CONTACTLESS JOINING OF RAILWAY RAILS

Podobne dokumenty
JAKOŚĆ BEZSTYKOWYCH ZŁĄCZY SZYNOWYCH

JAKOŚĆ BEZSTYKOWYCH ZŁĄCZY SZYNOWYCH

NARZĘDZIA DO USUWANIA WYPŁYWÓW SPAWALNICZYCH PRZY ŁĄCZENIU SZYN TOOLS TO REMOVE WELDING FLASH WHILE JOINING JOINTLESS RAILS

Badania laboratoryjne próbek złączy szynowych, z gatunku stali R350HT

Wybrane zagadnienia z badań laboratoryjnych w Centrum Diagnostyki w Warszawie Warszawa (Miedzeszyn Hotel BOSS), maja 2016 r.

Bezpieczeństwo bezstykowych złączy szynowych

SPOTKANIE członków kół SITK RP w Klubie SITK RP przy PKP PLK S.A. Centrum Diagnostyki

... Definicja procesu spawania łukowego ręcznego elektrodą otuloną (MMA):... Definicja - spawalniczy łuk elektryczny:...

WŁASNO CI I STRUKTURA ZŁ CZY SZYNOWYCH SPAWANYCH ŁUKIEM ELEKTRYCZNYM

... Definicja procesu spawania gazowego:... Definicja procesu napawania:... C D

TYMCZASOWE WARUNKI TECHNICZNE WYKONANIA I ODBIORU ZŁĄCZY SZYNOWYCH SPAWANYCH ŁUKIEM ELEKTRYCZNYM ELEKTRODAMI ZASADOWYMI - PROJEKT

Przegląd klasyfikacji niezgodności spawalniczych w branży kolejowej w odniesieniu do norm ISO

... Definicja procesu spawania łukowego elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (MIG), aktywnego (MAG):...

Zarządca narodowej sieci linii kolejowych. SPAWANIE TERMITOWE METODĄ SkV. POSTĘP W SPAWALNICTWIE NAWIERZCHNIOWYM PKP PLK S.A.

ZGRZEWANIE SZYN NOWYCH ZGRZEWARKAMI TOROWYMI ZGODNIE Z WYMAGANIAMI NORMY PN-EN :2009

KRZYŻOWNICE STAŁE ZE STALIWA MANGANOWEGO

Właściwosci złącza spawanego szyny podsuwnicowej spawanej metodą 111

... Definicja procesu spawania łukowego w osłonie gazu obojętnego elektrodą nietopliwą (TIG):...

TERMITOWA SPAWALNOŚĆ BAINITYCZNYCH STALI SZYNOWYCH (NA PRZYKŁADZIE CRB1400, PROFIL 60E1/2)

Spawanie szyn technologia, spawacze, uznanie spawów wymagania w świetle standaryzacji europejskiej

SPRAWOZDANIE ĆWICZENIE SP-1. LABORATORIUM SPAJALNICTWA Temat ćwiczenia: Spawanie gazowe (acetylenowo-tlenowe) i cięcie tlenowe. I.

SPRAWOZDANIE ĆWICZENIE NR SP

TYTUŁ: Zgrzewanie szyn kolejowych Vignole`a i szyn tramwajowych zgrzewarką dwudrogową z głowicą AMS 100.

Stal - definicja Stal

Naprężenia i odkształcenia spawalnicze

Metody łączenia metali. rozłączne nierozłączne:

Proces spawania POLETYLENU

ZGRZEWANIE SZYN ZGRZEWARKAMI DWUDROGOWYMI

Zarządca narodowej sieci linii kolejowych. Łukasz WILCZYŃSKI* Mariusz MASTALERZ*

Porównanie właściwości złączy spawanych ze stali Domex 700 MC i Alform 700 M

BADANIE WPŁYWU NA SPAWALNOŚĆ, NIE USUWANYCH FARB GRUNTOWYCH

Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr 26, 1996 P Ai'l - Oddział Katowice PL ISSN POCICA-FILIPOWICZ Anna, NOWAK Andrzej

Normy przywołane do norm zharmonizowanych do. Dyrektywa 87/404/EWG

Produkcja i badania obręczy kolejowych. Ireneusz Mikłaszewicz

NIEKTÓRE WŁASNOŚCI SPAWANYCH ZŁĄCZY MIESZANYCH STALI P91 ZE STALĄ 13HMF W STANIE NOWYM I PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

ORZECZENIE Nr ZT/282/11

Wpływ kierunku walcowania blach ze stali obrobionej termomechanicznie na jakość złączy spawanych

The project "TEMPUS - MMATENG"

KLASYFIKACJI I BUDOWY STATKÓW MORSKICH


Normy przywołane do norm zharmonizowanych do. Dyrektywa 97/23/WE

ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

Badania radiograficzne złączy zgrzewanych z tworzyw sztucznych

RMD Boats, Robert Draszyński Tel: ,

ĆWICZENIE Nr 6. Laboratorium InŜynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. inŝ. A. Weroński

Procedura: Dopuszczenia wykonawców prac spawalniczych na sieci kolejowej zarządzanej przez PKP Polskie Linie Kolejowe S.A.

