WO2018020872A1 - 後熱処理装置及び後熱処理方法 - Google Patents

後熱処理装置及び後熱処理方法 Download PDF

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健治 杉山
信彦 松本
龍太 原田
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第一高周波工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a post heat treatment apparatus and a post heat treatment method, and more particularly, to a post heat treatment apparatus and a post heat treatment method for automatically detecting a welded portion of a rail connected by welding and removing the residual stress of the welded portion by heating again.
  • the rail R includes a head r ⁇ b> 1 where contact with a wheel occurs, a leg r ⁇ b> 2 that contacts a sleeper, and a column part r ⁇ b> 3 that connects the head r ⁇ b> 1 and the leg r ⁇ b> 2.
  • fatigue cracks may occur in the horizontal direction starting from the column portion r3 of the rail or the column portion r3 due to repeated passage of vehicles including a heavy load freight vehicle.
  • the fatigue crack is affected by a strong tensile residual stress in the vertical direction (circumferential direction) generated in the column portion r3 in the welded portion W. This tensile residual stress is caused by a temperature gradient between the welded portion W and its periphery during welding.
  • Patent Document 1 discloses an induction heating coil that is disposed at a predetermined distance (20 mm or more and 300 mm or less) in the length direction from the rail welding center and that heats the entire circumference of the rail.
  • a post heat treatment apparatus is disclosed. According to this apparatus, the residual stress existing in the welded portion can be effectively reduced by heating at a high heating rate using the electromagnetic induction coil. Further, since the induction heating coil heats the entire circumference of the rail, an increase in residual stress in the rail length direction can be suppressed.
  • the present invention has been made paying attention to the above points, and in a post-heat treatment apparatus that performs post-heat treatment on the welded portion of the rail, the welded portion is automatically detected and heat treatment is performed at an appropriate position on the rail.
  • An object of the present invention is to provide a post-heat treatment apparatus and a post-heat treatment method capable of performing heat treatment.
  • a post-heat treatment apparatus is a post-heat treatment apparatus that performs post-heat treatment of a welded rail, and the surface of the rail is formed at a predetermined pitch along the longitudinal direction of the rail.
  • a displacement detection means for detecting a displacement, and a displacement detected by the displacement detection means at a predetermined pitch is determined as a start point of a weld when a predetermined threshold value is continuously exceeded a predetermined number of times, and the predetermined threshold value is set to a predetermined value.
  • control means for determining the end point of the welded portion when the number of times falls continuously, and heating means for performing heat treatment based on the position of the welded portion detected by the control means. It is desirable that the displacement detection means detect the displacement by irradiating the rail surface with laser light and receiving the reflected light.
  • welding is performed when the displacement measured at a predetermined pitch along the length of the rail continuously exceeds a threshold value a predetermined number of times with respect to a rail welded portion that has been made into a long rail by welding. It is determined as the start point of the welded portion, and when it is below the threshold value a predetermined number of times, it is determined as the end point of the welded portion.
  • the center position of a welding part can be detected automatically and the suitable arrangement
  • a stable quality rail can be obtained after post-heat treatment.
  • the threshold value when the threshold value is exceeded a predetermined number of times, it is determined as the starting point of the welded portion, so that a narrow foreign object such as spatter is not erroneously detected. It is possible to detect with high accuracy even for the welded part.
  • a post-heat treatment method is a post-heat treatment method for performing post-heat treatment on a welded rail, and the rail is provided at predetermined pitches along the longitudinal direction of the rail.
  • a step of detecting a displacement of the surface a step of detecting the point as a starting point of a weld when the displacement detected at each predetermined pitch exceeds a predetermined threshold value a predetermined number of times, and at each predetermined pitch When the detected displacement is below the predetermined threshold continuously for a predetermined number of times, the step of detecting the point as the end point of the welded part, and the step of performing the heat treatment based on the detected position of the welded part, Including.
  • the step of detecting the displacement of the rail surface at a predetermined pitch along the longitudinal direction of the rail it is desirable to detect the displacement by irradiating the rail surface with laser light and receiving the reflected light. .
  • welding is performed when the displacement measured at a predetermined pitch along the length of the rail exceeds the threshold value a predetermined number of times continuously with respect to the welded portion of the rail that has been made a long rail by welding. It is determined as the start point of the welded portion, and when it is below the threshold value a predetermined number of times, it is determined as the end point of the welded portion.
  • the center position of a welding part can be detected automatically and the suitable arrangement
  • a stable quality rail can be obtained after post-heat treatment.
  • the threshold value when the threshold value is exceeded a predetermined number of times, it is determined as the starting point of the welded portion, so that a narrow foreign object such as spatter is not erroneously detected. It is possible to detect with high accuracy even for the welded part.
  • a post heat treatment apparatus and a post heat treatment method capable of automatically detecting a weld and performing heat treatment at an appropriate position of the rail in a post heat treatment apparatus for performing post heat treatment on the rail weld. can do.
  • FIG. 1 is a plan view of a post heat treatment apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the post heat treatment apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the post-heat treatment apparatus of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the first coil member and the second coil member in a separated state.
  • FIG. 5 is a perspective view of a state in which the first coil member and the second coil member are joined.
  • FIG. 6 is a flow showing a series of operations of the post-heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIGS. 7A to 7C are state transition diagrams showing the operation of the laser displacement meter for detecting the welded portion.
  • FIG. 8 is a side view schematically showing a laser displacement meter and a rail for explaining an operation of detecting a start point and an end point of a welded portion.
  • FIGS. 9A to 9D are state transition diagrams for explaining the clamping operation for the first coil member and the second coil member for surrounding the periphery of the rail.
  • FIG. 10 is a perspective view of rails connected by welding.
  • the post-heat treatment apparatus and post-heat treatment method according to the present invention automatically detects the welded portion of the rail connected by welding, and further performs heat treatment, thereby remaining in the rail welded portion. This is for removing the residual tensile stress.
