www.modernitovarna.com
30
'09
Written on Modified on
British Steel
Zvýšení kvality opravy defektů kolejnic svařováním od firmy Tata Steel snižuje náklady na provoz
Společnost Tata Steel Rail vyvinula novou techniku pro cenově efektivní opravu jednotlivých defektů funkčních povrchů kolejnic. Klíčovým faktorem této nové techniky spočívá v nahrazení negativních aspektů konvenčního ručního obloukového svařování v podobě nestálosti kvality podél celé délky svaru. Vyvinutý poloautomatický proces je založen na otevřeném svařování elektrickým obloukem s drátem v ochranné atmosféře s nízkou předehřívací teplotou s aktivně řízenou metalurgickou změnou uvnitř tepelně ovlivněného pásma. Vezmeme-li v potaz skutečnost, že oprava nebo výměna části koleje se pohybuje v částkách několik tisíc euro a množství defektů roste úměrně se vzrůstajícím objemem železniční dopravy, je význam aplikovatelnosti této nové metody více než zřejmý.
Proces byl důkladně ověřován a zmiňovaná zařízení jsou nyní na několika místech ve Francii a ve Velké Británii demonstrována v reálném provozu.
Kola železničních vagonů vytváří během jízdy velmi vysoký tlak ve stykových plochách s kolejnicemi, což časem vede ke snížení adhezních vlastností. Široká různorodost tvaru kolejnic a profilů kol a různorodost dopravy způsobuje celou řadu defektů, které snižují životnost kolejí. Defekty vznikají dokonce u moderních železnic a platí obecné pravidlo, že za rok vznikne jeden defekt na dvou kilometrech tratě. Nahrazení takových defektů krátkým kusem kolejnice je drahé a ne vždy žádoucí. Aluminotermické svary (prostředek pro exotermní reakci je používán hliník) degradují výhody kolejnic plynoucí z jejich válcování za tepla (délky až 120 metrů). Alternativní technikou konvenčního způsobu je obloukové svařování. Ačkoli tato technika je užívaná v celé řadě průmyslových odvětví, je silně odkázané na schopnosti svářeče, je zdlouhavá a náchylná k vnitřním vadám jako je pórovitost, která následně podporuje únavu materiálu, a jestliže není zjištěna kontrolou ultrazvukem, má za následky zlomy kolejnic.
Faktory, které přispívají k efektivitě a odolnosti nově vyvinutého procesu:
1. Změna teploty 350°C z konvenčního způsobu na 80°C urychluje dobu opravy, méně teplotně ovlivňuje okolí svaru a vyváří odolnější mikrostrukturu.
2. Odfrézování místa defektu klasickým způsobem eliminuje případná chybné úkony dělníka při klasické opravě
3. Použití poloautomatického svařovacího procesu elektrickým obloukem s drátem v ochranné atmosféře je schopno kontrolovat teplotu a její ovlivnění okolí svaru a samozřejmě i dobu samotné operace.
Tímto procesem je zajištěna kvalita svaru obnoveného funkčního povrchu kolejnice, je zaručena extrémní únavová odolnost rovna hodnotám kolejnicím R260 s jednotnou tvrdostí a mikrostrukturou skrze celý svar.
Patentovaná oprava firmou Tata Steel obsahuje čtyři kroky:
Nejdříve je defekt odfrézován na speciální tří osé frézce. To zaručí stejnoměrné odebrání materiálu v celé oblasti defektu. Toto je význačné zlepšení oproti stávajícímu odbroušení či tepelného odřezání místa defektu a usnadní přípravu automatického svařování.
Za druhé, přiléhající oblast a dutina jsou předehřáty konvenčním hořákem. Pro kolejnici R260 je předepsaná teplota v rozmezí od 60 do 80 °C. Volba této teploty zajišťuje kontrolu nad mikrostrukturou v tepelně ovlivněné oblasti při naprogramování pohybu během nanášení svaru a docílí se perlitické struktury bez křehkého martenzitu. Tato teplota je vhodná pro většinu vysoce uhlíkových ocelí, ze kterých jsou dnes koleje vyráběny, ale může být i upravována v závislosti na složení konkrétní ocelí.
Třetí stupeň se týká použití poloautomatického obloukového svařovacího opravného zařízení v souladu s UK nařízením pro železniční síť TN3-0 Umístění nejvyšší vrstvy je rozhodující pro eliminaci vytvoření tepelně ovlivněné oblasti. Většina nežádoucích svarových výstupků je odstraněna sbroušením.
Čtvrtý a závěrečný krok se týká vytvoření podélného a příčního tvaru kolejnice. Toho se dociluje broušením klasickou konvenční bruskou na koleje.
Srovnávací vyhodnocení existující používané techniky a nového procesu bylo dosaženo zaznamenáním tepelné historie průběhu obou způsobů díky použití začleněných termočlánků. Několik klíčových faktorů demonstruje metalurgickou odolnost procesu:
-Navzdory použití jen 80°C předehřevu, teplota v ovlivněné oblasti po nanesení svarové housenky zůstává nad 200°C, předchází se přetvoření na martenzitickou mikrostrukturu (teplota vzniku martenzitu je 160°C pro kolejnice R260).
-Rychlost chladnutí po automatickém procesu je shodná, jako u konvenčního. Rychlejší poměr chladnutí 5.2 °C/s po nanesení první svarové housenky je poloviční oproti kritickému teplotnímu spád pro přetvoření k martenzitické struktuře.
-Prasklina uvolněného svaru v přechodové oblasti je zjevnější v plně perlitické struktuře, volného martenzitu a bainitu.
- Tvrdost profilu ukázala , že otěruvzdornost bainitického návaru je srovnatelná s originální kolejnicí R260 a vytváří dobrý podélný profil.
- Návar odolal ohybové únavové zkoušce s rozkmitem napětím třikrát vyšším, než se očekává v reálném provozu. Pět milionů cyklů bylo úspěšně dokončeno bez jakýchkoliv známek porušení. Stejných naměřených parametrů se docílilo po 4.3 milionech cyklů, což osmkrát překročilo reálie očekávané v provozu.
Kola železničních vagonů vytváří během jízdy velmi vysoký tlak ve stykových plochách s kolejnicemi, což časem vede ke snížení adhezních vlastností. Široká různorodost tvaru kolejnic a profilů kol a různorodost dopravy způsobuje celou řadu defektů, které snižují životnost kolejí. Defekty vznikají dokonce u moderních železnic a platí obecné pravidlo, že za rok vznikne jeden defekt na dvou kilometrech tratě. Nahrazení takových defektů krátkým kusem kolejnice je drahé a ne vždy žádoucí. Aluminotermické svary (prostředek pro exotermní reakci je používán hliník) degradují výhody kolejnic plynoucí z jejich válcování za tepla (délky až 120 metrů). Alternativní technikou konvenčního způsobu je obloukové svařování. Ačkoli tato technika je užívaná v celé řadě průmyslových odvětví, je silně odkázané na schopnosti svářeče, je zdlouhavá a náchylná k vnitřním vadám jako je pórovitost, která následně podporuje únavu materiálu, a jestliže není zjištěna kontrolou ultrazvukem, má za následky zlomy kolejnic.
Faktory, které přispívají k efektivitě a odolnosti nově vyvinutého procesu:
1. Změna teploty 350°C z konvenčního způsobu na 80°C urychluje dobu opravy, méně teplotně ovlivňuje okolí svaru a vyváří odolnější mikrostrukturu.
2. Odfrézování místa defektu klasickým způsobem eliminuje případná chybné úkony dělníka při klasické opravě
3. Použití poloautomatického svařovacího procesu elektrickým obloukem s drátem v ochranné atmosféře je schopno kontrolovat teplotu a její ovlivnění okolí svaru a samozřejmě i dobu samotné operace.
Tímto procesem je zajištěna kvalita svaru obnoveného funkčního povrchu kolejnice, je zaručena extrémní únavová odolnost rovna hodnotám kolejnicím R260 s jednotnou tvrdostí a mikrostrukturou skrze celý svar.
Patentovaná oprava firmou Tata Steel obsahuje čtyři kroky:
Nejdříve je defekt odfrézován na speciální tří osé frézce. To zaručí stejnoměrné odebrání materiálu v celé oblasti defektu. Toto je význačné zlepšení oproti stávajícímu odbroušení či tepelného odřezání místa defektu a usnadní přípravu automatického svařování.
Za druhé, přiléhající oblast a dutina jsou předehřáty konvenčním hořákem. Pro kolejnici R260 je předepsaná teplota v rozmezí od 60 do 80 °C. Volba této teploty zajišťuje kontrolu nad mikrostrukturou v tepelně ovlivněné oblasti při naprogramování pohybu během nanášení svaru a docílí se perlitické struktury bez křehkého martenzitu. Tato teplota je vhodná pro většinu vysoce uhlíkových ocelí, ze kterých jsou dnes koleje vyráběny, ale může být i upravována v závislosti na složení konkrétní ocelí.
Třetí stupeň se týká použití poloautomatického obloukového svařovacího opravného zařízení v souladu s UK nařízením pro železniční síť TN3-0 Umístění nejvyšší vrstvy je rozhodující pro eliminaci vytvoření tepelně ovlivněné oblasti. Většina nežádoucích svarových výstupků je odstraněna sbroušením.
Čtvrtý a závěrečný krok se týká vytvoření podélného a příčního tvaru kolejnice. Toho se dociluje broušením klasickou konvenční bruskou na koleje.
Srovnávací vyhodnocení existující používané techniky a nového procesu bylo dosaženo zaznamenáním tepelné historie průběhu obou způsobů díky použití začleněných termočlánků. Několik klíčových faktorů demonstruje metalurgickou odolnost procesu:
-Navzdory použití jen 80°C předehřevu, teplota v ovlivněné oblasti po nanesení svarové housenky zůstává nad 200°C, předchází se přetvoření na martenzitickou mikrostrukturu (teplota vzniku martenzitu je 160°C pro kolejnice R260).
-Rychlost chladnutí po automatickém procesu je shodná, jako u konvenčního. Rychlejší poměr chladnutí 5.2 °C/s po nanesení první svarové housenky je poloviční oproti kritickému teplotnímu spád pro přetvoření k martenzitické struktuře.
-Prasklina uvolněného svaru v přechodové oblasti je zjevnější v plně perlitické struktuře, volného martenzitu a bainitu.
- Tvrdost profilu ukázala , že otěruvzdornost bainitického návaru je srovnatelná s originální kolejnicí R260 a vytváří dobrý podélný profil.
- Návar odolal ohybové únavové zkoušce s rozkmitem napětím třikrát vyšším, než se očekává v reálném provozu. Pět milionů cyklů bylo úspěšně dokončeno bez jakýchkoliv známek porušení. Stejných naměřených parametrů se docílilo po 4.3 milionech cyklů, což osmkrát překročilo reálie očekávané v provozu.
