(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/CZ96/00023

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21 ) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/CZ96/00023 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , W097/18921, PCT Gazette nr 23/97 (13) B1 (51) IntCl7 B23K 9/04 B23K 35/30 (54) Sposób automatycznego lub półautomatycznego napawania zużytych szyn (30) Pierwszeństwo: ,CZ.PV ,CZ,PV (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 22/98 (73) Uprawniony z patentu: JINPO PLUS A.S., Ostrava-Marianske Hory, CZ (72) Twórcy wynalazku: Vaclav Foldyna, Ostrava-Hrabuvka, CZ Ivo Hlavaty, Ostrava-Svinov, CZ Kamil Petras, Ostrava-Hrabuvka, CZ Jaromir Polach, Ostrava-Poruba, CZ Zdenek Kübel, Pribor, CZ Michał Hrotik, Ostrava-Poruba, CZ (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/01 (74) Pełnomocnik: Borowska-Kryśka Urszula, PATPOL Spółka z o.o. PL B1 (57) 1. Sposób automatycznego lub półautomatycznego napawania zuzytych szyn, w którym napawa się dodatkowy matenał przy zastosowaniu topnika o zasadowości ph = 1,3 do 3,2, na zużyte górne i/lub boczne powierzchnie szyn, zwłaszcza na główki szyn, iglice zwrotnic i krzyżownice na skrzyżowaniach szyn urządzeń torowych, o chemicznym składzie wagowym szyn stalowych w zakresie, węgiel C =0,45 do 0,82%, mangan M n=0,7 do 1,5%, krzem Si - 0,07 do 0,55%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia, znamienny tym, że materiał dodatkowy o chemicznym składzie wagowym w zakresie węgiel C = 0,06-0,10%, mangan Mn = 0,5-1,5%, krzem Si = 0,05-0,5% i pozostałość obejmującą żelazo Fe oraz zanieczyszczenia, nanosi się na główkę szyny za pomocą łuku elektrycznego przy energii liniowej Q =(5,9 do 8,0 kj/cm) K, przy czym K = 1 dla napawania górnej powierzchni szyny, ak = 2,6 dla napawania bocznych powierzchni szyny i prędkości posuwu v =40 do 75 cm/min, przy czym Q = η 60 U I/v, gdzie η=współczynnik sprawności, U = napięcie, I = natężenie prądu a v = prędkość posuwu. 8. Sposób automatycznego lub półautomatycznego napawania zuzytych szyn, w którym napawa się dodatkowy matenał przy zastosowaniu topnika o zasadowości ph = 13 do 3,2, na zużyte górne i/lub boczne powierzchnie szyn, zwłaszcza na główki szyn, iglice zwrotnic i krzyżownice na skrzyżowaniach szyn urządzeń torowych, o chemicznym składzie wagowym szyn stalowych w zakresie, w ęgiel C = 0,45 do 0,82%, m angan Mn = 0,7 do 1,5%, krzem Si = 0,07 do 0,55%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia, znamienny tym, że materiał dodatkowy o chemicznym składzie wagowym w zakresie: węgiel C = 0,06-0,1 0%, mangan Mn = 0,5-1,5%, krzem Si = 0,05-0,5%, nikiel Ni = 1,8 do 4,5%t wanad V =0,0 do 0,2%, molibden Mo = 0,0 do 0,3%, niob Nb = 0,0 do 0,1%, chrom C r = 0,0 do 0,4%, glin Al = 0,0 do 1,6%, tytan Ti = 0,0 do 0,1%, przy czym całkowita masa niklu Ni, wanadu V, molibdenu Mo, niobu Nb, chromu Cr, glinu Al i tytanu Ti nie przekracza w sumie 5%, a pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia, nanosi się na szynę za pomocą łuku elektrycznego przy energii liniowej Q = (5,9 do 11,5 kj/cm) K., przy czym K = 1 dla napawania górnej powierzchni szyny, a K =2,6 dla napawania bocznych powierzchni szyny... FIG. 2

2 Sposób automatycznego lub półautomatycznego napawania zużytych szyn Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób automatycznego lub półautomatycznego napawania zużytych szyn, w którym napawa się dodatkowy materiał przy zastosowaniu topnika o zasadowości ph = 1,3 do 3,2, na zużyte górne i/lub boczne powierzchnie szyn, zwłaszcza na główki szyn, iglice zwrotnic i krzyżownice na skrzyżowaniach szyn urządzeń torowych, o chemicznym składzie wagowym szyn stalowych w zakresie, węgiel C = 0,45 do 0,82%, mangan Mn = 0,7 do 1,5%, krzem Si - 0,07 do 0,55%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia, znamienny tym, że materiał dodatkowy o chemicznym składzie wagowym w zakresie: węgiel C = 0,06-0,10%, mangan Mn = 0,5-1,5%, krzem Si = 0,05-0,5% i pozostałość obejmującą żelazo Fe oraz zanieczyszczenia, nanosi się na główkę szyny za pomocą łuku elektrycznego przy energii liniowej Q = (5,9 do 8,0 kj/cm) K, przy czym K = 1 dla napawania górnej powierzchni szyny, a K = 2,6 dla napawania bocznych powierzchni szyny i prędkości posuwu v = 40 do 75 cm/min, przy czym Q = η 60 U l/wv gdzie η= współczynnik sprawności, U = napięcie, I = natężenie prądu a v=prędkość posuwu. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ustala się parametry napawania górnej powierzchni szyny w zakresie napięcia U = 24 do 27V i natężenia prądu I = 250 do 350A. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ustala się parametry napawania bocznych powierzchni szyny w zakresie napięcia U = 34 do 38V i natężenia prądu I = 450 do 550A. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na tak napawaną warstwę napawa się warstwę ze stopowego materiału dodatkowego. 5. Sposób według zastrz. 4, znam ienny tym, że napawa się stopowy materiał dodatkowy 0 określonym chemicznym składzie wagowym: węgiel C = 0,15%, krzem Si = maks. 0,5%, mangan M n= 1,1%, chrom Cr = 1,0%, nikiel Ni = 2,3%, molibden Mo = 0,5%, glina l= 1,4%,przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia. 6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że napawa się stopowy materiał dodatkowy o określonym chemicznym składzie wagowym: węgiel C = 0,3%, krzem Si = 0,55%, mangan Mn = 13,5%, chrom Cr = 16,0%, nikiel Ni = 1,7%, molibden Mo = 0,8%, wanad V = 0,6%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że napawany materiał dodatkowy doprowadza się poprzez dyszę palnika spawalniczego (8), usytuowanąpod kątem α = 0 do 45 względem osi pionowej (3). 8. Sposób automatycznego lub półautomatycznego napawania zużytych szyn, w którym napawa się dodatkowy materiał przy zastosowaniu topnika o zasadowości ph = 1,3 do 3,2, na zużyte górne i/lub boczne powierzchnie szyn, zwłaszcza na główki szyn, iglice zwrotnic i krzyżownice na skrzyżowaniach szyn urządzeń torowych, o chemicznym składzie wagowym szyn stalowych w zakresie, węgiel C = 0,45 do 0,82%, mangan Mn = 0,7 do 1,5%, krzem Si = 0,07 do 0,55%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia, znamienny tym, że materiał dodatkowy o chemicznym składzie wagowym w zakresie: węgiel C = 0,06-0,10%, mangan Mn = 0,5-1,5%, krzem Si = 0,05-0,5%, nikiel Ni = 1,8 do 4,5%, wanad V = 0,0 do 0,2%, molibden Mo = 0,0 do 0,3%, niob Nb = 0,0 do 0,1 %, chrom Cr = 0,0 do 0,4%, glin Al = 0,0 do 1,6%, tytan Ti = 0,0 do 0,1 %, przy czym całkowita masa niklu Ni, wanadu V, molibdenu Mo, niobu Nb, chrom u Cr, glinu Al i tytanu Ti nie przekracza w sumie 5%, a pozostałość stanowi żelazo Fe 1zanieczyszczenia, nanosi się na szynę za pomocą łuku elektrycznego przy energii liniowej Q = (5,9 do 11,5 kj/cm) K, przy czym K = 1 dla napawania górnej powierzchni szyny, a K = 2,6 dla napawania bocznych powierzchni szyny i prędkości posuwu v = 40 do 75 cm/min, przy czym Q = η 60 U I/v, gdzie η= współczynnik sprawności, U = napięcie, I = natężenie prądu a v = prędkość posuwu.

3 Sposób według zastrz. 8, znam ienny tym, że ustala się parametry napawania górnej powierzchni szyny w zakresie U = 24 do 34V i natężenie prądu I = 250 do 350 A. 10. Sposób według zastrz. 8, znam ienny tym, że ustala się parametry napawania bocznych powierzchni szyny w zakresie, napięcie U = 34 do 38V i natężenie prądu I = 450 do 560A. 11. Sposób według zastrz. 8, znam ienny tym, że na tak napawaną warstwę napawa się warstwę ze stopowego materiału dodatkowego. 12. Sposób według zastrz. 11, znam ienny tym, że napawa się stopowy materiał dodatkowy o określonym chemicznym składzie wagowym: węgiel C = 0,15%, krzem Si = maks. 0,5%, mangan Mn = 1,1%, chrom C r= 1,0%, nikiel Ni = 2,3%, molibden Mo = 0,5%, glin Al = 1,4%,przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia. 13. Sposób według zastrz. 11, znam ienny tym, że napawa się stopowy m ateriał dodatkowy o określonym chemicznym składzie wagowym: węgiel C = 0,3%, krzem Si = 0,55%, mangan Mn = 13,5%, chrom Cr = 16,0%, nikiel Ni - 1,7%, molibden Mo = 0,8%, wanad V = 0,6%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia. 14. Sposób według zastrz. 8, znam ienny tym, że napawany materiał dodatkowy doprowadza się poprzez dyszę palnika spawalniczego (8), usytuowanąpod kątem α = 0 do 45 względem osi pionowej (3). * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób automatycznego lub półautomatycznego napawania zużytych szyn, odcinków główek szyn oraz innych narażonych na szybsze zużycie miejsc urządzeń torowych, zwłaszcza iglic zwrotnic i krzyżownic skrzyżowań szyn, gdzie napawanie szyn korzystnie uzupełnia zużyty lub w inny sposób uszkodzony profil szyny względnie urządzenia torowego, bezpośrednio na podtorzu, bez konieczności jego demontażu. W znanych dotychczas sposobach napawania zużytych odcinków główki szyny, iglic zwrotnic i krzyżownic na skrzyżowaniu szyn przeprowadza się najczęściej za pom ocą napawania materiału dodatkowego za pomocą łuku elektiycznego, ręcznie przy użyciu elektrody z otuliną lub za pom ocą automatu spawalniczego, przy użyciu drutu pełnego lub drutu rurkowego z ochroną własną, w atmosferze ochronnej lub przy użyciu topnika. Szyny są zazwyczaj wytwarzane ze stali o twardości od około 250 HV do około 290 HV, o chemicznym składzie wagowym w zakresie C = 0,06-0,10%, Mn = 0,5-1,5%, Si = 0,05-0,5%, a pozostałość tworzą Fe i zanieczyszczenia. Podobny skład chemiczny majątakże typowe szyny stalowe opisane w tabeli I amerykańskiego opisu patentowego US nr Napawanie automatyczne jest korzystniejsze niż napawanie ręczne pod względem wydajności pracy oraz takiej samej jakości napawania na całej długości napawanego odcinak, gdyż przy napawaniu automatycznym zminimalizowany jest wpływ czynnika ludzkiego. Przy napawaniu za pom ocą palników spawalniczych przy użyciu topników stosuje się dotychczas materiały dodatkowe ze średniostopowych lub wysokostopowych stali, których chemiczny skład wagowy jest następujący: węgiel C = 0,04 do 0,15%, krzem Si = 0,05 do 1,0%, mangan Mn =1,1 do 15,0%, chrom Cr = 0,05 do 20,0%, nikiel Ni = 0,05 do 13,0%, molibden Mo = 0,05 do 1,0%, glin Al = 0,02 do 1,5%, wanad V = 0,05 do 0,6%, przy czym pozostałość tworzy żelazo Fe i powstałe przy wytwarzaniu zanieczyszczenia. Te dodatkowe materiały zgodnie z zaleceniami wytwórcy napawa się na szynę wstępnie ogrzaną do temperatury 350 do 400 C, przy użyciu topników o zasadowości ph = 1,3 do 3,2 i parametrach napawania wynoszących dla napięcia U =25 do 32V, dla natężenia prądu I =270 do 550A i prędkości napawania v = 55 do 85 cm/min. Podobne parametry napawania Mn-austenitycznego materiału dodatkowego na szynę są znane na przykład z niemieckiego opisu DE-OS Głównymi wadami tego sposobu napawania jest zastosowanie drogiego, wysokostopowego materiału dodatkowego, a w niektórych przypadkach nadmierna lub nawet szkodliwa twardość napoiny, która jest ponad 30% twardsza niż twardość podstawowego materiału szyny, przy czym twardość napoiny podczas eksploatacji ulega dalszemu zwiększeniu wskutek mechanicz-

4 nych obciążeń powodowanych toczeniem się kół podwozia po szynach. Większa twardość napoiny niż twardość szyny jest niekorzystna względnie szkodliwa, na przykład na łukach torów, gdzie powoduje szybkie zużywanie się obrzeży kół w podwoziach tramwajów lub kolei, co powoduje koszty związane z ich wymianą lub regeneracją. Inna woda tego sposobu polega na tym, że jako następstwo bardzo trudnej obróbki napoiny o danym składzie chemicznym nie ma możliwości zastąpienia zużytej już napoiny przez powtórne napawanie, a także i to, że przy napawaniu konieczne jest w wielu przypadkach wstępne nagrzanie szyn do tremperatury 350 do 400 C. Z niemieckiego opisu DE-OS jest znany sposób odnawiania wyjeżdżonych bocznych powierzchni prowadzących szyn, mających wytrzymałość od 700 do 900 N/mm2 i zawartość od około C = 0,5 do 0,6%, Mn = 0,8 do 1 %. Zgodnie z tym sposobem najpierw w pełni wypełnia się zużyte boczne miejsca ferrytycznym spawalniczym materiałem dodatkowym, mającym około 0,07% C, 0,5% Si i 1,6% Mn i wytrzymałość około 600 N/mm2, następnie w tym miękkim wypełnieniu wyrabia się wybranie, które po tym wypełnia się austenitycznym materiałem spawalniczym. Wadą tego sposobu jest to, że ferrytyczna napoina ma wytrzymałość tylko 600 N/mm2, która jest zasadniczo mniejsza niż wytrzymałość podstawowego materiału szyny i może służyć tylko jako warstwa spodnia dla drogiego, austenitycznego materiału spawalniczego. Napawanie główek szyn przy użyciu automatów i topników z zastosowaniem innego niż wspomniany wyżej materiał, nie było dotychczas prowadzone, gdyż panowało przekonanie, że przy napawaniu innego materiału dodatkowego powstanie niewłaściwa struktura martenzytyczna lub niepożądane pęknięcia w napoinie lub w jej otoczeniu. Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu automatycznego lub półautomatycznego napawania zużytych odcinków główek szyn urządzeń torowych, przy którym uzyskuje się twardość napoiny w zakresie od około 250 HV do około 315 HV, co zasadniczo odpowiada twardości materiału podstawowego szyny. Dalszym zadaniem niniejszego wynalazku jest uzyskanie twardości napoiny względnie górnej warstwy napawanej o wartości od 285 HV do 350 HV przy zastosowaniu dodatkowych materiałów niskostopowych. Ta niskostopowa napoina może przy tym tworzyć powierzchnię główki szyn lub warstwę spodnią dla następującego potem napawania znanych stopowych materiałów dodatkowych. Sposób automatycznego lub półautomatycznego napawania zużytych szyn, w którym napawa się dodatkowy materiał przy zastosowaniu topnika o wartości ph = 1,3 do 3,2, na zużyte górne i/lub boczne powierzchnie szyn, zwłaszcza na główki szyn, iglice zwrotnic i krzyżownice na skrzyżowaniach szyn urządzeń torowych, o chemicznym składzie wagowym szyn stalowych zawierających węgiel C = 0,45 do 0,82%, mangan Mn = 0,7 do 1,5%, krzem Si = 0,07 do 0,55%, przy czym pozostałość utworzona jest przez żelazo Fe i inne zanieczyszczenia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że materiał dodatkowy o chemicznym składzie wagowym w zakresie; węgiel C = 0,06-0,10%, mangan M n=0,5 do 1,5%, krzem Si = 0,05 do 0,5%, i pozostałość utworzoną przez żelazo Fe i inne zanieczyszczenia nanosi się na główkę szyny za pomocą łuku elektrycznego przy energii liniowej wynoszącej Q = (5,9 do 8,0 kj/cm) K, przy czym K = 1 dla napawania górnej powierzchni szyny a K = 2,6 dla napawania bocznych powierzchni szyny i prędkości posuwu v = 40 do 75 cm/min, przy czym Q = η-60 U I/v, zaś η= współczynnik sprawności, U = napięcie, I = natężenie prądu, natomiast v = prędkość posuwu. W sposobie według wynalazku ustala się parametry napawania górnej powierzchni szyny w zakresie napięcia U = 24 do 27V i natężenia prądu I = 250 do 350A. Ustala się parametry napawania bocznych powierzchni szyny w zakresie napięcia U = 34 do 38V i natężenia prądu I = 450 do 550A. Korzystnie, w sposobie według wynalazku na napawaną jak wyżej opisano warstwę napawa się warstwę ze stopowego materiału dodatkowego o określonym chemicznym składzie wagowym: węgiel C = 0,15%, krzem Si = maks. 0,5%, mangan Mn = 1,1%, chrom Cr = 1,0%, nikiel Ni = 2,3%, molibden Mo = 0,5%, glin Al = 1,4%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia lub napawa się stopowy materiał dodatkowy o określonym chemicznym

5 składzie wagowym węgiel C = 0,3%, krzem Si=0,55%, mangan Mn = 13,5%, chrom Cr = 16,0%, nikiel Ni = 1,7%, molibden Mo = 0,8%, wanad V = 0,6%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia. W sposobie według wynalazku napawany materiał dodatkowy doprowadza się poprzez dyszę palnika spawalniczego, usytuowaną pod kątem α = 0 do 45 względem osi pionowej. Wariant sposobu automatycznego lub półautomatycznego napawania zużytych szyn, w którym napawa się dodatkowy materiał przy zastosowaniu topnika o zasadowości ph = 1,3 do 3,2, na zużyte górne i/lub boczne powierzchnie szyn, zwłaszcza na główki szyn, iglice zwrotnic i krzyżownice na skrzyżowaniach szyn urządzeń torowych, o chemicznym składzie wagowym szyn stalowych w zakresie, węgiel C = 0,45 do 0,82%, mangan M n=0,7 do 1,5%, krzem Si = 0,07 do 0,55%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że materiał dodatkowy o chemicznym składzie wagowym w zakresie; węgiel C = 0,06-0,10%, mangan Mn = 0,5-1,5%, krzem Si = 0,05-0,5%, nikiel Ni = 1,8 do 4,5%, wanad V = 0,0 do 0,2%, molibden Mo = 0,0 do 0,3%, niob Nb = 0,0 do 0,1%, chrom Cr = 0,0 do 0,4%, glin Al = 0,0 do 1,6%, tytan Ti = 0,0 do 0,1 %, przy czym całkowita masa niklu Ni, wanadu V, molibdenu Mo, niobu Nb, chromu Cr, glinu Al i tytanu Ti nie przekracza w sumie 5%, a pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia, nanosi się na szynę za pomocą łuku elektrycznego przy energii liniowej Q = (5,9 do 11,5 kj/cm) -K, przy czym K = 1 dla napawania górnej powierzchni szyny, a K = 2,6 dla napawania bocznych powierzchni szyny i prędkości posuwu v = 