  • FIG. 1 is a plan view of a post heat treatment apparatus of the present invention.
  • 2 is a side view of the post heat treatment apparatus of FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the illustrated post-heat treatment apparatus 1 includes a first base 15 on which a rail R (target to be heat-treated) connected by welding is disposed above, and the rail R on the first base 15 (in the Y direction). And a pair of guide rails 2 laid.
  • the post-heat treatment apparatus 1 includes a second base 3 that is supported by a slider 2 a that can move along the guide rail 2 and that is long in a direction orthogonal to the guide rail 2 (X direction).
  • the second base 3 is movable along the longitudinal direction (Y direction) of the guide rail 2 by the slider 2a.
  • the guide rail 2 includes, for example, a ball screw and a stepping motor that rotates the ball screw around its axis, and the slider 2a is moved by the rotation of the ball screw.
  • the same configuration can be adopted for other guide rails and sliders that move along the guide rails.
  • a pair of guide rails 4 and a pair of guard rails 5 are laid on the second base 3 on the left and right sides of the rail R in the direction orthogonal to the rail R (X direction), respectively.
  • a box-shaped support base 6 is slidably provided via a slider 4a.
  • a third base 7 is disposed on the support base 6, and a matching transformer device 8 (high-frequency current transformer) is supplied with a high-frequency current from a high-frequency inverter device (not shown) on the third base 7. Is arranged.
  • One side surface (on the rail R side) of the matching transformer device 8 is provided with a support plate 22 having a conductive wire connected to its output terminal, and a plurality of coil supports which are a support plate 22 and a plate-like support member.
  • the first coil member 10 ⁇ / b> A is supported by 9.
  • the coil support 9 is made of a lightweight and high strength material such as FRP.
  • the first coil member 10A Since the first coil member 10A is supported on one side of the matching transformer device 8 as described above, the first coil member 10A can move in the X direction along the guide rail 4 together with the matching transformer device 8, and can move forward and backward with respect to the rail R.
  • the first coil member 10 ⁇ / b> A has one shape obtained by dividing the cross-sectional similarity of the rail R into two parts (in this embodiment, it is not symmetrical), and is close to the rail R. The periphery of one side can be covered with a predetermined interval.
  • the matching transformer device 8 and the first coil member 10 ⁇ / b> A are electrically connected via a conductive wire provided in the support plate 22.
  • a dog shaft 20 and a sensor 21 are provided on the third base 7 to detect an appropriate proximity position when the first coil member 10 ⁇ / b> A approaches the rail R. Yes.
  • the dog shaft 20 is provided so as to protrude to the rail R side, and the sensor 21 detects the operation when its tip abuts against the rail R. Further, the position of the first coil member 10A when the sensor 21 is operated is the appropriate position.
  • a rectangular plate-like fourth base 11 is horizontally arranged on the guide rail 5 via a slider 5a, and is slidable in the X direction.
  • a bracket 12 extending in the vertical direction is provided on the fourth base 11, and the vertical surface 12a of the bracket 12 is directed to the rail R side as shown in FIGS. ing.
  • Dog shafts 13 projecting to the rail R side are attached to four locations on the vertical surface 12a in the vertical and horizontal directions.
  • a clamp attachment plate 14 is supported on the tip side of these four dog shafts 13. The clamp mounting plate 14 is held in a state where the one surface 14a is directed perpendicular to the rail R. The distance between the vertical surface 12 a of the bracket 12 and the clamp mounting plate 14 is appropriately set by the four dog shafts 13.
  • hydraulic clamping devices 16 and 17 are provided at the upper and lower portions, respectively.
  • the hydraulic clamping devices 16 and 17 have clamp arms 18 and 19, respectively, which can be rotated by link mechanisms 18a and 19a.
  • a plurality of coil supports 32 made of, for example, FRP are attached to the central portion of the surface 14a of the clamp attachment plate 14, and the second coil member 10B is supported by the coil supports 32.
  • the second coil member 10 ⁇ / b> B can move in the X direction along the guide rail 4, and can advance and retreat with respect to the rail R.
  • the second coil member 10B has a shape similar to the cross-section of the rail R by being coupled to the first coil member 10A, and the two coil members 10B are connected to each other as shown in FIG.
  • the surrounding area can be completely covered with the interval of
  • a sensor 23 is attached to the bracket 12, and when the second coil member 10B comes close to the rail R and contacts the first coil member 10A, this is detected.
  • the position of the second coil member 10B when the sensor 23 performs the detection operation is set to an appropriate position.
  • a spring 24 is provided between the bracket 12 and the clamp mounting plate 14. For this reason, the second coil member 10B absorbs an impact when it comes into contact with the first coil member 10A.
  • a guide rail 31 extending in the X direction via a bracket 30 is provided on the first base 3, and a laser is placed on a slider 31 a that slides along the guide rail 31.
  • An arm 33 for holding a displacement meter 35 (displacement detection means) is provided.
  • the laser light emitted by the laser displacement meter 35 is directed vertically downward, and the displacement can be measured by receiving the reflected wave.
  • the laser displacement meter 35 can be moved in the Y direction by the guide rail 2, and can be moved in the X direction by the guide rail 31. Therefore, the laser displacement meter 35 can see the height displacement of the surface of the rail R across the rail R at any position in the length direction of the rail R.
  • FIGS. 4 is a perspective view of the first coil member and the second coil member in a separated state
  • FIG. 5 is a perspective view of a state in which the first coil member 10A and the second coil member 10B are joined.
  • the first coil member 10A and the second coil member 10B are joined to form, for example, four one-turn induction heating coils 10a, 10b, 10c, and 10d (heating means).
  • coil members 10a1, 10a2, 10b1, 10b2, 10c1, 10c2, 10d1, and 10d2 each made of a divided copper tube are provided.
  • the upper ends of the coil members 10a1, 10b1, 10c1, 10d1 are fixed to a single square bar-like stay 25 for holding them in an aligned state, and the lower ends are in a state in which they are aligned. It is fixed to one square bar-like stay 26 for holding. Further, through holes 25 a are formed at both ends of the stay 25, and through holes 26 a are formed at both ends of the stay 26.
