レール溶接の種類及び説明
レールの溶接としては主にガス圧接、フラッシュ溶接、テルミット(ゴールドサミット)溶接、エンクローズアーク溶接が一般に普及しています。
ガス圧接 レールとレールを密着させ加圧をし、火で密着箇所を炙り、接合する方法です。
フラッシュ溶接 レールとレールに電流を流して火花を発生させてレールが十分に溶融した時点で加圧し接合する方法です。
テルミット溶接 レールとレールに所定の隙間を設けて、その隙間の上に簡易的な溶鉱炉を設置し溶鉱炉から隙間に金属を流し込む方法です。
エンクローズアーク溶接 レールとレールに所定の隙間を設けて、被覆アーク溶接棒による手溶接を行う方法です。
当社ではガス圧接、テルミット(ゴールドサミット)溶接、エンクローズアーク溶接を行っています。
ガス圧接
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(新幹線、在来線)
ガス圧接の原理は、溶接するレールを突き合せ軸方向に圧縮圧力を加えて、突き合せ部を酸素アセチレン炎で加熱して接合する方法です。日本の鉄道でこのガス圧接法でレール溶接が採用されたのは昭和30年からで、接合部の強度に対する信頼性は極めて高いです。開発当初の溶接機は大型で定置式の圧接装置(約3t)で基地などに限られていましたが、現在では小型で軽量化された可般式トリマー付ガス圧接機が開発されて現場にも利用されています。
テルミット(ゴールドサミット)溶接
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(在来線)
テルミット溶接は、鱗片状に破砕し精整した酸化鉄とアルミニウム粉末の混剤による酸化発熱(アルミニウムによる還元反応)により約3100℃ の溶融材が得られて、これを利用して鉄鋼を接合する方法です。
溶材をルツボ(簡易式溶鉱炉)に充填して点火すると、数秒で巨大な発熱現象を起し、反応生成物は比重差により分離され、溶鋼は下に、スラグは上に浮きあがります。この時溶鋼をルツボの底からレールとレールの隙間にセットした鋳型内に注入して溶接をします。
テルミット溶接方法の特徴は
溶接作業が単純であり人的要素が少ないこと。溶接に軸方向の加圧・圧縮を必要としないこと。溶接器具が簡単軽最で現場作業が容易であること。溶接端面はガス切断のままで端面整正する必要がないこと。エンクローズアーク溶接に比べて溶接所要時間が短いこと。などから現地溶接に適した溶接方法です。
当社ではテルミット溶接の中でも昭和54年にドイツから導入しているゴールドサミット溶接を採用しています。この方法は、原理的にはテルミット溶接と同様ですが、溶接部のふくらみ部の除去に押抜きせん断機を導入したこと。溶鋼の鋳製への出鋼方式を熱感応式のオートタップを使用していること。予熱時間が短時間であること。後熱処理が不用であることなどにより、時間の短い保守間合い(終電~始発)でも十分活線作業が実施できるようになりました。
しかしながら鋳物である為特に振動に弱く、作業現場の場所によっては溶接出来ない時もあります。
エンクローズアーク溶接
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(新幹線、在来線、クレーンレール)
東海道新幹線建設時に開発された工法で、レール腹部および頭部の溶接時に接合部を水冷銅当金で囲むことからエンクローズアーク溶接と呼ばれています。この溶接工法は現地溶接を目的としたアーク溶接法です。溶接の原理は、被覆溶接棒とレールを電極として、その間に高電流(標準130~250アンペア)により電気アークを発生させ、その熱によって溶接棒が融けて母材の一部とともに溶接金属を形成して溶接をします。
エンクローズアーク溶接の特徴は
溶接に軸方向の加圧・圧縮を必要としないこと。テルミット溶接では作業できない場所もできることが挙げられます。しかし、人的要素(溶接に非常に高い技量を求められる)が大きい。溶接機が重い。溶接端面にガス切断を用いることができない。溶接に必要とする時間が多いといった欠点もあります。
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