baner
baner
baner
Przedsiębiorstwo Inżynieryjnych Robót Kolejowych „TOR-KRAK” Sp. z o.o.

Fotogaleria

galeria
Katastrofy i wypadki kolejowe

Sonda

Co twoim zdaniem robi Urząd Transportu Kolei?

Wspiera rozwój kolei
Hamuje rozwój kolei
Nie mam zdania

Newsletter

Zawsze aktualne informacje

Logowanie

Nie masz konta?
Zapomniałeś hasło?
Jesteś tutaj:

Optymalizacja kosztów napraw szyn kolejowych

Firma Corus Rail opracowała nową technikę napraw defektów powierzchni tocznej szyny. Dzięki zastosowaniu automatycznych i dokładnie kontrolowanych procesów udało się wyeliminować te aspekty ręcznego spawania łukowego (MMA – Manual Metal Arc), które nie gwarantowały stałej jakości napraw - jest to główna zaleta tej techniki. Opracowany półautomatyczny proces wykorzystuje otwarty łuk spawania elektrodą rdzeniową i wykorzystuje niską wstępną temperaturę podgrzewania w celu aktywnego kontrolowania metalurgicznych przemian w strefie nagrzewanej (Heat Affected Zone - HAZ). Biorąc pod uwagę, że średni koszt naprawy lub wymiany szyny może wynosić kilka tysięcy euro, oraz że prawdopodobieństwo uszkodzeń szyn i kół zwiększa się wraz z natężeniem ruchu na większości linii kolejowych, łatwo dostrzec znaczenie tej nowatorskiej techniki.

Nowa metoda została dokładnie przetestowana i produkuje się obecnie specjalne jednostki do prezentacji m.in. na kolejach we Francji i w Wielkiej Brytanii.

Prowadzenie kół na szynach przez wagony kolejowe stwarza na styku koła i szyny wysokie naprężenia o złożonym modelu matematycznym, co prowadzi do niszczenia powierzchni szyny.

Różnorodność torów, profili kół i typów ruchu może doprowadzić do wielu wad powierzchniowych, które skracają żywotność szyn. Defekty, takie jak obniżenie główki szyny, czy przegrzewanie się kół, mogą wystąpić nawet w najbardziej nowoczesnych i dobrze utrzymanych sieciach kolejowych (statystycznie takie wady wykrywa się rocznie średnio co dwa kilometry). Wyeliminowanie takich wad na krótkim odcinku kolei jest drogie i nie zawsze pożądane. Wprowadza bowiem nowe niedogodności w postaci dwóch spoin aluminotermicznych (reakcji egzotermicznej z wykorzystaniem aluminium jako reduktora), które niwelują korzyści uzyskane z walcowanych na gorąco, długich szyn kolejowych (do 120 metrów).

Alternatywą dla tradycyjnych technik napraw takich usterek jest ręczne spawanie łukowe (MMA). Mimo tego, że technika ta jest używana w wielu gałęziach przemysłu, jest ona silnie uzależniona od kompetencji spawacza. Jest czasochłonna i podatna na wady wewnętrzne, takie jak porowatość, które następnie narastają wraz ze zmęczeniem materiału, a jeśli nie zostały wykryte przez badanie ultradźwiękowe, powodują w rezultacie przerwy w ruchu kolejowym.

Następujące czynniki optymalizują koszty i zapewniają wysoką jakość nowej technologii spawania:

  • Odejście od konwencjonalnego wstępnego podgrzewania do temperatury 350 ° C i zastąpienie go podgrzewaniem do zaledwie 80 ° C. Zalety: szybsza naprawa, zmniejszenie głębokości strefy wpływu ciepła (nagrzewania) i uzyskanie wytrzymałej mikrostruktury.
  • Wykorzystanie standardowej procedury eliminuje subiektywny wpływ operatora i zwiększa powtarzalność.
  • Korzystanie z półautomatycznego zaprogramowanego procesu spawania otwartym łukiem z elektrodą rdzeniową zapewnia kontrolę przepływów cieplnych i przewidywalne czasy operacji.
  •  

Uzyskuje się bardzo wysoką jakość spoin naprawionej powierzchni tocznej- są one odporne na zmęczenie i na zużycie zgodnie z klasą R260 przy zachowaniu jednolitej twardości i mikrostrukturze na całym obszarze spoiny.