Badania wytrzymałościowe

Materiałoznawstwo i obróbka cieplna w spawalnictwie Material science and heat treatment in welding. Liczba godzin/tydzień: 2W E, 2L,1C

PN-EN :2010 Spawanie. Szczegóły podstawowych złączy spawanych w stali. Część 1: Elementy ciśnieniowe (oryg.) Zastępuje: PN-EN :2002

BADANIA NIENISZCZĄCE I ICH ODPOWIEDZIALNOŚĆ A BEZPIECZEŃSTWO TRANSPORTU SZYNOWEGO Badanie ultradźwiękowe elementów kolejowych

1. Harmonogram. Data realizacji. Godziny realizacji zajęć od-do. Miejsce realizacji zajęć/nazwa instytucji (miejscowość, ulica, nr lokalu, nr sali)

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

PROPOZYCJA NOWELIZACJI INSTRUKCJI Id-5 (D-7) W ŚWIETLE WYMAGAŃ NORM EUROPEJSKICH

Lepsza jakościowo stal szynowa właściwości i spawalność. Dr. Jörg Keichel / Elektro-Thermit GmbH et al

Porządek spotkania: 1.Klub się przedstawia, czyli garść informacji o działalności Klubu, 2.Nakreślenie krótkiej charakterystyki MIĘDZYZAKŁADOWY

Przygotowanie złączy dla spoin

VI OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA TECHNICZNA SPAWALNICTWO DRÓG SZYNOWYCH technologie spajania konstrukcji bezstykowych. Warszawa, maja 2016 r.

Rys. 1 Zasada spawania łukiem krytym

MIKROSTRUKTURA I WŁASNOŚCI NOWEGO STALIWA BAINITYCZNEGO NA KRZYŻOWNICE KOLEJOWE

Zespół Szkół Samochodowych

SZCZEGÓŁOWY OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

BADANIA SYMULACYJNE CYKLI CIEPLNYCH SIMULATING INVESTIGATIONS OF THERMAL CYCLES

SPAWANIE ELEKTRONOWE I SPAWANIE TIG BLACH Z TYTANU TECHNICZNEGO

SPAWANIE RUR W GATUNKU GR. C/6/X52 DRUTEM PROSZKOWYM M. STANKIEWICZ 1, H. JONDERKO 2, D. KIJOWSKI 3, W. PSONKA 4

Instytut Spawalnictwa SPIS TREŚCI

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

ZABEZPIECZENIE PĘKNIĘTEJ LUB USZKODZONEJ SZYNY

V OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA TECHNICZNA SPAWALNICTWO DRÓG SZYNOWYCH CZY CERTYFIKACJA JEST GWARANCJĄ BEZPIECZEŃSTWA?

BADANIA SZYN TRAMWAJOWYCH 60R2 GATUNKU R260 I R340GHT W ASPEKCIE PĘKNIĘĆ SPAWÓW TERMITOWYCH

Badania spoin wykonanych metodą MAg w różnych osłonach gazowych

Konstrukcje spawane : połączenia / Kazimierz Ferenc, Jarosław Ferenc. Wydanie 3, 1 dodruk (PWN). Warszawa, Spis treści

ĆWICZENIE LABORATORYJNE BADANIE STRUKTURY ZŁĄCZA SPAWANEGO

Trwałość eksploatacyjna złączy spawanych z nadmierną szerokością spoiny

TECHNIKA TRANSPORTU SZYNOWEGO KRYTERIA OCENY TRWAŁOŚCI (PRZYDATNOŚCI) EKSPLOATACYJNEJ SZYN KOLEJOWYCH WSTĘP. Jerzy ZARICZNY, Sławomir GRULKOWSKI

Kontrola jakości materiałów i wyrobów Quality control of materials and products. Liczba godzin/tydzień: 2W, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Wykonywanie i badanie kolejowych złączy szynowych

Opis przedmiotu zamówienia dla części 2

PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH WEDŁUG EUROKODÓW.

