www.magyar-mernoki.com
30
'09
Written on Modified on
British Steel
A Tata Steel új, költségtakarékos javítóhegesztés technológiája sínhibák helyrehozásához
Új technológiát fejlesztett ki a Tata Steel Rail a sínek futófelületi hibáinak költséghatékony javításához. Az új megoldás jelentősége, hogy az automata és jobban ellenőrzött művelet a hagyományos kézi ívhegesztés (Manual Metal Arc, MMA) olyan aspektusait váltja ki, amelyek gyakran vezettek változó minőségi végeredményekhez. A kifejlesztett félautomata folyamat porbeles huzalelektródával történő ívhegesztést alkalmaz és alacsony előmelegítési hőmérsékletet kíván meg a hőhatásnak kitett felületen (Heal Affected Zona, HAZ) történő fémolvadás proaktív szabályozására. Tekintve, hogy a rövid sínszakaszok javítása, vagy cseréje több ezer eurós költséget jelent, ill. hogy a sínek futófelületi hibáinak előfordulása a vasúti forgalommal egyenes arányban növekszik, könnyű megérteni az új eljárás jelentőségét.
A folyamat megbízható teszteken esett át, egy dedikált egység pedig már gyártás alatt van, hogy Franciaországtól az Egyesült Királyságig Európa számos vasúti pályáján működés közbeni bemutatón láthassák az érdeklődők.
A síneken a kocsikerekek futása az érintkező felületen nagy és komplex nyomósablonokat alakít ki, ami felszíni kopáshoz vezet. A kocsik és a kerékprofilok változatossága, ill. a vasúti forgalom típusa számos felszíni hibát okoz, amelyek mind a sín élettartamának csökkenéséhez vezetnek. A felületi hibák (squat-ok) és égések még a legmodernebb és jól karbantartott pályákon is előfordulnak, és általános szabály, hogy minden hálózaton két kilométerenként évente egy ilyen hiba keletkezik. A rövid sínszakaszok cseréje költséges és nem mindig kívánatos, mivel a két aluminotermikus hegesztés (exoterm reakció alumínium redukálószerrel) két új diszkontinuitást okoz, ami tönkreteszi az akár 120 méter hosszan meleghengerelt sínekből származó előnyöket. A sínhibák kijavítására az ívhegesztés szolgált szolgál hagyományos alternatív technikaként. Bár a technikát számos iparágban alkalmazzák, az eredmény nagyban függ a hegesztő szakértelmétől, ezenkívül időigényes és gyakran vezet belső sínhibákhoz, mint pl. zárványok kialakulásához, amelyek az anyagfáradás során egyre növekszenek és ha ultraszonikus vizsgálattal nem derítenek fényt a jelenlétükre, végső soron síntöréshez vezetnek.
Az alábbi tényezők járulnak hozzá az új technológia költséghatékonyságához és technológiai megbízhatóságához:
1.A hagyományos 350ºC előmelegítési hőmérséklet 80 ºC-ra való csökkentése gyorsabb munkát tesz lehetővé, valamint a hőhatásnak kitett felület mélységének csökkenését és szilárdabb mikroszerkezetet eredményez.
2.A sérült terület vezérelt és szabványosított javítása lehetővé teszi a reprodukálhatóságot és megszünteti a kezelő szubjektív értékítéletének hatásait.
3.A porbeles huzalelektródával történő félautomata ívhegesztési eljárás eredménye az ellenőrzött hőbevitel és a kiszámítható műveleti idő.
Az új hegesztési módszerrel felújított futófelület minősége semmi kivetnivalót nem hagy maga után, mivel rendkívül ellenálló az anyagfáradással szemben, kopásállósága pedig vetekszik a szabvány Grade R260 sínnel, egyenletes keménységgel és mikrostruktúrával a felújított felület teljes területén.
A Tata Steel új, szabadalmaztatott felújítási technikája négy lépésből áll.
Az első lépésben a sérülést eltávolítják egy hordozható három tengelyes sínmarógéppel, amit a sín oldalaihoz rögzítenek. Ez a kérdéses terület konzisztens feltárását teszi lehetővé. Ez már önmagában jelentős előrelépést jelent a korábbi kézi köszörűkhöz vagy lángvágókhoz képest, amelyek nem adtak konzisztens üregformát, ill. felületet az automatizált hegesztés megkönnyítésére.