Nowy, opatentowany przez Corus schemat techniki naprawy obejmuje cztery etapy. Najpierw usuwa się uszkodzony fragment za pomocą przenośnej trójosiowej kolejowej frezarki, z aciskami na bokach szyny. Zapewnia to jednolity stan wyjściowy zidentyfikowanej wady. To stotny postęp w porównaniu do dotychczasowego stosowania ręcznej obróbki wstępnej, co nie gwarantowało uzyskania jednolitej powierzchni dla procesu automatycznego spawania.

Po drugie, naprawiany fragment i jego otoczenie są podgrzewane tradycyjnym palnikiem. Dla klasy 260 szyn optymalna temperatura jest pomiędzy 60 a 80 ° C. Wybór tej temperatury zależy od kontroli mikrostruktury w strefie nagrzewania (HAZ) – chodzi o uzyskanie równomiernej struktury perlitycznej bez martenzytów.

Temperatura ta jest odpowiednia dla większości stali o wysokiej zawartości węgla stosowanych do produkcji szyn kolejowych, ale może wymagać modyfikacji w razie stosowania do stali, które mają inne cechy, takie jak np. niska zawartość węgla.

Trzeci etap przebiega przy użyciu półautomatycznej maszyny do spawania wykorzystującej otwarty łuk ( spełnia ona normę TN3-0, stosowaną przez Koleje Brytyjskie).

Położenie górnej warstwy ma kluczowe znaczenie, by zapobiec utworzeniu nowej strefy nagrzewania (HAZ). Większość spoiny z górnej warstwy jest stopniowo usuwana poprzez szlifowanie profilu.

Czwarty i ostatni etap polega na przywróceniu poprzecznego i wzdłużnego profilu szyny poprzez szlifowanie przy użyciu szlifierek konwencjonalnych.

Dokonano porównawczej oceny techniki MMA i nowej metody spawania poprzez analizę historii termicznej obu procesów przy wykorzystaniu termopar.

Na tej podstawie można wysnuć kilka wniosków dotyczących metalurgicznej natury procesów:

  • Pomimo zastosowania wstępnego podgrzewania do temperatury tylko 80 ° C, temperatura w strefie nagrzewania HAZ po każdym spawaniu pozostaje powyżej 200 ° C, zapobiegając transformacji mikrostruktury do postaci martenzytycznej (dla martenzytu początkowa temperatura wynosi 160 ° C dla szyn klasy 260).
  • Szybkości chłodzenia w procesie są niemal identyczne jak w konwencjonalnym procesie MMA dla wszystkich etapów, z wyjątkiem pierwszego. Przebiega on w tempie szybszym o 5,2 ° C / s ( wystarcza to, aby zapobiec powstawaniu martenzytu)
  • Spoina pozostaje wolna od pęknięć, co wynika z mikrostruktury w pełni perlitycznej, wolnej od martenzytu i bainitu.
  • Twardość wskazuje, że odporność na zużycie spoiny będzie porównywalna z szynami klasy R260 i zapewni dobry profil wzdłużny.
  • Spoinę poddano zginaniu na zmęczenie pod obciążeniem potrójnym w stosunku do oczekiwanego obciążenia użytkowego. Próbka przeszła pomyślnie przez pięć milionów cykli, a następnie z powodzeniem przetrwała kolejne 4,3 milionów cykli pod obciążeniem ośmiokrotnie większym niż oczekiwane obciążenie użytkowe.

 

(fot. - Corus Rail France SA)

     

Autor: (źródło: Corus Rail France SA, 16.04.2010)

Jesteś zalogowany jako: Gość
Aktualizacja: 13-02-2018 
Powered by Heuristic
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności.