BRPI1014787B1 - Método para resfriar uma zona de solda de trilho, dispositivo para resfriar uma zona de solda de trilho e junta de solda de trilho - Google Patents

Description

(54) Título: MÉTODO PARA RESFRIAR UMA ZONA DE SOLDA DE TRILHO, DISPOSITIVO PARA RESFRIAR UMA ZONA DE SOLDA DE TRILHO E JUNTA DE SOLDA DE TRILHO (51) Int.CI.: C21D 9/04; B23K 31/00; C21D 9/50; E01B 11/46; B23K 101/26 (30) Prioridade Unionista: 28/07/2009 JP 2009-175646, 30/03/2009 JP 2009-081587 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION (72) Inventor(es): KENICHI KARIMINE; MASAHARU UEDA; KATSUYA IWANO; SEIJI SUGIYAMA

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA RESFRIAR UMA ZONA DE SOLDA DE TRILHO, DISPOSITIVO PARA RESFRIAR UMA ZONA DE SOLDA DE TRILHO E JUNTA DE SOLDA DE TRILHO.

CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a uma junta de solda de trilho e um método e dispositivo para o resfriamento de uma zona de solda de trilho que melhora a resistência à fadiga de uma junta de solda quando comparado à técnica relacionada. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um método e dispositivo para o resfriamento de uma parte de junta de trilho imediatamente após a soldagem.

[002] É reivindicada prioridade para o Pedido de Patente Japonês de No. 2009-081587, depositado em 30 de março de 2009 e Pedido de Patente Japonês de No. 2009-175646, depositado em 28 de julho de 2009, o conteúdo dos quais é incorporado neste documento por referência.

TÉCNICA ANTERIOR [003] Uma vez que uma parte de junta de trilho (zona de solda de trilho) é mais facilmente danificada em um trilho, a parte de junta de trilho requer custo de manutenção. Adicionalmente, uma parte de junta de trilho é uma fonte principal de geração de barulho e vibração que são gerados durante a passagem de um trem. Uma vez que a velocidade e carga de trem de um trem estão crescendo em vários países, uma técnica, que forma um longo trilho conectando continuamente partes de junta de trilhos que têm o problema acima mencionado por soldagem, está sendo usada em geral.

[004] Um trilho em geral será descrito com referência às FIGURAS 1A e 1B. A FIGURA 1A é uma vista lateral de um trilho longo. Um trilho longo é fabricado através da soldagem de pelo menos dois triPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 4/182

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Ihos. Por este motivo, o trilho longo tem uma zona de solda 7. Um cordão de solda 8 existe na zona de solda 7.

[005] A FIGURA 1B é uma vista de corte tomada ao longo de uma linha A-A mostrada na FIGURA 1A. Como mostrado na FIGURA 1B, um trilho inclui uma parte de cabeça 1 (parte superior do trilho) com a qual uma roda entra em contato, uma parte de base 3 (parte inferior do trilho) que é colocada nos dormentes, e uma parte de alma do trilho 2 que é formada entre a parte de cabeça 1 e a parte de base

3. Adicionalmente, a parte de cabeça 1 inclui uma parte de topo da cabeça 4, e a parte de base inclui uma parte de superfície da base 5 e uma parte de sola 6.

[006] Soldagem por centelhamento de topo (por exemplo, Documento de Patente 1), soldagem a gás com pressão (por exemplo, Documento de Patente 2), soldagem a arco fechado (por exemplo, Documento de Patente 3), e soldagem Thermit (por exemplo, Documento de Patente 4) são os principais métodos de soldagem de um trilho. [007] As FIGURAS 2A a 2C são vistas que ilustram soldagem por centelhamento de topo. Como mostrado nas FIGURAS 2A a 2C, a soldagem por centelhamento de topo gera arco entre faces de extremidade aplicando uma tensão aos materiais 10, que estão para serem soldados e estão voltados um para o outro, através de eletrodos 9, e derrete como faces de extremidade dos materiais a serem soldados. Adicionalmente, quando os materiais a serem soldados estão suficientemente aquecidos, os materiais são pressionados um contra o outro em uma direção axial, de modo que os materiais a serem soldados são unidos um ao outro.

[008] As FIGURAS 3A e 3B são vistas que ilustram Soldagem

Thermit. A FIGURA 3B é uma vista de corte tomada ao longo de uma linha B-B mostrada na FIGURA 3A. Na soldagem Thermit, como mostrada nas FIGURAS 3A e 3B, os materiais 10 a serem soldados são

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3/130 dispostos para confrontarem um ao outro com uma folga de 20 a 30 mm interposta entre eles e a folga é envolvida por um molde 14. Adicionalmente, aço derretido 16, que é gerado em um cadinho 15 através da reação entre alumínio e um óxido de ferro, é derramado dentro do molde, de modo que as faces de extremidade do trilho são derretidas e fundidas uma à outra.

[009] As FIGURAS 4A a 4C são vistas que ilustram soldagem a gás com pressão. Na soldagem a gás com pressão, como mostrada na FIGURA 4A, enquanto as superfícies da junta são pressionadas, partes dos materiais a serem soldados na vizinhança das superfícies da junta são aquecidas a partir das superfícies laterais por queimadores 17 e as superfícies da junta entram em contato de pressão uma com a outra a alta temperatura. Como mostrado na FIGURA 4B, partes na vizinhança de uma zona de solda são deformadas para se expandir por pressão. Adicionalmente, como mostrado na FIGURA 4C, as partes que se expandem são removidas por aparadores 18.

[0010] As FIGURAS 5A a 5B são vistas que ilustram soldagem a arco fechado. Na soldagem a arco fechado, como mostrada nas FIGURAS 5A e 5B, materiais a serem soldados são dispostos para confrontar um ao outro com uma folga de 10 a 20 mm interposta entre eles e um metal de reforço 19 e metal de revestimento 20 são dispostos em volta da folga. Adicionalmente, metal de solda é acumulado na folga com uma vareta de solda 21. Este método é um assim chamado método de soldagem a arco manual.

[0011] Em particular, existe um inconveniente de que são geradas trincas de fadiga a partir do eixo geométrico neutro da zona de solda de trilho como com uma origem em uma ferrovia onde um trem de carga com carga pesada passa, uma ferrovia de uma região fria, e assim por diante. Consequentemente, trilhos precisam ser frequentemente substituídos a fim de evitar a fratura instável de um trilho que é provoPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 6/182

4/130 cada pelas trincas de fadiga. Um exemplo de fratura instável é mostrado nas FIGURAS 6A e 6B.

[0012] A FIGURA 6A é uma vista que mostra uma fenda de fadiga 22 que é gerada na parte de alma do trilho em uma direção horizontal, e uma fratura 23 que é provocada pela fenda de fadiga. Adicionalmente, a FIGURA 6B é uma vista que mostra a superfície da fenda da fratura 23 e a fenda de fadiga 22 mostrada na FIGURA 6A. A fenda de fadiga 22 é gerada a partir de um defeito de solda como uma origem, que é formado na vizinhança do cordão de solda 8 e do eixo geométrico neutro, na direção horizontal. Após a fratura 23 provocada pela fenda de fadiga 22 penetrar a parte de alma do trilho em uma direção da espessura, uma extremidade da fenda está crescendo em direção a uma parte de topo da cabeça do trilho e a outra extremidade da mesma está crescendo em direção à parte de base. A origem da fenda de fadiga 22 não é limitada ao defeito de solda, e várias causas são consideradas como a origem da fenda de fadiga.

[0013] É considerado que a geração de uma fenda de fadiga é afetada não apenas por uma condição de carga externa, mas também tensão residual em um material. A FIGURA 7A é um gráfico que mostra a distribuição de tensão residual em uma parte periférica de uma zona de solda de trilho em uma direção circunferencial. A FIGURA 7A mostra que tensão residual trativa existe quando a tensão residual é maior do que 0, e tensão residual compressiva existe quando a tensão residual é menor do que 0.

[0014] A partir da FIGURA 7A, é entendido que alta tensão residual trativa na direção circunferencial (ou seja, direção vertical) do trilho é gerada na vizinhança da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho através da soldagem. Consequentemente, é considerado que uma fenda de fadiga gerada a partir de um defeito de solda como uma origem é gerada uma vez que uma carga é aplicada repetidamente à

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5/130 vizinhança da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho que tem alta tensão residual trativa pela passagem de um trem. A fim de evitar a fenda de fadiga, é preferível evitar a geração de um defeito de solda uma origem e fazer com que um defeito de solda seja ineficaz mesmo se o defeito de solda existir.

[0015] Adicionalmente, a FIGURA 7B mostra um relacionamento entre uma distância de um centro de soldagem (na direção longitudinal do trilho) e tensão residual que existe na parte de alma do trilho na direção vertical. A partir da FIGURA 7B, é entendido que existe alta tensão residual trativa na distância entre o centro de soldagem e uma posição distante do centro de soldagem por uma distância de aproximadamente 25 mm.

[0016] Uma via férrea de uma ferrovia inclui trilhos e dormentes que suportam os trilhos. Quando um trem passa nos trilhos, cargas dispersas são aplicadas aos trilhos a partir de uma pluralidade de rodas do trem.

[0017] Uma causa, que gera as trincas de fadiga mencionadas acima, é relacionada com o estado de uma carga que é aplicada na zona de solda de trilho a partir da roda. Uma carga que é aplicada ao trilho durante a passagem do trem varia em uma parte do trilho imediatamente acima do dormente 24 e uma parte do trilho que é formada entre dois dormentes 24. Uma carga vertical do trem é aplicada diretamente ao trilho na parte do trilho imediatamente acima do dormente 24. Quando um trilho longo soldado em uma fábrica é instalado em dormentes no campo, a posição da zona de solda pode corresponder àquela do dormente por acidente. É considerado que existem diversos pontos onde as posições das zonas de solda correspondem àquelas dos dormentes em um trilho longo que tem um comprimento de algumas centenas de metros.

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6/130 [0018] A FIGURA 9A ilustra um ponto no tempo onde uma roda 25 passa justo acima do dormente 24 (em uma zona de solda) em um ponto onde a posição do dormente 24 corresponde a uma posição da zona de solda. Neste caso, a maior tensão é gerada na parte de alma do trilho 2 de cuja parte de seção transversal é pequena. A tensão neste caso é tensão compressiva, mas existe grande tensão residual trativa na parte de alma do trilho 2 como descrito acima. Consequentemente, embora parte de alma do trilho 2 receba tensão trativa real, tensão atua repetidamente na parte de alma do trilho.

[0019] Entretanto, a FIGURA 9B ilustra um ponto no tempo onde uma roda 25 passa entre dois dormentes 24 (em uma zona de soldagem) em um ponto onde as posições dos dormentes 24 e 24 não correspondem à posição da zona de solda. Neste caso, uma carga, que pressiona e flexiona o trilho, é aplicada de cima ao trilho pela roda 25. Por esta razão, a tensão compressiva na direção longitudinal é gerada na parte de cabeça do trilho 1 e tensão trativa na direção longitudinal é gerada na parte de base do trilho 3. A tensão de flexão aplicada na parte de alma do trilho 2 está em neutro. Uma vez que a tensão trativa da parte de base do trilho 3 é gerada sempre que a roda 25 passa, é necessário considerar a geração de uma fenda de fadiga na parte de base do trilho 3.

[0020] A FIGURA 8 mostra tensão residual que é gerada na parte periférica da zona de solda na direção longitudinal. Como mostrado na FIGURA 8, grande tensão compressiva na direção longitudinal permanece no fundo do trilho. Por esta razão, mesmo se for aplicada tensão trativa ao fundo do trilho quando um trem passa, a tensão trativa e a tensão compressiva deslocam uma à outra no estado de tensão efetivo. Consequentemente, é possível suprimir a geração de trincas de fadiga. Por esta razão, é incomum um exemplo real de falha de fadiga da parte de base do trilho. Entretanto, se a tensão residual compressiPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 9/182

7/130 va é pequena, dano a partir da fenda de fadiga 26 que é gerada na sola do trilho como uma origem pode ser gerado como mostrado nas FIGURAS 10A e 10B.

[0021] O documento de Patente 5 e Documento de Patente 6 revelam um método de fazer a zona de solda de trilho inteira ou a parte de cabeça e a parte de alma do trilho da zona de solda de trilho em um estado de alta temperatura através do calor de soldagem ou calor transferido de fora, e em seguida realizando resfriamento acelerado a fim de evitar o dano a uma parte de alma do trilho. De acordo com esta técnica, uma vez que a tensão residual de uma zona de solda de trilho é controlada, é possível reduzir a tensão residual trativa que é gerada na parte de alma do trilho da zona de solda de trilho na direção vertical ou converter a tensão residual trativa em tensão residual compressiva. Por esta razão, é possível melhorar a resistência à fadiga da zona de solda de trilho. É possível suprimir a geração das trincas de fadiga da parte de alma do trilho através desta técnica.

[0022] Como outras técnicas que melhoram a resistência à fadiga da zona de solda de trilho, existe um método que usa jateamento como descrito em, por exemplo, Documento de Patente 7, métodos usando martelagem, esmerilhamento, e refusão TIG, e assim por diante.

[0023] Adicionalmente, o Documento de Patente 8 revela um dispositivo para o resfriamento de uma zona de solda de trilho.

[0024] A fim de melhorar a durabilidade de um trilho longo, é necessário suprimir a geração de trincas de fadiga de uma parte de alma do trilho e uma parte de base de uma zona de solda e dar resistência à fadiga para o trilho longo ao mesmo tempo.

[0025] Quando o resfriamento acelerado de uma parte de cabeça e uma parte de alma do trilho de uma zona de solda de trilho é executado por um método de resfriamento revelado no Documento de PaPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 10/182

8/130 tente 5 e Documento de Patente 6, a tensão residual trativa da parte de alma do trilho na direção vertical é melhorada, de modo que a geração de trincas de fadiga na parte de alma do trilho é suprimida. Entretanto, nos desenhos do Documento Não Patente 1, é indicado que a tensão residual de uma parte de sola na direção longitudinal de um trilho é convertida em tensão residual trativa, se o método mencionado acima for empregado. Nos últimos anos, uma vez que trens de carga pesada têm tendido a aumentar, a carga que é provocada por uma carga de flexão e aplicada a uma parte de sola, está crescendo. Uma vez que a parte de sola é tensionada na direção longitudinal de um trilho pela carga que é provocada pela carga de flexão, a resistência à fadiga da parte de sola do trilho é importante. Como descrito acima, tensão residual do trilho na direção longitudinal afeta significativamente a resistência à fadiga da parte de sola do trilho. Entretanto, uma vez que a tensão residual na parte de sola do trilho na direção longitudinal do trilho é reduzida (deve ser convertida em tensão residual trativa) no tratamento de resfriamento do Documento de Patente 5 e Documento de Patente 6 como descrito acima, existe uma preocupação de que a resistência à fadiga seja reduzida. Por esta razão, existe uma preocupação de que os danos mostrados nas FIGURAS 10A e 10B sejam gerados.

[0026] Entretanto, de acordo como tratamento de jateamento que é a técnica relacionada para melhorar tensão residual (ou seja, para aplicar tensão residual compressiva) através de pós-tratamento mecânico, esferas de aço, que têm um diâmetro de alguns mm, são colididas contra um material para deformar plasticamente uma camada de superfície do material, de modo que a camada de superfície é sujeita ao endurecimento a frio. Como resultado, é possível melhorar a resistência à fadiga aumentando a tensão residual. Entretanto, este tratamento requer grandes instalações que projetam as esferas de aço, coPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 11/182

9/130 letam as esferas de aço, e evitam sujeira, e assim por diante. Por esta razão, a aplicação do tratamento de jateamento a uma grande zona de solda é limitado. Adicionalmente, uma vez que materiais a serem projetados precisam ser fornecidos devido à abrasão e danificação dos mesmos, o mesmo é desvantajoso em termos de custo.

[0027] Adicionalmente, de acordo com martelagem que deforma plasticamente uma zona de solda batendo um material com extremidades de ferramentas, é dada tensão compressiva ao material e a concentração de tensão é suprimida através de deformação plástica, de modo que a resistência à fadiga do material é melhorada. Entretanto, a vibração é grande durante as batidas, a carga sobre o trabalhador é grande, e é difícil realizar controle fino e tratamento uniforme. No Documento não patentário 2, é indicado que um efeito de melhorar a resistência à fadiga é pequeno devido a partes vincadas e enrugadas, que são formadas pelo trabalho de acordo com as condições do tratamento.

[0028] Adicionalmente, uma vez que tratamento de esmerilhamento suprime a concentração de tensão aplanando as pontas do cordão de solda, pode ser esperado um efeito confiável. Entretanto, se as pontas do cordão de solda são excessivamente fundas, a espessura de uma zona de solda é insuficiente, o que provoca redução na resistência. Por esta razão, existe um problema no fato de que o tratamento de esmerilhamento exige habilidade e um longo tempo.

[0029] Adicionalmente, as pontas de cordão de solda são derretidas novamente pelo arco gerado a partir de um eletrodo de tungstênio e são solidificadas novamente em uma forma suave na Refusão TIG, de modo que a concentração de tensão é suprimida. Como resultado, é possível melhorar a resistência à fadiga. Entretanto, quando material de alto carbono como um trilho é soldado manualmente, uma estrutura martensita dura e quebradiça pode ser gerada. A fim de evitar a geraPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 12/182

10/130 ção de uma estrutura martensita, é exigido um gerenciamento rigoroso do trabalho.

[0030] Adicionalmente, é possível aumentar a dureza de uma zona de solda executando resfriamento apropriado de um estado de alta temperatura após a soldagem através de um dispositivo para o resfriamento de uma zona de solda de trilho revelado no Documento de Patente 8. Entretanto, de acordo com o exame dos inventores, a fim de controlar o estado de tensão residual de uma zona de solda, é necessário executar resfriamento em uma faixa apropriada a uma intensidade apropriada. É considerado que a tensão residual também é mudada através do dispositivo do Documento de Patente 8, mas não são descritas condições de resfriamento para distribuição apropriada de tensão residual.

[0031] Uma vez que uma parte de junta de trilho (zona de solda de trilho) é mais facilmente danificada em um trilho como descrito acima, a parte de junta de trilho requer custo de manutenção. Adicionalmente, uma parte de junta de trilho é uma fonte principal de geração de barulho e vibração que são gerados durante a passagem de um trem. Uma vez que a velocidade e carga de trem de um trem estão crescendo em vários países, está sendo usada em geral uma técnica, que forma um trilho longo através de conectar continuamente partes de junta de trilhos que têm o problema mencionado acima através de soldagem. [0032] Soldagem por centelhamento de topo (por exemplo, ver Documento de Patente 1), soldagem a gás com pressão (por exemplo, ver Documento de Patente 2), soldagem a arco fechado (por exemplo, ver Documento de Patente 3), e Soldagem Thermit (por exemplo, ver Documento de Patente 4) são métodos principais de soldagem de um trilho.

[0033] Quando uma parte de junta de trilho é soldada, em particular, existe uma preocupação de que trincas de fadiga são geradas na

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11/130 vizinhança do eixo geométrico neutro da zona de solda de trilho em uma ferrovia onde um trem de carga pesada passa, em uma ferrovia de uma região fria, ou algo semelhante. Consequentemente, os trilhos precisam ser frequentemente substituídos a fim de evitar que a fratura instável de um trilho seja provocada pelas trincas de fadiga. Um exemplo de fratura instável é mostrado nas FIGURAS 41A e 41B. A FIGURA 41A mostra um estado onde uma fenda de fadiga 151 gerada em uma direção horizontal é gerada na vizinhança do eixo geométrico neutro de uma zona de solda de trilho 150. Uma fratura 152 é gerada em direção à parte de cabeça do trilho e parte de base do trilho. A FIGURA 41B mostra uma superfície de fratura da fenda de fadiga 151 e a fratura 152. A partir da FIGURA 41B, é entendido que uma fenda de fadiga 151 é gerada a partir da vizinhança do eixo geométrico neutro da zona de solda de trilho 150 como uma origem e a fratura 152 então penetra na parte de alma do trilho na direção da espessura. Entretanto, neste relatório descritivo, uma parte superior do trilho 160 que entra em contato com uma roda é referenciada como a “parte de cabeça”, uma parte inferior do trilho 162 que entra em contato com um dormente é referenciada como a “parte de base”, e uma parte 161 formada entre a parte de cabeça e a parte de base é referenciada como a “parte de alma do trilho” (ver FIGURAS 27A e 27B).

[0034] É considerado que a geração de uma fenda de fadiga é afetada não apenas por uma condição de carga externa mas também tensão residual em um material. A FIGURA 42 é um gráfico que mostra a distribuição de tensão residual, que é provocada pela soldagem por centelhamento de topo, em uma parte periférica de uma zona de solda de trilho em uma direção circunferencial. Em um gráfico da FIGURA 42, uma direção positiva de um eixo vertical representa tensão residual trativa e uma direção negativa do eixo vertical representa tensão residual compressiva. A partir da FIGURA 42, é entendido que a

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12/130 tensão residual trativa da parte de alma do trilho é grande. Se uma zona de solda de trilho é posicionada no dormente, tensão compressiva na direção vertical atua em uma parte de alma do trilho durante a passagem de um trem. Entretanto, uma grande tensão trativa na direção vertical (direção circunferencial da seção transversal do trilho) permanece na parte de alma. Consequentemente, enquanto a parte de alma do trilho recebe tensão trativa real, tensão atua repetidamente na parte de alma do trilho. Por esta razão, podem ser geradas trincas de fadiga na parte de alma do trilho.

[0035] O Documento de Patente 5 e Documento de Patente 6 revelam um método de colocar a zona de solda de trilho inteira ou a parte de cabeça e a parte de alma do trilho da zona de solda do trilho em um estado de alta temperatura através do calor de soldagem ou calor transferido do exterior, e em seguida executar resfriamento acelerado a fim de evitar o dano a uma parte de alma do trilho. De acordo com esta técnica, uma vez que a tensão residual de uma zona de solda de trilho é controlada, é possível reduzir a tensão residual trativa que é gerada na parte de alma do trilho da zona de solda de trilho na direção vertical ou converter a tensão residual trativa em tensão residual compressiva. Por esta razão, é possível melhorar a resistência à fadiga da zona de solda do trilho. É possível suprimir a geração de trincas de fadiga na parte de alma do trilho por através desta técnica.

[0036] Adicionalmente, como técnicas para melhorar a resistência à fadiga da zona de solda de trilho, existe um método que usa tratamento de jateamento como descrito, por exemplo, no Documento de Patente 7. No tratamento de jateamento, esferas de aço, que têm um diâmetro de alguns mm, são projetadas em um material para deformar plasticamente a camada de superfície do material, de modo que a camada de superfície é sujeita ao endurecimento a frio. ConsequentePetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 15/182

13/130 mente, é possível melhorar a resistência à fadiga convertendo tensão residual em tensão compressiva.

[0037] Adicionalmente, o Documento de Patente 8 revela um dispositivo para o resfriamento de uma zona de solda de trilho. O dispositivo inclui uma câmara de ar que resfria uma superfície de topo da cabeça de uma zona de solda de trilho, uma câmara de ar que resfria superfícies laterais da cabeça de uma zona de solda de trilho, e câmara de ar que resfria uma parte de abdômen (parte de alma) e uma parte de fundo (parte de base) da zona de solda de trilho. Cada uma das câmaras de ar é provida de uma pluralidade de bicos que injetam ar comprimido, e é fornecido um bico para detectar temperatura no meio de um grupo de bicos da câmara de ar que resfriam a parte de topo da cabeça.

[0038] A parte de cabeça do trilho sofre desgaste devido ao contato entre uma roda e ela própria. Em particular, o desgaste é facilitado em um trilho curvo pelo deslizamento relativo que ocorre entre uma roda e um trilho. Por esta razão, frequentemente um trilho tratado termicamente do qual uma parte de cabeça do trilho é endurecida é empregado para uma seção curva. Na soldagem do trilho tratado termicamente, é preferível que a mesma dureza que a dureza de um material de base a ser soldado seja obtida executando o resfriamento acelerado da parte de cabeça do trilho após a soldagem em uma faixa de temperatura até o término da transformação perlítica a partir de uma região de temperatura de austenita. Quando o resfriamento acelerado da parte de cabeça do trilho é executado após a soldagem, é executado o resfriamento acelerado da parte de cabeça e da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho, de modo que a tensão residual da parte de alma do trilho na direção vertical é reduzida (ou seja, é aumentada a tensão residual compressiva). Consequentemente, a geração de uma fenda de fadiga da parte de alma do trilho é suprimida.

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Este método é revelado no Documento não patentário 1. Entretanto, a partir do experimento dos inventores, foi descoberto que a tensão residual da parte de alma do trilho não é reduzida significativamente mesmo se o resfriamento acelerado da parte de cabeça e a parte de alma do trilho da zona de solda de trilho é executado.

[0039] Adicionalmente, o tratamento de jateamento exige grandes instalações que projetam esferas de aço, coletam esferas de aço, e evitam desgaste, e assim por diante. Por esta razão, a aplicação do tratamento de jateamento a uma grande zona de solda é limitada. Adicionalmente, uma vez que as esferas de aço são desgastadas e danificadas, as esferas de aço têm que ser fornecidas em intervalos regulares. Consequentemente, existe um problema de que é requerido um custo de funcionamento.

[0040] Adicionalmente, a partir de testes executados pelos inventores foi descoberto que a tensão residual de uma parte de alma do trilho não é reduzida e a vida de fadiga não é muito aumentada quando o resfriamento acelerado de uma zona de solda de trilho é executado pelo dispositivo de resfriamento revelado no Documento de Patente

8. Ou seja, fica aparente que a tensão residual da zona de solda de trilho não pode ser reduzida (a tensão residual compressiva não pode ser aumentada) a menos que o resfriamento seja executado em uma faixa apropriada da zona de solda de trilho a uma taxa de resfriamento apropriado.

DOCUMENTOS DA TÉCNICA RELACIONADA

Documentos de Patentes [Documento de Patente 1] Pedido de Patente Japonesa Não Examinado, Primeira Publicação No. S56-136292 [Documento de Patente 2] Pedido de Patente Japonesa Não Examinado, Primeira Publicação No. H11-270810 [Documento de Patente 3] Pedido de Patente Japonesa

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Não Examinado, Primeira Publicação No. H6-292968 [Documento de Patente 4] Pedido de Patente Japonesa Não Examinado, Primeira Publicação No. S48-95337 [Documento de Patente 5] Pedido de Patente Japonesa Não Examinado, Primeira Publicação No. S59-93837 [Documento de Patente 6] Pedido de Patente Japonesa Não Examinado, Primeira Publicação No. S59-93838 [Documento de Patente 7] Pedido de Patente Japonesa Não Examinado, Primeira Publicação No. H3-249127 [Documento de Patente 8] Pedido de Patente Japonesa Não Examinado, Primeira Publicação No. S60-33313 Documentos Não de Patentes [Documento não patentário 1] Procedimentos da Segunda Conferência Internacional em tensões residuais, ICR2, Nancy, França, 23 a 25 de Novembro de 1988, Págs. 912 a 918 [Documento não patentário 2] Mitsuki, Anami, Tani, Sugimato, “Melhoramento da resistência à fadiga através da modificação das pontas de cordão de solda”, Coleção de Documentos do Instituto de Soldagem, Vol. 17, No. 1, Págs. 111 a 119 (1999)

REVELAÇÃO DA INVENÇÃO

Problemas a Serem Resolvidos Pela Invenção [0041] Como descrito acima, no passado, não existia nenhuma técnica que aumentasse efetivamente a resistência à fadiga da parte de alma do trilho, a resistência à fadiga da parte de sola do trilho, e a dureza da parte de cabeça do trilho. Consequentemente, um primeiro objetivo da invenção é fornecer um método para fabricar um trilho com eficiência no qual a resistência à fadiga de uma zona de solda seja melhorada quando comparado à técnica relacionada.

[0042] Adicionalmente, um segundo objetivo da invenção é fornecer um método de resfriamento de uma zona de solda de trilho e um

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16/130 dispositivo de resfriamento usado no método que possa assegurar dureza suficiente de uma parte de cabeça do trilho e melhorar a resistência à fadiga de uma zona de solda de trilho quando comparado à técnica relacionada através de reduzir adicionalmente a tensão residual de uma parte de alma do trilho (ou seja, aumentando a tensão residual compressiva).

Meios Para Resolver o Problema [0043] A invenção emprega o seguinte a fim de alcançar os objetivos mencionados acima.

(1) De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um método de resfriamento de uma zona de solda de trilho que inclui uma região Ac1 aquecida até uma temperatura não menor do que uma temperatura inicial Ac1 de transformação perlítica para austenita e uma região Ac3 aquecida até uma temperatura não menor do que uma temperatura de término Ac3 da transformação. O método inclui um primeiro processo de resfriamento da parte de alma do trilho de resfriamento de uma região de resfriamento da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho em uma parte de uma faixa de temperatura até o término da transformação austenítica para perlita, um segundo processo de resfriamento da parte de alma do trilho de resfriamento de uma região de resfriamento da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho em uma parte de uma faixa de temperatura após a parte de alma do trilho inteira da zona de solda de trilho ser transformada em perlita, um processo de resfriamento da parte de base de resfriamento de uma parte de base da zona de solda de trilho, e processo de resfriamento de uma parte de cabeça de resfriamento de uma parte de cabeça da zona de solda de trilho. Quando o tempo de resfriamento dos primeiro e segundo processos de resfriamento da parte de alma do trilho é t minutos, um valor k, que é obtido dividindo a largura L da região de resfriamento da parte de alma do trilho por uma

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17/130 largura LAc1 da região Ac1, satisfaz a uma expressão representada como -0,1t + 0,63 <k< -0,1t + 2,33.

(2) No método de acordo com (1), a região de resfriamento da parte de alma do trilho pode ser resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é maior do que 5°C/s, no primeiro processo de resfriamento da parte de alma do trilho. A região de resfriamento da parte de alma do trilho pode ser resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é menor do que uma taxa de resfriamento da parte de base, no segundo processo de resfriamento da parte de alma do trilho.

(3) No método de acordo com (1), a região de resfriamento da parte de alma do trilho pode ser resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é menor do que uma taxa de resfriamento da parte de base, no segundo processo de resfriamento da parte de alma do trilho.

(4) No método de acordo com (1), a região de resfriamento da parte de alma do trilho pode ser resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é maior do que 5°C/s, no primeiro processo de resfriamento da parte de alma do trilho.

(5) No método de acordo com (1), no primeiro processo de resfriamento da parte de alma, um processo de resfriamento de uma região de temperatura de austenita pode incluir um primeiro processo de resfriamento de parte de alma do trilho anterior e um último primeiro processo de resfriamento de parte de alma do trilho de continuar a resfriar a região de resfriamento da parte de alma do trilho após o último primeiro processo de resfriamento de parte de alma do trilho em uma faixa de temperatura até o término da transformação para perlita; a região de resfriamento da parte de alma do trilho pode ser resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natuPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 20/182

18/130 ral e não é menor do que uma taxa de resfriamento da parte de base, no primeiro processo de resfriamento de parte de alma do trilho anterior; a região de resfriamento da parte de alma do trilho pode ser resfriada a uma taxa de resfriamento natural ou uma taxa de resfriamento não maior do que 2°C/s no último primeiro processo de resfriamento de parte de alma; e a região de resfriamento da parte de alma do trilho pode ser resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é menor do que uma taxa de resfriamento da parte de base, no segundo processo de resfriamento da parte de alma do trilho.

(6) No método de acordo com (1), uma taxa de resfriamento da parte de base pode ter uma taxa de resfriamento natural.

(7) No método de acordo com (1), no processo de resfriamento da parte de cabeça, a parte de cabeça pode ser resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é maior do que 5°C/s, em pelo menos uma parte da faixa de temperatura até o término da transformação para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita que excede A3, Ae, ou Acm.

(8) No método de acordo com qualquer um de (1) até (7), uma taxa de resfriamento da parte de canto inferior de uma parte de mordente pode ser menor do que uma taxa de resfriamento da parte de alma do trilho quando a parte de cabeça e a parte de alma do trilho são resfriadas.

(9) No método de acordo com (8), quando a altura de uma parte lateral da cabeça, que forma uma parte lateral da parte de cabeça, é representada por Hs, a parte de cabeça inteira exceto por uma região da parte de cabeça, que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante de uma extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, pode ser sujeita ao resfriamento acelerado.

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19/130 (10) No método de acordo com (9), placas de proteção podem ser fornecidas na região da parte de cabeça, que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, e um fluido de resfriamento é ejetado para a parte de cabeça.

(11) De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecida uma junta de soldagem de trilho que é resfriada por um método de resfriamento de uma zona de solda de trilho de acordo com (1). A junta de soldagem de trilho inclui a parte de alma do trilho da qual tensão residual na direção vertical é de 350 MPa ou menos, uma parte de sola do trilho da qual tensão residual em uma direção longitudinal é tensão compressiva, e a zona de solda de trilho da qual 95% ou mais da estrutura de metal é estrutura de perlita.

(12) De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é fornecida uma junta de soldagem de trilho que é resfriada por um método de resfriamento de uma zona de solda de trilho de acordo com (8). A junta de soldagem de trilho inclui a parte de alma do trilho da qual tensão residual em uma direção circunferencial de uma seção transversal de um trilho é 300 MPa ou menos, e a parte de cabeça cuja dureza é Hv 320 ou mais.

(13) De acordo com um quarto aspecto da invenção, é fornecido um dispositivo para o resfriamento de uma zona de solda de trilho. O dispositivo pode incluir uma unidade de resfriamento de parte de cabeça. A unidade de resfriamento de parte de cabeça executa resfriamento acelerado da parte de cabeça inteira exceto por uma região de uma parte de cabeça, que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante de uma extremidade superior de uma parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, quando a altura da parte lateral da cabeça, que forma uma parte lateral da parte de cabeça da zona de solda de trilho, é representada por Hs.

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20/130 (14) No dispositivo de acordo com (13), a unidade de resfriamento de parte de cabeça pode incluir uma seção de ejeção que ejeta um fluido de resfriamento para a parte de cabeça, e placas de proteção que cobrem uma região da parte de cabeça posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3.

Efeitos da Invenção [0044] De acordo com os métodos de (1) a (7), é possível melhorar a tensão residual da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho, e impedir a ocorrência de fenda de fadiga na zona de solda controlando a tensão residual da parte de sola na faixa de compressão. [0045] De acordo com os métodos de (8) a (10), é possível reduzir a tensão residual da parte de alma do trilho ao mesmo tempo em que assegurar a dureza da parte de cabeça do trilho fazendo as taxas de resfriamento das partes de mordente serem menores do que a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho quando a parte de cabeça e a parte de alma do trilho da zona de solda de trilho são sujeitas ao resfriamento acelerado. Por esta razão, é possível melhorar a resistência ao desgaste da parte de cabeça do trilho e a resistência à fadiga da zona de solda de trilho.

[0046] De acordo com a junta de soldagem de trilho de (11), é possível suprimir o dano causado por fadiga de metal, mesmo quando um trem de carga pesada passa nos trilhos.

[0047] De acordo com a junta de soldagem de trilho de (12), é possível suprimir o desgaste da parte de cabeça do trilho e o dano causado por fadiga de metal, mesmo quando um trem de carga pesada passa nos trilhos.

[0048] De acordo com os dispositivos de (13) e (14), a unidade de resfriamento da parte de cabeça executa o resfriamento acelerado da parte de cabeça inteira exceto por uma região de uma parte de cabePetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 23/182

21/130 ça, que é posicionado abaixo de uma posição inferior distante de uma extremidade superior de uma parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3. Consequentemente, a taxa de resfriamento da parte de mordente é tornada menor, de modo que é possível fazer a taxa de resfriamento da parte de mordente ser menor do que a taxa de resfriamento da parte de alma. Por esta razão, é possível manter a dureza da parte de cabeça do trilho, que entra em contato com uma roda, alta e adicionalmente reduzir a tensão residual da parte de alma do trilho na direção vertical.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0049] A FIGURA 1A é uma vista lateral de um trilho.

[0050] A FIGURA 1B é uma vista de corte tomada ao longo de uma linha A-A da FIGURA 1A.

[0051] A FIGURA 2A é uma vista esquemática que ilustra um processo de centelhamento de soldagem por centelhamento de topo. [0052] FIGURA 2B é uma vista esquemática que ilustra um processo de aperto de soldagem por centelhamento de topo.

[0053] FIGURA 2C é uma vista esquemática que ilustra um processo de desbaste de soldagem por centelhamento de topo.

[0054] FIGURA 3A é uma vista esquemática que ilustra Soldagem Thermit.

[0055] FIGURA 3B é uma vista de corte tomada ao longo de uma linha B-B da FIGURA 3A.

[0056] FIGURA 4A é uma vista esquemática que ilustra um processo de aquecimento de soldagem a gás com pressão.

[0057] FIGURA 4B é uma vista esquemática que ilustra um processo de pressionamento de soldagem a gás com pressão.

[0058] FIGURA 4C é uma vista esquemática que ilustra um processo de desbaste de soldagem a gás com pressão.

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22/130 [0059] FIGURA 5A é uma vista esquemática que ilustra soldagem a arco fechado.

[0060] FIGURA 5B é uma vista de corte que ilustra soldagem a arco fechado.

[0061] FIGURA 6A é uma vista esquemática que ilustra dano de fadiga que ocorre a partir de uma parte de alma do trilho de uma zona de solda de trilho.

[0062] FIGURA 6B é uma vista esquemática que mostra uma superfície de fratura do dano.

[0063] FIGURA 7A é um gráfico que mostra a distribuição de tensão residual que existe em uma parte periférica de uma zona de solda de trilho em uma direção circunferencial.

[0064] FIGURA 7B é um gráfico que mostra um relacionamento entre a distância a partir de um centro de soldagem e tensão residual que existe em uma parte de alma do trilho na direção vertical.

[0065] FIGURA 8 é um gráfico que mostra a distribuição de tensão residual que existe na parte periférica de uma zona de solda de trilho em uma direção longitudinal de um trilho.

[0066] FIGURA 9A é uma vista esquemática que ilustra um ponto no tempo onde uma roda passa justo acima de um dormente.

[0067] FIGURA 9B é uma vista esquemática que ilustra um ponto no tempo onde uma roda passa entre dormentes.

[0068] FIGURA 10A é uma vista esquemática que mostra dano por fadiga que ocorre a partir de uma parte de base de uma zona de solda de trilho.

[0069] FIGURA 10B é uma vista esquemática que mostra uma superfície de fratura do dano.

[0070] FIGURA 11 é um diagrama de equilíbrio de aço carbono.

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23/130 [0071] FIGURA 12 é uma vista esquemática que mostra mudança estrutural que é causada pelo aquecimento e resfriamento de aço carbono.

[0072] FIGURA 13A é um diagrama CCT de aço que tem composição hipoeutetoide.

[0073] FIGURA 13B é um diagrama CCT de aço que tem composição eutetoide.

[0074] FIGURA 13C é um diagrama CCT de aço que tem composição hipereutetoide.

[0075] FIGURA 14 é um gráfico que mostra uma distribuição de temperatura de trilho e uma distribuição de dureza de trilho na direção axial de um trilho.

[0076] FIGURA 15A é uma vista que mostra uma distribuição de temperatura de uma parte de alma do trilho de uma zona de solda imediatamente após a soldagem.

[0077] FIGURA 15B é uma vista que mostra uma distribuição de temperatura e tensão de contração de uma parte de alma do trilho de uma zona de solda em um certo ponto no tempo de um processo de resfriamento.

[0078] FIGURA 15C é uma vista que mostra a distribuição de temperatura de uma parte de alma do trilho de uma zona de solda em certos pontos no tempo de um processo de resfriamento natural e um processo de resfriamento acelerado.

[0079] FIGURA 15D é uma vista que mostra a distribuição de temperatura de uma parte de alma do trilho de uma zona de solda em pontos no tempo, onde uma temperatura de um centro de soldagem é ligeiramente maior do que Ar1,em um processo de resfriamento natural e um processo de resfriamento acelerado.

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24/130 [0080] FIGURA 16A é uma vista esquemática que mostra uma distribuição de temperatura quando uma parte de alma do trilho é resfriada extensivamente.

[0081] FIGURA 16B é uma vista esquemática que mostra uma distribuição de temperatura quando uma parte de base é resfriada excessivamente.

[0082] FIGURA 17 é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando uma parte de alma do trilho é sujeita ao resfriamento acelerado após o término da transformação perlítica. (Primeiro padrão de resfriamento) [0083] FIGURA 18A é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando uma parte de alma do trilho é sujeita ao resfriamento acelerado até o término da transformação perlítica a partir do momento onde decomposição de austenita ainda não começou. (Segundo padrão de resfriamento) [0084] FIGURA 18B é outra vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando uma parte de alma do trilho é sujeita ao resfriamento acelerado até o término da transformação perlítica a partir do momento onde decomposição de austenita ainda não começou. (Segundo padrão de resfriamento) [0085] FIGURA 18C é outra vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando uma parte de alma do trilho é sujeita ao resfriamento acelerado até o término da transformação perlítica a partir do momento onde decomposição de austenita ainda não começou. (Segundo padrão de resfriamento) [0086] FIGURA 19 é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando uma parte de alma do trilho é sujeita ao resfriamento acelerado até o término da transformação perlítica a partir do momento onde decomposição de austenita ainda não começou e é

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25/130 sujeita adicionalmente ao resfriamento acelerado após o término da transformação perlítica. (Terceiro padrão de resfriamento) [0087] FIGURA 20A é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando uma parte de alma do trilho é sujeita ao resfriamento acelerado até o término da transformação perlítica a partir do momento onde decomposição de austenita ainda não começou e parte de alma do trilho é sujeita adicionalmente ao resfriamento acelerado após o término da transformação perlítica. (Quarto padrão de resfriamento) [0088] FIGURA 20B é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura durante resfriamento, e é uma vista que mostra histórico de temperatura quando uma faixa de resfriamento suave que corresponde a 2°C/s ou menos é fornecida na região de temperatura de transformação perlítica durante resfriamento. (Quarto padrão de resfriamento) [0089] FIGURA 21 é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura durante resfriamento, e é uma vista que mostra histórico de temperatura quando uma parte de alma do trilho e uma parte de cabeça do trilho são sujeitas ao resfriamento acelerado até o término da transformação perlítica a partir do momento onde decomposição de austenita ainda não começou e parte de alma do trilho é adicionalmente sujeita ao resfriamento acelerado após o término da transformação perlítica. (Quinto padrão de resfriamento) [0090] FIGURA 22A é uma vista esquemática que mostra a distribuição de temperatura de uma zona de solda quando uma largura de resfriamento é estreita.

[0091] FIGURA 22B é uma vista esquemática que mostra a distribuição de temperatura de uma zona de solda quando uma largura de resfriamento é média.

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26/130 [0092] FIGURA 22C é uma vista esquemática que mostra a distribuição de temperatura de uma zona de solda quando uma largura de resfriamento é larga.

[0093] FIGURA 23A é uma vista esquemática que mostra um relacionamento entre um valor k (uma razão entre uma largura de resfriamento e a largura de um material aquecido até uma temperatura de Ac1 ou mais) e tensão residual no caso de um resfriamento de tempo curto.

[0094] FIGURA 23B é uma vista esquemática que mostra um relacionamento entre um valor k (uma razão entre uma largura de resfriamento e a largura de um material aquecido até uma temperatura de Ac1 ou mais) e tensão residual no caso de um resfriamento de tempo longo.

[0095] FIGURA 24 é uma vista esquemática que mostra um relacionamento entre um valor k (uma razão entre uma largura de resfriamento e a largura de um material aquecido até uma temperatura de Ac1 ou mais), que é eficaz na redução da tensão residual, e tempo de resfriamento.

[0096] FIGURA 25 é uma vista esquemática que ilustra um teste para avaliar a resistência à fadiga de uma parte de alma.

[0097] FIGURA 26 é uma vista esquemática que ilustra um teste para avaliar a resistência à fadiga de flexão de uma parte de base. [0098] FIGURA 27A é uma vista lateral de um trilho.

[0099] FIGURA 27B é uma vista de corte tomada ao longo de uma linha X’-X’ da FIGURA 27A.

[00100] FIGURA 28 é uma vista de corte parcial de uma parte de cabeça do trilho.

[00101] FIGURA 29 é uma vista esquemática que mostra um dispositivo para o resfriamento de uma zona de solda de trilho de acordo com uma modalidade da invenção.

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27/130 [00102] FIGURA 30A é uma vista plana de uma unidade de resfriamento da parte de cabeça que executa o resfriamento acelerado de uma parte de cabeça de uma zona de solda de trilho.

[00103] FIGURA 30B é uma vista lateral da unidade de resfriamento da parte de cabeça.

[00104] FIGURA 31 é uma vista de corte tomada ao longo de uma linha A’-A’ da FIGURA 30A.

[00105] FIGURA 32 é uma vista de corte tomada ao longo de uma linha C’-C’ da FIGURA 31.

[00106] FIGURA 33 é uma vista de corte tomada ao longo de uma linha B’-B’ da FIGURA 30A.

[00107] FIGURA 34A é uma vista esquemática que ilustra um processo de centelhamento de soldagem por centelhamento de topo. [00108] FIGURA 34B é uma vista esquemática que ilustra um processo de aperto de soldagem por centelhamento de topo.

[00109] FIGURA 34C é uma vista esquemática que ilustra um processo de desbaste de soldagem por centelhamento de topo.

[00110] FIGURA 35 é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando uma zona de solda de trilho é sujeita ao resfriamento acelerado através de um método de resfriamento de uma zona de solda de trilho de acordo com uma modalidade da invenção.

[00111] FIGURA 36 é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando uma zona de solda de trilho é resfriada naturalmente.

[00112] FIGURA 37 é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando apenas uma parte de cabeça de uma zona de solda de trilho é sujeita ao resfriamento acelerado.

[00113] FIGURA 38 é uma vista esquemática que mostra histórico de temperatura quando uma parte de cabeça e uma parte de alma do

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28/130 trilho de uma zona de solda de trilho são sujeitas ao resfriamento acelerado através de um método na técnica relacionada.

[00114] FIGURA 39 é uma vista esquemática que mostra um exemplo de uma distribuição de tensão residual de quatro métodos de resfriamento.

[00115] FIGURA 40 é uma vista esquemática que mostra posições onde temperatura, dureza, e tensão residual são medidas em um teste de resfriamento de uma zona de solda de trilho.

[00116] FIGURA 41A é uma vista esquemática que mostra dano por fadiga que ocorre a partir de uma parte de alma do trilho de uma zona de solda de trilho.

[00117] FIGURA 41B é uma vista esquemática que mostra uma superfície de fratura do dano.

[00118] FIGURA 42 é um gráfico que mostra a distribuição de tensão residual que existe em uma parte periférica de uma zona de solda de trilho em uma direção circunferencial.

MODALIDADES DA INVENÇÃO

Método de Soldagem [00119] Na invenção, um método de soldagem de uma zona de solda de trilho não é limitada à soldagem por centelhamento de topo. Soldagem por centelhamento de topo será descrita em mais detalhes abaixo como um exemplo de um método de soldagem de uma zona de solda de trilho com referência às FIGURAS 2A a 2C.

[00120] Um primeiro processo de um método de soldagem por centelhamento de topo é um processo para geração contínua de um arco entre faces de extremidade mostradas na FIGURA 2A (processo de centelhamento). Neste processo, o arco é gerado entre faces de extremidade de materiais, que estão para serem soldados, através de uma tensão aplicada através de um eletrodo 9. Partes onde o arco é gerado são derretidas localmente, uma parte do metal derretido é desPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 31/182

29/130 carregada para o lado externo como salpicos, e o resto do metal derretido permanece nas faces de extremidade. Rebaixos, os quais são referenciados como crateras, são formados nas partes que são derretidas pelo arco como os materiais a serem soldados gradualmente se aproximam um do outro, um arco é gerado sucessivamente nas novas partes de contato e os materiais são gradualmente encurtados pela repetição do derretimento local dos mesmos. A velocidade de movimento do material a ser soldado é ajustada de modo que uma folga entre os materiais a serem soldados seja mantida como uma folga substancialmente constante neste processo.

[00121] Um processo que faz com que as faces de extremidade dos materiais entrem em contato uma com a outra intencionalmente para elevar a temperatura de um material base a ser soldado através de uma grande corrente provocada pela aplicação direta de corrente pode ser empregado no processo de centelhamento. O propósito deste processo é fazer o processo de centelhamento prosseguir de forma mais eficiente para um processo de aperto suavizando a distribuição de temperatura na vizinhança da face de extremidade. Este processo é referenciado como um “processo de preaquecimento”, e geralmente repete a aplicação de contato de corrente por aproximadamente 2 a 5 segundos e um período de pausa sem contato de aproximadamente 1 segundo diversas vezes.

[00122] Quando o processo de centelhamento continua por diversas dezenas de segundos até alguns minutos, as faces de extremidade inteiras dos materiais a serem soldados são derretidas. Adicionalmente, os materiais na vizinhança das faces de extremidade são amolecidos devido à elevação da temperatura. É executado pressionamento na direção axial como mostrado na FIGURA 2B no ponto do tempo em que os materiais alcançam este estado. Superfícies côncavoconvexas das crateras, que são formadas nas faces de extremidade,

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30/130 são comprimidas por este pressionamento que é referenciado como aperto. Consequentemente, o metal derretido, que existe entre as faces de extremidade, é expulso para o lado externo. A seção transversal de uma parte na vizinhança da face de extremidade amolecida aumenta devido à deformação plástica e um cordão de solda 11 é formado em volta de uma superfície de solda.

[00123] O cordão de solda 11 é cortado e removido por aparadores 12 como mostrado na FIGURA 2C quando em alta temperatura imediatamente após a soldagem (processo de desbaste). Após o desbaste, um fino cordão de solda, que tem uma altura de alguns milímetros e uma largura de aproximadamente 10 a 30 mm, permanece em volta da zona de solda.

[00124] O fino cordão de solda, que permanece após o desbaste, de uma parte de cabeça do trilho que entra em contato com uma roda, é polido por uma máquina de esmerilhar para ser aplanado. O cordão de solda de uma parte de base do trilho e uma parte de alma do trilho é tratado através de métodos de tratamento, que diferem de companhia ferroviária para companhia ferroviária, tal como um método de aplanar o cordão de solda através de polimento usando uma máquina de esmerilhar, um método de tornar o cordão de solda fino através de polimento usando uma máquina de esmerilhar, e um método de não tratar o cordão de solda.

Material do Trilho [00125] A seguir, será descrito o aço do trilho. Como definido em JIS-E1101 e JIS-E1120, aço hipoeutetoide contendo 0,5 a 0,8% de massa de carbono ou aço de carbono eutetoide contendo aproximadamente 0,8% de massa de carbono é geralmente usado como aço de trilho. Adicionalmente, aço de trilho, que tem uma composição hipereutetoide, contém carbono que excede 0,8% de massa, e tem a resistência ao desgaste melhorada adicionalmente de uma linha de transporte

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31/130 de carga pesada de uma ferrovia de mineração estrangeira, também se tornou muito difundido nos últimos anos.

Diagrama de Equilíbrio [00126] A FIGURA 11 é um diagrama de equilíbrio de aço carbono onde a quantidade de carbono é representada por um eixo horizontal. Como descrito acima, a quantidade de carbono em aço de trilho fica geralmente na faixa de 0,4 a 1,2% de massa. Aço de trilho contém Si ou Mn além de carbono, e contém um elemento de reforço tal como Cr em alguns casos. Rigorosamente falando, um diagrama de equilíbrio é mudado devido à influência destes elementos que não carbono. Entretanto, a mudança do diagrama de equilíbrio é suave na variação do conteúdo de elemento (que não carbono) do aço de trilho. Aço que tem uma composição hipoeutetoide tem uma estrutura de metal, que contém principalmente perlita e contém parcialmente ferrita, a uma temperatura que não é maior do que um A1; tem uma estrutura de metal onde ferrita e austenita são misturados um com o outro, a uma temperatura na faixa dos pontos A1 a A3; e tem uma estrutura de austenita a uma temperatura não menor do que o ponto A3.

[00127] Aço que tem uma composição eutetoide tem uma estrutura de perlita a uma temperatura não maior do que o ponto A1 e tem uma estrutura de austenita a uma temperatura não menor do que um ponto Ae.

[00128] Aço que tem uma composição hipereutetoide tem uma estrutura de metal, que contém principalmente perlita e contém parcialmente cementita, a uma temperatura que não é maior do que um A1; tem uma estrutura de metal onde ferrita e cementita são misturados um com o outro, a uma temperatura na faixa dos pontos A1 a Acm; e tem uma estrutura de austenita a uma temperatura não menor do que o ponto Acm.

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32/130 [00129] Todos os aços que têm a composição mencionada acima têm uma estrutura de duas fases onde uma fase austenita e uma fase líquida são misturadas uma com a outra, a uma temperatura não menor do que uma temperatura sumamente sólida Ts; e tem uma estrutura de fase líquida a uma temperatura não menor do que uma temperatura líquida TL. A temperatura de uma interface de solda alcança o ponto TL em uma soldagem por centelhamento de topo. Adicionalmente, a temperatura se torna baixa conforme uma posição se torna distante da interface de solda.

[00130] Em um processo de resfriamento natural (resfriamento de liberação natural) na atmosfera após a laminação de um trilho, um processo de resfriamento acelerado que é executado após a laminação, ou um processo de resfriamento contínuo que é executado após um trilho ser resfriado para uma temperatura ambiente uma vez e em seguida reaquecido, super-resfriamento a partir de uma temperatura de equilíbrio de transformação ocorre de acordo com a taxa de resfriamento do trilho, o conteúdo de uma fase proeutetooide suposto a partir de um diagrama de estado é reduzido, e a estrutura de perlita ocupa a maior parte de uma fração estrutural. Em particular, como para a faixa de 0,6 a 1,0% de massa da quantidade de carbono na vizinhança de uma composição eutetoide, uma fração da estrutura de perlita alcança substancialmente 100%. Entretanto, “resfriamento acelerado” significa resfriar um material forçadamente, o que é ser resfriado, a uma taxa de resfriamento maior do que uma taxa de resfriamento natural através da ejeção de um fluido de resfriamento no material a ser resfriado.

Ciclo de Aquecimento de Soldagem e Mudança Estrutural [00131] A FIGURA 12 é uma vista esquemática que mostra mudança estrutural que é causada pelo aquecimento e resfriamento de aço carbono. Como mostrado na FIGURA 12, mudança estrutural real em

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33/130 um processo de aquecimento começa de acordo com a taxa de aquecimento do processo de aquecimento a uma temperatura maior do que a temperatura de equilíbrio de transformação. Adicionalmente, mudança estrutural real em um processo de resfriamento começa de acordo com a taxa de resfriamento do processo de resfriamento a uma temperatura mais baixa do que a temperatura de equilíbrio de transformação. Por esta razão, ocorre um estado superaquecido no processo de aquecimento e ocorre um estado super-resfriado no processo de resfriamento. Em geral, uma temperatura de transformação no processo de aquecimento é distinguida somando-se “c” à temperatura de equilíbrio de transformação, tal como A1 e A3, e uma temperatura de transformação no processo de resfriamento é distinguida somando-se “r” à temperatura de equilíbrio de transformação, tal como A1 e A3.

[00132] Ou seja, como para o aço que tem uma composição hipoeutetoide, um ponto de início onde perlita começa a ser transformada em austenita no processo de aquecimento é representado por Ac1, uma temperatura onde perlita é completamente transformada em austenita é representada por Ac3, um ponto de início onde austenita começa a ser transformada em ferrita no processo de resfriamento é representado por Ar3, e uma temperatura onde austenita desaparece é representada por Ar1.

[00133] Igualmente, como para o aço que tem uma composição hipereutetoide, um ponto de início onde perlita começa a ser transformada em austenita no processo de aquecimento é representado por Ac1, uma temperatura onde perlita é completamente transformada em austenita é representada por Accm, um ponto de início onde austenita começa a ser transformada em cementita no processo de resfriamento é representado por Arcm, e uma temperatura onde austenita desaparece é representada por Ar1.

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34/130 [00134] Adicionalmente, como para o aço que tem composição eutetoide, um ponto de início onde perlita começa a ser transformada em austenita no processo de aquecimento é representado por Ac1, uma temperatura onde perlita é completamente transformada um austenita é representada por Ace, um ponto de início onde austenita começa a ser transformada em perlita no processo de resfriamento é representado por Are, e uma temperatura onde austenita desaparece é representada por Ar1.

[00135] Entretanto, como mostrado na FIGURA 11, como para o aço que tem uma composição eutetoide, um ponto onde uma linha A3 e uma linha Acm são conectadas um à outro é referenciado como o ponto Ae.

Descrição de Mudança Estrutural Usando o Diagrama de Transformação de Resfriamento Contínuo (Diagrama CCT) [00136] Em geral, como para mudança de fase o processo de resfriamento, uma temperatura de transformação e uma fase precipitada variam de acordo com componentes do aço e uma taxa de resfriamento. As FIGURAS 13A a FIGURA 13C são diagramas CCT que mostram a mudança estrutural de aço de alto carbono que é provocada por resfriamento contínuo.

[00137] A FIGURA 13A é um Diagrama CCT de aço hipoeutetoide. Quando resfriamento lento mostrado por uma curva (0) é executado, ferrita proeutetoide é precipitada a uma temperatura que corresponde à interseção entre uma linha Fs e a curva (0). Depois disso, a transformação perlítica começa a uma temperatura que corresponde a uma interseção entre uma linha Ps e a curva (0). Adicionalmente, a transformação perlítica é completada a uma temperatura que corresponde a uma interseção entre uma linha Pf e a curva (0). Neste caso, uma estrutura de metal torna uma estrutura de ferrita de perlita que contém uma pequena quantidade de ferrita no limite de grão. Quando uma taPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 37/182

35/130 xa de resfriamento aumenta e é executado resfriamento mostrado por uma curva (1), a linha Fs se junta à linha Ps e desaparece. Consequentemente, ferrita proeutetoide não é precipitada, mas ocorre transformação perlítica entre uma linha Ps e uma linha Pf. Neste caso, uma estrutura de metal se torna uma estrutura de perlita. Quando uma taxa de resfriamento cresce adicionalmente e é executado resfriamento mostrado por uma curva (3), a transformação perlítica para a uma temperatura B e uma estrutura bainita aparece parcialmente. Entretanto, uma parte não transformada é super-resfriada enquanto é austenita. Adicionalmente, transformação de martensita ocorre entre uma temperatura C e uma temperatura D. Neste caso, uma estrutura de metal se torna uma estrutura onde perlita, bainita, e martensita são misturadas. Quando uma taxa de resfriamento aumenta adicionalmente e é executado resfriamento mostrado por uma curva (5), a curva (5) não cruza com uma linha Ps e estrutura austenita é super-resfriada até um ponto Ms. Então, transformação de martensita ocorre. Uma vez que a estrutura de martensita de aço de alto carbono é muito dura e quebradiça, é preferível que o resfriamento rápido que excede a curva de resfriamento (2) seja evitado na soldagem de aço de trilho.

[00138] A FIGURA 13B é um Diagrama CCT de aço eutetoide. No caso de aço eutetoide, ferrita proeutetoide não é precipitada durante resfriamento lento a menos no caso de aço hipoeutetoide.

[00139] A FIGURA 13C é um Diagrama CCT de aço hipereutetoide. No caso de aço hipereutetoide, cementita proeutetoide é precipitada durante resfriamento lento a menos no caso de aço hipoeutetoide onde ferrita proeutetoide é precipitada durante resfriamento lento. Na FIGURA 13C, uma linha 0s é uma linha proeutetoide de cementita. Quando resfriamento lento é executado onde uma curva de resfriamento cruza com uma linha 0s, uma estrutura de metal se torna uma

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36/130 estrutura cementita de perlita que contém uma pequena quantidade de cementita proeutetoide.

Temperatura Máxima, Estrutura e Dureza Com Respeito à Distribuição de Dureza [00140] A FIGURA 14 mostra esquematicamente distribuição de temperatura em uma direção axial de um trilho quando a soldagem do trilho é completada, uma estrutura de metal (estrutura de alta temperatura) quando a soldagem do trilho é completada, uma estrutura de metal após resfriamento, e dureza após resfriamento. A extremidade esquerda da FIGURA 14 representa um material base de um trilho que não é afetado pelo calor, e a extremidade direita da FIGURA 14 representa um centro de soldagem.

[00141] Devido ao processo de centelhamento, a temperatura do centro de soldagem (a extremidade direita da FIGURA 14) excede a temperatura sólida Ts e uma parte descarbonizada é formada no centro de soldagem do trilho. A parte descarbonizada permanece fina mesmo após o processo de aperto. Uma vez que ferrita proeutetoide pode ser formada nesta parte durante resfriamento quando comparada a partes periféricas, a dureza desta parte após resfriamento é baixa. [00142] Uma primeira região na vizinhança do centro de soldagem que é transformada em uma fase austenita completa sendo aquecida acima de Ac3, Ace, ou Accm é completamente transformada em perlita durante resfriamento subsequente, e dureza uniforme é obtida a partir da primeira região após o resfriamento. No lado externo da primeira região, existe uma segunda região que é não menor do que Ac1 mas não excede Ac3, Ace, ou Accm. Uma fase austenita, e uma fase ferrita não transformada ou uma fase cementita existem juntas uma com a outra nesta segunda região no tempo do aquecimento. Uma parte que foi transformada em austenita é transformada em perlita no resfriamento subsequente. Entretanto, uma fase ferrita não transformada ou

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37/130 cementita que não é derretida e é esferoidizada permanece até a temperatura ambiente como ela é. A dureza destes tipos de estrutura é menor do que aquela da perlita normal ou seja transformada a partir de uma fase austenita. Uma vez que a fração desta fase não transformada aumenta com a distância do centro de soldagem, a dureza da segunda região é reduzida.

[00143] Em uma posição que é adicionalmente distante do centro de soldagem, existe uma região que não alcança Ac1. Mesmo nesta região, a dureza de uma terceira região aquecida até uma temperatura de 500°C ou mais é reduzida uma vez que cementita em perlita é esferoidizada. O grau de esferoidização é reduzido com a distância do centro de soldagem, de modo que a dureza se aproxima gradualmente da dureza do material base.

[00144] Adicionalmente, como para uma macroestrutura de uma seção transversal longitudinal vertical de uma zona de solda, uma região esferoidização, que fica na faixa de 500°C até Ac1, não é mudada daquela seção transversal do material base. Entretanto, em uma região onde a temperatura é não menor do que Ac1 e não maior do que Ac3, Ace, ou Accm, uma fase austenita, uma fase ferrita, e uma fase cementita existem juntas umas as outras, são obtidos grãos finos. Consequentemente, é possível discriminar definitivamente a diferença entre a região de esferoidização e a região usando álcool acético ou algo semelhante. O grão da primeira região que é aquecida até uma temperatura não menor do que Ac3, Ace, ou Accm tende a se tornar grosso devido à alta temperatura de aquecimento, mas a primeira região tem uma estrutura próxima a um material base a olho nu. Entretanto, na terceira região ou seja na distância de 500°C até Ac1, é possível confirmar cementita esferoidizada através de uma varredura de microscópio eletrônico (SEM).

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38/130 [00145] Uma distância, onde um material a ser soldado é aquecido até uma temperatura de Ac1 ou mais em uma soldagem de um trilho, difere um pouco dependendo dos métodos de soldagem, condições de soldagem, e partes do trilho. Como um resultado da observação de uma distribuição de dureza e macroestrutura da seção transversal longitudinal vertical do trilho soldado, a distância na parte de alma do trilho em uma soldagem por centelhamento de topo foi na distância de 10 a 50 mm de acordo com condições de soldagem. Adicional e igualmente, uma distância, onde um material a ser soldado é aquecida até uma temperatura de Ac3, Ae3, ou Accm ou mais, foi na distância de 5 a 40 mm.

Mecanismo Para Geração de Tensão Residual [00146] A seguir, serão descritas as ideias dos inventores sobre um mecanismo para geração de uma tensão residual muito grande para uma parte de alma do trilho na direção vertical durante a soldagem de um trilho.

[00147] Centelhamento é gerado entre faces de extremidade de um trilho na soldagem por centelhamento de topo, de modo que a temperatura da face de extremidade alcança um ponto de fusão na faixa de 1300 a 1400°C ou maior. Entretanto, eletrodos 9 (ver FIGURA 2A), que são usados para fornecer energia, são resfriados a água de modo que o dano de desgaste dos eletrodos provocado por erosão ou algo semelhante é suprimido. Por esta razão, trilhos são resfriados por eletrodos resfriados a água 9, de modo que a temperatura do trilho na vizinhança do eletrodo 9 é de aproximadamente 300°C mesmo no momento do término de soldagem. Uma posição de montagem do eletrodo 9 no trilho é geralmente distante de uma face de extremidade de soldagem por aproximadamente 100 mm. Consequentemente, no momento do término de soldagem, uma diferença de temperatura de aproximadamente 1000°C é gerada entre o eletrodo 9 e a face de exPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 41/182

39/130 tremidade entre as quais a distância é de aproximadamente 100 mm. As FIGURAS 15A a 15D mostram a distribuição de temperatura em uma parte de alma do trilho da zona de solda de trilho. Uma curva XX0 da FIGURA 15A mostra uma distribuição de temperatura imediatamente após a soldagem. A partir da FIGURA 15A, é descoberto que um gradiente de temperatura elevado é gerado no trilho.

[00148] Entretanto, uma vez que a face de extremidade do trilho é derretida e soldada pelo derramamento de aço derretido em alta temperatura em uma soldagem em um método Thermit, uma grande distribuição de temperatura ocorre temporariamente na direção longitudinal do trilho pelo derramamento de aço derretido.

[00149] Em soldagem a gás com pressão, a vizinhança das faces de extremidade dos trilhos que entram em contato de pressão uma com a outra é aquecida, de modo que a vizinhança da face de extremidade é aquecida até uma temperatura de aproximadamente 1000°C. Consequentemente, a distribuição de temperatura ocorre na direção longitudinal do trilho como no método de soldagem mencionado acima. [00150] Em soldagem a arco fechado, metal de solda é formado sequencialmente a partir do fundo de um trilho dedicando um tempo de trabalho de 1 hora ou mais para soldagem manual. A distribuição de temperatura ocorre na direção longitudinal do trilho como no método de soldagem mencionado acima. Entretanto, a soldagem a arco fechado é ligeiramente diferente dos outros métodos de soldagem pelo fato de que a distribuição de temperatura ocorre também na direção vertical. É difícil dizer que um método de resfriamento controlado de acordo com a invenção é necessariamente eficaz neste método de soldagem.

[00151] A geração de tensão residual em uma parte de alma do trilho em uma direção vertical (direção circunferencial) é mais significativa em uma soldagem por centelhamento de topo onde um gradiente

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40/130 de temperatura é elevado. Adicionalmente, uma distribuição de temperatura se torna suave, ou seja, tensão residual é reduzida em uma soldagem Thermit e uma soldagem a gás com pressão nesta ordem. A invenção é eficaz em todos estes métodos de soldagem.

[00152] Quando existe tensão de contração térmica não uniforme baseada na temperatura não uniforme em uma estrutura, a tensão de contração permanece como tensão interna de modo que componentes da estrutura limitam deformação de contração. Como resultado, é gerada tensão residual. Uma vez que a estrutura tem um ponto de escoamento baixo e é apta a ser deformada plasticamente quando a temperatura da estrutura é alta, não é gerada uma força de limitação entre os componentes e a tensão residual é baixa. Uma vez que é sabido que um ponto de escoamento aumenta conforme uma temperatura diminui, a geração de tensão residual é significativa à baixa temperatura.

[00153] Entretanto, quando ocorre transformação de uma fase austenita em um processo de resfriamento, uma estrutura molecular do cristal pode ser mudada em uma direção onde a tensão é menor. Como resultado, grande deformação é gerada na direção, de modo que a tensão é reduzida. Por esta razão, é considerado que é liberada em um ponto de transformação uma vez. Considerando o estado onde a temperatura alcançou a temperatura ambiente, este também pode ser um caso onde uma distribuição de tensão a uma temperatura mais alta do que um ponto de transformação é desprezível. Entretanto, uma vez que continuando antes e após a transformação e afetando a subsequente geração de tensão residual, a própria distribuição de temperatura é importante.

[00154] A FIGURA 15B mostra uma distribuição de temperatura e tensão de contração de uma parte de alma do trilho de uma zona de solda em um certo ponto no tempo de um processo de resfriamento.

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Uma linha sólida XX1 mostra uma distribuição de temperatura no ponto do tempo. Tensão de contração é gerada em uma zona de solda devido à diferença entre a temperatura T1 do centro da zona de solda e a temperatura de uma parte circundante. Uma vez que é liberada tensão uma vez em uma região de temperatura de transformação, é considerado que a tensão é baixa em uma região de temperatura de transformação e é gerada tensão residual convictamente após T1 cair para a temperatura de término da transformação Ar1.

[00155] A FIGURA 15C mostra uma distribuição de temperatura de uma parte de alma do trilho de uma zona de solda em certos pontos no tempo de um processo de resfriamento natural e um processo de resfriamento acelerado. Uma curva YY2 mostrada por uma linha quebrada é uma curva de distribuição de temperatura quando uma região de alta temperatura na vizinhança do centro da zona de solda é sujeita ao resfriamento acelerado. Uma curva XX2 mostrada por uma linha sólida mostra uma distribuição de temperatura quando uma região de alta temperatura na vizinhança do centro da zona de solda é sujeita ao resfriamento natural.

[00156] A FIGURA 15D é uma vista que mostra uma distribuição de temperatura em pontos no tempo, onde a temperatura de um centro de soldagem ligeiramente mais alta do que Ar1, em um processo de resfriamento natural e um processo de resfriamento acelerado. Uma curva XX3 mostrada por uma linha sólida mostra uma distribuição de temperatura no caso de resfriamento natural. Uma curva YY3 mostrada por uma linha quebrada mostra uma distribuição de temperatura quando uma grande extensão na vizinhança do centro da zona de solda é sujeita ao resfriamento acelerado, e uma curva ZZ3 mostrada por uma linha quebrada mostra uma distribuição de temperatura quando uma extensão limitada na vizinhança do centro da zona de solda é sujeita ao resfriamento acelerado. Um tempo tomado para alcançar esta

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42/130 temperatura é mais curto quando o centro de soldagem é sujeito ao resfriamento acelerado. Aqui, a diferença na distribuição de temperatura, em uma certa região na vizinhança do centro de soldagem, por exemplo, em uma faixa (LAc1) onde a temperatura de aquecimento máximo não é menor do que Ac1 em uma distribuição de temperatura XX0 imediatamente após a soldagem, e a diferença na tensão residual baseada na diferença na distribuição de temperatura será descrita abaixo. Quando o centro de soldagem é sujeito ao resfriamento acelerado, a diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima na distância LAc1 é pequena quando comparada a um caso de resfriamento natural. Como resultado, a geração de tensão residual, que é baseada na diferença de temperatura nesta faixa, é suprimida. Adicionalmente, mesmo quando sendo considerada extensivamente, a restrição de contração, que é executada na parte de baixa temperatura distante de uma zona de solda, é dispersa na grande extensão da zona de solda. Consequentemente, a geração de tensão residual é suprimida. Deste modo, é obtido um efeito de redução de tensão residual através da redução da diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima em uma certa extensão da zona de solda no ponto do tempo quando passou um tempo predeterminado após a soldagem. Se uma distribuição de temperatura é mudada através da mudança de uma largura de resfriamento, em alguns casos é formada uma distribuição de temperatura côncava onde a temperatura de uma parte central é baixa como na curva ZZ3 na FIGURA 15D. Entretanto, se a diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima na região é reduzida, é obtido o mesmo efeito.

[00157] De acordo com os experimentos dos inventores, se a diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima em uma região onde a temperatura aquecimento máximo de uma zona de solda excede Ac1 no ponto do tempo quando passou um tempo predePetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 45/182

43/130 terminado após a soldagem não é maior do que 50°C,é reconhecido um efeito de redução de tensão residual da parte de alma do trilho. [00158] A distribuição de temperatura é afetada pelo tempo de resfriamento e uma taxa de resfriamento. Uma vez que aço de trilho tem composição de alto carbono, a temperabilidade do aço de trilho é alta. Quando resfriamento acelerado é executado a partir de uma região austenítica, precisa ser considerado um padrão de transformação. Se uma taxa de resfriamento é excessivamente alta, uma curva de resfriamento passa através de uma região de transformação mostrada nas FIGURAS 13A a 13C onde austenita é transformada em perlita, e passa através da região de super-resfriamento austenita, que corresponde a uma região de extremidade de tempo curta da região de superresfriamento austenita. Por esta razão, a estrutura martensita, que é dura e quebradiça, é gerada, de modo que a zona de solda é fragilizada. Consequentemente, na invenção, uma taxa de resfriamento é definida de até 5°C/s a fim de evitar o enfraquecimento do aço de trilho. De acordo com os experimentos dos inventores, o tempo de resfriamento e uma largura de resfriamento são os principais fatores relacionados com tensão residual na faixa de uma taxa de resfriamento onde martensita não é gerada. As faixas apropriadas de tempo de resfriamento e de uma largura de resfriamento serão descritas abaixo.

[00159] É considerado que um efeito que reduz tensão residual executando o resfriamento acelerado na vizinhança do centro de soldagem para nivelar a distribuição de temperatura é maior quando a distribuição de temperatura nivelada é obtida na vizinhança de Ar1. Entretanto, o efeito é obtido mesmo a uma temperatura não menor do que Ar1 ou uma temperatura não maior do que Ar1. Entretanto, uma vez que tensão residual já esteja gerada mesmo se uma distribuição de temperatura nivelada for obtida enquanto a temperatura da zona de solda central for menor do que 200°C, o efeito é pequeno.

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Largura de Resfriamento da Zona de Solda [00160] A FIGURA 16A mostra esquematicamente distribuição de temperaturas da parte de cabeça do trilho, parte de alma do trilho, e parte de base do trilho da zona de solda quando parte de alma do trilho é resfriada extensivamente. Em uma distribuição de temperatura da parte central da parte de alma do trilho em uma direção longitudinal B-B', uma temperatura cai como um todo. Consequentemente, não pode ser esperada uma ação que reduza tensão nivelando a distribuição de temperatura da parte central. Entretanto, em um mapa de distribuição de temperatura do centro de soldagem, a temperatura da parte de alma do trilho cai em relação a temperatura da parte de cabeça e da parte de base conforme o tempo de resfriamento aumenta. Como resultado, a tensão de contração da parte de cabeça e da parte de base na direção longitudinal é restrita por uma parte de alma do trilho que tenha sido resfriada primeiro, de modo que tensão trativa é gerada particularmente em uma parte de sola na direção longitudinal. Uma vez que existe uma preocupação de que mudança da tensão residual da parte de sola na direção longitudinal para tensão trativa pode fazer com que a resistência à fadiga de flexão seja reduzida, isto não é preferível. Entretanto, uma vez que a parte de alma do trilho seja comprimida na direção longitudinal e tensão residual na direção vertical (direção circunferencial) também seja reduzida, a resistência à fadiga é melhorada apenas para uma parte de alma. Deste modo, a influência de uma largura de resfriamento muda mesmo dependendo do tempo de resfriamento. A condição apropriada da mesma será descrita abaixo.

Resfriamento da Sola [00161] A FIGURA 16B é uma vista esquemática que mostra distribuição de temperatura quando uma parte de sola do trilho resfriada excessivamente. Quando a temperatura da parte de base cai relativa a

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45/130 uma temperatura da parte de alma do trilho devido ao resfriamento acelerado, tensão de contração da parte de alma do trilho na direção longitudinal é restrita por uma parte de base da qual uma temperatura tenha caído adicionalmente. Devido a esta ação, tensão trativa é gerada na parte de alma do trilho na direção longitudinal e tensão trativa que corresponde a uma razão Poisson é gerada mesmo na direção vertical (direção circunferencial), de modo que tensão da parte de alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial) é mudada para o lado de tensão. Por esta razão, quando parte de base do trilho é sujeita ao resfriamento acelerado para o propósito de aumentar a resistência, é preferível que uma temperatura da parte de base do trilho seja mantida mais alta do que aquela da parte de alma do trilho.

Dispositivo de Resfriamento [00162] Desde que um dispositivo para o resfriamento de uma zona de solda de trilho possa resfriar apropriadamente partes de um trilho que são objetos a ser resfriados, o tipo do dispositivo não é limitado. A capacidade de resfriamento varia dependendo da mídia de resfriamento, mas o tipo de um meio de resfriamento não é particularmente limitado desde que uma taxa de resfriamento definida na invenção seja obtida. Entretanto, é necessário que uma taxa de resfriamento possa ser ajustada para cada parte de um trilho. Por exemplo, quando é usado ar como um meio de resfriamento, é necessário que uma taxa de resfriamento possa ser ajustada através do ajuste da quantidade de ar ejetado, de uma distância entre um bico de ejeção e a superfície do trilho, e assim por diante. Os detalhes do dispositivo de resfriamento serão descritos abaixo.

Método de Resfriamento (método de resfriamento da parte de cabeça do trilho tratado termicamente tendo alta resistência) [00163] Entretanto, ocorre desgaste em uma parte de cabeça do trilho devido ao contato entre uma roda e parte de cabeça do trilho. Em

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46/130 particular, o desgaste é facilitado em um trilho curvo pelo deslizamento relativo que ocorre entre uma roda e um trilho. Adicionalmente, conforme o peso de um trem aumenta, esta tendência se torna mais forte. Por esta razão, um trilho tratado termicamente do qual uma parte de cabeça do trilho é endurecida é frequentemente empregado em uma seção de curva a fim de reduzir a frequência de substituição de um trilho.

[00164] Um trilho tratado termicamente que tem alta dureza é fabricado fazendo uma temperatura de transformação cair através de resfriamento acelerado de um estado austenita de alta temperatura que é executado em um processo para fabricar um trilho. Quando um trilho tratado com calor é para ser soldado, a dureza de uma região de austenitização na vizinhança de um centro de soldagem é determinada de acordo com uma taxa de resfriamento após a soldagem. Por esta razão, a dureza de uma zona de solda é diferente da dureza de uma parte do trilho tratado termicamente ou seja, não afetada pelo calor de soldagem.

[00165] Uma vez que uma taxa de resfriamento em uma região de temperatura de transformação perlítica quando é executado resfriamento natural após a soldagem é executado por soldagem por centelhamento de topo é geralmente de 1°C/s ou menos, a dureza da zona de solda frequentemente é tornada menor do que a dureza do trilho tratado termicamente. Por esta razão, é preferível que uma parte de cabeça do trilho seja sujeita ao resfriamento acelerado após a soldagem em uma faixa de temperatura entre uma região austenítica e o término da transformação perlítica e a mesma dureza como a dureza de um material base seja obtida em uma soldagem do trilho tratado termicamente. Uma vez que uma taxa de resfriamento é ainda mais lenta em outros métodos de soldagem diferentes de uma soldagem por centelhamento de topo, a dureza de uma zona de solda é adicioPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 49/182

47/130 nalmente diminuída. A fim de obter a dureza de uma zona de solda que seja a mesma que a dureza de um material base em uma soldagem de um trilho tratado termicamente, é preferível que a parte de cabeça do trilho seja sujeita ao resfriamento acelerado após a soldagem em uma faixa de temperatura entre uma temperatura inicial de decomposição de austenita e o término da transformação perlítica.