Inżynieria Materiałowa

THERMIT 2.0 INNOWACJA W SPAWANIU THERMIT -OWYM WYSOCE WYTRZYMAŁYCH PERLITYCZNYCH STALI SZYNOWYCH

Inżynieria Materiałowa

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA 3. CPV Wymogi techniczne Zgodnie z załącznikiem nr 1

Konstrukcje spawane Połączenia

Projektowanie konstrukcji stalowych według Eurokodów / Jan Bródka, Mirosław Broniewicz. [Rzeszów], cop Spis treści

Technologie Materiałowe II Spajanie materiałów

Stal dupleks w efekcie składu chemicznego

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

KURS SPAWANIA HARMONOGRAM ZAJĘĆ SZKOLENIA PODSTAWOWEGO. Spawacz metodą MAG Termin realizacji:

ĆWICZENIE Nr 5. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA POTRZEBĘ PROFILOWANIA SZYN W UTRZYMANIU NAWIERZCHNI KOLEJOWEJ. Grzegorz Stencel

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

PL B1. DOLNOŚLĄSKIE PRZEDSIĘBIORSTWO NAPRAW INFRASTRUKTURY KOMUNIKACYJNEJ DOLKOM SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Wrocław, PL

POŁĄCZENIA SPAWALNICZE ELEMENTÓW NADWOZIA WYKONYWANE PODCZAS NAPRAW POWYPADKOWYCH POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

EFEKTY KSZTAŁCENIA DLA STUDIÓW PODYPLOMOWYCH

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

Odporność na zimne pękanie złączy spawanych ze stali P460NL1

Transkrypt:

ROMAN WIELGOSZ ŁĄCZENIE BEZSTYKOWYCH SZYN KOLEJOWYCH CONTACTLESS JOINING OF RAILWAY RAILS S t r e s z c z e n i e A b s t r a c t W artykule podano metody bezstykowego łączenia szyn kolejowych. Przedstawiono rodzaje stali obecnie stosowane na szyny. Omówiono ograniczenia technologiczne dotyczące spajania szyn metodami spawalniczymi. Porównano własności złączy wykonanych róŝnymi metodami spawalniczymi. Słowa kluczowe: szyny kolejowe, spawanie termitowe, zgrzewanie, stal szynowa The paper presents methods of contactless joining of railway rails. Steels currently used for rails have been listed. Technological limitations concerning rail welding with welding methods have been discussed and properties of joints made with various welding methods have been compared. Keywords: railway rails, welding, thermit welding, pressure welding Dr hab. inŝ. Roman Wielgosz, prof. PK, Instytut InŜynierii Materiałowej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska.

8 1. Wstęp Zasadniczym elementem nowoczesnej nawierzchni kolejowej jest tor bezstykowy, który stanowi dowolna liczba szyn trwale i nierozłącznie połączonych ze sobą. Wyeliminowanie tradycyjnego łączenia odcinków szyn za pomocą łubek skręcanych śrubami stało się moŝliwe dzięki zastosowaniu spawalniczych metod łączenia szyn, a zwłaszcza zgrzewania elektrycznego i spawania termitowego oraz w szczególnych wypadkach spawania łukiem elektrycznym. Jazda po torze bezstykowym jest spokojna i cicha, nie występują uderzenia kół na uginających się stykach szyn, powodujące uszkodzenia i nadmierne zuŝycie końców szyn i obręczy pojazdów szynowych, co często ma miejsce w wypadku toru łączonego z uŝyciem łubek skręcanych śrubami. Tym samym tor bezstykowy stwarza mniej ograniczeń eksploatacyjnych, a jazda po nim jest bezpieczniejsza i bardziej komfortowa. Warunkiem uzyskania dobrych rezultatów jest jednak takie opanowanie technologii spajania złączy szyn, aby właściwości złączy nie odbiegały od właściwości szyn i, co bardzo waŝne, były powtarzalne dla wszystkich styków. 2. Stale szynowe Przewiduje się siedem gatunków stali zalecanych do produkcji szyn. Oznaczenia gatunków stali przyjęto zgodnie z odpowiednimi normami europejskimi i polskimi (PN-EN 10027-1 i PN-EN10027-2). Gatunki stali podano w tab. 1. W tabeli zamieszczono równieŝ dotychczas stosowane oznaczenia stali na szyny. Norma Europejska proponuje EN 13674-1:2003 (E) nowe gatunki stali szynowych. W tabeli 1 podano oznaczenia dotychczas stosowanych rodzajów stali, które mają składy chemiczne zbliŝone do nowych stali zalecanych przez normę EU. W Polsce są produkowane równieŝ szyny z nowych stali bainitycznych przeznaczonych na wysoko obciąŝone tory o oznaczeniu R1200MnCrMoV20 wg PN-EN 10027-1:1994 i o oznaczeniu R378MnCrMoV wg PN-EN 13674-1:2004. Oznaczenia stali szynowych T a b e l a 1 Oznaczenie Numer Poprzednie Opis stali materiałowy oznaczenie R200 Węglowo-manganowa 1.0521 R0700 R220 Węglowo-manganowa 1.0524 R0800 R260 Węglowo-manganowa 1.0623 R0900; St90PA R260Mn Węglowo-manganowa 1.0624 R0900Mn; St90PB R320Cr Niskostopowa 1.0915 R1100Cr R350HT Węglowo-manganowa obrabiana cieplnie 1.0631 R1200 R350LHT Niskostopowa obrabiana cieplnie 1.0632 Generalnie, dotychczas stosowane stale na szyny kolejowe mają zawartość węgla w granicach od 0,40 do 0,82%, manganu od 0,60 do 1,70%, krzemu od 0,05 do 0,90% i niektóre z nich dodatkowo chrom do 1,30%. W nowych stalach pierwiastki te zawierają się w granicach: węgiel od 0,38% do 0,82%, mangan od 0,65% do 1,70%, krzem