  • the upper ends of the coil members 10a2, 10b2, 10c2, 10d2 are fixed to a single rectangular bar-like stay 27 for holding them in alignment, and the lower ends are held in alignment with each other. It is fixed to a single square bar-like stay 28. Further, positioning pins 27 a are provided at both ends of the stay 27, and positioning pins 28 a are provided at both ends of the stay 28.
  • the upper ends of the coil members 10a1, 10b1, 10c1, and 10d1 on the first coil member 10A side are in contact with the upper ends of the coil members 10a2, 10b2, 10c2, and 10d2 on the second coil member 10B side, respectively.
  • the lower ends of the coil members 10a1, 10b1, 10c1, 10d1 on the first coil member 10A side are in contact with the lower ends of the coil members 10a2, 10b2, 10c2, 10d2 on the second coil member 10B side, respectively.
  • the positioning pins 27a at both ends of the stay 27 are inserted into the through holes 25a at both ends of the stay 25 on the coil upper end side, and the positioning pins 28a at both ends of the stay 28 are inserted into the through holes 26a at both ends of the stay 26 on the coil lower end side.
  • the hydraulic clamp devices 16 and 17 are operated, and the clamp arm 18 presses the stay 25 toward the stay 27 side.
  • the stay 26 is pressed against the stay 28 side.
  • a silver plate member 29 is provided at the joint between the first coil member 10A and the second coil member 10B in order to ensure electrical connection.
  • the silver plate member 29 is desirably provided so as to be replaceable in order to improve maintainability.
  • the first coil member 10A and the second coil member 10B combined as described above form the four induction heating coils 10a, 10b, 10c, and 10d as described above. These heat the entire circumference of the rail R at a predetermined position by supplying a high-frequency current.
  • the induction heating coils 10a, 10b, 10c, and 10d are disposed two on each side of the rail R with the welding center interposed therebetween, spaced apart from the welding center by a predetermined distance in the length direction. It will be.
  • the post-heat treatment apparatus 1 includes a control unit 50 (control means) including a computer that detects the position of the rail welded portion W based on the detection result of the laser displacement meter 35 and performs overall operation control.
  • the control unit 50 has, for example, an operation panel (such as a touch panel having an information display function) that can be operated by an operator, and can perform input setting of a threshold value of the bead height used for detection of the welded portion W. It is configured.
  • the control unit 50 detects that the rail R is placed by a sensor (not shown) (step S1 in FIG. 6).
  • the control unit 50 controls the slider 31a to move on the guide rail 31 toward the rail R (in the X direction) as shown in FIG. 7A in order to detect the welded portion W of the rail R.
  • the laser from the laser displacement meter 35 is stopped at a position where it hits the top surface of the rail R, for example (step S2 in FIG. 6).
  • the top surface of the rail R is irradiated with laser light, but any position other than the rail bottom surface may be used.
  • the control unit 50 moves the slider 2a along the guide rail 2 at a predetermined speed. That is, as shown in FIG. 7B, the laser displacement meter 35 is controlled to move along the rail R in a state where the laser beam is applied to the top surface of the rail R (step S3 in FIG. 6).
  • the control unit 50 can adjust the bead height as schematically shown in FIG.
  • the previous measurement point is detected as the start point of the welded portion W (step S4 in FIG. 6).
  • the previous measurement point is detected as the end of the weld W, as shown in FIG.
  • the center of the start point and the end point is recognized as the welding center, and positioning in the rail length direction is performed (step S5 in FIG. 6).
  • the control unit 50 first starts moving the first coil member 10A to the rail side from the state of FIG. As shown in FIG. 9B, when the dog shaft 20 comes into contact with the rail R, the sensor 21 is activated, and the movement of the first coil member 10A is stopped (step S6 in FIG. 6).
  • control unit 50 starts moving the second coil member 10B to the rail R side, the second coil member 10B comes into contact with the first coil member 10A, and the positioning pin 27a of the stay 27 is inserted into the through hole 25a of the stay 25.
  • the sensor 23 is activated and the movement of the second coil member 10B is stopped (step S7 in FIG. 6).
  • the hydraulic clamp device 16 is operated, the clamp arm 18 is rotated by the link mechanism 18a, and the stay 25 side having the through hole 25a is pressed against the stay 27 side by the arm tip. (Clamp). Further, the hydraulic clamp device 17 is operated, the clamp arm 19 is rotated by the link mechanism 19a, and the stay 26 side having the through hole 26a is pressed (clamped) against the stay 28 side by the arm tip.
  • the first coil member 10A and the second coil member 10B are firmly coupled, and the induction heating coils 10a, 10b, 10c, and 10d that cover the entire circumference of the rail R at predetermined positions. Is formed (step S8 in FIG. 6).
  • two induction heating coils 10a, 10b, 10c, and 10d are provided on both sides of the center of the welded portion W of the rail R, and a predetermined distance (for example, 20 mm to 300 mm) from the welding center in the length direction. And the following). That is, the residual stress existing in the welded portion can be effectively reduced by heating at a high heating rate using the electromagnetic induction coil from a position separated from the welding center by a predetermined distance. In addition, since the induction heating coils 10a, 10b, 1c, and 10d heat the entire circumference of the rail R, an increase in residual stress in the length direction of the rail R can be suppressed.
  • a high-frequency current is supplied from a high-frequency inverter device (not shown) to the matching transformer device 8, and the current transformed in the matching transformer device 8 is supplied to the induction heating coils 10a, 10b, 10c, and 10d.
  • part of the rail R is induction-heated (step S9 of FIG. 6).
  • step S10 in FIG. 6 the control unit 50 drives the hydraulic clamp devices 16 and 17 to rotate the clamp arms 18 and 19 to release the clamp (step S11 in FIG. 6). Then, the first coil member 10A and the second coil member 10B are retracted and separated from each other, and the operation is completed (step S12 in FIG. 6).