40 do 75 cm/min, przy czym Q = η 60 U I/v, gdzie η= współczynnik sprawności, U = napięcie, I = natężenie prądu a v = prędkość posuwu. W wariancie sposobu według wynalazku ustala się parametry napawania górnej powierzchni szyny w zakresie U = 24 do 34V i natężenie prądu I = 250 do 350 A. Korzystnie, ustala się parametry napawania bocznych powierzchni szyny w zakresie, napięcie U = 34 do 38V i natężenie prądu I = 450 do 560A. Korzystnie, na napawaną jak wyżej opisano warstwę napawa się warstwę ze stopowego materiału dodatkowego o określonym chemicznym składzie wagowym: węgiel C = 0,15%, krzem Si = maks. 0,5%, mangan Mn =1,1%, chrom Cr = 1,0%, nikiel Ni = 2,3%, m olibden Mo = 0,5%, glin Al = 1,4%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia lub napawa się stopowy materiał dodatkowy o określonym chemicznym składzie wagowym: węgiel C = 0,3%, krzem Si = 0,55%, mangan Mn = 13,5%, chrom Cr = 16,0%, niekiel Ni = 1,7%, molibden Mo = 0,8%, wanad V = 0,6%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia. W wariancie sposobu według wynalazku napawany materiał dodatkowy doprowadza się poprzez dysze palnika spawalniczego, usytuowana pod kątem α = 0 do 45 względem osi pionowej. Za pomocą sposobu według wynalazku, to znaczy przy zastosowaniu taniego materiału dodatkowego i bez konieczności wstępnego nagrzewania szyn, uzyskuje się napoinę, której tw ardość nie odbiega od tw ardości m ateriału podstawowego o więcej niż o 10% i znajduje się w zakresie od 250 HV do 315 HV, przy czym ani napoina ani jej obrzeża nie posiadają niedopuszczalnej struktury martenzytycznej lub pęknięć. Ta napoina nadaje się zwłaszcza do odnawiania główek szyn na mało zużytych miejscach urządzeń torowych, jak na przykład na prostych odcinkach i łukach torów kolejowych. Sposób według wynalazku pozwala więc na uzyskanie napoiny o twardości odpowiadającej zasadniczo twardości materiału podstawowego szyny, a także pozwala uzyskać nie zmieniającą się jakość napawania z dopuszczalnymi błędami odpowiadającymi dopuszczalnym błędom materiału podstawowego szyny, przy czym wszystko to uzyskuje się przy zastosowaniu wielokrotnie tańszego materiału dodatkowego niż było to dotychczas stosowane przy napawaniu za pomocąpalników spawalniczych z zastosowaniem topników. Uzyskuj e się także oszczędność kosztów w związku z wyeliminowaniem konieczności wstępnego nagrzewania napawanego odcinka szyn i możliwość nieograniczonego powtarzania napraw przy użyciu sposobu według w y- nalazku. Ze względu na to, że skład chemiczny zarówno szyn jak i materiału dodatkowego znajduje się w określonym zakresie tolerancji, korzystne jest, gdy parametry dla napawania górnej po-

6 wierzchni główki szyny wybiera się w następującym zakresie: napięcie U = 24 do 27V, natężenie prądu I = 250 do 350A, a parametry dla napawania bocznych powierzchni główki szyny dobiera się: napięciu U = 34 do 38V, natężenie prądu I = 450 do 550A. Przy napawaniu z zachowaniem tych parametrów, przy wszystkich możliwych tolerancjach i kombinacjach chemicznych składów wagowych i zanieczyszczeń materiału podstawowego szyny i materiału dodatkowego, uzyskuje się zawsze napoinę bez niedopuszczalnych martenzytyczncyh struktur i szkodliwych pęknięć. Zastosowanie materiału dodatkowego o chemicznym składzie wagowym w zakresie w ę- giel C = 0,06-0,10%, mangan Mn = 0,5-1,5%, krzem Si = 0,05-0,5%, nikiel Ni = 1,8 do 4,5%, wanad V = 0,0 do 0,2%, molibden Mo = 0,0 do 0,3%, niob Nb = 0,0 do 0,1%, chrom Cr = 0,0 do 0,4%, glin Al = 0,0 do 1,6%, tytan T = 0,0 do 0,1 %, przy czym masa całkowita Ni, V, Mo, Nb, Cr, Al i Ti nie przekracza w sumie 5%, pozostałość tworzą Fe i zanieczyszczenia, nanoszonego na szynę za pomocą łuku elektrycznego przy energii liniowej Q = (5,9 do 11,5 kj/cm) K, przy czym K = 1 dla napawania górnej powierzchni szyny a K = 2,6 dla napawania bocznych powierzchni szyny i prędkości posuwu v = cm/min, przy czym Q = h 60 U I/v, gdzie h = współczynnik sprawności, U = napięcie, I = natężenie prądu a v = prędkość, pozwala na uzyskanie większej twardości napoiny aż do około 350 HV. Ta napoina nadaje się zwłaszcza do odnawiania główek szyn na bardziej zużytych miejscach urządzenia torowego, jak na przykład połączenia torowe, iglice zwrotne