下部の開先広げ代を１６ｍｍより広くし
た場合は、レールの足裏部の溶け込み幅拡大に影響し、
足表部から足裏部の溶け込み幅の均一化の効果が減ずる
からである。

【００１５】

【作用】請求項１記載のレールのテルミット溶接方法に
おいては、レールを、その両側から分割鋳型で囲み、内
部にキャビティ部を有するレール溶接用鋳型を組み立て
た後、分割鋳型とレールの接合部を予熱する。次に、テ
ルミット法によって製造された溶融金属を注湯口からキ
ャビティ部内に注入する。これによって、溶融金属はキ
ャビティ部内に充填され、内部に溜まろうとする空気は
連通孔を通って空気孔に移動し外部に排出され、レール
の溶接による連結が完了する。この際、予熱された足表
部から腹部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶
け込み幅が、レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端
部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくな
るようにしているので、余盛り形成凹部の両端に形成さ
れている止端部とレールの表面との間に、疲労亀裂の発
生点となる未融合部が生じるのを防止できる。

【００１６】請求項２記載のレールのテルミット溶接方
法においては、まず、端部同士を対向させた二つのレー
ルの接合部を、テルミット溶接によって連結する前に、
レールの足表部から腹部の下部の範囲のみを３００〜７
００℃で予め加熱する。その後、加熱されたレールを、
その両側から分割鋳型で囲み、内部にキャビティ部を有
するレール溶接用鋳型を組み立て、組み立て後、分割鋳
型とレールの接合部を予熱する。次に、テルミット法に
よって製造された溶融金属を注湯口からキャビティ部内
に注入する。これによって、溶融金属はキャビティ部内
に充填され、内部に溜まろうとする空気は連通孔を通っ
て空気孔に移動し外部に排出され、レールの溶接による
連結が完了する。この際、レール溶接用鋳型のレールの
足表部から腹部の下部の範囲のみを３００〜７００℃で
予め加熱しているので、テルミット溶接により形成され
るレール断面表層部の溶け込み幅を、確実に、鋳型に設
けた余盛り形成凹部の両止端部間の幅と同じ又はこの溶
け込み幅より１０ｍｍの範囲で大きくできる。従って、
余盛り形成凹部の両端に形成されている止端部とレール
の表面との間に、疲労亀裂の発生点となる未融合部が生
じるのを防止できる。

【００１７】請求項３記載のレールのテルミット溶接方
法においては、まず、端部同士を対向させた二つのレー
ルの端部間の間隙を、レールの足表部から腹部の下部の
範囲において、他の部位の間隙と比較して２〜１６ｍｍ
の範囲で広くなるように切削する。その後、これらのレ
ールを、その両側から分割鋳型で囲み、内部にキャビテ
ィ部を有するレール溶接用鋳型を組み立て、組み立て
後、分割鋳型とレールの接合部を予熱する。次に、テル
ミット法によって製造された溶融金属を注湯口からキャ
ビティ部内に注入する。これによって、溶融金属はキャ
ビティ部内に充填され、内部に溜まろうとする空気は連
通孔を通って空気孔に移動し外部に排出され、レールの
溶接による連結が完了する。この際、レール溶接用鋳型
のレールの足表部から腹部の下部の範囲の二つのレール
端部間の間隙を他の部位より２〜１６ｍｍの範囲で広く
しているので、テルミット溶接により形成されるレール
断面表層部の溶け込み幅を、確実に、鋳型に設けた余盛
り形成凹部の両止端部間の幅と同じ又はこの溶け込み幅
より１０ｍｍの範囲で大きくできる。従って、余盛り形
成凹部の両端に形成されている止端部とレールの表面と
の間に、疲労亀裂の発生点となる未融合部が生じるのを
防止できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した一実施の形態につき説明し、本
発明の理解に供する。なお、本発明の一実施の形態に係
るレールのテルミット溶接方法に用いるレール溶接用鋳
型１０Ｂ、１０Ｃは、実質的に、鋳型に設けた余盛り形
成凹部の両止端部間の幅と、テルミット溶接により形成
されるレール断面表層部の溶け込み幅との相対関係を除
いて、図１１〜図１５を参照して説明した従来のレール
溶接用鋳型１０と全く同一構成なので、その詳細な構成
及び作用の説明は省略する。また、同一の構成は同一の
符号で示す。

【００１９】以下、図１〜図１０を参照して、本実施の
形態に係るレールのテルミット溶接方法について説明す
る。なお、図１は本発明の一実施の形態に係るレールの
テルミット溶接方法によって形成されたレール連結部の
断面図、図２は図１の矢視Ｉ−Ｉ線による断面図、図３
はレール断面表層部の溶け込み幅と鋳型に設けた余盛り
形成凹部の両止端部間の幅との関係を変えた場合のレー
ル連結部の断面図、図４は他の実施の形態に係るレール
連結部の要部断面図、図５は他の実施の形態に係るレー
ル連結部の断面図、図６及び図７は実験に用いたレール
の予熱部位を示す説明図、図８〜図１０は実験に用いた
レール溶接用鋳型の具体的構成を示す説明図である。

【００２０】本発明の一実施の形態に係るレールのテル
ミット溶接方法においては、図１に示すように、端部同
士を対向させた二つのレール１１、１２の接合部を、テ
ルミット溶接によって連結する前に、まず、レール１
１、１２の足表部２８から腹部の下部の範囲のみを３０
０〜７００℃で加熱する。その後、このようにして加熱
されたレール１１、１２を、その両側から分割上鋳型群
１３及び下鋳型１４で囲み、内部にキャビティ部２１を
有するレール溶接用鋳型１０Ｂを組み立てる。次に、組
み立てられたレール溶接用鋳型１０Ｂの分割上鋳型群１
３及び下鋳型１４の接合部を予熱し、予熱後、テルミッ
ト法によって製造された溶融金属Ｍを注湯口１５からキ
ャビティ部２１内に注入する（図１３参照）。これによ
って、溶融金属Ｍはキャビティ部２１内に充填され、内
部に溜まろうとする空気は連通孔２４、２５を通って空
気孔２２、２３に移動し外部に排出され、レール１１、
１２の溶接による連結が完了する。

【００２１】この際、レール１１、１２は、組み立て後
に行われるレール溶接用鋳型１０Ｂの分割上鋳型群１３
及び下鋳型１４の接合部の予熱の他に、レール溶接用鋳
型１０Ｂの組み立てに先立ってその足表部２８から腹部
の下部の範囲のみを３００〜７００℃で予め加熱されて
いるので、図１〜図３に示すように、テルミット溶接に
より形成されるレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ₄ を、
上鋳型１７〜２０に設けた余盛り形成凹部２１ｃの両止
端部２９間の幅Ｗ₃ と同じ又は１０ｍｍの範囲で大きく
できる。従って、余盛り形成凹部２１ｃの両端に形成さ
れる止端部２９とレール１１（１２）の表面１１ａ（１
２ａ）との間に、従来技術における疲労亀裂の発生点と
なる未融合部３０（図１４及び図１５参照）が生じるの
を防止でき、鋳張り等の欠陥のない余盛り２７の形状が
得られ、レール連結部における応力集中に対する疲労強
度を向上できる。

【００２２】ここで、図１はレール断面表層部の溶け込
み幅Ｗ₄ を、上鋳型１７〜２０に設けた余盛り形成凹部
２１ｃの止端部２９間の幅Ｗ₃ と同じとした場合であ
り、図３はレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ₄ を、上鋳
型１７〜２０に設けた余盛り形成凹部２１ｃの止端部２
９間の幅Ｗ₃ より最大限である１０ｍｍ大きくした場合
である。図４は、図２に示す線状突出部２１ａと開先２
１ｂを具備しないレール溶接用鋳型１０Ｃに係るもので
あり、この場合においても、テルミット溶接により形成
されるレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ₆ を、上鋳型１
７〜２０に設けた余盛り形成凹部２１ｃの止端部２９間
の幅Ｗ₅ と同じ又はこの止端部２９間の幅Ｗ₅ より１０
ｍｍの範囲で大きくできる。従って、図２に示すレール
溶接用鋳型１０Ｂと同様に、余盛り形成凹部２１ｃの両
端に形成される各止端部２９とレール１１（１２）の表
面１１ａ（１２ａ）との間に、疲労亀裂の発生点となる
未融合部が生じるのを防止でき、鋳張り等の欠陥のない
余盛り２７の形状が得られ、レール連結部における疲労
強度を向上できる。

【００２３】また、図５に他の実施の形態に係るレール
のテルミット溶接方法に用いるレール溶接用鋳型１０Ｄ
の構成を示す。なお、レール溶接用鋳型１０Ｄは、前記
したレール溶接用鋳型１０Ｂと構成が同じなので、同一
の構成要素は同一の符合で示す。本実施の形態に係るレ
ールのテルミット溶接方法は、分割上鋳型群１３及び下
鋳型１４とレール１１、１２の接合部の予熱に先立っ
て、予め、レール１１、１２の足表部２８から腹部の下
部の範囲において、二つのレール１１、１２の端部間の
間隙を、他の部位の間隙と比較して２〜１６ｍｍの範囲
で広くなるように切削することを特徴とする。このよう
な切削は、例えば、鋸、グラインダ、切削バイト、ガス
切断機等を用いて容易かつ迅速に行うことができる。従
って、溶接した際、図５に示すように、テルミット溶接
により形成されるレール断面表層部の溶け込み幅Ｗ
₈ を、上鋳型１７〜２０に設けた余盛り形成凹部２１ｃ
の止端部２９間の幅Ｗ₇ と同じ又はこの止端部２９間の
幅Ｗ₇ より１０ｍｍの範囲で大きくできる。