[00166] Entretanto, mesmo embora seja sujeita ao resfriamento acelerado, uma região cementita esferoidizada ou uma região de fase única de ferrita de uma parte que é aquecida até uma região de temperatura de 500°C até Ac3, Ace, ou Accm através da soldagem não é endurecida. Consequentemente, uma parte da qual a dureza pode ser ajustada por resfriamento acelerado é uma região na vizinhança de um centro de soldagem que é aquecida até uma região de fase única de austenita.

Região de Temperatura de Resfriamento [00167] Uma região de temperatura de resfriamento será descrita abaixo com referência às FIGURAS 17 a 21.

[00168] A FIGURA 17 mostra um primeiro padrão de resfriamento que executa o resfriamento acelerado de uma parte de alma do trilho após completar a transformação perlítica da parte de alma do trilho. [00169] É preferível que a temperatura inicial do resfriamento da parte de alma do trilho seja alta. Entretanto, se a parte de alma do trilho for resfriada a uma alta taxa de resfriamento a partir de um estado de alta temperatura onde transformação perlítica não está completada, existe um risco de que seja gerada uma estrutura martensita, e assim, não desejável.

[00170] É necessário que a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho não seja menor do que a taxa de resfriamento natural. Conforme uma taxa de resfriamento se torna alta, é fácil de nivelar a distriPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 50/182

48/130 buição de temperatura do centro de soldagem e um efeito de redução de tensão residual se torna grande.

[00171] Adicionalmente, quando a taxa de resfriamento da parte de base excede a taxa de resfriamento da parte de alma, é gerada tensão de contração mais tarde em uma parte de alma. como resultado, uma vez que a contração da parte de alma do trilho é restrita por uma parte de base, aumenta a tensão residual trativa na direção longitudinal. Como resultado, uma vez que é gerada tensão trativa que corresponde a uma razão de Poisson mesmo na direção vertical (direção circunferencial) da parte de alma, a tensão residual na direção vertical (direção circunferencial) deteriora no lado trativa. Consequentemente, isto não é preferencial. É possível reduzir a tensão residual da parte de alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial) através do primeiro padrão de resfriamento mostrado na FIGURA 17, e manter a tensão residual compressiva da parte de base na direção longitudinal. [00172] As FIGURAS 18A, 18B, e 18C mostram um segundo padrão de resfriamento que inicia resfriamento acelerado a partir de um estado onde a temperatura da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho está em uma região de temperatura de austenita.

[00173] A FIGURA 18A mostra um exemplo onde a parte de alma do trilho é resfriada a partir de uma região austenítica até o término da transformação perlítica. É possível aumentar resistência à fadiga através de um efeito de aumento de resistência executando o resfriamento acelerado da parte de alma do trilho da zona de solda, e de um efeito de nivelar previamente a distribuição de temperatura na vizinhança de um centro de soldagem até que uma temperatura alcance uma temperatura não maior do que uma temperatura de transformação perlítica onde a geração de tensão residual se torna significativa. A fim de obter estes efeitos, é necessário iniciar o resfriamento a partir de uma região de temperatura de austenita. Adicionalmente, uma vez que o resfriaPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 51/182

49/130 mento é executado até uma temperatura não maior do que Ar1 onde transformação perlítica é completada, a dureza de uma parte resfriada aumenta significativamente.

[00174] A FIGURA 18B mostra um exemplo onde o resfriamento acelerado da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho inicia a partir de uma região de temperatura de austenita e a parte de alma do trilho é resfriada até o meio de uma região de transformação perlítica. [00175] Mesmo neste método, é possível aumentar a resistência à fadiga através de um efeito de aumento de resistência executando o resfriamento acelerado da parte de alma do trilho da zona de solda, e de um efeito de nivelar previamente a distribuição de temperatura na vizinhança de um centro de soldagem até que uma temperatura alcance uma temperatura não maior do que uma temperatura de transformação perlítica onde a geração de tensão residual se torna significativa. A fim de obter estes efeitos, é necessário iniciar o resfriamento a partir pelo menos de uma região de temperatura de austenita. Entretanto, uma vez que o resfriamento para antes de a transformação perlítica ser completada, o aumento de dureza é menor do que aquele na FIGURA 18A.

[00176] FIGURA 18C mostra um exemplo onde o resfriamento acelerado da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho inicia a partir de uma região de temperatura de austenita e para antes de uma temperatura da parte de alma do trilho entrar em uma região de transformação perlítica.

[00177] Mesmo neste método de resfriamento, é possível aumentar resistência à fadiga através de um efeito de nivelar previamente a distribuição de temperatura na vizinhança de um centro de soldagem até que uma temperatura alcance uma temperatura não maior do que uma temperatura de transformação perlítica onde a geração de tensão residual se torna significativa. A fim de obter este efeito, é necessário iniPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 52/182

50/130 ciar o resfriamento a partir pelo menos de uma região de temperatura de austenita. Adicionalmente, para o propósito de nivelar a distribuição de temperatura, é preferível que o resfriamento seja executado até que uma temperatura caia do início do resfriamento por uma temperatura de pelo menos 50°C ou mais. Neste caso, quando uma temperatura de parada de resfriamento diminui até uma temperatura não maior do que um ponto Ar3, um ponto Ae, ou um ponto Acm onde uma força de acionamento metalúrgico de transformação perlítica atua, a dureza aumenta até certo ponto. Entretanto, um aumento de dureza é menor do que aquele das FIGURAS 18A e 18B. Se uma temperatura de parada de resfriamento não é menor do que um ponto Ar3, um ponto Ae, ou um ponto Acm onde uma força de acionamento metalúrgica da transformação perlítica atua, a dureza não aumenta. Entretanto, mesmo neste caso, a tensão residual é melhorada pelo achatamento da distribuição de temperatura.

[00178] Se uma taxa de resfriamento é igual a uma taxa de resfriamento natural, o efeito da mesma não é obtido. Ao contrário, se uma taxa de resfriamento é excessivamente alta, a estrutura da parte de alma do trilho não provoca uma transformação perlítica e uma transformação de bainita ou de martensita a uma temperatura mais baixa. Uma vez que a estrutura de martensita de aço de alto carbono é muito dura e quebradiça, a estrutura de martensita deve ser evitada. Adicionalmente, a resistência de estrutura de bainita varia dependendo de uma temperatura de transformação e a transformação da parte segregada de componentes de uma liga é adicionalmente atrasada, de modo que existe um risco de que uma estrutura de martensita seja misturada com a estrutura de bainita. Por esta razão, isto não é preferencial. A fim de evitar uma estrutura diferente de perlita, é necessário que uma taxa de resfriamento não seja maior do que 5°C/s.

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51/130 [00179] A FIGURA 19 mostra um terceiro padrão de resfriamento que inicia resfriamento acelerado a partir de um estado onde a temperatura da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho está em uma região de temperatura de austenita e executa o resfriamento acelerado da parte de alma do trilho mesmo após a transformação perlítica da parte de alma do trilho ser completada. Este método pode aumentar adicionalmente a resistência à fadiga através de um efeito de nivelar previamente a distribuição de temperatura na vizinhança de um centro de soldagem até que uma temperatura alcance uma temperatura não maior do que uma temperatura de transformação perlítica onde uma geração de tensão residual se torna significativa, um efeito de aumento de resistência da parte de alma do trilho executando o resfriamento acelerado da parte de alma do trilho da zona de solda, e um efeito resfriamento adicional da parte de alma do trilho após a transformação perlítica da parte de alma do trilho ser completada. A fim de obter estes efeitos, é necessário iniciar o resfriamento pelo menos a partir de uma região de temperatura de austenita. Para o propósito de nivelar a distribuição de temperatura, é preferível que o fim do resfriamento a partir de uma região de temperatura de austenita execute resfriamento de uma temperatura de pelo menos 50°C ou mais a partir do início do resfriamento. Adicionalmente, a fim de aumentar a dureza, é preferível que o resfriamento seja executado até uma temperatura não maior do que o ponto Ar3, o ponto Ae, ou o ponto Acm onde uma força de acionamento metalúrgica da transformação perlítica atua. Resfriamento a partir de uma região austenítica pode ser executado até o término da transformação perlítica, e resfriamento após o término de perlita pode em seguida ser executado continuamente.

[00180] É necessário que uma taxa de resfriamento a partir da região austenítica até o término da transformação perlítica não seja menor do que uma taxa de resfriamento natural, mas é preferível que uma

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52/130 taxa de resfriamento seja não maior do que 5°C/s a fim de evitar uma estrutura de martensita e estrutura de bainita.

[00181] Uma taxa de resfriamento da parte de alma do trilho após o término da transformação perlítica não é menor do que a taxa de resfriamento natural, e um efeito de redução de tensão residual se torna grande conforme uma taxa de resfriamento se torna alta.

[00182] Como descrito acima, a fim de evitar uma estrutura de martensita, é necessário que uma taxa de resfriamento de uma região de transformação perlítica não é maior do que 5°C/s. Como outro método para evitar a estrutura martensita, é eficaz fornecer um período onde resfriamento acelerado de uma taxa de resfriamento suficientemente baixa, por exemplo, uma taxa de resfriamento natural ou uma taxa de resfriamento não maior do que 2°C/s em uma região de temperatura de transformação perlítica, e aguardar o término da transformação perlítica. A transformação perlítica é completada fornecendo um período de resfriamento suficientemente lento na região de temperatura de transformação perlítica independentemente de uma taxa de resfriamento na faixa de temperatura diferente da região de temperatura de transformação perlítica, de modo que é possível suprimir completamente a geração de martensita.

[00183] Em outras palavras, este padrão de resfriamento é um método que divide um período de resfriamento de uma zona de solda em um estágio inicial, um estágio intermediário, e um estágio final; ajusta um período que corresponde ao estágio intermediário em uma parte em uma região de temperatura de transformação perlítica na faixa de 650°C a 600°C; e tem uma taxa de resfriamento natural ou uma taxa de resfriamento suave não maior do que 2°C/s. A fim de suprimir uma estrutura martensita, é preferível que um período de resfriamento que corresponde ao estágio intermediário seja de 20 segundos ou mais.

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53/130 [00184] As FIGURAS 20A e 20B mostram um quarto padrão de resfriamento ou seja um exemplo destes.

[00185] A FIGURA 20A mostra um exemplo que executa resfriamento acelerado de modo que a temperatura da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho caia a partir de uma região de temperatura de austenita para o meio da região de temperatura de transformação perlítica através do resfriamento do estágio inicial; complete a transformação perlítica da parte de alma do trilho a uma taxa de resfriamento natural ou uma taxa de resfriamento suave não maior do que 2°C/s como o resfriamento do estágio intermediário; e em seguida resfrie a parte de alma do trilho a uma taxa de resfriamento não menor do que a taxa de resfriamento natural pelo resfriamento do último estágio. Uma vez que a seção de temperatura do resfriamento do estágio inicial inclui uma parte de uma região de temperatura de transformação perlítica neste método, é obtido um efeito de aumentar a resistência da parte de alma. Como uma taxa de resfriamento da parte de alma do trilho no último estágio, após o término da transformação perlítica, se torna alto, um efeito de reduzir tensão residual se torna grande.

[00186] A FIGURA 20B mostra um exemplo que inicia resfriamento acelerado do estágio inicial quando a temperatura da parte soldagem de alma do trilho está região de temperatura de austenita; muda o resfriamento acelerado para o resfriamento do estágio intermediário na região de temperatura de austenita; executa resfriamento suave a uma taxa de resfriamento natural ou uma taxa resfriamento suave não maior do que 2°C/s a partir da região de temperatura de austenita até o término da transformação perlítica como o resfriamento do estágio intermediário; e em seguida executa resfriamento acelerado da parte de alma do trilho como o resfriamento do último estágio. Conforme uma taxa de resfriamento da parte de alma, após o término da transformaPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 56/182

54/130 ção perlítica, se torna alta, um efeito de redução de tensão residual se torna grande.

[00187] Adicionalmente, se uma taxa de resfriamento da parte de base excede uma taxa de resfriamento da parte de alma do trilho no resfriamento após a transformação perlítica da parte de alma, a parte de alma do trilho é contraída lentamente e a contração da parte de alma do trilho restringida por uma parte de base, de modo que tensão residual trativa na direção longitudinal aumenta. Como resultado, uma vez que a tensão trativa que corresponde a uma razão de Poisson é gerada mesmo na direção vertical (direção circunferencial), Isto não é preferencial. É possível reduzir adicionalmente a tensão residual da parte de alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial através deste método, e obter maior resistência à fadiga aumentando a resistência da parte de alma do trilho.

[00188] No método de resfriamento mencionado acima, foi descrito que é necessário que a taxa de resfriamento da parte de base após a transformação perlítica da parte de alma do trilho ser completada não exceda a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho após a transformação perlítica da parte de alma do trilho ser completada. Por este ponto de vista, é necessário executar o resfriamento natural de uma parte de base de trilho em um processo de resfriamento após a soldagem a fim de melhorar adicionalmente a tensão residual e obter maior resistência à fadiga, quando um trilho tal como um trilho de carga pesada é usado sob condições mais severas.

[00189] Entretanto, em um processo de resfriamento após a soldagem, é preferível dar a mesma dureza que a dureza de um material base de trilho para um trilho, do qual uma parte de cabeça do trilho é tratada com calor, para um trilho curvo onde tende a ocorrer desgaste, executando o resfriamento acelerado da parte de cabeça do trilho em uma faixa de temperatura que corresponde à transformação perlítica.

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55/130 [00190] A FIGURA 21 mostra um quinto padrão de resfriamento que inicia resfriamento acelerado a partir de um estado onde a temperatura da parte de cabeça do trilho e parte de alma do trilho estão em uma região de temperatura de austenita e adicionalmente executa um resfriamento acelerado da parte de alma do trilho após a transformação perlítica da parte de alma do trilho ser completada.

[00191] A fim de endurecer a parte de cabeça do trilho e a parte de alma do trilho, é necessário iniciar o resfriamento acelerado da parte de cabeça do trilho a partir da região de temperatura de austenita que excede A3, Ae, ou Acm e resfriar pelo menos uma parte de uma faixa de temperatura até a transformação perlítica ser completada. Para o propósito de nivelar a distribuição de temperatura, é preferível que o fim do resfriamento a partir de uma região de temperatura de austenita execute resfriamento de uma temperatura de pelo menos 50°C ou mais a partir do início do resfriamento. Adicionalmente, a fim de aumentar a dureza, é necessário executar resfriamento até uma temperatura não maior do que o ponto Ar3, o ponto Ae, ou o ponto Acm onde a força de acionamento metalúrgica da transformação perlítica atua. A fim de obter mais dureza suficiente, é necessário executar resfriamento até uma temperatura não maior do que Ar1 onde transformação perlítica é completada. Resfriamento a partir de uma região austenítica pode ser executado até o término da transformação perlítica, e resfriamento após o término de perlita pode então ser executado continuamente. Entretanto, o resfriamento pode parar durante o intermediário. Ambas as taxas de resfriamento da parte de cabeça e da parte de alma do trilho a partir de uma região austenítica têm que ser maiores do que a taxa de resfriamento natural, para obter endurecimento. Entretanto, a fim de evitar uma estrutura martensita e estrutura de bainita, é necessário que a taxa de resfriamento não seja maior do que 5°C/s. Empregando este método, em a trilho tratado termicamente do qual a

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56/130 parte de cabeça do trilho é endurecida, a tensão residual da parte de alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial) pode ser reduzida, e desgaste parcial irregular de uma zona de solda pode ser suprimido.

Relacionamento Apropriado Entre Tempo de Resfriamento e Largura de Resfriamento da Zona de solda [00192] Adicionalmente, no caso do resfriamento de uma zona de solda, a distribuição de temperatura da zona de solda de uma parte de alma do trilho é mudada dependendo do tempo passado após a soldagem. Uma vez que a tensão residual é determinada pela distribuição de temperatura da zona de solda, uma faixa de resfriamento eficaz para a redução de tensão residual varia dependendo de uma temperatura de parada de resfriamento ou tempo de resfriamento.

[00193] Daqui em diante, uma situação onde uma distribuição de temperatura a partir de um centro de soldagem na direção longitudinal de um trilho é mudada com a passagem de tempo após a soldagem será ilustrada esquematicamente e a mudança de tensão residual naquele caso será descrita com referência às FIGURAS 22A a 22C. [00194] Um eixo vertical de cada uma das FIGURAS 22A a 22C representa temperatura, e um eixo horizontal da mesma representa um número sem dimensão ou seja obtido pela divisão de uma distância a partir de um centro de soldagem por uma distância LAc1 onde um material é aquecido até uma temperatura não menor do que Ac1. A temperatura Ac1 deste material é 730°C. Uma largura onde o material é aquecido até uma temperatura não menor do que Ac1 durante soldagem é 20 mm de um lado a partir de uma parte central da soldagem, e a largura inteira em ambos os lados a partir do centro de soldagem é 40 mm.

[00195] As FIGURAS 22A a 22C mostram um estado imediatamente após a soldagem, um estado onde passou 1 minuto após a soldaPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 59/182

57/130 gem, um estado onde passaram 3 minutos após a soldagem, e um estado onde passaram 9 minutos após a soldagem, quando apenas uma parte de alma do trilho é resfriada com ar a uma taxa de resfriamento de 2°C/s após ser executado resfriamento natural por 1 minuto após a soldagem. Uma linha sólida mostra um estado onde uma parte de alma do trilho é sujeita ao resfriamento natural, e uma linha pontilhada mostra uma temperatura quando uma parte de alma do trilho é sujeita a um resfriamento acelerado. Uma vez que uma parte de base seja sujeita ao resfriamento natural nestes exemplos, a distribuição de temperatura da parte de base corresponde a uma linha sólida.

[00196] A FIGURA 22A mostra uma distribuição de temperatura de um caso onde k é 0,1 ou seja um caso onde uma faixa de resfriamento L da parte de alma do trilho é extremamente estreita. Uma largura de resfriamento é 2 mm de um lado a partir de uma parte central da soldagem, e a largura inteira é de 4 mm com respeito à zona de solda inteira. Uma largura (LAc1) onde a temperatura da parte de alma do trilho se torna não menor do que Ac1 é 40 mm. Quando uma razão da faixa de resfriamento L para a largura é representada por k, k é 0,1. [00197] Uma vez que a temperatura apenas de uma parte central da soldagem cai em distribuição de temperatura da parte de alma do trilho em um estágio onde o tempo de resfriamento é curto, a diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima em uma parte central da soldagem, ou seja, a região onde a temperatura da parte de alma do trilho se torna não menor do que Ac1 (a extensão onde a distância a partir do centro de soldagem é 0 a 0,5 vezes LAc1, no eixo horizontal da FIGURA 22A) excede 50°C e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial) não é reduzida.

[00198] Mesmo quando o resfriamento é executado por um tempo longo sob uma condição onde uma largura de resfriamento é extrePetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 60/182

58/130 mamente estreita, ou seja, k é 0,1, a temperatura também cai apenas na vizinhança do centro de soldagem. Consequentemente, a diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima na região onde a temperatura da parte de alma do trilho é não menor do que Ac1 (a extensão onde a distância a partir do centro de soldagem é 0 a 0,5 vezes LAc1, no eixo horizontal da FIGURA 22A) é aproximadamente 100°C e a tensão residual trativa não é reduzida.

[00199] A FIGURA 22B mostra uma distribuição de temperatura de um caso onde k é 1 ou seja um caso onde uma faixa de resfriamento L da parte de alma do trilho é média. Uma largura de resfriamento é de 20 mm em um lado a partir de um centro de soldagem, e a largura inteira é de 40 mm. Uma razão (k) da largura de resfriamento para a largura inteira de 40 mm onde a temperatura da parte de alma do trilho se torna não menor do que Ac1 é 1.

[00200] A diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima na região onde a temperatura da zona de solda da parte de alma do trilho se torna não menor do que Ac1 (a extensão onde a distância a partir do centro de soldagem é 0 a 0,5 vezes LAc1, no eixo horizontal da FIGURA 22B) a partir de um estágio onde o tempo de resfriamento é curto é 50°C ou menos e a tensão residual na direção vertical (direção circunferencial) é reduzida.

[00201] Mesmo quando o resfriamento é executado por um tempo longo, a faixa de temperatura na distância onde a temperatura da zona de solda é não menor do que Ac1 (a extensão onde a distância a partir da parada de soldagem é 0 a 0,5 vezes LAc1), fica dentro de 50°C e a tensão residual na direção vertical (direção circunferencial) é reduzida. [00202] A FIGURA 22C mostra uma distribuição de temperatura de um caso onde k é 2 ou seja um caso onde uma faixa de resfriamento L da parte de alma do trilho é extremamente ampla. Uma largura de resfriamento é de 40 mm em um lado a partir de um centro de soldagem,

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59/130 e a largura inteira é de 80 mm. Uma razão (k) da largura de resfriamento para a largura de 40 mm onde a temperatura da parte de alma do trilho se torna não menor do que Ac1 é 2.

[00203] Uma vez que a temperatura da parte de alma do trilho cai de maneira uniforme e extensiva em um estágio onde o tempo de resfriamento é curto, permanece uma tendência em que a temperatura do centro de soldagem é alta, a diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima na região onde a temperatura da parte central de soldagem, ou seja, a parte de alma do trilho se torna não menor do que Ac1 (a extensão onde a distância a partir do centro de soldagem é 0 a 0,5 vezes LAc1, no eixo horizontal da FIGURA 22C) excede 50°C, e um efeito de redução de tensão residual na direção vertical (direção circunferencial) é pequeno.

[00204] Entretanto, uma vez que uma parte de alta temperatura é resfriada primeiro quando resfriamento é executado por um tempo longo, a temperatura da parte central da zona de solda cai gradualmente. Por esta razão, a diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima na região onde a temperatura da parte central da soldagem, ou seja, a parte de alma do trilho se torna não menor do que Ac1 (a extensão onde a distância a partir do centro de soldagem é 0 a 0,5 vezes LAc1, no eixo horizontal da FIGURA 22C) se torna não maior do que 50°C e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial) é reduzida.

[00205] Entretanto, se a região onde a diferença de temperatura entre a parte de alma do trilho e a parte de base (parte não resfriada) é significativa é ampliada, a tensão residual da parte de sola na direção longitudinal é transmitida para o lado trativa. Como uma largura de resfriamento aumenta e o tempo de resfriamento aumenta, a região onde a diferença de temperatura entre a parte de alma do trilho e a parte de

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60/130 base (parte não resfriada) é significativa é ampliada como mostrado nas FIGURAS 22A a 22C.

[00206] Nas FIGURAS 22A a 22C, no caso mostrado na FIGURA 22C onde uma faixa de resfriamento é grande e o resfriamento é executado por um tempo longo, a região onde a diferença de temperatura entre a parte de alma do trilho e a parte de base é significativa é significativamente ampliada e o valor absoluto da tensão residual da parte de sola na direção longitudinal alcança o lado trativa.

[00207] Como descrito acima, a distribuição de temperatura varia dependendo do tempo de resfriamento adicionalmente a uma largura de resfriamento e tensão residual provocada pela distribuição de temperatura varia. Os conteúdos descritos nas FIGURAS 22A a 22C são classificados dentro do caso de resfriamento de tempo curto e do caso de resfriamento de tempo longo, e são organizadas com respeito a uma largura de resfriamento, de modo que os conteúdos são organizados como mostrado nas FIGURAS 23A e 23B.

[00208] Primeiro, no caso de resfriamento de tempo curto mostrado na FIGURA 23A, a tensão da parte de alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial) não é mudada se a largura de resfriamento da parte de alma do trilho é excessivamente estreita. Uma vez que a zona de solda e as partes periféricas da mesma são completamente resfriadas durante o resfriamento se uma largura de resfriamento é excessivamente grande, a parte central de soldagem permanece em um estado de alta temperatura e a tensão residual não é reduzida. Entretanto, a tensão da sola na direção longitudinal é aumentada com o aumento de uma largura de resfriamento, e a sola não é tensionada mesmo se uma largura de resfriamento é excessivamente grande. A partir da descrição acima, quando o tempo de resfriamento é curto, uma largura de resfriamento média onde a tensão residual da parte de

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61/130 alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial) é reduzida é uma faixa apropriada.

[00209] Entretanto, quando um tempo de resfriamento mostrado na FIGURA 23B é longo, a tensão residual da parte de alma do trilho é reduzida conforme uma largura de resfriamento aumenta. Quando a largura de resfriamento é excessivamente grande, a região onde a diferença de temperatura entre a parte de alma do trilho e a parte de base é grande é ampliada, a força de contração da parte de base na direção longitudinal atua em uma parte de alma, e a tensão da parte de alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial) é reduzida pela força compressiva na direção longitudinal. Consequentemente, a contração da sola na direção longitudinal é restrita pela parte de alma do trilho, e o valor absoluto da tensão residual da sola diminui até a tensão trativa. A faixa apropriada de uma largura de resfriamento é uma faixa até o valor da tensão residual da sola na direção longitudinal alcançar o lado de tensão.

[00210] A partir da descrição acima, a faixa apropriada de uma largura de resfriamento é mudada para uma faixa estreita conforme o tempo de resfriamento aumenta. Este aspecto é mostrado na FIGURA 24. Um eixo vertical da FIGURA 24 representa uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para a largura LAc1 onde parte de alma do trilho é aquecida até uma temperatura não menor do que Ac1, e o eixo horizontal do mesmo representa o tempo de resfriamento em minutos. Uma faixa de resfriamento apropriada é uma faixa que é circundada por linhas contínuas que são representadas por (a) e (b) na FIGURA 24, e é mudada para uma faixa estreita conforme o tempo de resfriamento aumenta. A faixa circundada por linhas contínuas (a) e (b) é representada pela Expressão (1).

k=-0,1t+1,48±0,85 ... (1)

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62/130 [00211] Em outras palavras, a faixa de k é representada como segue:

-0,1t+0,63<k<-0,1t+2,33 ... (2) [00212] Como descrito acima, é possível reduzir a tensão residual da parte de alma do trilho na direção vertical nivelando a distribuição de temperatura na vizinhança da zona de solda da parte de alma do trilho. Por esta razão, é eficaz limitar uma faixa de resfriamento a uma região de alta temperatura na vizinhança do centro da zona de solda. [00213] Entretanto, quando uma largura de resfriamento é excessivamente estreita, a eficiência do resfriamento diminui, de modo que um efeito de redução de tensão residual é diminuído. Consequentemente, é preferível resfriar uma faixa de pelo menos 5 mm ou mais. [00214] Uma excelente junta de soldagem é obtida onde a tensão residual da parte de alma do trilho da zona de solda de trilho na direção vertical é reduzida e a tensão residual da parte de sola na direção longitudinal também está em uma faixa de compressão pelo resfriamento controlado após a soldagem mencionada acima. Uma vez que a tensão residual se uma parte de alma do trilho na direção vertical foi reduzida para tensão trativa de 350 MPa ou menos, de acordo com os experimentos dos inventores, a geração de trincas horizontais de uma parte de alma do trilho não foi reconhecida em um teste de fadiga simulado em um trilho de carga pesada. Adicionalmente, uma vez que a tensão residual da parte de sola na direção longitudinal ficou em uma faixa de compressão, foi obtida vida de fadiga suficiente mesmo em um teste de fadigo por flexão. Adicionalmente, a geração de uma estrutura martensita, que é dura e quebradiça, é suprimida pela mudança de 95% ou mais de uma estrutura de metal para uma estrutura de perlita através do ajuste de uma taxa de resfriamento quando a região de temperatura de transformação perlítica é resfriada. Como resultado, estes efeitos são obtidos.

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63/130 [00215] Entretanto, se uma seção que tem uma taxa de resfriamento muito baixa é incluída em um processo de resfriamento como mostrado nas FIGURAS 20A e 20B, o tempo de resfriamento inteiro entre o início e o fim do resfriamento aumenta. De acordo com exame dos inventores, neste método de resfriamento, é necessário usar um valor que é obtido pela subtração do tempo de resfriamento lento tendo uma taxa de resfriamento de 2°C/s ou menos a partir do tempo de resfriamento inteiro como o tempo de resfriamento ou seja usado na Expressão (1) e Expressão (2).

[00216] Subsequentemente, uma modalidade que assegura suficientemente a dureza da parte de cabeça do trilho e adicionalmente reduz a tensão residual da parte de alma do trilho será descrita abaixo com referência aos desenhos. Entretanto, na descrição da modalidade seguinte, como mostrada na FIGURA 28, uma superfície superior 115 da parte de cabeça do trilho pode ser referenciada como a “parte de topo da cabeça”, uma parte lateral 117 da parte de cabeça pode ser referenciada como a “parte lateral da cabeça”, uma parte comprimida 119 formada entre a parte de cabeça e a parte de alma do trilho pode ser referenciada como uma “parte de pescoço”, um aparte de canto superior 116 formada entre a parte de topo da cabeça e a parte lateral da cabeça pode ser referenciada como a “parte de canto da bitola”, e uma parte de canto inferior 118 formada entre a parte lateral da cabeça e a parte de pescoço pode ser referenciada como uma “parte de mordente”.

[00217] Quando a parte de cabeça e a parte de alma do trilho da zona de solda de trilho são sujeitas ao resfriamento acelerado, as taxas de resfriamento das partes de mordente são mais altas do que aquelas de outras partes como descrito abaixo uma vez que as partes de mordente são anguladas. Os inventores descobriram que a tensão residual da parte de alma do trilho não foi muito reduzida se as taxas

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64/130 de resfriamento das partes de mordente fossem maiores do que aquelas das outras partes. Consequentemente, esta modalidade reduz a tensão residual da parte de alma do trilho ao mesmo tempo em que assegura suficientemente a dureza da parte de cabeça do trilho fazendo as taxas de resfriamento das partes de mordente serem mais baixas do que a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho quando a parte de cabeça e a parte de alma do trilho da zona de solda de trilho são sujeitas ao resfriamento acelerado. É considerado que se a taxa de resfriamento da parte de mordente é feita menor do que aquela da parte de alma, a força de contração da parte de alma do trilho é absorvida devido à redução da resistência na vizinhança das partes de mordente de modo que a tensão residual da parte de alma do trilho é reduzida.

[00218] Adicionalmente, no método de resfriamento de uma zona de solda de trilho de acordo com esta modalidade, é preferível que a parte de cabeça inteira exceto pela região da parte de cabeça, que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, seja sujeita ao resfriamento acelerado quando a altura da parte lateral da cabeça, que forma a superfície lateral da parte de cabeça, é representada por Hs. Consequentemente, a taxa de resfriamento da parte de mordente é feita menor, de modo que é possível fazer a taxa de resfriamento da parte de mordente ser menor do que a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho.

[00219] Adicionalmente, no método de resfriamento de uma zona de solda de trilho de acordo com esta modalidade, podem ser fornecidas placas de proteção em uma região da parte de cabeça que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, e um fluido de resfriamento pode ser ejetado para a parte de cabeça. De acordo

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65/130 com esta constituição, o fluido de resfriamento ejetado para a região da parte de cabeça, que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, é impedido pelas placas de proteção. Consequentemente, a taxa de resfriamento da parte de mordente é tornada lenta, de modo que é possível fazer a taxa de resfriamento da parte de mordente ser mais lenta do que a taxa de resfriamento da parte de alma. Entretanto, qualquer um de ar, gás-água (fluido misturado de ar e água), e água podem ser selecionados de acordo com uma taxa de resfriamento como o tipo do fluido de resfriamento.

[00220] Além disso, um dispositivo de resfriamento usado no método de resfriamento de uma zona de solda de trilho inclui uma unidade de resfriamento da parte de cabeça. A unidade de resfriamento da parte de cabeça executa resfriamento acelerado da parte de cabeça inteira exceto por uma região da parte de cabeça, que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, quando a altura da parte lateral da cabeça, que forma a superfície lateral da parte de cabeça da zona de solda de trilho, é representada por Hs.

[00221] Adicionalmente, no dispositivo para o resfriamento de uma zona de solda de trilho de acordo com a invenção, a unidade de resfriamento da parte de cabeça pode incluir uma seção de ejeção e placas de proteção. A seção de ejeção ejeta um fluido de resfriamento para a parte de cabeça, e as placas de proteção cobrem uma região da parte de cabeça que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3.

[00222] Adicionalmente, em uma junta de soldagem de acordo com uma modalidade da invenção, a tensão residual da parte de alma do trilho em uma direção circunferencial da seção transversal de um trilho

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66/130 é ajustada para 300 MPa ou menos e a dureza da parte de cabeça é ajustada para Hv 320 ou mais através do método de resfriamento de uma zona de solda de trilho. Aqui, “dureza” é dureza Vickers.

[00223] Se a tensão residual da parte de alma do trilho em uma direção circunferencial da seção transversal de um trilho excede 300 MPa, a resistência à fadiga do trilho é reduzida significativamente. Além disso, se a dureza da parte de cabeça é menor do que Hv 320, parte de cabeça do trilho é desgastada significativamente e a durabilidade do trilho deteriorada significativamente. Entretanto, um trilho que é desgastado com muita facilidade e cuja dureza da camada de superfície de uma parte de cabeça de um material base é aproximadamente de Hv 400 é aplicada frequentemente a um trilho curvo de um trilho de carga pesada. Por esta razão, é preferível que a camada de superfície da parte de cabeça da zona de solda de trilho tenha uma dureza de Hv 400 que é a mesma que a dureza de um trilho de material base. Soldagem Por Centelhamento de Topo [00224] A tensão residual de uma parte de alma do trilho de uma zona de solda de trilho em uma direção vertical é significativa em uma soldagem por centelhamento de topo onde um gradiente de temperatura se torna mais elevado. Por esta razão, neste relatório descritivo, soldagem por centelhamento de topo é descrito como um exemplo de um método de soldagem de uma junta de trilho. Entretanto, sem dizer que o método de resfriamento de uma zona de solda de trilho e o dispositivo de resfriamento usado no método de acordo com a invenção pode ser aplicado a outros métodos de soldagem tal como Soldagem Thermit.

[00225] Vistas esquemáticas que ilustram soldagem por centelhamento de topo são mostradas nas FIGURAS 34A a 34C. Em um primeiro processo que é referenciado como um processo de centelhamento, um arco é gerado continuamente entre as faces de extremidaPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 69/182

67/130 de dos trilhos 111, os quais são fornecidos em linha, por uma tensão que é aplicada através de eletrodos 136 conectados a uma fonte de energia 137 (ver FIGURA 34A). Partes onde o arco é gerado são derretidas localmente, uma parte do metal derretido é descarregada para o lado externo como salpicos, e o resto do metal derretido permanece nas faces de extremidade dos trilhos 111. Rebaixos, que são referenciados como crateras, são formados nas partes que são derretidas pelo arco. Como os trilhos 111 gradualmente se aproximam um do outro, um arco é gerado sucessivamente em novas partes de contato e os trilhos 111 são gradualmente encurtados pela repetição do derretimento local dos mesmos. Quando o processo de centelhamento continua por várias dezenas de segundos até alguns minutos, as faces de extremidade dos trilhos 111 inteiras são derretidas. Adicionalmente, as partes dos trilhos 111 na vizinhança das faces de extremidade são amolecidas devido à elevação de temperatura. É exercida pressão na direção axial do trilho como mostrado na FIGURA 34B no ponto do tempo onde os trilhos alcançam este estado (processo de aperto). As crateras, que são formadas nas faces de extremidade dos trilhos 111, são comprimidas por este pressionamento que é referenciado como aperto. Consequentemente, o metal derretido, que existe entre as faces de extremidade, é expulso para o lado externo de uma superfície de solda. A seção transversal de uma parte na vizinhança da face de extremidade amolecida aumenta devido à deformação plástica e um cordão de solda 138 é formado em volta da superfície de solda. O cordão de solda 138 é cortado e removido por aparadores 139 como mostrado na FIGURA 34C quando está em alta temperatura imediatamente após a soldagem. Este processo é referenciado como desbaste. Após o desbaste, um fino cordão de solda 138 permanece em volta de uma zona de solda. O fino cordão de solda 138, que permanece em uma parte de cabeça do trilho, é polido através de uma máquina de

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68/130 esmerilhar para ser suavizado. Entretanto, o fino cordão de solda 138, que permanece em uma parte de alma do trilho e uma parte de base do trilho, é tratado através de tratamentos, que diferem de companhia ferroviária para companhia ferroviária, tal como um método de polir o cordão de solda com uma máquina de esmerilhar e um método de não tratar o cordão de solda.

Aço de Trilho [00226] Como definido na JIS-E1101 “trilho normal e trilho especial para desvios e cruzamentos” e JIS-E1120 “trilho tratado termicamente”, aço de carbono eutetoide ou aço hipoeutetoide contendo 0.5 a 0.8% de massa de carbono é usado geralmente como aço de trilho. Adicionalmente, aço de trilho, que tem uma composição hipereutetoide, contém carbono que excede 0.8% de massa, e adicionalmente melhorar a resistência a desgaste de uma linha de transporte de carga pesada de uma ferrovia de minério estrangeira, também se tornou muito difundido nos últimos anos.

Mecanismo Para Geração de Tensão Residual [00227] Quando existe força de contração não uniforme provocada por temperatura não uniforme em um trilho, as respectivas partes do trilho restringem a força de contração juntas uma com a outra, de modo que é gerada tensão de contração. Quando a tensão de contração permanece como tensão interna, a tensão de contração é referenciada como tensão residual. Quando juntas de trilhos são soldadas uma à outra, é gerada uma grande diferença de temperatura entre uma zona de solda de trilho e partes periféricas. Consequentemente, é gerada tensão de contração na zona de solda de trilho e se torna tensão residual. Se é executado resfriamento acelerado na vizinhança de um centro de soldagem, uma distribuição de temperatura na vizinhança do centro de soldagem é nivelada. Portanto, a geração de tensão residual no centro de soldagem é suprimida. Entretanto, um efeito, que reduz

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69/130 tensão residual executando o resfriamento acelerado na vizinhança do centro de soldagem para nivelar a distribuição de temperatura, é maior quando a distribuição de temperatura nivelada é obtida na vizinhança de Ar1 (uma temperatura onde austenita desaparece). Uma vez que grande tensão residual já é gerada mesmo embora uma distribuição de temperatura nivelada seja obtida enquanto a temperatura central da zona de solda de trilho é menor do que 200°C, o efeito da redução de tensão residual é pequeno.

Dispositivo Para Resfriamento de Zona de solda de Trilho [00228] Como mostrado na FIGURA 29, um dispositivo para o resfriamento de uma zona de solda de trilho (daqui em diante, referenciado simplesmente como um dispositivo de resfriamento) 110 de acordo com uma modalidade da invenção geralmente inclui uma unidade de resfriamento da parte de cabeça 120 que executa resfriamento acelerado de uma parte de cabeça 112 de uma zona de solda de trilho 150 após um trilho 111 ser soldado, e parte de unidades de resfriamento de alma do trilho 121 que executam resfriamento acelerado de uma parte de alma do trilho 113 da zona de solda de trilho 150. O dispositivo de resfriamento não inclui uma unidade de resfriamento que execute resfriamento acelerado de uma parte de base 114 da zona de solda de trilho 150. Entretanto, o dispositivo de resfriamento 110 pode incluir um controlador (não mostrado) a ser descrito abaixo.

[00229] A unidade de resfriamento de parte de cabeça 120 inclui uma seção de ejeção 123 que ejeta um fluido de resfriamento para a parte de cabeça 112, e um par de placas de proteção 125 que é disposto do lado da parte de cabeça 112 (ver FIGURAS 30A e 30B). A seção de ejeção 123 é formada em uma forma semicilíndrica para envolver uma parte de topo da cabeça 112a e partes laterais da cabeça112b da zona de solda de trilho 150. Orifícios de ejeção 123a, que ejetam um fluido de resfriamento para a parte de topo da cabeça 112a

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70/130 e as partes laterais de cabeça 112b, são formados na superfície de periferia interna da seção de ejeção 123.

[00230] O par de placas de proteção 125 é longo na direção axial do trilho. Ambas as partes de extremidade da placa de proteção na direção longitudinal tem uma seção transversal substancialmente em forma de U (forma de U invertido), e a parte intermediária da dita placa de proteção tem uma seção transversal substancialmente em forma de L (forma de L invertido) (ver FIGURAS 31, 32, e 33). As partes de borda superior de ambas as partes de extremidade do par de placas de proteção 125 são conectadas uma a outra através de dobradiças 126, e são colocadas na parte de topo da cabeça 112a (ver FIGURA 33). O par de placas de proteção 125 é girado em volta da dobradiça 126 como um eixo rotacional em um plano que é perpendicular a um eixo do trilho, para ser livremente aberta e fechada. A parte central, que tem seção transversal substancialmente em forma de L (forma de L invertido), cobre uma região da parte de cabeça que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça 112b por uma distância de 2Hs/3 (a parte inferior da parte lateral da cabeça 112b que corresponde a Hs/3+parte de mordente 112c+parte de pescoço 112d) quando a altura da parte lateral da cabeça 112b é representada por Hs (ver FIGURAS 29 e 31). Entretanto, as bordas superiores 125a da parte central das placas de proteção 125 são inclinadas em direção a parte lateral da cabeça 112b de modo que o fluido de resfriamento não flua para a região da parte de cabeça.

[00231] As unidades de resfriamento da parte de alma do trilho 121 são dispostas voltadas uma para a outra com a parte de alma do trilho 113 da zona de solda de trilho 150 interposta entre elas, e incluem um par de seções de ejeção 124 que incluem orifícios de ejeção 124a paPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 73/182

71/130 ra ejetar um fluido de resfriamento para a parte de alma do trilho 113 (ver FIGURA 29).

[00232] Um tubo de abastecimento 128, que fornece um fluido de resfriamento, é conectado à seção de ejeção 123 da unidade de resfriamento da parte de cabeça 120 que executa o resfriamento acelerado da parte de cabeça 112 da zona de solda de trilho 150. Tubos de abastecimento 129, que fornecem um fluido de resfriamento, são conectados com as seções de ejeção 124 da parte de unidades de resfriamento de alma do trilho 121 que executam o resfriamento acelerado da parte de alma do trilho 113 da zona de solda de trilho 150. Os tubos de abastecimento 128 e 129 são presos em um pedestal 122 que é formado de uma estrutura de portal construída sobre um trilho

111.

Método Para Resfriamento de Zona de solda de Trilho [00233] A seguir será descrito um método de resfriamento da zona de solda de trilho 150 através do dispositivo de resfriamento 110. [00234] (1) Como mostrado através de uma linha quebrada da FIGURA 33, o par de placas de proteção 125 é girado em volta da dobradiça 126 como um eixo rotacional para serem abertas, e as partes das placas de proteção onde a dobradiça 126 é fornecida são colocadas na parte de topo da cabeça 112a da zona de solda de trilho 150. As partes de extremidade do par de placas de proteção 125 colocados na parte de topo da cabeça 112a são giradas para baixo devido ao seu próprio peso, e ficam em um estado mostrado por uma linha sólida da FIGURA 33. Consequentemente, a região da parte de cabeça, que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça 112b da zona de solda de trilho 150 por uma distância de 2Hs/3, (a parte inferior da parte lateral da cabeça 112b que corresponde a Hs/3+parte de mordente 112c+parte

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72/130 de pescoço 112d) é coberta com as placas de proteção 125 (ver FIGURA 31).

[00235] (2) O pedestal 122 formado de uma estrutura de portal é disposto sobre o trilho 111, a seção de ejeção 123 da unidade de resfriamento de parte de cabeça 120 é ajustada para envolver a parte de topo da cabeça 112a e a parte lateral da cabeça 112b da zona de solda de trilho 150, e as unidades de resfriamento da parte de alma do trilho 121 são dispostas voltadas uma para a outra com a parte de alma do trilho 113 da zona de solda de trilho 150 interposta entre elas. [00236] (3) Até a transformação da parte de cabeça 112 e da parte de alma do trilho 113 da zona de solda de trilho 150 para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita ser completada, um fluido de resfriamento é ejetado a partir da seção de ejeção 123 da unidade de resfriamento da parte de cabeça 120 e das seções de ejeção 124 da parte de unidade de resfriamento de alma do trilho 121 de modo que a parte de cabeça 112 e a parte de alma do trilho 113 são sujeitas ao resfriamento acelerado. Um controlador, que é fornecido no dispositivo de resfriamento 110, é usado para controlar o resfriamento mencionado acima.

[00237] A FIGURA 35 mostra um histórico de temperatura quando a zona de solda de trilho é sujeita ao resfriamento acelerado através do método de resfriamento de uma zona de solda de trilho de acordo com a modalidade da invenção, a FIGURA 36 mostra um histórico de temperatura quando a zona de solda de trilho é resfriada naturalmente, a FIGURA 37 mostra um histórico de temperatura quando apenas a parte de cabeça da zona de solda de trilho é sujeita ao resfriamento acelerado, e a FIGURA 38 mostra um histórico de temperatura quando a parte de cabeça e a parte de alma do trilho da zona de solda de trilho são sujeitas ao resfriamento acelerado através de um método na técnica relacionada. A partir destas figuras, é visto que a taxa de resfriaPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 75/182

73/130 mento da parte de mordente é maior em qualquer caso do resfriamento natural, do resfriamento acelerado apenas da parte de cabeça, e o resfriamento acelerado da parte de cabeça e da parte de alma do trilho através de um método na técnica relacionada mas a taxa de resfriamento da parte de mordente é menor do que a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho de acordo com a invenção.

[00238] A FIGURA 39 é uma vista que mostra a distribuição da tensão residual do centro de soldagem do trilho na direção circunferencial da seção transversal do trilho quando os respectivos métodos de resfriamento são executados. A partir da FIGURA 39, é visto que a tensão residual da parte de alma do trilho aumenta quando comparada a um caso de resfriamento natural quando apenas a parte de cabeça é sujeita ao resfriamento acelerado, e a tensão residual da parte de alma do trilho é reduzida quando comparado a um caso de resfriamento natural quando a parte de cabeça e a parte de alma do trilho são sujeitas ao resfriamento acelerado através do método na técnica relacionada. Adicionalmente, é visto que a tensão residual da parte de alma do trilho é adicionalmente reduzida quando comparado ao método na técnica relacionada quando é executado resfriamento acelerado pelo método de acordo com a invenção.

[00239] A modalidade da invenção foi descrita acima. Entretanto, a invenção não é limitada a constituição da modalidade mencionada acima, e também pode incluir outras modalidades e modificações que são consideradas como estando dentro do escopo das reivindicações. Por exemplo, placas de proteção, que impedem a entrada do fluido de resfriamento ejetado na região da parte de cabeça posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, foram providas na modalidade mencionada acima. Entretanto, sem as placas de proteção, o fluido de resfriamento pode ser ejetado para a região da parte de cabeça

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74/130 que é posicionada acima de uma posição superior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de Hs/3. Adicionalmente, na modalidade mencionada acima, a seção de ejeção da unidade de resfriamento da parte de cabeça foi formada em uma forma semicilíndrica mas uma seção de ejeção para a parte de topo da cabeça e seções de ejeção para as partes laterais da cabeça podem ser fornecidas.

Exemplos

Método de Teste

Como para método para testar fadiga da parte de alma [00240] Um teste para avaliar a resistência à fadiga de uma parte de alma do trilho contra trincas horizontais foi executado através de um método que é mostrado esquematicamente na FIGURA 25. Uma zona de solda de trilho foi colocada um uma placa de superfície 27, e uma carga foi aplicada repetidamente a partir de uma parte de cabeça do trilho da zona de solda através de uma ferramenta de pressão 28. O raio de curvatura da ferramenta de pressão 28 era de 450 mm próximo ao raio de curvatura de uma roda. A carga aplicada foi ajustada para 30 tons com o propósito de rápido progresso de um experimento considerando o fato de que uma carga pesada real seria de aproximadamente 20 tons. Uma vez que uma peça de teste flutua se a carga mínima é ajustada para 0 tons na repetição de uma carga, a carga mínima foi ajustada para 4 tons para evitar a flutuação da peça de teste. A frequência de repetições de uma carga foi ajustada para 2 Hz, e o teste finalizado no ponto do tempo onde trincas fossem geradas na zona de solda. Adicionalmente, se a peça de teste não fosse fraturada até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos, o teste encerrava naquele momento.

Como para método para testar fadiga da parte de base

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75/130 [00241] Um teste para avaliar a resistência à fadiga por flexão foi executado através de um método de flexão de três pontos. Um método de teste é mostrado esquematicamente na FIGURA 26. Uma zona de solda de trilho cortada por 1,5 m foi colocada no meio entre os suportes 29 e 29' entre os quais foi determinada uma distância de 1 m para ficar em uma postura perpendicular, e uma carga foi aplicada ao centro da zona de solda de trilho a partir da parte de cabeça do trilho por uma ferramenta de pressão 30. O raio de curvatura de cada uma das partes dos suportes 29 e 29' e a ferramenta de pressão 30, que entrou em contato com o trilho, foi ajustada para 100 mmR. O teste de tensão foi determinado no centro da parte de sola do trilho. A tensão mínima foi ajustada para 30 MPa, a tensão máxima foi ajustada para 330 MPa, e uma faixa variável da tensão foi ajustada para 300 MPa. Uma junta de soldagem por centelhamento de topo comum tem uma vida de fadiga de 2.000.000 ciclos em uma faixa de tensão de 300 MPa. A frequência das repetições de uma carga foi ajustada para 5 Hz, o teste encerrado no ponto do tempo onde trincas foram geradas na zona de solda. Adicionalmente, se a peça de teste não foi fraturada até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos, o teste encerrou e foi determinado que a peça de teste tinha performance de fadiga suficiente.

Como para trilho usado [00242] Três tipos de trilho usados são mostrados na Tabela 1. Aço de trilho A é um tipo de aço comumente referenciado como trilho normal e é aço hipoeutetoide contendo 0,65 a 0,75% de peso de carbono. Uma parte de cabeça do trilho de aço de trilho A tem uma dureza na faixa de Hv 260 a 290 em um estado como laminado. Aço de trilho B é trilho que é tratado termicamente após ser laminado, e é aço eutetoide contendo 0,75 a 0,85% de peso de carbono. Um tipo de aço onde a dureza abaixo da superfície da parte de cabeça do trilho por uma disPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 78/182

76/130 tância de 5 mm é Hv 360 a 400 foi usado como o aço de trilho B. Aço de trilho C é aço hipereutetoide contendo 0,85 a 0,95% de carbono, e é trilho que é tratado termicamente após ser laminado. Um tipo de aço onde a dureza abaixo da superfície da parte de cabeça do trilho por uma distância de 5 mm é Hv 400 a 450 foi usado como o aço de trilho C. O tamanho para uma ferrovia comum, que tem um peso por metro de 60 kg/m, foi usado como o tamanho do trilho.

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Tabela 1

Aço de trilho usado

	Elemento químico [peso%]	Dureza	Temperatura de transformação(equilíbrio)
C	Si	Mn	Cr	Como laminado	Tratamento térmico	Ac1	Ac3	Acm	Ae
A	0,68-0,73	0,2-0,4	0,7-1,0	<0,2	260-290		730	740	-	-
B	0,78-0,83	0,2-0,4	0,7-1,0	0,2-0,6		360-400	730	-	-	726
C	0,88-0,95	0,2-0,4	0,7-1,0	0,2-0,6		400-450	730	-	820	-

οει/ζζ

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78/130 [00243] Exemplos e Exemplos comparativos da invenção são mostrados nas Tabelas 2 a 8. Três espécimes são formados sob as mesmas condições. Dentre eles, o primeiro espécime foi investigado em termos de tensão residual, a dureza de uma zona de solda, e estrutura de metal; o segundo espécime foi sujeito um teste para avaliar a vida de fadiga de uma parte de alma; e o terceiro espécime foi sujeito a um teste de fadiga por flexão. Tabelas mostram os tipos de trilhos soldados; a largura LAc1 e uma região da zona de solda onde temperatura de aquecimento máximo não é menor do que Ac1 na direção longitudinal; a largura de uma região onde a temperatura não é menor do que Ac3, Ace, ou Accm na direção longitudinal; a largura na direção longitudinal quando resfriamento é executado após a soldagem; um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1; tempo de resfriamento t; limites superior e inferior de uma faixa apropriada de um valor k obtido pela Expressão (1); quer um valor k seja incluído nos limites superior ou inferior; uma faixa de temperatura de resfriamento; o valor medido de tensão residual; a dureza da zona de solda; e a quantidade da geração de trincas em um teste de fadiga. Uma vez que os valores medidos da dureza de uma região descarburizada do centro de soldagem tem desvio, a dureza foi medida na superfície de uma posição distante do centro de soldagem por uma distância de 2 mm com um testador de dureza Shore e em seguida foi convertido em dureza Vickers. Um valor de tensão residual foi calculado a partir da mudança de força que foi obtida a partir do corte de uma parte de fixação de um medidor de tensão. Estrutura de metal foi obtida executando o polimento de espelho de uma seção transversal, que é perpendicular a uma direção longitudinal do trilho, de uma parte que é posicionada abaixo da superfície a uma distância de 2 mm e distante do centro de soldagem uma distância de 2 mm; causticando a seção transversal polida com álcool acético de 3%; e observando a

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79/130 seção transversal polida com um microscópio. A fração estrutural da estrutura de metal foi obtida pela observação a uma ampliação de 100 e um método de contagem de pontos. Nas Tabelas 2 a 6, um fato de que uma estrutura tal como martensita diferente de perlita foi reconhecida está descrito na coluna de observações. Entretanto, a temperatura gravada nas Tabelas é a temperatura de superfície na vizinhança de uma parte central da soldagem.

[00244] Adicionalmente, em soldagem por centelhamento de topo, a distribuição de temperatura da zona de solda na direção longitudinal é dada pelo ajuste do tempo de um processo de centelhamento. Nos exemplos seguintes, a mudança de largura da temperatura de aquecimento máxima da zona de solda foi executada através do ajuste do tempo de centelhamento.

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Tabela 2-1

N°	Trilho a ser solda- do	Largura da zona de solda [mm]	Faixa de resfriamento [mm]	K (L/LAC1)	Tempo de resfriamento t (min)	Faixa apropriada de k
(a faixa de temparatura de aquecimento máximo)	limite superior	limite inferior	adequabilidade de largura de resfriamento
Ac1 ou mais (LAC1)	Ac3,Ae3 ou Accm ou mais	Parte de cabeça	Parte de alma (L)	Parte de base	(-0,1 t +1,48 +0,85)	(-0,1 t +1,48 -0,85)
Ex. A1	A	30	18	-	26	26	0,87	1,39	2,19	0,49	OK
Ex. A2	A	35	22	-	34	34	0,97	0,48	2,28	0,58	OK
Ex. A3	A	28	16	-	20	20	0,71	2,00	2,13	0,43	OK
Ex. A4	A	27	12	-	25	25	0,93	0,83	2,25	0,55	OK
Ex. A5	A	34	18	-	35	25	1,03	1,19	2,21	0,51	OK
Ex. A6	A	32	16	-	28	28	0,88	1,92	2,14	0,44	OK
Ex. comp. A1	A	34	18	-	-	-	-	-	-	-	-
Ex. comp. A2	A	28	12	-	70	25	2,50	1,56	2,17	0,47	NG
Ex. comp. A3	A	36	26	-	25	25	0,69	1,67	2,16	0,46	OK
Ex. comp. A4	A	36	18	-	25	25	0,69	0,68	2,26	0,56	OK
Ex. comp. A5	A	36	18	-	10	25	0,28	0,76	2,25	0,55	NG

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Tabela 2-2

No.	taxa de resfriamento durante resfriamento (após término da transformação perlítica) [°C/s]	tensão residual[MPa]
parte de alma	parte de base	direção circunferencial da parte de alma	direção longitudinal da parte de sola
Exemplo A1	3,6	1,6	322	-119
Exemplo A2	10,4	1,6	301	-91
Exemplo A3	2,5	1,6	346	-134
Exemplo A4	6,0	1,6	299	-130
Exemplo A5	4,2	1,6	315	-128
Exemplo A6	2,6	1,6	336	-120
Exemplo comparativo A1	resfriamento de liberação natural	resfriamento de liberação natural	410	-154
Exemplo comparativo A2	3,2	1,2	320	125
Exemplo comparativo A3	3,0	5,2	418	-139
Exemplo comparativo A4	11,0	1,6	391	-103
Exemplo comparativo A5	11,0	1,6	415	-100

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Tabela 2-3

N°	Dureza da zona de solda[Hv] (2mm a partir do centro da soldagem, superfície)	Vida de geração de trincas de fadiga [x1000]		Observações
Parte de cabeça	Parte de alma	Parte de base	Vida da parte de alma	Vida da parte de base	Região de temperatura de resfriamento de parte de alma
Exemplo A1	280	269	281	>2,000	>2,000	500^200°C
Exemplo A2	269	286	287	>2,000	>2,000	500^200°C
Exemplo A3	265	284	285	>2,000	>2,000	500^200°C
Exemplo A4	270	283	279	>2,000	>2,000	500^200°C
Exemplo A5	268	290	278	>2,000	>2,000	500^200°C
Exemplo A6	290	286	264	>2,000	>2,000	500^200°C
Exemplo comparativo A1	274	281	279	849	>2,000	none	como soldado
Exemplo comparativo A2	277	281	278	>2,000	680	500^200°C	uma vez que largura de resfriamento é máxima tensão residual da sola é tensão trativa grande
Exemplo comparativo A3	278	276	294	1.286	>2,000	500^200°C	uma vez que resfriamento da base é forte tensão trativa da alma é grande
Exemplo comparativo A4	288	523	269	1.480	>2,000	650^200°C	uma vez que a temperatura de início de resfriamento é alta fração de martensita é de 10% ou mais
Exemplo comparativo A5	281	269	284	978	>2,000	500^200°C	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente pequena, tensão trativa da alma é grande

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Exemplo A [00245] A Tabela 2 mostra exemplos que foram obtidos completando a transformação da parte de alma do trilho inteira do trilho de austenita para perlita após a soldagem por centelhamento de topo de um trilho e em seguida resfriamento da região seguinte da parte de alma do trilho, que foi limitada na direção longitudinal, a uma taxa de resfriamento que excedeu a taxa de resfriamento natural e foi não menor do que uma taxa de resfriamento de uma parte de base de trilho.

[00246] Um método de resfriamento neste caso foi como segue: A região de uma parte de alma do trilho na direção longitudinal da parte de alma do trilho, que foi calculada pelo produto (L) de um valor k da Tabela 2 e a largura LAc1 de uma parte de alma do trilho onde a temperatura de aquecimento máxima da parte de alma do trilho é não menor do que Ac1 na direção longitudinal da parte de alma do trilho, foi resfriada através do controle da taxa de fluxo e velocidade de fluxo de ar comprimido ou ar comprimido contendo gotículas de água com um controlador; a região (uma faixa mais estreita do que a região) de uma parte de base na direção longitudinal onde uma temperatura de aquecimento máxima não é menor do que Ac1 foi resfriada através do controle da taxa de fluxo e velocidade de fluxo de ar comprimido; e regiões exceto pelas regiões mencionadas acima foram sujeitas ao resfriamento natural. Em resumo, uma parte do trilho foi sujeita ao resfriamento acelerado. Aço A da Tabela 1 foi usado como um trilho a ser soldado.