  • laser welding is performed from the laser displacement meter 35 along the length direction of the rail R to the welded portion W of the rail R that has been made into a long rail by welding, and is performed in a predetermined manner.
  • the displacement measured at the pitch exceeds the threshold value continuously for a predetermined number of times (for example, 5 times)
  • the center position of the welding part W can be detected automatically, and the suitable arrangement
  • the threshold value is continuously exceeded a predetermined number of times (for example, 5 times), it is determined as the start point of the welded portion W, so that a narrow foreign matter such as spatter is not erroneously detected, and laser light is used. By detecting the displacement, it is possible to detect the welding portion W having a low height with high accuracy.
  • the present invention is not limited to this example.
  • the present invention can also be applied to a case where a plurality of welded portions of the rails connected to each other are continuously detected and post-heat treated.
  • the laser displacement meter 35 is used as the displacement detection means.
  • the present invention is not limited to displacement detection using a laser, and can be realized by using other elements such as ultrasonic waves. it can.

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Abstract

レールの溶接部に後熱処理を行う後熱処理装置において、溶接部を自動的に検出し加熱処理を行うことのできる後熱処理装置及び後熱処理方法を提供する。レールＲの長手方向に沿って所定ピッチ毎に該レール表面の変位を検出する変位検出手段３５と、前記変位検出手段が所定ピッチ毎に検出した変位が、所定の閾値を所定回数連続して越える場合に溶接部の開始地点と判断し、前記所定の閾値を所定回数連続して下回る場合に溶接部の終了地点と判断する制御手段２と、前記制御手段により検出された溶接部の位置に基づき加熱処理を行う加熱手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、を備える。

Description

後熱処理装置及び後熱処理方法
　本発明は、後熱処理装置及び後熱処理方法に関し、特に溶接により繋いだレールの溶接部を自動検出し、再度加熱することにより該溶接部の残留応力を除去する後熱処理装置及び後熱処理方法に関する。
　騒音、振動等の発生の低減、或いは保守コストを低減するため、レール継ぎ目を溶接してロングレールとする技術が一般化されている。
　図１０に基づき説明すると、少なくとも２本のレールＲ１、Ｒ２が、その端面間で溶接され、溶接部Ｗを有するレールＲとなる。図１０に示すようにレールＲは、車輪との接触が生じる頭部ｒ１、枕木と接する脚部ｒ２、頭部ｒ１と脚部ｒ２とを連結する柱部ｒ３を有する。
　溶接部Ｗにおいては、重荷重である貨物車両を始めとした車両の繰り返しの通過によりレールの柱部ｒ３中に、又は柱部ｒ３を起点として水平方向に疲労亀裂が発生する場合がある。この疲労亀裂は、溶接部Ｗにおいて柱部ｒ３に生じる鉛直方向（周方向）の強い引張残留応力が影響する。この引張残留応力は、溶接の際の溶接部Ｗとその周辺との温度勾配により生じるものである。
　このような残留応力を低減するため、特許文献１には、レールの溶接中心から長さ方向に所定距離（２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下）離間して配置され、レールの全周を加熱する誘導加熱コイルを備える後熱処理装置が開示されている。
　この装置によれば、電磁誘導コイルを用いた速い加熱速度の加熱により溶接部に存在する残留応力を効果的に低減することができる。
　また、誘導加熱コイルがレールの全周を加熱するため、レールの長さ方向の残留応力の増加を抑制することができる。
特許第５４７７４５３号公報
　ところで、特許文献１に開示された方法によりレール溶接部に対し後熱処理を施す場合、従来は作業員が溶接部Ｗを目視により確認し、溶接部中心に基づいて所定位置に誘導加熱コイルを配置し加熱作業を行っていた。
　しかしながら、レール溶接部Ｗの確認作業が前記のように目視など人的作業である場合には、経験を積んだ作業員でなければ適切な位置からのずれが生じる虞があり、後熱処理後の品質が安定しないという課題があった。
　即ち、後熱処理後に安定した品質のレールを効率的に得るには、レール溶接部を自動的に検出し、溶接部中心を基準とする所定位置において自動的に誘電加熱コイルを配置し、加熱処理することが望ましい。
　しかしながら、特許文献１に開示された装置にあっては、溶接部を自動的に検出し後熱処理する方法については開示されていなかった。
　本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、レールの溶接部に後熱処理を行う後熱処理装置において、溶接部を自動的に検出しレールの適切な位置で加熱処理を行うことのできる後熱処理装置及び後熱処理方法を提供することを目的とする。
　前記した課題を解決するために、本発明に係る後熱処理装置は、溶接されたレールの後熱処理を行う後熱処理装置であって、前記レールの長手方向に沿って所定ピッチ毎に該レール表面の変位を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段が所定ピッチ毎に検出した変位が、所定の閾値を所定回数連続して越える場合に溶接部の開始地点と判断し、前記所定の閾値を所定回数連続して下回る場合に溶接部の終了地点と判断する制御手段と、前記制御手段により検出された溶接部の位置に基づき加熱処理を行う加熱手段と、を備えることに特徴を有する。
　尚、前記変位検出手段は、レーザ光を前記レール表面に照射し、その反射光を受光することにより変位検出を行うことが望ましい。
　このような構成によれば、溶接によりロングレールとされたレールの溶接部に対し、レールの長さ方向に沿って、所定ピッチで測定した変位が、閾値を所定回数連続して越える場合に溶接部の開始地点と判断し、閾値を所定回数連続して下回る場合に溶接部の終了地点と判断する。
　これにより自動的に溶接部の中心位置を検出することができ、誘導加熱コイルの適切な配置場所を決定することができる。
　また、適切な溶接部の位置の検出から溶接部の加熱処理までを自動的に行うことができるため、後熱処理後に安定した品質のレールを得ることができる。
　また、閾値を所定回数連続して越える場合に溶接部の開始地点と判断するため、スパッタなどの幅の狭い異物を誤検出することがなく、また、レーザ光を用いた変位検出によって、低い高さの溶接部に対しても高精度に検出することができる。
　また、前記した課題を解決するために、本発明に係る後熱処理方法は、溶接されたレールの後熱処理を行う後熱処理方法であって、前記レールの長手方向に沿って所定ピッチ毎に該レール表面の変位を検出する工程と、前記所定ピッチ毎に検出した変位が、所定の閾値を所定回数連続して越える場合に、その地点を溶接部の開始地点として検出する工程と、前記所定ピッチ毎に検出した変位が、前記所定の閾値を所定回数連続して下回る場合に、その地点を溶接部の終了地点として検出する工程と、前記検出された溶接部の位置に基づき加熱処理を行う工程と、を含むことに特徴を有する。
　尚、前記レールの長手方向に沿って所定ピッチ毎に該レール表面の変位を検出する工程において、レーザ光を前記レール表面に照射し、その反射光を受光することにより変位検出を行うことが望ましい。
　このような方法によれば、溶接によりロングレールとされたレールの溶接部に対し、レールの長さ方向に沿って、所定ピッチで測定した変位が、閾値を所定回数連続して越える場合に溶接部の開始地点と判断し、閾値を所定回数連続して下回る場合に溶接部の終了地点と判断する。
　これにより自動的に溶接部の中心位置を検出することができ、誘導加熱コイルの適切な配置場所を決定することができる。
　また、適切な溶接部の位置の検出から溶接部の加熱処理までを自動的に行うことができるため、後熱処理後に安定した品質のレールを得ることができる。
　また、閾値を所定回数連続して越える場合に溶接部の開始地点と判断するため、スパッタなどの幅の狭い異物を誤検出することがなく、また、レーザ光を用いた変位検出によって、低い高さの溶接部に対しても高精度に検出することができる。
　本発明によれば、レールの溶接部に後熱処理を行う後熱処理装置において、溶接部を自動的に検出しレールの適切な位置で加熱処理を行うことのできる後熱処理装置及び後熱処理方法を提供することができる。
図１は、本発明の後熱処理装置の平面図である。 図２は、図１の後熱処理装置の側面図である。 図３は、図１の後熱処理装置のＡ－Ａ矢視断面図である。 図４は、分離状態の第１コイル部材と第２コイル部材の斜視図である。 図５は、第１コイル部材と第２コイル部材とを接合した状態の斜視図である。 図６は、本発明に係る後熱処理装置の一連の動作を示すフローである。 図７（ａ）～（ｃ）は、溶接部を検出するためのレーザ変位計の動作を示す状態遷移図である。 図８は、溶接部の開始地点と終了地点を検出する動作を説明するためのレーザ変位計及びレールを模式的示した側面図である。 図９（ａ）～（ｄ）は、レールの周囲を囲むための第１コイル部材と第２コイル部材とに対するクランプ動作を説明するための状態遷移図である。 図１０は、溶接により繋いだレールの斜視図である。
　以下、本発明に係る後熱処理装置及び後熱処理方法の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。尚、本発明に係る後熱処理装置及び後熱処理方法は、溶接により繋いだレールの溶接部を自動的に検出し、更に加熱処理を行うものであって、それによりレール溶接部に残存していた引張残存応力を除去するためのものである。
　図１は、本発明の後熱処理装置の平面図である。また、図２は図１の後熱処理装置の側面図であり、図３は図１のＡ－Ａ矢視断面図である。
　図示する後熱処理装置１は、溶接によって連結されたレールＲ（被熱処理対象）が上方に配置される第一基台１５と、前記第一基台１５上にレールＲと平行に（Ｙ方向に）敷設された一対のガイドレール２とを備える。
　また後熱処理装置１は、前記ガイドレール２に沿って移動可能なスライダ２ａによって支持され、ガイドレール２に直交する方向（Ｘ方向）に長く形成された第二基台３を備える。第二基台３は、スライダ２ａによってガイドレール２の長手方向（Ｙ方向）に沿って移動可能となされている。
　尚、図示しないが、ガイドレール２内には、例えばボールねじとそれを軸周りに回転させるステッピングモータが内蔵され、前記ボールねじの回転によりスライダ２ａが移動する構造となっている。また、以下の説明において、他のガイドレールとそれに沿って移動するスライダについても同様の構成を採用することができる。