【００２４】

【実施例１】前述したレール溶接用鋳型１０Ｂについ
て、レール１１、１２の予熱条件を変えた場合の、レー
ル１１、１２の下部における引張曲げ疲労強度の変化及
び疲労亀裂発生点の状態について実験を行なったので、
その結果を表１に示す。なお、表１に示す（ａ）は、図
６におけるレール１１、１２の足表部２８から腹部下部
の被予熱部位を示し、表１に示す（ｂ）は、図７におけ
るレール１１、１２のレール足先部及びレール端面の被
予熱部位を示す。また、図８〜図１０に、本実施例で実
際に使用したレール溶接用鋳型１０Ｂの具体的構成を示
す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１から明らかなように、本発明に係るレ
ールのテルミット溶接方法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、レール１
１、１２の足表部２８から腹部下部を予熱しない比較方
法Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋや、足表部２８から腹部下部を予熱す
るが予熱温度を１０００℃した比較方法Ｌや、予熱温度
は５００℃とするがレール１１、１２の足先部及びレー
ル端面のみを予熱した比較方法Ｍと比較して、レールの
連結部の下部引張の曲げ疲労強度を向上することができ
ると共に、足表部、足裏部及び止端部における疲労亀裂
の発生を防止することができ、さらに、接合部への鋳張
りの発生も防止することができることが判明した。

【００２７】

【実施例２】前述したレール溶接用鋳型１０Ｄについ
て、レール１１、１２の足表部２８から腹部の下部の範
囲におけるレール端部間の間隙と他の部位の間隙との差
異、即ち、レール１１、１２の足表部２８と腹下部の開
先広げ代を変えた場合のレール１１、１２の連結部の下
部引張の曲げ疲労強度の変化及び疲労亀裂発生点の状態
について実験を行なったので、その結果を表２に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から明らかなように、レール足表部と
腹下部の開先広げ代を２〜１６ｍｍの範囲とした本発明
に係るレールのテルミット溶接方法Ｅ、Ｆ、Ｇは、レー
ル足表部と腹下部の開先広げ代をそれぞれ１ｍｍと２０
ｍｍとした比較方法Ｎ、Ｏと比較して、レールの連結部
の下部引張の曲げ疲労強度を向上することができると共
に、足表部、足裏部及び止端部における疲労亀裂の発生
を防止することができ、さらに、鋳張りの発生も防止す
ることができることが判明した。

【００３０】

【発明の効果】請求項１〜３記載のレールのテルミット
溶接方法においては、端部同士を対向させた二つのレー
ルの接合部を、その両側からレール溶接用鋳型を構成す
る分割鋳型で囲むと共に組み立て、レール溶接用鋳型内
にキャビティ部を形成し、分割鋳型及び前記レールの接
合部を予熱した後、キャビティ部に溶融金属を流し込
み、レールの端部同士を融解して連結するレールのテル
ミット溶接方法において、予熱された前記足表部から腹
部の下部の範囲におけるレール断面表層部の溶け込み幅
を、レール溶接用鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅
と同じ又は該幅より１０ｍｍの範囲で大きくしている。
従って、余盛り形成凹部の各止端部とレールの表面との
間に未融合部が発生するのを防止することができ、欠陥
のない余盛りの形状が得られ、レール連結部における疲
労強度を向上できる。

【００３１】特に、請求項２記載のレールのテルミット
溶接方法においては、分割鋳型及び前記レールの接合部
の予熱に先立って、予め、各レールの足表部から腹部の
下部の範囲のみを３００℃〜７００℃で加熱するように
しているので、その後のテルミット溶接において、確実
に、予熱された前記足表部から腹部の下部の範囲におけ
るレール断面表層部の溶け込み幅を、レール溶接用鋳型
の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１
０ｍｍの範囲で大きくすることができる。しかも、単に
各レールの足表部から腹部の下部の範囲のみを３００℃
〜７００℃で予め加熱するだけでよいので、欠陥のない
余盛りの形状が得られ、レール連結部における疲労強度
を向上できるといった効果を容易かつ安価に得ることが
できる。

【００３２】請求項３記載のレールのテルミット溶接方
法においては、分割鋳型及びレールの接合部の予熱に先
立って、予め、各レールの足表部から腹部の下部の範囲
において、二つのレールの止端部間の間隙を、他の部位
の間隙と比較して２〜１６ｍｍの範囲で広くなるように
切削しているので、その後のテルミット溶接において、
確実に、予熱された前記足表部から腹部の下部の範囲に
おけるレール断面表層部の溶け込み幅を、レール溶接用
鋳型の余盛り形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅よ
り１０ｍｍの範囲で大きくすることができ、欠陥のない
余盛りの形状が得られ、レール連結部における疲労強度
を向上できるといった効果を容易かつ安価に得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るレールのテルミッ
ト溶接方法によって形成されたレール連結部の縦断面図
である。

【図２】図１の矢視Ｉ−Ｉ線による断面図である。

【図３】レール断面表層部の溶け込み幅と鋳型に設けた
余盛り形成凹部の止端部間の幅との関係を説明するレー
ル連結部の断面図である。

【図４】レール溶接用鋳型の断面図である。

【図５】他の実施の形態に係るレール連結部の断面図で
ある。

【図６】実験に用いたレールの予熱部位を示す説明図で
ある。

【図７】実験に用いたレールの予熱部位を示す説明図で
ある。

【図８】実験に用いたレール溶接用鋳型の具体的構成を
示す説明図である。

【図９】実験に用いたレール溶接用鋳型の具体的構成を
示す説明図である。

【図１０】実験に用いたレール溶接用鋳型の具体的構成
を示す説明図である。

【図１１】従来のレールのテルミット溶接方法に用いる
レール溶接用鋳型の分解斜視図である。

【図１２】同方法によって形成されるレール連結部の縦
断面図である。

【図１３】同方法によって形成されるレール連結部の横
断面図である。

【図１４】図１２の矢視II−II線による断面図である。

【図１５】図１２の矢視II−II線による他の断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｆ 塑性材 Ｇ₁ 隙間 Ｍ 溶融金属 Ｗ₃ 余盛り形成凹部の止端部間の幅 Ｗ₄ レール断面表層部の溶け込み幅 Ｗ₅ 余盛り形成凹部の止端部間の幅 Ｗ₆ レール断面表層部の溶け込み幅 Ｗ₇ 余盛り形成凹部の止端部間の幅 Ｗ₈ レール断面表層部の溶け込み幅 １０Ｂ レール溶接用鋳型 １０Ｃ レール
溶接用鋳型 １０Ｄ レール溶接用鋳型 １１ レール １１ａ 表面 １２ レール １２ａ 表面 １３ 分割上鋳
型群 １４ 下鋳型 １５ 注湯口 １６ キャップ １７ 上鋳型 １８ 上鋳型 １９ 上鋳型 ２０ 上鋳型 ２１ キャビテ
ィ部 ２１ａ 線状突出部 ２１ｂ 開先 ２１ｃ 余盛り形成凹部 ２２ 空気孔 ２３ 空気孔 ２４ 連通孔 ２５ 連通孔 ２６ 余盛り形
成凹部 ２６ａ 線状突出部 ２６ｂ 開先 ２７ 余盛り ２８ 足表部 ２９ 止端部 ３０ 未融合部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部同士を対向させた二つのレールの接
   合部を、その両側からレール溶接用鋳型を構成する分割
   鋳型で囲むと共に組み立て、前記レール溶接用鋳型内に
   キャビティ部を形成し、前記分割鋳型及び前記レールの
   接合部を予熱した後、該キャビティ部に溶融金属を流し
   込み、前記レールの端部同士を融解して連結するレール
   のテルミット溶接方法において、 予熱された足表部から腹部の下部の範囲におけるレール
   断面表層部の溶け込み幅を、レール溶接用鋳型の余盛り
   形成凹部の止端部間の幅と同じ又は該幅より１０ｍｍの
   範囲で大きくし、前記余盛り形成凹部の前記各止端部と
   前記レールの表面との間に未融合部が発生するのを防止
   することができるようにしたことを特徴とするレールの
   テルミット溶接方法。
2. 【請求項２】 前記した分割鋳型及び前記レールの接合
   部の予熱に先立って、予め、各レールの足表部から腹部
   の下部の範囲のみを３００℃〜７００℃で加熱すること
   を特徴とする請求項１記載のレールのテルミット溶接方
   法。
3. 【請求項３】 前記した分割鋳型及び前記レールの接合
   部の予熱に先立って、予め、各レールの足表部から腹部
   の下部の範囲において、前記二つのレールの端部間の間
   隙を、他の部位の間隙と比較して２〜１６ｍｍの範囲で
   広くなるように切削したことを特徴とする請求項１記載
   のレールのテルミット溶接方法。