i krzyżownic na skrzyżowaniu szyn. Przy tym korzystne jest aby parametry napawania dla górnej powierzchni szyny dobierać w zakresie U = 24 do 34V, I = 250 do 350A, a param etry dla napaw ania bocznych pow ierzchni szyny dobierać w zakresie U = 34 do 38V, I = 450 do 550A. Jeżeli konieczne jest uzyskanie napoiny, której górna część ma twardość około 350 HV do około 500 HV i to bez wcześniejszego podgrzewania naprawianego odcinka urządzenia torowego, to korzystne jest gdy na warstwę podłożowa wykonaną sposobem według wynalazku, napawa się górną warstwę z materiału stopowego lub wysokostopowego. Te napoiny nadają się do ekstremalnie zniszczonych miejsc urządzenia torowego, jak na przykład iglic zwrotnych i krzyżownic na skrzyżowaniu szyn. Wskutek tego uzyskuje się znacznąoszczędność w zużyciu stopowego, drogiego materiału dodatkowego, gdyż cała zużyta objętość naprawianego odcinka urządzenia torowego nie musi już być wypełniana tym drogim materiałem, lecz tylko jego górna część. Poza tym dzięki istnieniu warstwy podłożowej zachodzi jedynie ograniczona dyfuzja węgla C z materiału podstawowego szyny do napoiny tak, że zbędne staje się konieczne dotychczas podgrzewanie wstępne naprawianego odcinka, przy czym uzyskuje się co najmniej taką samą jakość napawania jak przy stosowaniu nagrzewania wstępnego. Gdy konieczne jest uzyskanie twardości napoiny do wartości aż do około 400 HV, które nie zwiększałoby się widocznie przy późniejszych mechanicznych obciążeniach, to korzystne jest aby na warstwę podłożow ą napawać materiał dodatkowy, o następującym składzie chemicznym i stosunku wagowym: węgiel C = 15%, krzem Si = maks. 0,5%, mangan Mn =1,1%, chrom Cr = 1,0%, nikiel Ni = 2,3%, molilbden Mo = 0,5%, glin Al = 1,4%, przy czym pozostałość tw orzą żelazo Fe i zanieczyszczenia powstałe przy wytwarzaniu. Jeżeli konieczne jest uzyskanie twardości napoiny, która po mechanicznym umocnieniu będzie wynosić około 500 HV, to korzystne jest aby na warstwę podłożową napawać materiał dodatkowy o następującym składzie chemicznym wagowym węgiel C = 0,3%, krzem Si = 0,55%, mangan Mn = 13,5%, chrom Cr = 16,0%, nikiel Ni = 1,7%, m olibden Mo = 0,8%, wanad V = 0,6%, przy czym pozostałość tworzy żelazo Fe i zanieczyszczenia powstałe przy wytwarzaniu. Gdy oś dyszy, poprzez którą doprowadza się dodatkowy materiał spawalniczy w postaci drutu, tworzy z pionem kąt a = 0 do 45, możliwe jest utworzenie mało falistego zarysu napoiny tak, że można uniknąć wykończającego szlifowania. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny szyny rowkowej zwanej także szyną tramwaj ową, fig. 2 - przekrój poprzeczny przez szynę z główką zwaną także szyną kolej ową, fig. 3 - połączenie koń-

7 ców dwóch szyn kolejowych, fig. 4 - przekrój poprzeczny przez koniec szyny z fig. 3 podczas napawania, fig. 5 - iglicę zwrotnicy, a fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny przez iglicę zwrotnicy z fig. 5 podczas napawania. Na figurze 1 rysunku przedstawiona jest główka szyny tramwajowej, a na fig. 2 główka szyny kolejowej w przekrój u poprzecznym, przy czym kreskowana część przedstawia kształt zużytej główki szyny a części niekreskowane uzupełniają ten kształt do uprzedniego kształtu niezużytej jeszcze główki. Zużyte górne części główki oznaczone są cyfrą 1 a zużyte boczne części główki oznaczone są cyfrą 2. Zużyte powierzchnie oczyszcza się i szlifuje do połysku metalicznego, a główkę uzupełnia się do poprzedniego kształtu przez napawanie dodatkowego materiału, którym jest drut elektrodowy do napawania 9. Napawanie drutu elektrodowego do napawania 9 przeprowadza się za pomocąpalnika spawalniczego 8 pod osłoną topnika 7, przy zachowaniu odpowiednich parametrów opisanych dalej. Ściegi 4,4' nanosi się na nie nagrzewaną uprzednio szynę, w jej kierunku wzdłużnym, w temperaturze atmosfery zewnętrznej równej lub wyższej od 10 C, a przed nanoszeniem następnego lub górnego sąsiedniego ściegu, poprzedni ścieg oczyszcza się. Jak widać na fig. 2, oś dyszy poprzez którą doprowadza się drut elektrodowy do napawania 9, tworzy z osią pionową kąt α = 0 do 45, wskutek czego powierzchnia utworzona przez obwiednię ściegów 4,4' ma minimalną falistość, a ponadto uzyskuje się odpowiednie przetopienie. Ściegi 