　また、図３に示すように前記第二基台３上には、レールＲの左右両側において、レールＲに直交する方向（Ｘ方向）に一対のガイドレール４と一対のガードレール５とがそれぞれ敷設されている。
　一対のガイドレール４上には、スライダ４ａを介して箱形の支持台６がスライド移動可能に設けられている。また、支持台６の上には、第三基台７が配置され、この第三基台７上には図示しない高周波インバータ装置から高周波電流が供給される整合トランス装置８（高周波変流器）が配置されている。
　整合トランス装置８の（レールＲ側の）一側面にはその出力端子に接続された導電線を内設した支持板２２が設けられ、支持板２２及び板状の支持部材である複数のコイルサポート９によって第１コイル部材１０Ａが支持されている。尚、コイルサポート９は、軽量かつ強度の高い材料、例えばＦＲＰによって形成されている。
　前記のように第１コイル部材１０Ａは整合トランス装置８の一側面側に支持されるため、整合トランス装置８とともにガイドレール４に沿ってＸ方向に移動可能とされ、レールＲに対し進退可能とされている。
　前記第１コイル部材１０Ａは、図３に示すようにレールＲの断面相似形を２分割した一方の形（本実施形態では左右対称ではない）を有しており、レールＲに近接することにより、その片側周囲を、所定間隔を空けて覆うことができるようになっている。前記整合トランス装置８と第１コイル部材１０Ａとは前記支持板２２に内設された導電線を介して電気的に接続されている。
　また、図１に示すように第三基台７上には、前記第１コイル部材１０ＡがレールＲに近接する際、適切な近接位置を検出するためのドグシャフト２０、及びセンサ２１が設けられている。
　前記ドグシャフト２０は、レールＲ側に突出して設けられ、その先端がレールＲに当接することによりセンサ２１が検出動作するようになっている。また、センサ２１が動作した際の第１コイル部材１０Ａの位置が、その適切な位置とされる。
　一方、ガイドレール５上には、スライダ５ａを介して矩形板状の第四基台１１が水平に配置され、Ｘ方向にスライド移動可能となっている。図３に示すように前記第四基台１１上には、鉛直方向に高く延びるブラケット１２が設けられ、図１、図３に示すようにこのブラケット１２の垂直面１２ａがレールＲ側に向けられている。前記垂直面１２ａの上下左右の４箇所には、レールＲ側に突出するドグシャフト１３が取り付けられている。また、これら４本のドグシャフト１３の先端側にクランプ取り付け板１４が支持されている。クランプ取り付け板１４は、レールＲに対し垂直に片面１４ａを向けた状態で保持されている。ブラケット１２の垂直面１２ａとクランプ取り付け板１４との間の距離は、前記４本のドグシャフト１３によって適切に設定されている。
　前記クランプ取り付け板１４のレールＲ側に臨む面１４ａにおいて、その上部及び下部には、それぞれ油圧クランプ装置１６、１７が設けられている。油圧クランプ装置１６、１７は、それぞれクランプアーム１８、１９を有し、それらはリンク機構１８ａ、１９ａによって回動可能となっている。
　また、前記クランプ取り付け板１４の面１４ａにおいて、その中央部には、例えばＦＲＰからなる複数のコイルサポート３２が取り付けられ、それらコイルサポート３２によって第２コイル部材１０Ｂが支持されている。第２コイル部材１０Ｂはガイドレール４に沿ってＸ方向に移動可能とされ、レールＲに対し進退可能とされている。
　前記第２コイル部材１０Ｂは、第１コイル部材１０Ａと結合することでレールＲの断面相似形となる形状となっており、双方が近接し図３のように接続することでレールＲに対し所定の間隔を保った状態で、その周囲を完全に覆うことができる。
　また、前記ブラケット１２には、センサ２３が取り付けられており、第２コイル部材１０ＢがレールＲに近接し、第１コイル部材１０Ａに当接すると、これを検出するようになっている。センサ２３が検出動作した際の第２コイル部材１０Ｂの位置が適切な位置とされる。
　また、前記ブラケット１２とクランプ取り付け板１４との間にはスプリング２４が設けられている。そのため、第２コイル部材１０Ｂが第１コイル部材１０Ａに当接した際の衝撃を吸収するようになされている。
　また、図１、図２に示すように第一基台３上には、ブラケット３０を介してＸ方向に延びるガイドレール３１が設けられ、このガイドレール３１に沿ってスライドするスライダ３１ａ上にレーザ変位計３５（変位検出手段）を保持するアーム３３が設けられている。レーザ変位計３５が発射するレーザ光は垂直下方に向けられており、その反射波を受光することにより変位を測定することができる。
　この構成において、レーザ変位計３５は、ガイドレール２によりＹ方向に移動可能であり、ガイドレール３１によりＸ方向に移動可能となっている。そのため、レーザ変位計３５は、レールＲの長さ方向のいずれの位置においてもレールＲの上を横切って、レールＲ表面の高さ変位を見ることができる。
　続いて、図４、図５に基づき第１コイル部材１０Ａ、及び第２コイル部材１０Ｂの構成についてより詳しく説明する。図４は分離状態の第１コイル部材と第２コイル部材の斜視図であり、図５は第１コイル部材１０Ａと第２コイル部材１０Ｂとを接合した状態の斜視図である。
　図４、図５に示すように第１コイル部材１０Ａと第２コイル部材１０Ｂとは接合した状態で例えば４つの一巻きの誘導加熱コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ（加熱手段）を形成するように、それぞれ分割された銅管からなるコイル部材１０ａ１、１０ａ２、１０ｂ１、１０ｂ２、１０ｃ１、１０ｃ２、１０ｄ１、１０ｄ２を有している。
　第１コイル部材１０Ａにおいて、コイル部材１０ａ１、１０ｂ１、１０ｃ１、１０ｄ１の上端は、それらを揃えた状態で保持するための一本の角棒状のステー２５に固定され、下端は、それらを揃えた状態で保持するための一本の角棒状のステー２６に固定されている。また、前記ステー２５の両端部には貫通孔２５ａがそれぞれ形成され、ステー２６の両端部には貫通孔２６ａがそれぞれ形成されている。
　一方、第２コイル部材１０Ｂにおいて、コイル部材１０ａ２、１０ｂ２、１０ｃ２、１０ｄ２の上端は、それらを揃えて保持するための一本の角棒状のステー２７に固定され、下端は、それらを揃えて保持するための一本の角棒状のステー２８に固定されている。また、前記ステー２７の両端部には位置決めピン２７ａがそれぞれ設けられ、ステー２８の両端部には位置決めピン２８ａがそれぞれ設けられている。