A második lépésben a határos felületeket hagyományos hegesztőpisztollyal előmelegítik. A Grade 260 sínek esetében az előírt hőmérséklet 60 és 80ºC között van. A hőmérséklet megválasztása a hőhatásnak kitett felület mikroszerkezetének ellenőrzésére szolgál, a későbbi/határos hegesztési varratok lerakódásának programozott négyszöghulláma pedig biztosítja, hogy a hőhatásnak kitett felület mentes a rideg martenzitektől. Ez a hőmérsékleti tartomány alkalmas a ma használatos szénacél sínek túlnyomó többségének esetében, az eltérő karakterisztikájú, pl. bainit acélok estében azonban változtatni kell rajta.
A továbbiakban egy ívhegesztést alkalmazó félautomata javítóhegesztő gép lép működésbe, a Network Rail (UK) által elfogadott, a kereskedelemben elérhető és szabványos TN3-0 hegesztési paraméterekkel. A felső réteg pozícionálása kritikus egy új, hőhatásnak kitett felület elkerülése érdekében. A felső varratréteget az esetek többségében köszörűvel részlegesen eltávolítják.
A negyedik és egyben utolsó lépésben hagyományos sínköszörűvel helyreállítják a sínprofil átlós, ill. hosszirányú formáját.
A hagyományos kézi ívhegesztés, ill. az új technológia összehasonlító értékelése során termoelemekkel rögzítették mindkét folyamat termikus történetét. Néhány fontosabb következtetés jól demonstrálja az új folyamat fémmegmunkálási megbízhatóságát:
-Bár csak 80ºC előmelegítést alkalmazunk, a hegesztési varrat kialakulása után a hőhatásnak kitett felület hőmérséklete 200 ºC felett maradt, megelőzve a martenzit mikroszerkezet kialakulását (a 260-as sínek esetében a martenzit 160 ºC-tól alakul ki).
-Az új eljárásnál a hűlési sebesség csaknem megegyezik a hagyományos kézi ívhegesztésnél mérttel. A hűlési sebesség az első hegesztési varratok esetében a leggyorsabb, de az 5.2 ºC/s még mindig csak a fele annak, ami a martenzit megjelenéséhez már kritikusnak számít.
-Repedésmentes hegesztett réteg keletkezik martenzittől, ill. bainittól mentes perlit mikroszerkezettel.
-A keménységi vizsgálatok alapján a hegesztett réteg kopásállósága eléri az R260 sínek szintjét és kiváló hosszirányú profilt eredményez.
-A hegesztett réteget a későbbi szolgálatban tervezett terhelés háromszorosának megfelelő hajlító anyagfáradási tesztnek vetették alá. Ötmillió ciklust teljesített meghibásodás nélkül. Egy hasonló hegesztett réteg 4.3 millió próbát állt ki sikeresen, amikor a tervezett terhelés nyolcszorosának megfelelő erő nehezedett rá.
A síneken a kocsikerekek futása az érintkező felületen nagy és komplex nyomósablonokat alakít ki, ami felszíni kopáshoz vezet. A kocsik és a kerékprofilok változatossága, ill. a vasúti forgalom típusa számos felszíni hibát okoz, amelyek mind a sín élettartamának csökkenéséhez vezetnek. A felületi hibák (squat-ok) és égések még a legmodernebb és jól karbantartott pályákon is előfordulnak, és általános szabály, hogy minden hálózaton két kilométerenként évente egy ilyen hiba keletkezik. A rövid sínszakaszok cseréje költséges és nem mindig kívánatos, mivel a két aluminotermikus hegesztés (exoterm reakció alumínium redukálószerrel) két új diszkontinuitást okoz, ami tönkreteszi az akár 120 méter hosszan meleghengerelt sínekből származó előnyöket. A sínhibák kijavítására az ívhegesztés szolgált szolgál hagyományos alternatív technikaként. Bár a technikát számos iparágban alkalmazzák, az eredmény nagyban függ a hegesztő szakértelmétől, ezenkívül időigényes és gyakran vezet belső sínhibákhoz, mint pl. zárványok kialakulásához, amelyek az anyagfáradás során egyre növekszenek és ha ultraszonikus vizsgálattal nem derítenek fényt a jelenlétükre, végső soron síntöréshez vezetnek.