od 0,13% do 1,12% oraz w niektórych stalach chrom do 1,25%. Pomimo podobnych składów chemicznych obu grup stali poszczególne gatunki nowych stali mają tak dobrane składy chemiczne, Ŝe nie są odpowiednikami dotychczas uŝywanych i są nowymi gatunkami stali. 9 3. Technologiczne właściwości stali szynowych Stale szynowe ze względu na swój skład chemiczny moŝna zaliczyć do stali niestopowych średniowęglowych z normalną lub podwyŝszoną zawartością manganu i stali niskostopowych chromowych. Stale o takim składzie chemicznym w stanie surowym są stalami perlitycznymi, niekiedy z nielicznie występującym ferrytem. Przykłady struktur stali szynowych pokazano na fot. 1 i 2. W stalach bainitycznych podstawowym składnikiem struktury jest bainit. Fot. 1. Struktura stali szynowej. Pow. 100. Trawiono nitalem Photo 1. Structure of rail steel material Fot. 2. Struktura stali szynowej. Pow. 500. Trawiono nitalem Photo 2. Structure of rail steel material Stale szynowe z racji swojego składu chemicznego zalicza się do materiałów trudno spawalnych. Wysokie zawartości węgla oraz manganu powodują, Ŝe wskaźnik spawalności stali równowaŝnik węgla C E jest dla stali szynowych wysoki i przekracza wartości przyjmowane dla stali spawalnych. W trakcie zmian temperatury podczas nagrzewania i chłodzenia stali występujących w trakcie procesów technologicznych wytwarzania szyn i torów zachodzą przemiany strukturalne. W wyniku tych procesów zostają ukształtowane struktura i właściwości materiału szyny w torze. 4. Ograniczenia technologiczne dotyczące spajania szyn metodami spawalniczymi Szyny kolejowe jako elementy poddawane potem spajaniu metodami spawalniczymi stwarzają wiele trudności technicznych oraz technologicznych i z tego względu liczba moŝliwych do wykorzystania spawalniczych metod łączenia jest znacznie ograniczona i w praktyce sprowadza się do dwu metod:

10 elektrycznego zgrzewania doczołowego iskrowego, spawania termitowego. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 10 września 1998 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie, spawanie łukiem elektrycznym obok spawania termitowego lub zgrzewania elektrooporowego jest metodą wymienioną alternatywnie do stosowania przy budowie toru bezstykowego. Ograniczenia oraz trudności techniczne i technologiczne wynikają głównie z następujących powodów: składu chemicznego stali stosowanych do wytwarzania szyn, wielkości przekroju poprzecznego i profilu szyn, wysokich wymagań stawianych złączom spajanym łączącym szyny, wymogu duŝej powtarzalności parametrów procesu spajania, gwarantującej powtarzalność właściwości złączy. TakŜe złoŝony i o zróŝnicowanych grubościach profil przekroju poprzecznego szyn jest czynnikiem utrudniającym spawanie szyn z powodu powstawania bardzo niekorzystnego rozkładu ciepła wprowadzonego do materiału szyny podczas spawania klasycznymi metodami łukowymi lub spawania gazowego. W efekcie tworzy się bardzo szeroka strefa wpływu ciepła w sąsiedztwie spoiny mająca niekorzystnie zmienioną strukturę i w konsekwencji właściwości mechaniczne, a zwłaszcza wskaźniki plastyczności: wydłuŝenie i udarność oraz twardość. Ponadto ze względu na wielkoseryjny charakter operacji łączenia szyn stosowana technologia powinna zapewniać powtarzalność właściwości złączy przez stabilne utrzymywanie parametrów procesu, co moŝna osiągnąć przez maksymalne zmechanizowanie lub zautomatyzowanie urządzeń technologicznych lub wykorzystując inny sposób wyeliminowania wpływu indywidualnego wykonawcy. Dodatkowymi uwarunkowaniami przy wyborze metody spajania są wielkość i kształt nadlewów na złączu i moŝliwość łatwego ich usunięcia w celu doprowadzenia obszaru łączenia do profilu szyn. 5. Badania porównawcze bezstykowych złączy szyn Zgrzewanie szyn doczołowo oporowo prowadzi się w zgrzewalniach stacjonarnych lub na szlaku za pomocą samojezdnych zgrzewarek typu PRSM 4 (fot. 3). Zgrzewalnie stacjonarne wyposaŝone są w specjalizowane zgrzewarki doczołowe do szyn firmy Schlatter. Zasada zgrzewania doczołowego oporowego iskrowego polega na nagrzaniu określonych odcinków szyn w obszarze styku do temperatury uplastycznienia materiału i następnie spęczeniu plastycznego materiału, dzięki czemu uzyskuje się złącze zgrzewane. Spawanie termitowe (fot. 4) polega na nałoŝeniu na miejsce łączenia formy spawalniczej odpowiadającej przekrojowi szyny danego typu. Następnie łączone szyny podgrzewa się palnikiem i w formę spawalniczą wlewa się spoiwo spawalnicze, którego nadlew po zastygnięciu się obcina. Kolejnym krokiem jest szlifowanie miejsca łączenia. Spoiwem spawalniczym jest mieszanka termitowa, z której w wyniku reakcji spalania do formy pomiędzy szyny wpływa roztopiona stal.

11 Fot. 3. Zgrzewanie szyn Photo 3. Rail welding Fot. 4. Spawanie termitowe szyn Photo 4. Rail thermit welding Badania przeprowadzono na złączach zgrzewanych pobranych losowo z bieŝącej produkcji Zgrzewalni Szyn. Stwierdzono, Ŝe wygląd złączy jest poprawny. Szyny zostały zgrzane w prawidłowym ustawieniu, zachowana została prostoliniowość, profile szyn pokrywają się na całym przekroju. Na fotografii 5a) przedstawiono typowy wygląd badanych złączy. Złącza oceniano w stanie nieoszlifowanym w celu określenia jakości i dokładności obcinania wypływki na zgrzewarce. Stwierdzono, Ŝe wypływka zgrzeiny została obcięta na wszystkich powierzchniach szyn. Pozostający naddatek na główce szyny nie przekracza 1 mm. Badania makroskopowe przeprowadzano na przekrojach wzdłuŝnych obejmujących całe złącze i odcinki przylegającego do niego materiału szyn. Wykonano trawienie odczynnikiem Adlera w celu uzyskania obrazu linii zgrzania i obszaru strefy wpływu ciepła złącza, a takŝe odbitki Baumanna, by ujawnić rozłoŝenie siarki. Trawienie wykonane odczynnikiem Adlera ujawniło obszar złącza zgrzewanego i przebieg linii zgrzania, co pokazano na fot. 5b). Jak widać, linia zgrzania przebiega prostopadle do osi wzdłuŝnej szyn i jest linią ciągłą. Obszar strefy wypływu ciepła jest symetryczny po obu stronach linii zgrzania, jego szerokość wynosi łącznie ok. 80 mm. RozłoŜenie siarki w złączu ilustruje odbitka Baumanna zamieszczona na fot. 5c). Rozkład siarki jest równomierny, charakterystyczny dla wyrobów walcowanych typu szyna. W linii zgrzania obserwuje się większe niŝ w materiale skupienie siarki, co teŝ jest typowe dla złączy zgrzewanych i związane jest ze spęczaniem zgrzewanych elementów. Cykl cieplny zgrzewania prowadzi do nagrzania powierzchni czołowych końców szyn do temperatury topnienia, a w bezpośrednio przylegającym obszarze materiału do temperatury przekraczającej temperaturę początku przemiany austenitycznej. Odprowadzanie ciepła przez materiał szyny powoduje jej nagrzanie na dalej połoŝonym odcinku. Odpowiednio do zakresu osiąganych przez dany odcinek szyny temperatur i czasu pozostawania w tej temperaturze następują charakterystyczne zmiany strukturalne stali szynowej. Na fotografii 7 widzimy fragment strefy zgrzania z obszaru główki szyny.