　図５に示すように、第１コイル部材１０Ａ側のコイル部材１０ａ１、１０ｂ１、１０ｃ１、１０ｄ１の上端は、第２コイル部材１０Ｂ側のコイル部材１０ａ２、１０ｂ２、１０ｃ２、１０ｄ２の上端とそれぞれ互いに当接する。また、第１コイル部材１０Ａ側のコイル部材１０ａ１、１０ｂ１、１０ｃ１、１０ｄ１の下端は、第２コイル部材１０Ｂ側のコイル部材１０ａ２、１０ｂ２、１０ｃ２、１０ｄ２の下端とそれぞれ互いに当接する。
　このとき、コイル上端側のステー２５両端の貫通孔２５ａにステー２７両端の位置決めピン２７ａが挿入され、コイル下端側のステー２６両端の貫通孔２６ａにステー２８両端の位置決めピン２８ａが挿入される。これにより、４つの各誘導加熱コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの接合部の位置ずれが生じることがない構造となっている。
　尚、前記貫通孔２５ａ、２６ａに位置決めピン２７ａ、２８ａが挿入された状態で、前記の油圧クランプ装置１６、１７が作動し、クランプアーム１８によりステー２５をステー２７側に押さえ付け、クランプアーム１９によりステー２６をステー２８側に押さえ付けるようになっている。
　また、第１コイル部材１０Ａと第２コイル部材１０Ｂとの接合部には、電気的接続を確実なものとするために銀板部材２９が設けられている。この銀板部材２９はメンテナンス性向上のために取替自在に設けられることが望ましい。
　前記のようにして結合された第１コイル部材１０Ａと第２コイル部材１０Ｂは、前記のように４つの誘導加熱コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを形成する。これらは、高周波電流が供給されることによりレールＲの所定位置の全周を加熱するものである。
　これらの誘導加熱コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを使用する際には、レールＲの溶接中心を挟んだ両側にそれぞれ２つずつ、この溶接中心から長さ方向に所定距離離間して配置されることになる。
　また、後熱処理装置１は、前記レーザ変位計３５の検出結果に基づきレール溶接部Ｗの位置検出を行うとともに、全体の動作制御を行うコンピュータからなる制御部５０（制御手段）を備えている。
　制御部５０は、例えば作業員が操作できる操作パネル（情報表示機能を備えたタッチパネルなど）を有し、溶接部Ｗの検出に用いるビード高さの閾値の入力設定などを行うことができるように構成されている。
　続いて、本発明に係る後熱処理装置の動作について図６のフローに基づき、図７（ａ）～（ｃ）並びに図８（ａ）～（ｄ）の状態遷移の図を用いながら説明する。
　先ず、後熱処理装置１上に被後熱処理対象であるレールＲが配置されると、制御部５０は、図示しないセンサによりレールＲが配置されたことを検出する（図６のステップＳ１）。
　次いで、制御部５０は、レールＲの溶接部Ｗを検出するために図７（ａ）に示すようにスライダ３１ａがガイドレール３１上をレールＲに向けて（Ｘ方向に）移動するよう制御し、レーザ変位計３５からのレーザが例えばレールＲの頭頂面に当たる位置で停止させる（図６のステップＳ２）。尚、本実施の形態ではレールＲの頭頂面にレーザ光を照射するものとするが、レール底面以外であれば、いずれの位置でもよい。
　レーザ変位計３５のＸ方向の位置が決定すると、制御部５０はスライダ２ａをガイドレール２に沿って所定速度で移動させる。即ち、図７（ｂ）に示すようにレーザ変位計３５がレールＲの頭頂面に対しレーザ光を当てた状態でレールＲに沿って移動するよう制御する（図６のステップＳ３）。
　ここで、レーザ変位計３５の送りピッチをｐ、溶接部Ｗのビード高さ閾値をｔ、ビード幅閾値を５ｐとした場合、制御部５０は、図８に模式的に示すようにビード高さ閾値ｔよりも大きな変化が５回（５ｐの長さ分）連続した場合に、５つ前の測定地点を溶接部Ｗの開始地点として検出する（図６のステップＳ４）。
　その後、ビード高さ閾値ｔよりも小さな変化が５回（５ｐの長さ分）連続した場合に、５つ前の測定地点を溶接部Ｗの終了として検出し、図７（ｃ）に示すようにそれら開始地点と終了地点の中央を溶接中心と認識してレール長さ方向の位置決めを行う（図６のステップＳ５）。
　尚、このようなレーザ光を用いた検出方法によれば、一般的なビード高さ１ｍｍよりも低い溶接部の場合であっても、ビード高さ閾値ｔを０．５ｍｍ程度まで引き下げることにより、より低い高さの溶接部にも対応することができる。
　また、ビード高さ閾値ｔよりも大きな変化が５ｐの長さ続いた場合に溶接部Ｗを認識するため、図８に示すスパッタなどの幅の小さい異物の誤検出を防止することができる。
　溶接部Ｗの中央位置が決定されると、制御部５０は図９（ａ）の状態から先ず第１コイル部材１０Ａをレール側に移動開始させる。
　図９（ｂ）に示すようにドグシャフト２０がレールＲに当接するとセンサ２１が作動し、第１コイル部材１０Ａの移動が停止される（図６のステップＳ６）。
　一方、制御部５０は第２コイル部材１０ＢをレールＲ側に移動開始させ、第２コイル部材１０Ｂが第１コイル部材１０Ａと接触してステー２５の貫通孔２５ａにステー２７の位置決めピン２７ａが挿入され、ステー２６の貫通孔２６ａにステー２８の位置決めピン２８ａが挿入されると、センサ２３が作動し第２コイル部材１０Ｂの移動が停止される（図６のステップＳ７）。
　次いで、図９（ｃ）に示すように油圧クランプ装置１６が作動し、リンク機構１８ａによってクランプアーム１８が回動し、アーム先端によって貫通孔２５ａを有するステー２５側をステー２７側に対して押さえ込む（クランプする）。また、油圧クランプ装置１７が作動し、リンク機構１９ａによってクランプアーム１９が回動し、アーム先端によって貫通孔２６ａを有するステー２６側をステー２８側に対して押さえ込む（クランプする）。
　これにより図９（ｄ）に示すように、強固に第１コイル部材１０Ａと第２コイル部材１０Ｂとが結合され、レールＲの所定位置の全周を覆う誘導加熱コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが形成される（図６のステップＳ８）。