4,4' napawa się na materiał podstawowy szyny, na powierzchni topienia 5,5' i na boczne względnie górne powierzchnie wystających ściegów. Powierzchnia topienia 5 górnego ściegu 4 jest K razy większa od powierzchni topienia 5' bocznego ściegu 4', przy czym stała K = 2,6. W tym stosunku dyfunduje również węgiel z materiału podstawowego szyny do napoiny przy stałej energii liniowej Q tak, że przy napawaniu bocznych ściegów 4' można energię liniową Qb zwiększyć do wartości Qb = Qh x K bez wyraźnego zwiększenia się zawartości węgla w bocznych ściegach napawanych. Przy tym Qb = energia liniowa Q przy napawaniu bocznych powierzchni a Qh = energia liniowa Q przy napawaniu górnej powierzchni. K = stała 2,6 Q = h x 60 x U x I/v (kj/cm) h = sprawność źródła (około 0,95 przy napawaniu za pom ocą automatów i użycia topnika) U = napięcie spawania w V I = natężenie prądu spawania w A V = prędkość posuwu dyszy palnika spawalniczego (cm/min). Zawartość węgla w napoinie wpływa istotnie na jej strukturę i dlatego nie powinna być ona większa niż 0,3%, aby napoina nie zawierała żadnej struktury martenzytycznej i niepożądanych pęknięć. Chemiczny, wagowy skład szyn stalowych na których prowadzi się napawanie zawiera się w zakresie: węgiel C = 0,45 do 0,82%, mangan Mn = 0,7 do 1,05%, krzem Si = 0,07 do 0,55%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia powstałe przy produkcji. Chodzi, na przykład o szyny, zgodne z normą zakładową T Firmy Eisenwerke Trinec AG -CZ, które wytwarza się ze stali pod nazwą handlową 75 ESD, o twardości około 250 HV, 85 ESD-VK, o twardości około 270 HV i 95 ESD-VK, o twardości około 290 HV. Napawanie przeprowadza się za pomocą automatów przy zastosowaniu topników o zasadowości ph = 1,3 do 3,2, na przykład przy zastosowaniu znanego topnika oznaczanego w handlu OK FLUX Napawa się niestopowy materiał dodatkowy w postaci drutu o następującym składzie chemicznym wagowym: węgiel C = 0,06 do 0,10%, mangan Mn = 0,5 do 1,5%, krzem Si = 0,05 do 0,50%, przy czym pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenia powstałe przy produkcji. W podanej poniżej tabeli I uwidocznione są parametry napawania materiału dodatkowego. Materiałem tym je st drut elektrodowy do napawania znany w handlu pod oznaczeniem A 106, o następującym chemicznym i wagowym składzie: węgiel C = 0,07, krzem Si = 0,06, Mangan Mn =1,11%, fosfor P = 0,009%, siarka S = 0,011 %, i stosowany na górne powierzchnie szyn (nu-

8 mer porządkowy 1-12) i na boczne powierzchnie szyn (numer porządkowy 13-17) szyn wykonanych z materiału 75 ESD i 95 ESD-VK. Za pomocą tego materiału dodatkowego uzyskuje się napoinę, których twardość jest najwyżej o 10% większa od twardości materiału podstawowego szyny, to znaczy w zakresie około 250 HV do około 315 HV, przy czym nie zawiera ona martenzytu, a dopuszczalne wady odpowiadają dopuszczalnym wadom materiału podstawowego szyny. Taka twardość napoiny nadaje się do naprawy mniej obciążanych odcinków urządzeń torowych, na przykład na łukach toru lub na prostych odcinkach. Tabela I Parametry napawania Nr Typ szyny U(V) I(A) v(cm/min) 1 95 ESD-VK Energia liniowa Q (kj/cm) Twardość HV ESD Gdy zachodzi potrzeba uzyskania twardości napoiny wynoszącej 285 HV do 350 HV to napawa się materiał dodatkowy o następującym chemicznym składzie wagowym: węgiel C = 0,06 do 0,10%, mangan Mn = 0,5 do 1,5%, krzem Si = 0,05 do 0,5%, nikiel Ni = 1,8 do 4,5%, wanad V = 0,0 do 0,2%, molibden Mo = 0,0 do 0,3%, niob Nb = 0,0 do 0,1%, chrom Cr = 0,0 do 0,4%, glin Al = 0,0 do 1,6%, tytan Ti = 0,0 do 0,1 %, a pozostałość stanowi żelazo Fe i zanieczyszczenie powstałe przy wytwarzaniu, przy czym masa całkowita niklu Ni i innych pierwiastków stopu, których dolną granicą może być 0,0%, nie przekracza w sumie 5%. Chodzi tu na przykład o m a- teriał dodatkow y znany pod symbolem A234 o chemicznym, składzie wagowym: węgiel C = 0,07%, krzem Si = 0,3%, mangan Mn = 1,2%, nikiel Ni = 2,3%, fosfor P = 0,011 %, siarka S = 0,014%, który napawa się przy zachowaniu parametrów podanych w poniższej tabeli II, gdzie podana jest również twardość wytwarzanej napoiny. Twardość ta prawie nie ulega już zmianie przy mechanicznych obciążeniach podczas eksploatacji urządzenia torowego.