Az alábbi tényezők járulnak hozzá az új technológia költséghatékonyságához és technológiai megbízhatóságához:
1.A hagyományos 350ºC előmelegítési hőmérséklet 80 ºC-ra való csökkentése gyorsabb munkát tesz lehetővé, valamint a hőhatásnak kitett felület mélységének csökkenését és szilárdabb mikroszerkezetet eredményez.
2.A sérült terület vezérelt és szabványosított javítása lehetővé teszi a reprodukálhatóságot és megszünteti a kezelő szubjektív értékítéletének hatásait.
3.A porbeles huzalelektródával történő félautomata ívhegesztési eljárás eredménye az ellenőrzött hőbevitel és a kiszámítható műveleti idő.
Az új hegesztési módszerrel felújított futófelület minősége semmi kivetnivalót nem hagy maga után, mivel rendkívül ellenálló az anyagfáradással szemben, kopásállósága pedig vetekszik a szabvány Grade R260 sínnel, egyenletes keménységgel és mikrostruktúrával a felújított felület teljes területén.
A Tata Steel új, szabadalmaztatott felújítási technikája négy lépésből áll.
Az első lépésben a sérülést eltávolítják egy hordozható három tengelyes sínmarógéppel, amit a sín oldalaihoz rögzítenek. Ez a kérdéses terület konzisztens feltárását teszi lehetővé. Ez már önmagában jelentős előrelépést jelent a korábbi kézi köszörűkhöz vagy lángvágókhoz képest, amelyek nem adtak konzisztens üregformát, ill. felületet az automatizált hegesztés megkönnyítésére.
A második lépésben a határos felületeket hagyományos hegesztőpisztollyal előmelegítik. A Grade 260 sínek esetében az előírt hőmérséklet 60 és 80ºC között van. A hőmérséklet megválasztása a hőhatásnak kitett felület mikroszerkezetének ellenőrzésére szolgál, a későbbi/határos hegesztési varratok lerakódásának programozott négyszöghulláma pedig biztosítja, hogy a hőhatásnak kitett felület mentes a rideg martenzitektől. Ez a hőmérsékleti tartomány alkalmas a ma használatos szénacél sínek túlnyomó többségének esetében, az eltérő karakterisztikájú, pl. bainit acélok estében azonban változtatni kell rajta.
A továbbiakban egy ívhegesztést alkalmazó félautomata javítóhegesztő gép lép működésbe, a Network Rail (UK) által elfogadott, a kereskedelemben elérhető és szabványos TN3-0 hegesztési paraméterekkel. A felső réteg pozícionálása kritikus egy új, hőhatásnak kitett felület elkerülése érdekében. A felső varratréteget az esetek többségében köszörűvel részlegesen eltávolítják.
A negyedik és egyben utolsó lépésben hagyományos sínköszörűvel helyreállítják a sínprofil átlós, ill. hosszirányú formáját.
A hagyományos kézi ívhegesztés, ill. az új technológia összehasonlító értékelése során termoelemekkel rögzítették mindkét folyamat termikus történetét. Néhány fontosabb következtetés jól demonstrálja az új folyamat fémmegmunkálási megbízhatóságát:
-Bár csak 80ºC előmelegítést alkalmazunk, a hegesztési varrat kialakulása után a hőhatásnak kitett felület hőmérséklete 200 ºC felett maradt, megelőzve a martenzit mikroszerkezet kialakulását (a 260-as sínek esetében a martenzit 160 ºC-tól alakul ki).
-Az új eljárásnál a hűlési sebesség csaknem megegyezik a hagyományos kézi ívhegesztésnél mérttel. A hűlési sebesség az első hegesztési varratok esetében a leggyorsabb, de az 5.2 ºC/s még mindig csak a fele annak, ami a martenzit megjelenéséhez már kritikusnak számít.
-Repedésmentes hegesztett réteg keletkezik martenzittől, ill. bainittól mentes perlit mikroszerkezettel.
-A keménységi vizsgálatok alapján a hegesztett réteg kopásállósága eléri az R260 sínek szintjét és kiváló hosszirányú profilt eredményez.
-A hegesztett réteget a későbbi szolgálatban tervezett terhelés háromszorosának megfelelő hajlító anyagfáradási tesztnek vetették alá. Ötmillió ciklust teljesített meghibásodás nélkül. Egy hasonló hegesztett réteg 4.3 millió próbát állt ki sikeresen, amikor a tervezett terhelés nyolcszorosának megfelelő erő nehezedett rá.
További információkért kérem forduljon …