　また、このとき、誘導加熱コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、レールＲの溶接部Ｗの中心を挟んだ両側にそれぞれ２つずつ、この溶接中心から長さ方向に所定距離（例えば２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下）離間して配置されることになる。即ち、このように溶接中心から所定距離離間した位置からの電磁誘導コイルを用いた速い加熱速度の加熱により、溶接部に存在する残留応力を効果的に低減することができる。また、誘導加熱コイル１０ａ、１０ｂ、１ｃ、１０ｄがレールＲの全周を加熱するため、レールＲの長さ方向の残留応力の増加を抑制することができる。
　続いて、図示しない高周波インバータ装置から整合トランス装置８に高周波電流が供給され、整合トランス装置８において変流された電流が誘導加熱コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに供給される。これによりレールＲの所定部位が誘導加熱される（図６のステップＳ９）。
　加熱処理が終了すると（図６のステップＳ１０）、制御部５０は油圧クランプ装置１６、１７を駆動し、クランプアーム１８、１９を回動させてクランプを解除する（図６のステップＳ１１）。
　そして、第１コイル部材１０Ａと第２コイル部材１０Ｂとをそれぞれ後退させて分離し、作業完了となる（図６のステップＳ１２）。
　以上のように本発明に係る実施の形態によれば、溶接によりロングレールとされたレールＲの溶接部Ｗに対し、レールＲの長さ方向に沿ってレーザ変位計３５からレーザ照射し、所定ピッチで測定した変位が、閾値を所定回数（例えば５回）連続して越える場合に溶接部Ｗの開始地点と判断し、閾値を所定回数（例えば５回）連続して下回る場合に溶接部Ｗの終了地点と判断するものとした。
　これにより自動的に溶接部Ｗの中心位置を検出することができ、誘導加熱コイルの適切な配置場所を決定することができる。
　また、適切な溶接部Ｗの位置の検出から溶接部Ｗの加熱処理までを自動的に行うことができるため、後熱処理後に安定した品質のレールＲを得ることができる。
　また、閾値を所定回数（例えば５回）連続して越える場合に溶接部Ｗの開始地点と判断するため、スパッタなどの幅の狭い異物を誤検出することがなく、また、レーザ光を用いた変位検出によって、低い高さの溶接部Ｗに対しても高精度に検出することができる。
　尚、前記実施の形態においては、２本を繋いだレールの１つの溶接部Ｗを検出し、後熱処理する例を示したが、本発明にあっては、その例に限定されず、複数本を繋いだレールの複数の溶接部を連続的に検出し、それを後熱処理する場合にも適用することができる。
　また、本実施の形態においては、変位検出手段としてレーザ変位計３５を用いるものとしたが、レーザを用いた変位検出に限定されず、超音波等、その他の素子を用いても実現することができる。
　１　　　　　後熱処理装置
　２　　　　　ガイドレール
　２ａ　　　　スライダ
　３　　　　　第二基台
　４　　　　　ガイドレール
　５　　　　　ガイドレール
　６　　　　　支持台
　７　　　　　第三基台
　８　　　　　整合トランス装置
　９　　　　　コイルサポート
　１０Ａ　　　第１コイル部材
　１０Ｂ　　　第２コイル部材
　１０ａ　　　誘導加熱コイル（加熱手段）
　１０ｂ　　　誘導加熱コイル（加熱手段）
　１０ｃ　　　誘導加熱コイル（加熱手段）
　１０ｄ　　　誘導加熱コイル（加熱手段）
　１１　　　　第四基台
　１２　　　　ブラケット
　１３　　　　ドグシャフト
　１４　　　　クランプ取り付け板
　１５　　　　第一基台
　１６　　　　油圧クランプ装置
　１７　　　　油圧クランプ装置
　１８　　　　クランプアーム
　１８ａ　　　リンク機構
　１９　　　　クランプアーム
　１９ａ　　　リンク機構
　２０　　　　ドグシャフト
　２１　　　　センサ
　２２　　　　支持板
　２３　　　　センサ
　２４　　　　スプリング
　２５　　　　ステー
　２５ａ　　　貫通孔
　２６　　　　ステー
　２６ａ　　　位置決めピン
　２７　　　　ステー
　２７ａ　　　貫通孔
　２８　　　　ステー
　２８ａ　　　位置決めピン
　２９　　　　銀板部材
　３０　　　　ブラケット
　３１　　　　ガイドレール
　３１ａ　　　スライダ
　３２　　　　コイルサポート
　３３　　　　アーム
　３５　　　　レーザ変位計（変位検出手段）
　５０　　　　制御部（制御手段）
　Ｒ　　　　　レール
　Ｗ　　　　　溶接部

Claims (4)

  1. 　溶接されたレールの後熱処理を行う後熱処理装置であって、
    　前記レールの長手方向に沿って所定ピッチ毎に該レール表面の変位を検出する変位検出手段と、
    　前記変位検出手段が所定ピッチ毎に検出した変位が、所定の閾値を所定回数連続して越える場合に溶接部の開始地点と判断し、前記所定の閾値を所定回数連続して下回る場合に溶接部の終了地点と判断する制御手段と、
    　前記制御手段により検出された溶接部の位置に基づき加熱処理を行う加熱手段と、
    　を備えることを特徴とする後熱処理装置。
  2. 　前記変位検出手段は、レーザ光を前記レール表面に照射し、その反射光を受光することにより変位検出を行うことを特徴とする請求項１に記載された後熱処理装置。
  3. 　溶接されたレールの後熱処理を行う後熱処理方法であって、
    　前記レールの長手方向に沿って所定ピッチ毎に該レール表面の変位を検出する工程と、
    　前記所定ピッチ毎に検出した変位が、所定の閾値を所定回数連続して越える場合に、その地点を溶接部の開始地点として検出する工程と、
    　前記所定ピッチ毎に検出した変位が、前記所定の閾値を所定回数連続して下回る場合に、その地点を溶接部の終了地点として検出する工程と、
    　前記検出された溶接部の位置に基づき加熱処理を行う工程と、
    　を含むことを特徴とする後熱処理方法。
  4. 　前記レールの長手方向に沿って所定ピッチ毎に該レール表面の変位を検出する工程において、
    　レーザ光を前記レール表面に照射し、その反射光を受光することにより変位検出を行うことを特徴とする請求項３に記載された後熱処理方法。
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