12 Obserwacje mikroskopowe struktury materiału w linii zgrzania ujawniły występowanie w tym obszarze wydzieleń ferrytu częściowo w układzie Widmannstättena. W strefie wpływu ciepła w pobliŝu linii zgrzania występuje perlit płatkowy z nielicznymi wydzieleniami ferrytu po granicach ziarn. W bardziej odległym od linii zgrzania miejscu strefy wpływu ciepła stwierdzono występowanie częściowo skoagulowanego perlitu. Zmiany struktury materiału mają charakter ciągły i łagodny. Nie odnotowano niekorzystnych skokowych zmian struktury, które mogłyby stanowić karb strukturalny. Obserwacje te potwierdza równieŝ ciągły charakter niewielkich zmian twardości. Pomiary twardości w złączach zgrzewanych przeprowadzono metodą Vickersa przy obciąŝeniu 297 N (30 kg) na próbkach pobranych z główek zgrzewanych szyn. Rozmieszczenie punktów pomiarowych i uzyskane wyniki przedstawiono na rys. 1. Badania zgrzein szyn ze stali bainitycznych ze sobą i szyn ze stali bainitycznych z szynami ze stali perlitycznych zamieszczone w pracy [4] wykazały pełną moŝliwość bezstykowego łączenia tych szyn. Złącza spawane termitowo poddano takim samym badaniom jak złącza zgrzewane oporowo. Uzyskane wyniki przedstawiono poniŝej. Na podstawie badań wizualnych stwierdzono, Ŝe wygląd złączy jest poprawny. Szyny zostały zespawane w prawidłowym ustawieniu, zachowana została prostoliniowość, profile szyn pokrywają się na całym przekroju. Na fotografii 6a) pokazano badane złącze. Złącze oceniano w stanie nieoszlifowanym w celu określenia jakości i dokładności obcinania nadlewu. Stwierdzono, Ŝe wypływka spoiny została obcięta na powierzchniach główki szyny. Pozostający po obcięciu nadlewu naddatek na główce szyny nie przekracza 2 5 mm. Zapewnia to uzyskanie poprawnej powierzchni główki szyny po szlifowaniu wykańczającym. Badania makro- i mikroskopowe przeprowadzono na przekrojach wzdłuŝnych złączy spawanych obejmujących całe złącze i odcinki przylegającego do niego materiału szyn. Trawienie wykonane odczynnikiem Adlera ujawniło cały obszar złącza spawanego przedstawiony na fot. 6b). Złącza, na które składają się spoina i strefa wpływu ciepła, mają łączną długość mierzoną w główce szyny ok. 190 mm. Szerokość spoiny wynosi ok. 90 mm, zaś szerokość strefy wpływu ciepła po ok. 50 mm z kaŝdej strony. RozłoŜenie siarki w złączu przedstawia odbitka Baumanna zamieszczona na fot. 6c). Rozkład siarki w materiale szyny jest równomierny, charakterystyczny dla wyrobów walcowanych typu szyna. W strefie spoiny termitowej obserwuje się wydzielenia siarki o układzie dendrytycznym charakterystycznym dla materiałów w stanie lanym. Cykl cieplny procesu spawania termitowego prowadzi do nagrzania powierzchni czołowych końców szyn do temperatury topnienia, a w bezpośrednio przylegającym obszarze materiału do temperatury przekraczającej temperaturę początku przemiany austenitycznej. Odprowadzanie ciepła przez materiał szyny powoduje jej nagrzanie na dalej połoŝonym odcinku. Odpowiednio do zakresu osiąganych przez dany odcinek szyny temperatur i czasu pozostawania w tej temperaturze następują charakterystyczne zmiany strukturalne stali szynowej. Strukturę obserwowaną na granicy strefy wpływu ciepła i wtopu przedstawiono na fot. 8. Widoczne są występujące na granicach ziarn perlitu wydzielenia ferrytu częściowo w układzie Widmannstättena. Zmiany struktury materiału mają charakter ciągły i odpowiadają cyklowi cieplnemu wynikającemu z procesu spawania. Nie stwierdzono niekorzystnych skokowych zmian struktury, które mogłyby stanowić karb strukturalny. Obserwacje te potwierdza równieŝ ciągły charakter niewielkich zmian twardości.

