PL173818B1

PL173818B1 - Sposób spawania szyn ze strukturą drobnoperlityczną, przy użyciu odlewu pośredniego

Info

Publication number: PL173818B1
Application number: PL94303770A
Authority: PL
Inventors: Frank Kuster
Original assignee: Elektro Thermit Gmbh
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1998-05-29
Also published as: DE59401187D1; PL303770A1; JP2889118B2; NO941746L; NO301262B1; KR970010884B1; EP0628374A1; JPH0775886A; ES2095106T3; NO941746D0; ATE145845T1; KR950000293A; EP0628374B1; DE4319417C1

Abstract

1. Sposób spawania szyn ze struktura drobnoper- lityczna, przy uzyciu odlewu posredniego, przy któ- rym stal wytworzona aluminotermicznie wlewa sie do formy odlewniczej otaczajacej konce obu szyn, znamienny tym, ze po ochlodzeniu spawanego po- laczenia (10), powierzchnie jezdna (8) polacze- nia (10) i graniczacych stref wplywu ciepla (3), na- grzewa sie gwaltownie od góry, za pomoca palni- k a (11), przez czas 50 do 150 sekund, przy czym palnik (11) zasila sie tlenem w ilosci przynajmniej 10000 l/godz. i propanem lub acetylenem, w ilosci 3500 l/godz., a powierzchnia glowicy palnika (11) usytuowana jest wzgledem powierzchni jezdnej (8) spawanego polaczenia (10) i stref wplywu ciepla, w odleglosci (a) wynoszacej, mierzac w milimetrach, 0,1 do 1-krotnosc wartosci liczbowej ciezaru metra biezacego stosowanej szyny, mierzonego w kilogra- mach PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania szyn ze strukturą drobnoperlityczną, przy użyciu odlewu pośredniego, przy którym stal wytworzoną aluminotermicznie wlewa się do formy odlewniczej otaczającej końce obu szyn.

Wynalazek dotyczy zwłaszcza sposobu spawania szyn z warstwą o strukturze drobnoperlitycznej, w których obszary główki szyny graniczące obustronnie ze spoiną posiadającą wytrzymałość zbliżoną do wytrzymałości szyny z.warstwą o srrukturze drobnoperlitycznej.

Zużywanie się szyny, przy określonym obciążeniu ruchem kolejowym, zależy od wytrzymałości szyny względnie od jej twardości. Obecnie w kolejnictwie dla spawanych torów stosuje się przeważnie szyny o twardości naturalnej, posiadających minimalną wytrzymałość na rozciąganie równą 900 N/m”². Dla uzyskania odpowiedniej wytrzymałości szyny, wytwórcy stosują jako składniki stopowe węgiel i mangan. Dla znacznie zwiększonych obciążeń, jakie występują na przykład w szynach układanych na zakrętach, stosuje się szyny o specjalnej jakości, posiadające minimalną wytrzymałość na rozciąganie równą 1100 N/miri, uzyskiwaną przez dodanie do stali o twardości naturalnej chromu i/lub wanadu.

Oprócz uzyskiwania specjalnej jakości metodą stopową, istnieje również możliwość otrzymywania wysokich wytrzymałości przez obróbkę cieplną szyn po procesie walcowania. Na ogół obróbkę cieplną ogranicza się do obszaru szyny położonego blisko jej powierzchni jezdnej. Tego rodzaju szyny odpowiadają, pod względem swego składu chemicznego, szynom o minimalnej wytrzymałości 900 N/mm2, przy czym utworzona struktura per-lityczna, ze względu na obróbkę cieplną, występuje w postaci bardzo drobnych pasemek, powodując odpowiednio wysoką twardość względnie wytrzymałość. Niniejszy wynalazek dotyczy zwiększenia twardości w obszarze główki szyny takiego typu, w miejscach spawania utworzonych przez spawanie aluminotermiccbe.

Aluminoteumiczny sposób spawania jako stopowy sposób spawania, prowadzi do utworzenia obszaru spawanego połączenia w postaci obszarn odlewu pośredniego, utworzonego ze stali wytworzonej sposobem aluminoteimicznym i z roztopionej stali szynowej, który to obszar usytuowany jest centralnie w istniejącym pierwotnie odstępie między końcami obu szyn

173 818 oraz z dodatkowych dwóch stref oddziaływania cieplnego po prawej i lewej stronie spoiny, zwanych dalej strefami wypływu ciepła.