9 Tabela II Parametry napawania Nr Typ szyny U(V) I(A) v(cm/min) Energia liniowa Q(kJ/cm) Twardość HV 1 75ESD ESD ESD ESD ESD ESD-VK ESD-VK ESD-VK ESD-VK ESD-VK Numery 1 do 3 oraz 7 i 8 odnoszą się do przykładów warstw napawanych na góm ą powierzchnię szyn, natomiast numery 4 do 6 oraz 9 i 10 dotyczą przykładów warstw napawanych na boczne powierzchnie szyn. Niniejszy przykład automatycznego lub półautomatycznego napawania zużytych odcinków główek szyn urządzeń torowych stanowi odpowiedniąkombinację chemicznego składu m a- teriału podstawowego szyny, napawanego materiału dodatkowego, oraz parametrów napawania, to znaczy napięcia U, natężenia prądu I i prędkości posuwu v, w ramach danej ilości energii liniowej Q. Energia liniowa Q przy napawaniu górnej powierzchni szyn zawiera się w zakresie QH= 5,9 do 11,5 kj/cm, prędkość posuwu VH= 40 do 75 cm/min, napięcie UH = 24 do 34V i natężenie prądu IH = 250 do 350 A. Energia liniowa Q przy napawaniu bocznych powierzchni szyn jest 2,6 razy większa i zawiera się w zakresie QB = 15,3 do 29,9 kj/cm, prędkość posuwu VB = 40 do 75 cm/min, napięcie UB = 34 do 38V i natężenie prądu IB = 450 do 550 A. Przy napawaniu z zachowaniem tych parametrów dyfuzja węgla z materiału podstawowego do napoiny jest tak zmniejszona, że napoina zawiera węgiel C w zakresie 0,1 do 0,3%, przy czym energia liniowa Q gwarantuje, że przy chłodzeniu w powietrzu o temperaturze równej lub wyższej od 10 C nie zostanie przekroczona krytyczna prędkość chłodzenia, której przekroczenie powodowałoby tworzenie się struktur martenzytycznych, a także zapewnia to, że w napawanym materiale i jego otoczeniu nie pojawią się pęknięcia. Gdy konieczne jest uzyskanie twardości napoiny wynoszącej około 350 HV względnie około 500 HV, co wymaga się przy naprawie wyjątkowo silnie obciążonych odcinków urządzeń torowych jak na przykład końców łączonych ze sobą szyn (fig. 3,4), iglic w zwrotnicach (fig. 5,6) i krzyżownic na skrzyżowaniach, to postępuje się następująco: na oczyszczoną i do połysku metalicznego zeszlifowaną zużytą powierzchnię napawa się warstwę podłożową o grubości co najmniej równej ściegowi 4,4' z materiałem dodatkowym za pomocą sposobu według wynalazku lub jego wariantu, po czym na tę warstwę podłożową napawa się dalsze ściegi 44,44' sto so w an e- go ogólnie i znanego m ateriału dodatkow ego pod nazw ą handlow ą O K -tubrodur 15.43, o składzie chem icznym i wagowym: węgiel C = 0,15%, krzem Si = maks. 0,5%, mangan Mn = 1,1%, chrom Cr = 1,0%, nikiel Ni = 2,3%, molibden Mo = 0,5%, glin Al = 1,4%, i pozostałość utworzonej przez żelazo oraz zanieczyszczenia względnie OK-tubrodur 15,65 o składzie chemicznym i wagowym: węgiel C = 0,3%, krzem Si = 0,55%, mangan Mn = 13,5%, chrom Cr = 16%, nikiel N i= 1,7%, molibden Mo = 0,8%, wanad V = 0,6% i pozostałość w postaci żelaza Fe oraz zanieczyszczeń. Warstwa podłożowa może być utworzona przez jedną lub wiele warstw ściegów 4,4', a górna warstwa powierzchniowa też może być utworzona przez jedną lub wiele warstw ściegów 44,44'.

10 Parametry napawania górnej warstwy powierzchniowej ze stopowego lub wysokostopowego materiału dodatkowego są wskazane przez producenta i są ogólnie znane. Przez napawanie warstwy podłożowej uzyskuje się zmniejszenie zawartości węgla w napawanym materiale warstwy powierzchniowej, składającej się ze stopowego lub wysokostopowego materiału dodatkowego. Uzyskuje się przez to odporność przed zniszczeniem napawania wskutek kruchości, a także uzyskuje się twardość napoiny zgodną z wymaganiami na narażonych szczególnie odcinkach (np. przy zastosowaniu OK tubrodur 15,43 uzyskuje się twardość 350 do 400 HV, a przy zastosowaniu OK-tubrodur 15,65, twardość 400 do 500 HV). Sposób automatycznego lub półautomatycznego napawania na zużyte odcinki szyn urządzeń torowych można stosować przy naprawach zużytych szyn torowisk kolejowych, tramwajowych, suwnic, kolejek linowych i tym podobnych, a także do naprawy iglic w zwrotnicach i krzyżownic na skrzyżowaniach szyn. Kształt względnie przekrój poprzeczny szyny lub części konstrukcyjnych urządzeń torowych nie mają wpływu na realizację sposobu według wynalazku. FIG. 3 FIG.4

11 FIG. 5 FIG. 6

12 FIG. 1 FIG. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.