13 Fot. 5a) Złącze zgrzewane z obciętymi wypływkami Photo 5a) Welded joint with cut flashes Fot. 5b) Widok strefy złącza zgrzewanego (przekrój wzdłuŝny). Trawiono odczynnikiem Adlera Photo 5b) Area of welded joint (longitudinal section) Fot. 5c) Odbitka Baumanna ze strefy złącza w przekroju wzdłuŝnym Photo 5c) Baumann print from joint area in longitudinal section Pomiary twardości w złączach spawanych przeprowadzono metodą Vickersa przy obciąŝeniu 297 N (30 kg) na próbkach pobranych z główek spawanych szyn. Rozkład twardości w złączu spawanym termitowo (w główce szyny) w linii odległej o ok. 3 mm od powierzchni roboczej główki przedstawiono na rys. 2. Na osi odciętych podano odległości punktów pomiarowych od osi spoiny. Obecnie prowadzone są intensywne prace nad opracowaniem odpowiedniego termitu do spawania bezstykowego szyn bainitycznych i oceny jakości uzyskanych w ten sposób połączeń. Spawanie elektryczne (łukowe) stosuje się głównie do trwałego łączenia elementów nawierzchni szynowej w miejscach trudno dostępnych, gdzie nie jest moŝliwe spawanie termitowe lub zgrzewanie. Spawanie ręczne przeprowadza się elektrodą otuloną lub półautomatem z podajnikiem drutu.

14 Fot. 6a) Złącze spawane termitowo z obciętymi wypływkami Photo 6a) Thermit welded joint with cut flashes Fot. 6b) Widok strefy złącza spawanego termitowo (przekrój wzdłuŝny). Trawiono odczynnikiem Adlera Photo 6b) Area of thermit welded joint (longitudinal section) Fot. 6c) Odbitka Baumanna ze strefy złącza spawanego termitowo w przekroju wzdłuŝnym Photo 6c) Baumann print from area of thermit welded joint in longitudinal section Fot. 7. Struktura materiału w linii zgrzania. Pow. 500. Trawiono azotanem Photo 7. Material structure in welding line Fot. 8. Struktura materiału w strefie wtopu. Pow. 500. Trawiono azotanem Photo 8. Material structure in fusion area

15 Rys. 1. Wyniki pomiarów w obszarze strefy zgrzania Fig. 1. Hardness measurements results in welding area Rys. 2. Rozkład twardości w linii przebiegającej w odległości 3 mm od główki szyny Fig. 2. Hardness penetration pattern in the line running at 3 mm from rail head Spawanie elektryczne stosowane jest obecnie w niektórych krajach europejskich jako jeden ze sposobów trwałego łączenia szyn w torze. Wykorzystuje się wtedy z reguły samojezdne automatyczne spawarki poruszające się po torach. Proces spawania wykonuje się po wstępnym nagrzaniu końców szyn, kładąc ściegi w określonej kolejności. Przy spawaniu stosuje się specjalne podkładki miedziane lub ceramiczne. Spawanie zaczyna się od stopy szyny, kładąc 3 ściegi, jak pokazano na rys. 3.

16 Ścieg 1 Ścieg 2 Ścieg 3 Rys. 3. Ściegi stopki szyny Fig. 3. Rail foot beads Rys. 4. Ścieg szyjki szyny Fig. 4. Rail web bead Ścieg 5 Ścieg 6 Ścieg 7 Rys. 5. Ściegi główki szyny Fig. 5. Rail web bead Spawanie szyjki szyny wykonuje się, prowadząc elektrodę pionowo ruchem okręŝnym w szczelinie między szynami w górę, formując spoinę z uŝyciem specjalnych łubek miedzianych lub ceramicznych (rys. 4). Spawanie główki szyny wykonuje się za pomocą 3 ściegów. Od 2/3 wysokości główki naleŝy ułoŝyć warstwę powierzchniową spoiny z twardszego materiału, jak pokazano na rys. 5. Na fotografii 9 zaprezentowano wykonane w torze złącze metodą spawania elektrycznego półautomatem z uŝyciem drutu proszkowego. Złącze to po procesie spawania nie zostało jeszcze poddane obróbce mechanicznej. Widok przekroju poprzecznego główki szyny w strefie spoiny widzimy na fot. 10. Rozkład twardości w głąb główki szyny w linii środkowej przedstawiono na rys. 6. Po spawaniu stosuje się wyŝarzanie odpręŝające szyny przez podgrzanie jej do 100 C na długości 1 m w kaŝdą ze stron. Następnie przeprowadza się szlifowanie zgrubne spoiny do profilu szyny, z pozostawieniem warstwy o grubości 0,5 1,0 mm, bezpośrednio po zakończeniu spawania. Po ostygnięciu szyny stosuje się szlifowanie ostateczne do Ŝądanego wymiaru.