Figura 1A rysunku przedstawia te strefy w perspektywicznym wzdłużnym częściowym przekroju, w płaszczyźnie symetrii szyny ze strukturą drobnoperlityczną w obszarze główki, a fig. 1B przedstawia wykres przebiegu twardości na powierzchni jezdnej, w kierunku wzdłużnym szyny.

Na figurze 1 wspomniane strefy przedstawione są schematycznie w perspektywicznym częściowym przekroju szyny z drobnoperlityczną strukturą w obrębie główki. Strefa odlewu pośredniego 1 obejmuje stal wytworzoną metodą aluminotermiczną oraz stopioną stal szynową. Do strefy tej przylegają z obu stron obie strefy wpływu ciepła 3 ograniczone liniami wytopu 2, które przechodzą w obszar 4 stali szynowej, który nie podlegał działaniu ciepła, czyli do strefy znajdującej się poza wpływem ciepła. Główka szyny obejmuje obszar drobnoperlityczny 5.

Takie wykonanie ma wyjątkowe znaczenie dla zużywania się szyn pod wpływem ruchu kolejowego. Twardość, a tym samym i wytrzymałość spoiny, a także jej odporność na ścieranie, przy odpowiedniej prędkości ochładzania, zależą dokładnie od chemicznego składu stali aluminotermicznej.

Twardość obszaru odlewu pośredniego, przy spawaniu szyn, nie stanowi więc żadnego problemu z punktu widzenia ich zużycia na skutek ścierania. Jednakże dla obu stref wpływu ciepła, warunki te sąjednak inne. Tutaj rozkład twardości zależy zarówno od składu chemicznego jak i od prędkości chłodzenia.

Patrząc w kierunku wzdłużnym szyny, twardość w strefach wpływu ciepła maleje stale w kierunku wzdłużnym X szyny, wraz ze wzrastającą odległością od środka spoiny, aż do osiągnięcia wartości minimalnej na granicy strefy wpływu ciepła, ze stalą szynową nie poddaną wpływowi nagrzewania. Znajduje się tu tak zwana strefa zmiękczona.

Ponieważ z malejącą twardością zmniejsza się również odporność na ścieranie, więc podczas eksploatacji szyny w ruchu kolejowym należy się liczyć ze zwiększonym jej zużyciem, zwłaszcza w strefach wpływu ciepła.

Mniejsza twardość w strefach wpływu ciepła spowodowana jest własnościami fizycznymi metalu. W większej części w stref wpływu ciepła, graniczących z obszarem odlewu pośredniego, stal szynowa jest austenityzowana, natomiast w części stref wpływu ciepła położonej dalej od spoiny uzyskiwana maksymalna temperatura szyny wynosi 600 do 700°C. Podczas ochładzania spoiny w strefach wpływu ciepła tworzą się różniące się budową struktury: na linii wtopu, to znaczy na przejściu z obszaru odlewu pośredniego do strefy wpływu ciepła tworzy się na przykład gruboziarnisty, twardy perlit, a na przejściu ze strefy wpływu ciepła do nie nagrzewanej stali szynowej, przy końcu stref wpływu ciepła powstaje miękki perlit w postaci uformowanych kuleczek.

Ponieważ prędkość ochładzania aluminotermicznego połączenia spawanego, tak jak i chemiczny skład stali szynowej są z góry dane, więc zależnie od jakości stali szynowej, powstaje struktura o określonej budowie, a tym samym określony rozkład twardości w strefach wpływu ciepła, patrząc w kierunku wzdłużnym szyny.

W połączeniach spawanych szyn o twardości naturalnej, które nie były poddawane przez producenta żadnej obróbce cieplnej po walcowaniu, w strefach wpływu ciepła powstaje rozkład twardości zależny od chemicznego składu stali szynowej.

Składniki stopowe C, Mn, V, Cr wpływają między innymi na poziom twardości poprzez przebieg przemiany stali szynowej i/lub przez tworzenie się węglików. Twardość szyny nie poddanej działaniu cieplnemu jest jednak również sterowana tylko przez te dwa mechanizmy, występujące podczas ochładzania po procesie walcowania. Przy spawaniu takich szyn o naturalnej twardości, niezależnie od składu stali szynowej, ustala się zawsze ta sama wielkość różnicy pomiędzy twardością szyny nie poddawanej żadnym wpływom i przebiegiem twardości w strefach wpływu ciepła. Tego rodzaju różnica, z punktu widzenia ścierania się szyny, może być tolerowana przy takim aluminotermicznym połączeniu spawanym.

173 818

W przypadku szyny ze strukturą. drobnoperlityczną, poddanej dodatkowej obróbce cieplnej, w której poziom twardości po walcowaniu został sztucznie podniesiony, powstaje większa wartość różnicy twardości, gdyż pierwotna drobnopłytkowa struktura perlityczna zostaje zniszczona i rozkład twardości w strefach wpływu ciepła po spawaniu powstaje automatycznie taki, jak w zespawanej szynie o naturalnej twardości to znaczy z minimalną wytrzymałością na rozciąganie wynoszącą 900 N/mm².

Na figurze 1B przedstawiony jest schematycznie przebieg twardości na powierzchni jezdnej w kierunku wzdłużnym X szyny.

Linia I odpowiada przebiegowi twardości w spawanym połączeniu szyny z warstwą o strukturze drobnoperlitycznej (o hartowanej główce) a linia II odpowiada przebiegowi twardości w spawanym połączeniu szyny o naturalnej twardości, posiadającej minimalną wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 900 NW. Powierzchnia jezdna szyny z warstwą drobnoperlityczną, w strefach wpływu ciepła będzie podlegała znacznie większemu ścieraniu w porównaniu do spoiny i szyny nie poddawanej żadnym wpływom, niż ma to miejsce w spawanych połączeniach szyn o naturalnej twardości. Z tego względu technice spawania dla szyn w warstwą perlityczną należy stawiać większe wymagania.

W praktyce sprawdziły się i są stosowane dwa sposoby aluminotermicznego spawania z odlewem pośrednim. Chodzi tu o sposoby opisane w opisach patentowych DE-PS 22 08 692 iDE-PS 21 61 134.

Sposób opisany w DE-PS 22 08 692 charakteryzuje się tym, że szerokość odstępu pomiędzy spawanymi końcami szyn wynosi 1 do 2-krotność grubości szyjki szyny, a pusta przestrzeń w formie odlewniczej jest tak dobrana, że dla nadlewu spoiny powstaje szerokość wynosząca 2 do 4-krotność i głębokość wynosząca 0,15 do 0,6-krotność grubości szyjki szyny, natomiast szerokość pasma płomienia w palniku wstępnego nagrzewania wynosi 1,5 do 2,5-krotność grubości szyjki szyny.

Taki sposób przeprowadzania spawania szyn wymaga wstępnego nagrzewania końców szyn otoczonych połówkami formy, przez 6 do 10 minut.

Sposób opisany w DE-PS 21 64 134 charakteryzuje się tym, że spawane końce szyn, w ciągu maksymalnie 2 minut nagrzewa się wstępnie do temperatury pomiędzy 300° i 700°C, przy czym ciężar mieszanki aluminotermicznej wynosi 0,15 do 0,25 części wagowych ciężaru metra bieżącego spawanych szyn. Sposób ten oznaczony jest jako sposób spawania z krótkim podgrzewaniem wstępnym (SKP).

Związany z krótkim podgrzewaniem przy sposobie SKP stromy przebieg gradientu temperatury w kierunku wzdłużnym szyny, powoduje mniejsze rozprzestrzenianie się stref wpływu ciepła w porównaniu do sposobów z normalnym podgrzewaniem wstępnym.

Spadek twardości w strefach wpływu ciepła przy sposobie SKP ograniczony jest do mniejszego obszaru, patrząc w kierunku wzdłużnym szyny, co oddziaływuje korzystnie na przebieg jej ścierania pod wpływem ruchu kolejowego. Z tego względu sposób SKP stosuje się korzystnie przy spawaniu szyn z warstwą drobnoperlityczną. Dla kolei, które stosują z reguły sposób spawania z żądanym podgrzewaniem wstępnym w czasie 6 do 10 minut, oznacza to, że przy spawaniu szyn z warstwą perlityczną, dla uzyskania żądanych wąskich stref wpływu ciepła musi być wprowadzony drugi sposób, mianowicie sposób SKP z krótkim podgrzewaniem wstępnym. Konieczność stosowania przy tym odpowiednich urządzeń jest niekorzystne z ekonomicznego punktu widzenia i byłoby pożądanym, aby szyny z warstwą o strukturze perlitycznej można było łączyć za pomocą sposobu spawania z dłuższym podgrzewaniem wstępnym, bez powodowania przez to ujemnych skutków.

Poprawy przebiegu twardości w strefach wpływu ciepła można dokonać w znany sposób przez dodatkową obróbkę cieplną szyny w obrębie spawania. Zwykle tego rodzaju obróbkę cieplną, niezależnie czy przeprowadza się aluminotermiczny sposób spawania czy zgrzewanie oporowe, doczołowe, wykonuje się gdy spawane połączenie ochłodzi się do temperatury otoczenia lub przynajmniej do temperatury poniżej 700°C, to znaczy do temperatury, przy której zakończona zostaje przemiana austenitu w perlit. Za pomocą odpowiedniego urządzenia z palnikiem gazowym, spawane połączenie zostaje ponownie austenityzowane, a następnie

173 818 szybko ochłodzone za pomocą sprężonego powietrza lub mieszaniny sprężonego powietrza z wodą albo innego ośrodka chłodzącego. Sposób ten ma jednak tę wadę, że jest trudny do przeprowadzenia przy ułożonym torze i wymaga kosztownej aparatury, która musi być przetransportowana na miejsce budowy.

Znane są sposoby zwiększenia odporności na ścieranie powierzchni jezdnych szyn, przez ich obróbkę cieplną Gdy rezygnuje się ze środka chłodzącego, to chodzi wtedy o sposób, który stosowany jest dla szyn o twardości naturalnej, a więc nie zawierających struktury drobnoperlitycznej, na przykład sposób opisany w czasopiśmie Railway Engineering and Maintenance, luty 1937, na str. 97 do 99. Uzyskano tu wzrost twardości i dlatego można też oczekiwać lepszych własności pod względem odporności na ścieranie, nie porusza się jednak problemu związanego z tym, że przy końcu obszaru poddanego obróbce cieplnej, musi powstać zmiękczone miejsce, które pociąga za sobą selektywnie zwiększoną ścieralność. Spowodowane to jest przez tworzenie się kulkowego, miękkiego perlitu z istniejącego poprzednio perlitu płytkowego.

W przypadku aluminotermicznego połączenia spawanego w szynach zawierających strukturę drobnoperlityczną istnieje jednak konieczność, aby uzyskać wysoką twardość na powierzchni i pod powierzchnią jezdną i to na wystarczającą głębokość wynoszącą co najmniej 10 mm, co podyktowane jest technicznymi wymogami odporności na ścieranie, a ponadto tworzenie się ponownie nowego spadku twardości z uformowanym perlitem, nie powinno być przesunięte w kierunku wzdłużnym, lecz zasadniczo stłumione względnie zmniejszone na ile to możliwe.

Ten podwójny cel, z założeniem zrezygnowania ze środka chłodzącego, nie jest przedmiotem wspomnianego artykułu w fachowym czasopiśmie.

Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania szyn ze strukturą drobnoperlityczną, przy użyciu odlewu pośredniego, w którym po ochłodzeniu spawanego połączenia, powierzchnię jezdną połączenia i graniczących stref wpływu ciepła nagrzewa się gwałtownie od góry za pomocą palnika, przez czas 50 do 150 sekund, przy czym palnik zasila się tlenem w ilości przynajmniej 10000 l/godz. i propanem lub acetylenem, w ilości 3500 l/godz., a powierzchnia głowicy palnika usytuowana jest względem powierzchni jezdnej połączenia i stref wpływu ciepła, w odległości wynoszącej, mierząc w milimetrach, 0,1 do 1-krotność wartości liczbowej ciężaru metra bieżącego stosowanej szyny, mierzonego w kilogramach.

Korzystnie, jako okres czasu nagrzewania szyn o ciężarze 45 do 70 kg, dobiera się czas wynoszący 80 do 120 sekund, a powierzchnię głowicy palnika sytuuje się w odległości a odpowiadającej mierzonej w milimetrach 0,3 do 0,7-krotności wartości liczbowej ciężaru metra bieżącego szyny, mierzonego w kilogramach.

Sposób według wynalazku umożliwia utworzenie struktury drobnoperlitycznej w spawanym połączeniu toru, blisko powierzchni jezdnej oraz w strefach wpływu ciepła, bez potrzeby stosowania specjalnego środka chłodzącego. Ochładzanie od temperatury austenitycznej zachodzi przez przewodzenie ciepła przez szynę. Zaskakującym było to, że przy sposobie według wynalazku ustala się prędkość ochładzania specyficzna dla uzyskiwania struktury drobnego perlitu oraz żądany przebieg twardości w spawanym połączeniu i w strefach wpływu ciepła, a tym samym w całym obrabianym obszarze.

Sposób według wynalazku zostanie wyjaśniony na podstawie przykładu jego stosowania uwidocznionym na rysunku, na którym fig. 2 przedstawia przeprowadzanie sposobu przy użyciu palnika, a fig. 3 przedstawia wykres przebiegu twardości uzyskany sposobem według wynalazku, porównany ze stanem techniki.

Okazało się, ze dla uzyskania żądanej struktury drobnego perlitu w spawanym połączeniu i w graniczących z nim strefach wpływu ciepła oraz dla związanego z tym wzrostu twardości, konieczne jest według wynalazku maksymalne szybkie wprowadzenie ciepła w powierzchnię jezdną szyny. Najlepiej nadaje się do tego palnik gazowy 11 dużej mocy, którego płomień 9 może nagrzać obszar graniczący z powierzchnią jezdną szyny 8 do temperatury austenityzacji w jak najkrótszym czasie. Większa część główki, szyjki i stopki spawanego połączenia względnie szyny, pozostają jednak zimne. Gdy płomień palnika zostaje usunięty,

173 818 zimne części z dużą prędkością pobierają ciepło z austenityzowanego obszaru powierzchniowego. Skutkiem tego jest utworzenie się żądanej struktury drobnego perlitu posiadającej wysoką odporność na ścieranie w obszarze bliskim powierzchni jezdnej, zarówno w spawanym połączeniu jak i w strefach wpływu ciepła, przy czym ani na brzegach tych stref ani gdzie indziej, nie występuje ponowny niepożądany spadek twardości. Rozstrzygającym dla skuteczności sposobu według wynalazku jest również to, że głębokość strefy drobnego perlitu jest dostatecznie duża i odpowiednia dla warunków ścierania występującego podczas jazdy, lecz jednak jest ona ograniczona. Gdy austenityzowany obszar sięga zbyt daleko wgłąb główki szyny, to ciepło nie jest dostatecznie szybko odprowadzane wzdłuż pozostałego poprzecznie przekroju szynowego. Mimo tego ograniczenia w sposób zaskakujący okazało się, że można uzyskać w główce szyny wystarczająco głęboko sięgającą strukturę drobnoperlityczną, dla uzyskania żądanej odporności na ścieranie.

Prędkość chłodzenia konieczną, do utworzenia struktury drobnopłytkowej w spawanym połączeniu i strefach wpływu ciepła i to aż do głębokości co najmniej 10 mm, przy jednoczesnym wyeliminowaniu dużego spadku twardości na brzegach obszarów poddanych obróbce cieplnej, uzyskuje się przez szybkie wprowadzenie ciepła w dokładnie ustalonym przedziale czasowym, a tym samym przez określony gradient temperaturowy w kierunku pionowym oraz przez ustaloną głębokość austenityzacji powierzchni jezdnej szyny.

Jako gazy zasilające palnik korzystnie stosuje się propan i tlen. Ciśnienie robocze tlenu powinno być możliwie duże, dla umożliwienia szybkiego doprowadzania ciepła. Oprócz propanu i tlenu możliwe są również inne kombinacje, na przykład acetylenu z tlenem lub benzyny z tlenem.

Szczególnie korzystne jest prostopadłe doprowadzanie płomienia gazowego 9 bezpośrednio na powierzchnię jezdną 8 szyny. Dla określonego doprowadzania ciepła istnieje optymalny odstęp a palnika od powierzchni jezdnej 8 szyny 13. Zgodnie z wynalazkiem, powierzchnia głowicy palnika umieszczona jest względem powierzchni jezdnej spawanego połączenia i stref wpływu ciepła w odległości, która mierzona w milimetrach, odpowiada 0,1 do 1-krotnej wielkości wartości liczbowej ciężaru metra bieżącego stosowanej szyny, mierzonego w kilogramach. Dla szyny o ciężarze metra bieżącego wynoszącym 60 kg, odstęp powierzchni głowicy palnika wynosi 6 do 60 mm.

Dla uzyskania struktury drobnego perlitu duże znaczenie ma to, że jak już wspomniano wyżej, jak długo trwa doprowadzanie ciepła, co zależy od typu użytego palnika. Dla palnika zasilanego tlenem pod ciśnieniem 0,5 MPa i propanem pod ciśnieniem 0,15 MPa, posiadającego w głowicy 78 otworów wyjściowych gazu o średnicy 1 mm i przepustowości 18000 dcm³tlenu na godzinę i 6000 dcm³ propanu na godzinę, czas nagrzewania wynoszący 10 sek. jest za krótki, aby osiągnąć temperaturę austenityzacji. Również zbyt szybkie osiągnięcie temperatury austenityzacji nie jest zalecane, gdyż wtedy, przy zbyt małej głębokości wnikania ciepła, prędkość chłodzenia jest za duża, powodując tworzenie się niepożądanej struktury.

Czasy większe od 180 sek. dla tego palnika są również niekorzystne, gdyż głębokość wnikania ciepła w szynę jest wtedy zbyt duża, a późniejsze ochłodzenie następuje za wolno. Zależnie od rodzaju palnika, stosowanych gazów względnie ciśnień, należy dobrać korzystny' okres czasu dla dostarczania ciepła. Dla palników o dużej mocy czas ten zawiera się pomiędzy 50 i 150 sek.

Korzystny wariant wykonania sposobu według wynalazku polega na tym, że jako okres czasu nagrzewania szyn o ciężarze metra bieżącego wynoszącym 45 do 70 kg, dobiera się czas wynoszący 80 do 120 sek., a powierzchnię głowicy palnika sytuuje się w odległości odpowiadającej, mierząc w milimetrach, 0,3 do 0,7-krotności wartości liczbowej ciężaru metra bieżącego szyny, mierzonego w kilogramach.

Skład obszaru odlewu pośredniego musi odpowiadać składowi spawanej szyny ze strukturą drobnego perlitu, ażeby zachodził ten sam przebieg przemiany i powstawał równomierny przebieg twardości. Porcja metalu spawalniczego musi więc tworzyć odpowiedni stop. Przebieg spawania prowadzi najpierw do powstania obszaru odlewu pośredniego, który pod względem twardości odpowiada spawanemu połączeniu dla szyn o twardości naturalnej/

173 818 o minimalnej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 900 N/mm2 Również odszary nagrzewane odpowiadają spawanemu połączeniu takich szyn, gdyż szyna ze strukturą. drodnego perlitu pod względem składu chemicznego odpowiada szynie o minimalnej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 900 N/mm2 Po ochłodzeniu spawanego połączenia 10 do temperatury otoczenia, palnik 11 zostaje osadzony i zapalony. Płomień gazowy 9 odejmuje przy tym spawane połączenie 10, odydwie strefy wpływu ciepła oraz poza nimi jeszcze sąsiednie odszary 12 nie chodzące w skład spawanego połączenia 10 szyny 13 (fig. 2), a więc odejmuje odszar, który jest większy niż odstęp między odu spadkami w przediegu twardości (fig. 1A i 1B).

Należy uwzględnić warunki panujące na miejscu dudowy tak, ady różne warunki pogodowe nie miały żadnego wpływu na jakość tworzonej struktury drodnego perlitu. Silne zimne wiatry mogłydy prowadzić do niedopuszczalnie wysokich prędkości chłodzenia. Można tego uniknąć stosując odpowiednie osłony przed wiatrem.

Sposód odródki cieplnej opisanego rodzaju dopuszcza korzystnie również zastosowanie aluminotermicznego sposodu spawania z dłuższym czasem nagrzewania wstępnego, dla szyn ze strukturą drodnego perlitu dez żadnych ujemnych skutków, gdyż powstające wtedy większe strefy ogrzewane wstępnie, odejmowane są również odródką wstępną a tym samym zostają utwardzone.

To, że na drzegu odszaru poddanego odródce cieplnej nie powstaje silny spadek twardości, tłumaczy się krótkim okresem czasu, w którym ten odszar poddany jest działaniu temperatury z zakresu 600 do 700°C. Wskutek tego struktura perlityczna nie może się tak uformować, ady przyjąć kulkową, miękką postać. Możliwe jest to dzięki krótkiemu i szydkiemu doprowadzeniu ciepła, które mimo to osiąga wystarczająco dużą głędokość utwardzenia, licząc od powierzchni jezdnej.