17 Fot. 9. Spoina wykonana elektrycznie półautomatem, drutem proszkowym Photo 9. Weld made electrically by means of semi-automatic, flux-cored wire Fot. 10. Widok przekroju poprzecznego złącza spawanego w strefie spoiny główki szyny Photo 10. Cross-section of joint welded in rail head area Rys. 6. Rozkład twardości w przekroju poprzecznym główki złącza spawanego (w linii środkowej z fot. 15) Fig. 6. Hardness penetration pattern in cross-section of welded joint head (in centre line from photo 15) Przeprowadzone spawanie złącz próbnych z zastosowaniem elektrod otulonych i drutu spawalniczego pozwoliło na ocenę własności i struktury otrzymanych połączeń. Wszystkie złącza pozytywnie przeszły próbę statycznego zginania. We wszystkich siły łamiące były wyŝsze od minimalnej wartości sił przyjętych dla połączeń spawanych. Obserwacje wykonanych złączy oraz przełomów powstałych w próbie zginania wykazały, Ŝe w spoinach złącza występuje wiele wad spawalniczych. Są to braki wtopu, pęcherze, ŜuŜle itp. Tego typu wady są niedopuszczalne. Mogą być źródłem pęknięć zmęczeniowych w szynach. Badania metalograficzne struktur występujących w materiale w obszarze połączenia wykazały duŝą niejednorodność. Celem przeprowadzonych badań była wstępna ocena moŝliwości uŝycia metody spawania elektrycznego do łączenia szyn w torze. Metoda jest przewidziana do stosowania

18 w miejscach trudno dostępnych, gdzie wykorzystanie zgrzewania i spawania termitowego nie jest moŝliwe. Metoda spawania łukiem elektrycznym jest zgodnie z rozporządzeniem, o którym mowa we wstępie referatu, wymieniona jako metoda alternatywna do stosowania w torze bezstykowym. Nie jest jednak do tej pory powszechnie stosowana. Technologia spawania jest praktycznie opracowana i dopuszcza jako materiały pomocnicze stosowanie elektrod otulonych lub drutu spawalniczego. Uzyskane wyniki badań potwierdziły, Ŝe: 1) łączenie szyn na drodze zgrzewania i spawania termitowego, mimo zasygnalizowanych ograniczeń, pozwala uzyskiwać złącza, których SWC nie stanowi karbu strukturalnego obniŝającego ich właściwości, 2) obie metody łączenia szyn są opanowane przez krajowych wykonawców pracujących dla potrzeb PKP, którzy dysponują odpowiednim wyposaŝeniem na poziomie światowym oraz mają wieloletnie doświadczenie, 3) warunkiem uzyskania poprawnie wykonanego złącza zgrzewanego elektrycznie oporowo iskrowo jest ścisłe przestrzeganie technologii procesu zgrzewania szyn na wysoko specjalizowanych zgrzewarkach firmy Schlatter, 4) złącza szyn zgrzewane elektrycznie oporowo iskrowo stanowią pełnowartościowy odcinek szyny i nie obniŝają właściwości uŝytkowych toru kolejowego, 5) złącza szyn spawane termitowo, nawet przy powiększonym (do 75 mm) odstępie końców szyn, nie wykazują niekorzystnych zmian struktury w SWC, które mogłyby być przyczyną obniŝenia właściwości uŝytkowych toru kolejowego, 6) warunkiem uzyskania poprawnie wykonanego złącza spawanego termitowo jest ścisłe przestrzeganie technologii procesu oraz stosowanie odpowiednich materiałów i oprzyrządowania, które są obecnie łatwo dostępne w kraju, 7) spawanie elektryczne łukowe wymaga wysokich umiejętności od spawacza i nie gwarantuje powtarzalności własności złączy. Obecnie ta metoda moŝe być stosowana w wyjątkowych wypadkach, kiedy uŝycie innych metod łączenia jest ze względów technicznych niemoŝliwe. L i t e r a t u r a [1] W i e l g o s z R., O p o l s k a - I g ańska H., Własności i struktura złączy szynowych spawanych łukiem krytym, praca doktorska, III Ogólnopolska Konferencja Naukowo- -Techniczna nt. Spawalnictwo Dróg Szynowych SITK, Warszawa Bochnia 2007. [2] W i e l g o s z R., Z a ją c A., Budowa złączy szyn kolejowych zgrzewanych elektrycznie i spawanych termitowo, I Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna nt. Spawalnictwo Dróg Szynowych SITK, Częstochowa Kule 2001. [3] W i e l g o s z R., Z a jąc A., O p o l s k a - I g ańska H., Badania metaloznawcze połączeń szyn utwardzoną główką spawanych termitowo metodą SoWoS-HC, II Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna nt. Spawalnictwo Dróg Szynowych SITK, Warszawa Zakopane 2004. [4] P a c y n a J., L i s z k a L., H e n e l G., Badania zgrzein pierwszych polskich szyn bainitycznych, III Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna nt. Spawalnictwo Dróg Szynowych SITK, Warszawa Bochnia 2007.

[5] Norma EN 13674-1. Railway applications-track-rail-part 1: Vignole railway rails 46 kg/m and above (2003 E). [6] Kodeks UIC860. [7] Raporty ORE. 19