Przy ustalaniu parametrów, takich jak ciśnienie gazu, prędkość przepływu, odstęp palnika od powierzchni jezdnej i skład materiału spawalniczego względnie jego ilość, musi znaleźć optymalną, drogę dla uzyskania żądanych własności. Należy przy tym uwzględnić masę szyny, gdyż większe szyny wymagaj ą większego doprowadzania ciepła, a dla mniejszych szyn należy zastosować mniejszy dopływ ciepła.

Poniżej sposód według wyrnahazku wyjaśniony zostanie szczególnie w oparciu o przykład przedstawiony na fig. 2.

Zastosowana została szyna 13 ze strukturą drodnego perlitu, o następującym składzie w procentach wagowych: C - 0,78; Mn - 1,06; Si - 0,28; P - 0,01; S - 0,01; Cr - 0,04; Ni - 0,03; V - 0,005, resztę stanowi Fe oraz zanieczyszczenia uwarunkowane wytopem.

Szyna 13 posiada przeciętną twardość powierzchni jezdnej wynoszącą. 345 HV. Odródka cieplna dokonywana jest od góry powierzchni jezdnej 8 szyny, po ochłodzeniu spawanego połączenia 10 do temperatury otoczenia, za pomocą opisanego już palnika na propan i tlen, przy ciśnieniu rodoczym wynoszącym 0,5 MPa dla tlenu i 0,15 MPa dla propanu oraz głowicy palnika 11 wyposażonej w 78 otworów 14 o średnicy 1,0 mm, przy przepływie 180000 dcm³tlenu na godzinę i 6000 dcm3 propanu na godzinę. Odstęp a pomiędzy głowicą palnika 11 i powierzchnią jezdną 8 szyny wynosi 25 mm, czas trwania doprowadzania ciepła wynosi 100 sekund. Austenityzowaną powierzchnię jezdną 8 ochładza się następnie pod ochroną kołpaka nakrywającego.

Wykres na fig. 3, jako wynik odródki cieplnej według wynalazku, przedstawia utwardzenie powierzchni jezdnej połączenia spawanego i stre.f wpływu ciepła w kierunku wzdłużnym szyny (krzywa IV). W stosunku do spawanego połączenia nie poddanego odródce, które dyłody wykonane według stanu techniki, przy zastosowaniu sposodu z krótkim podgrzewaniem wstępnym (krzywa III) i przy użyciu wysokostopowego materiału widać, że na skutek odródki cieplnej lstaiι^jJątylko umiarkowane spadki w przediegu krzywej twardości.

¹⁷³ SIS

V<r—,!Ά£&5ίΆ._jAr

V> \|U f ' rprpTpiypii i< I ll [ ^X -4 \ Ί i! ul 'ύ ' i Rt'¹1 la h ι\ V ...........\. ^,1j —>

-~?ę

113} Ά2 ^V5

A

173 818

Odległość od środka spoiny tu Kierunku wzdłużnym szyny x

X___ krzywo ni tv

X — ll —

173 818

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz

Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób spawania szyn ze strukturą drobnoperlityczną, przy użyciu odlewu pośredniego, przy którym stal wytworzoną. aluminotermicznie wlewa się do formy odlewniczej otaczającej końce obu szyn, znamienny tym, że po ochłodzeniu spawanego połączenia (10), powierzchnię jezdną (8) połączenia (10) i graniczących stref wpływu ciepła (3), nagrzewa się gwałtownie od góry, za pomocą palnika (11), przez czas 50 do 150 sekund, przy czym palnik (11) zasila się tlenem w ilości przynajmniej 10000 l/godz. i propanem lub acetylenem, w ilości 3500 l/godz., a powierzchnia głowicy palnika (11) usytuowana jest względem powierzchni jezdnej (8) spawanego połączenia (10) i stref wpływu ciepła, w odległości (a) wynoszącej, mierząc w milimetrach, 0,1 do 1-krotność wartości liczbowej ciężaru metra bieżącego stosowanej szyny, mierzonego w kilogramach.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako okres czasu nagrzewania szyn o ciężarze metra bieżącego wynoszącym 45 do 70 kg, dobiera się czas wynoszący 80 do 120 sekund, a powierzchnię głowicy palnika (11) sytuuje się w odległości (a) odpowiadającej, mierzonej w milimetrach, 0,3 do, 0,7-krotności wartości liczbowej ciężaru metra bieżącego szyny, mierzonego w kilogramach.