[00247] Os Exemplos A1 a A6 são exemplos que foram obtidos através da mudança de uma taxa de resfriamento, quando a parte de alma do trilho foi resfriada após o término da transformação perlítica da parte de alma, para vários valores. A temperatura de término da transformação perlítica foi de aproximadamente 600°C, a temperatura de início de resfriamento da parte de alma do trilho foi ajustada para

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500°C, e a temperatura de término de resfriamento da parte de alma do trilho foi ajustada para 200°C. O Exemplo A4 é um exemplo onde uma faixa de resfriamento na direção longitudinal foi mudada.

[00248] A tensão residual da parte de alma do trilho de qualquer exemplo na direção vertical (direção circunferencial) foi reduzida quando comparada ao Exemplo comparativo A1 em um estado como soldado. Por esta razão, no caso do Exemplo comparativo A1 em um estado como soldado, foram geradas trincas em uma vida curta onde a quantidade de repetições de uma carga não alcançou 2.000.000 ciclos, em um teste de fadiga da parte de alma. Ao contrário, nos casos dos Exemplos A1 a A6, não foram geradas trincas até uma quantidade de repetições atingir 2.000.000 ciclos. Adicionalmente, a tensão residual da parte de solas dos Exemplos A1 a A6 na direção longitudinal foi em uma faixa de compressão, e não foram geradas trincas e os Exemplos A1 a A6 não foram fraturados em um teste de fadiga por flexão até a quantidade de repetições de uma carga atingir 2.000.000 ciclos. Consequentemente, foi confirmado que os Exemplos A1 a A6 coletivamente tiveram uma alta resistência à fadiga. 95% ou mais da estrutura de metal de cada um dos Exemplos A1 a A6 era uma estrutura de perlita.

[00249] Entretanto, no caso do Exemplo comparativo A2, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi maior do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de base na direção longitudinal se tornou trativa. O Exemplo comparativo A2 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga por flexão.

[00250] Adicionalmente, no caso do Exemplo comparativo A3, a taxa de resfriamento da parte de base é maior do que aquela da parte de alma, e a tensão residual da parte de alma do trilho não foi reduziPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 87/182

85/130 da. O Exemplo comparativo A3 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma.

[00251] O Exemplo comparativo A4 é um exemplo que foi obtido ajustando o tempo de início de resfriamento para 650°C, ou seja, para uma alta temperatura, e iniciando o resfriamento antes do término da transformação perlítica. Adicionalmente, uma vez que uma taxa de resfriamento foi alta, uma razão da estrutura martensita foi de 10% ou mais por uma razão de área e a dureza da parte de alma do trilho aumentada anormalmente. O Exemplo comparativo A4 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma.

[00252] No caso do Exemplo comparativo A5, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi mais estreita do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção longitudinal se tornou trativa. O Exemplo comparativo A5 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

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Tabela 3-1

N°	Trilho a ser sol- dado	Largura da zona de solda [mm]	Faixa de resfriamento [mm]	K (L / LAC1)	Tempo de resfriamento t (min)	Faixa apropriada de k
(a faixa de temperatura de aquecimento máximo)	Limite superior	Limite inferior	Adequabilidade de largura de resfriamen- to
Ac1 ou mais	Ac3,Ae3 ou Accm ou mais	parte de cabeça	parte de alma (L)	parte de base	(-0,1 t +1,48 +0,85)	(-0,1 t +1,48 -0,85)
Ex. B1	A	34	18	-	32	26	0,94	1,67	2,16	0,46	OK
Ex. B2	A	28	16	-	26	26	0,93	1,20	2,21	0,51	OK
Ex. B3	A	36	26	-	36	36	1,00	0,28	2,30	0,60	OK
Ex. B4	A	30	20	-	26	26	0,87	1,04	2,23	0,53	OK
Ex. Comp. B1	A	36	28	-	26	26	0,72	0,66	2,26	0,56	OK
Ex. Comp. B2	A	44	32	-	100	26	2,27	2,63	2,07	0,37	NG
Ex. Comp. B3	A	38	24	-	32	26	0,84	0,28	2,30	0,60	OK
Ex. Comp. B4	A	38	24	-	10	26	0,26	2,00	2,13	0,43	NG

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Tabela 3-2

No.	taxa de resfriamento durante resfriamento (início a partir de temperaturas excedendo A3, Ae, Acm) [°C/s]	tensão residual[MPa]
parte de alma	parte de base	direção circunferencial da parte de alma	direção longitudinal da parte de sola
Exemplo B1	4,0	1,4	306	-117
Exemplo B2	2,5	1,4	328	-123
Exemplo B3	3,6	1,4	346	-106
Exemplo B4	2,4	1,4	331	-129
Exemplo comparativo B1	7,6	2,0	374	-118
Exemplo comparativo B2	1,9	1,6	365	125
Exemplo comparativo B3	2,4	1,5	402	-131
Exemplo comparativo B4	2,5	1,5	430	-120

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Tabela 3-3

No.	Dureza da zona da[Hv] (2mm a partir dc da soldagem, su	de sol- centro perfície)	Vida de geração de trincas de fadiga [x1000]		Observações
Parte de cabeça	Parte de alma	Parte de base	Vida da parte de alma	Vida da parte de base	Região de temperatura de resfriamento de parte de alma
Ex. B1	274	406	342	>2,000	>2,000	900^500°C	resfriamento até o término da transformação perlítica a partir da região austenítica
Ex. B2	281	361	370	>2,000	>2,000	800^620°C	resfriamento até o meio da transformação perlítica a partir da região austenítica
Ex. B3	286	325	341	>2,000	>2,000	700^640°C	resfriamento antes da transformação perlítica (até Ar3 ou menos) a partir da região austenítica
Ex. B4	290	274	284	>2,000	>2,000	900^750°C	resfriamento antes da transformação perlítica (até Ar3 ou mais a partir da região austenítica
Ex. Comp. B1	268	608	374	1.745	>2,000	800^500°C	uma vez que a taxa de resfriamento da alma é excessivamente alta, fração de martensita da alma é de 10% ou mais
Ex. Comp. B2	271	283	802	>2,000	698	800^500°C	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente grande, tensão residual da sola é tensão trativa grande
Ex. Comp. B3	282	275	374	1.240	>2,000	800^760°C	temperatura de término de resfriamento é alta, queda da temparatura é pequena, efeito é pequeno
Ex. Comp. B4	273	284	369	1.046	>2,000	800^500°C	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente pequena, tensão trativa da alma é grande

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Exemplo B [00253] A Tabela 3 mostra exemplos que foram obtidos através de resfriamento da seguinte região da parte de alma do trilho da zona de solda, que foi limitada na direção longitudinal, após a soldagem por centelhamento de topo de um trilho e pelo menos uma parte da faixa de temperatura até o término da transformação para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita onde a temperatura da parte de alma do trilho excedeu Ae, a uma taxa de resfriamento que excedeu a taxa de resfriamento natural e não foi maior do que 5°C/s. Um método de resfriamento neste caso foi como segue:

[00254] A região de uma parte de alma do trilho na direção longitudinal da parte de alma do trilho, a qual foi calculada pelo produto (L) de um valor k da Tabela 3 e da largura LAc1 de uma parte de alma do trilho onde a temperatura de aquecimento máxima da parte de alma do trilho não é menor do que Ac1 na direção longitudinal da parte de alma do trilho, foi resfriada controlando uma taxa de fluxo e velocidade de fluxo de ar comprimido ou ar comprimido contendo gotículas de água; a região (uma faixa mais estreita do que a região) de uma parte de base na direção longitudinal onde a temperatura de aquecimento máxima não é menor do que Ac1 foi resfriada controlando uma taxa de fluxo e velocidade de fluxo de ar comprimido; e regiões exceto pelas regiões mencionadas acima forma sujeitas ao resfriamento natural. Em resumo, uma arte do trilho foi sujeita ao resfriamento acelerado.

[00255] A região de temperatura de transformação perlítica fica na faixa de 650°C a 600°C em resfriamento natural. Entretanto, quando o resfriamento é executado, uma temperatura de transformação é mudada até certo ponto de acordo com uma taxa de resfriamento. O aço A da Tabela 1 foi usado como um trilho a ser soldado.

Os Exemplos B1 a B4 são exemplos que foram obtidos mudando uma região de temperatura de resfriamento e uma taxa de resfriamento,

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90/130 quando a parte de alma do trilho foi resfriada a partir de uma região austenítica, para vários valores.

[00256] A tensão residual da parte de alma do trilho de qualquer exemplo na direção vertical (direção circunferencial) foi menor do que aquela do Exemplo comparativo A1 em um estado como soldado. Por esta razão, não foram geradas trincas até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos, em um teste de fadiga da parte de alma. Adicionalmente, a tensão residual das partes de sola dos Exemplos B1 a B4 na direção longitudinal foi em uma faixa de compressão, e não foram geradas trincas e os Exemplos B1 a B4 não foram fraturados em um teste de fadiga por flexão até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos. Consequentemente, foi confirmado que os Exemplos B1 a B4 coletivamente tinham alta resistência à fadiga. 95% ou mais da estrutura de metal de cada um dos Exemplos B1 a B4 era uma estrutura de perlita. Adicionalmente, uma vez que a dureza da parte de alma do trilho aumentou até Hv 350 ou mais através do resfriamento acelerado de uma região de transformação perlítica da parte de alma do trilho, esta foi mais vantajosa em termos de resistência à fadiga.

Entretanto, no caso do Exemplo comparativo B1, a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho excedeu 5°C/s, uma fração da estrutura martensita da parte de alma do trilho foi de 10% ou mais por uma razão de área, e a dureza da parte de alma do trilho aumentou anormalmente. O Exemplo comparativo B1 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho. [00257] No caso do Exemplo comparativo B2, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi maior do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de base na direção longitudinal se tornou uma região trativa.

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O Exemplo comparativo B2 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga por flexão.

[00258] Adicionalmente, no caso do Exemplo comparativo B3, a temperatura final de resfriamento foi de 760°C, ou seja, alta e uma redução de temperatura provocada pelo resfriamento foi pequena. Consequentemente, a tensão residual não é significativamente diferente da tensão residual em um estado como soldado. Uma vez que o resfriamento foi terminado antes do início da transformação perlítica, a dureza também não foi aumentada. O Exemplo comparativo B3 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

[00259] No caso do Exemplo comparativo B4, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi mais estreito do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção longitudinal se tornou trativa. O Exemplo comparativo B4 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

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Tabela 4-1

N°	Trilho a ser soldado	Largura da zona de solda [mm]	Faixa de resfriamento [mm]	K (L / LAC1)	Tempo de resfriamento t (min)	Faixa apropriada de k
(a faixa de temperatura de aquecimento máximo)	Limite superior	Limite inferior	Adequabilidade de largura de resfriamento
Ac1 ou mais	Ac3,Ae3 ou Accm ou mais	Parte de cabeça	Parte de alma (L)	Parte de base	(-0,1 t +1,48 +0,85)	(-0,1 t +1,48 -0,85)
Ex. C1	A	36	22	-	32	32	0,89	4,52	1,88	0,18	OK
Ex. C2	A	32	14	-	32	32	1,00	2,03	2,13	0,43	OK
Ex. C3	A	26	8	-	26	26	1,00	1,29	2,20	0,50	OK
Ex. C4	A	42	26	-	42	32	1,00	2,85	2,04	0,34	OK
Ex. C5	A	36	18	-	32	32	0,89	3,63	1,97	0,27	OK
Ex. C6	A	26	22	-	32	23	1,23	2,56	2,07	0,37	OK
Ex. Comp. C1	A	32	16	-	32	32	1,00	2,22	2,11	0,41	OK
Ex. Comp. C2	A	40	26	-	26	26	0,65	2,86	2,04	0,34	OK
Ex. Comp. C3	A	36	18	-	80	32	2,22	3,10	2,02	0,32	NG
Ex. Comp. C4	A	36	18	-	8	26	0,22	3,14	2,02	0,32	NG

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Tabela 4-2

No.	Taxa de resfriamento durante resfriamento[°C/s]	Tensão residual[MPa]
Parte de alma	Parte de base
(início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	(após término da transformação perlítica)	(início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	(após término da transformação perlítica)	direção circunferencial da parte de alma	direção longitudinal da parte de sola
Exemplo C1	2,0	4,2	2,0	1,6	267	-121
Exemplo C2	2,4	6,4	2,0	2,2	272	-126
Exemplo C3	2,2	6,0	1,5	1,8	274	-119
Exemplo C4	1,8	5,0	1,4	2,2	265	-127
Exemplo C5	1,9	5,0	1,4	2,2	284	-126
Exemplo C6	2,8	3,0	1,5	1,4	288	-122
Ex. Comp. C1	9,0	3,0	2,2	2,0	274	-116
Ex. Comp. C2	3,6	3,4	4,0	6,2	467	-143
Ex. Comp. C3	3,0	3,5	2,2	2,5	267	118
Ex. Comp. C4	3,0	3,4	2,3	2,1	438	-105

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Tabela 4-3

N°	Dureza da zona de solda[Hv] (2mm a partir do centro da soldagem, superfície)	Vida de geração de trincas de fadiga [x1000]	Observações
Parte de cabeça	Parte de alma	Parte de base	Vida da parte de alma	Vida da parte de base	região de temperatura de resfriamento de parte de alma a partir de A3, Ae, Acm ou mais	a região de temperatura de resfriamento de parte de alma após a transformaçao perlita é 500 >200°C)
Ex. C1	284	374	390	>2,000	>2,000	900 >500°C	resfriamento até o término da transformação perlítica a partir da região austenítica
Ex. C2	275	356	346	>2,000	>2,000	800 >620°C	resfriamento até o meio da transformação perlítica a partir da região austenítica
Ex. C3	286	330	335	>2,000	>2,000	700 >640°C	resfriamento antes da transformação perlítica (até Ar3 ou menos) a partir da região austenítica
Ex. C4	284	371	358	>2,000	>2,000	800 >600°C
Ex. C5	269	384	340	>2,000	>2,000	800 >500°C
Ex. C6	275	281	283	>2,000	>2,000	900 >750°C	resfriamento antes da transformação perlítica (até Ar3 ou mais a partir da região austenítica
Ex. Comp. C1	281	720	284	1.287	>2,000	800 >500°C	uma vez que a taxa de resfriamento da alma é excessivamente alta, fração de martensita da alma é de 10% ou mais
Ex. Comp. C2	276	411	276	516	>2,000	800 >500°C	uma vez que resfriamento da base é forte tensão trativa da alma é grande
Ex. Comp. C3	290	405	274	>2,000	608	800 >500°C	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente grande, tensão residual da sola é tensão trativa grande
Ex. Comp. C4	276	428	281	1.057	>2,000	800 >500°C	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente pequena, tensão trativa da alma é grande

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Exemplo C [00260] A Tabela 4 mostra exemplos que foram obtidos através de resfriamento da seguinte região da parte de alma do trilho da zona de solda, a qual foi limitada na direção longitudinal, após a soldagem de um trilho e pelo menos uma parte de uma faixa de temperatura até o término da transformação para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita onde a temperatura da parte de alma do trilho excedeu A3, Ae, ou Acm, a uma taxa de resfriamento que excedeu a taxa de resfriamento natural e não foi maior do que 5°C/s; e resfriamento da parte de alma do trilho após o término da transformação da parte de alma do trilho inteira do trilho de austenita para perlita a uma taxa de resfriamento que excede a taxa de resfriamento natural e a uma taxa de resfriamento não menor do que a taxa de resfriamento da parte de base do trilho.

[00261] Um método de resfriamento neste caso foi como segue: Uma região de uma parte de alma do trilho na direção longitudinal da parte de alma do trilho, a qual foi calculada pelo produto (L) de um valor k da Tabela 4 e de largura LAc1 de uma parte de alma do trilho onde a temperatura de aquecimento máxima da parte de alma do trilho não é menor do que Ac1 na direção longitudinal da parte de alma do trilho, foi resfriada controlando a taxa de fluxo e velocidade de fluxo de ar comprimido ou ar comprimido contendo gotículas de água; a região (uma faixa mais estreita do que a região) de uma parte de base na direção longitudinal onde a temperatura de aquecimento máxima não é menor do que Ac1 foi resfriada controlando a taxa de fluxo e velocidade de fluxo de ar comprimido; e regiões exceto pelas regiões mencionadas acima foram sujeitas ao resfriamento natural. Em resumo, uma parte do trilho foi sujeita ao resfriamento acelerado.

[00262] Uma região de temperatura de transformação perlítica ficou na faixa de 650°C a 600°C em resfriamento natural. Entretanto, quanPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 98/182

96/130 do o resfriamento é executado, uma temperatura de transformação é mudada até certo ponto de acordo com uma taxa de resfriamento. A transformação normal de perlita é completada a uma temperatura ligeiramente menor do que 600°C. Entretanto, a faixa de temperatura de resfriamento após o término da transformação perlítica foi ajustada para a faixa de 500°C a 200°C. Aço A da Tabela 1 foi usado como um trilho a ser soldado.

[00263] Os Exemplos C1 a C4 são exemplos que foram obtidos mudando uma região de temperatura de resfriamento e uma taxa de resfriamento quando resfriando a parte de alma do trilho em uma região de temperatura de transformação perlítica a partir de uma região austenítica, e uma taxa de resfriamento de resfriamento após o término da transformação perlítica.

[00264] A tensão residual da parte de alma do trilho de qualquer exemplo na direção vertical (direção circunferencial) foi reduzida quando comparada ao Exemplo comparativo A1 em um estado como soldado. Por esta razão, não foram geradas trincas até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos, em um teste de fadiga da parte de alma. Adicionalmente, a tensão residual das partes de sola dos Exemplos C1 a C4 na direção longitudinal foi compressão, e não foram geradas trincas um teste de fadiga por flexão até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos. Consequentemente, foi confirmado que os Exemplos C1 a C4 coletivamente tinham uma alta resistência à fadiga. 95% ou mais da estrutura de metal de cada um dos Exemplos C1 a C4 eram uma estrutura de perlita. Além disso, uma vez que a dureza da parte de alma do trilho aumentou até Hv 350 ou mais através do resfriamento acelerado de uma região de transformação perlítica da parte de alma do trilho, foi considerado ser mais vantajoso em termos de resistência à fadiga.

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97/130 [00265] Entretanto, no caso do Exemplo comparativo C1, a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho excedeu 5°C/s, uma fração da estrutura martensita da parte de alma do trilho foi de 10% ou mais por uma razão de área, e a dureza da parte de alma do trilho aumentou anormalmente. O Exemplo comparativo C1 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho. [00266] Adicionalmente, No caso do Exemplo comparativo C2, a taxa de resfriamento da parte de base foi maior do que aquela da parte de alma, e a tensão residual da parte de alma do trilho não foi reduzida. O Exemplo comparativo C2 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

Entretanto, no caso do Exemplo comparativo C3, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi maior do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de base na direção longitudinal se tornou uma região trativa. O Exemplo comparativo C3 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga por flexão.

[00267] No caso de Exemplo comparativo C4, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi mais estreita do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção longitudinal se tornou trativa. O Exemplo comparativo C4 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

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Tabela 5-1

N°	Trilho a ser soldado	Largura da zona de solda [mm]	Faixa de resfriamento [mm]	K (L / LAC1)	Tempo de resfriamento t (min)	Faixa apropriada de k
(a faixa de temperatura de aquecimento máximo)	limite superior	limite inferior	adequabilidade de largura de resfriamento
Ac1 ou mais	Ac3,Ae3 ou Accm ou mais	parte de cabeça	parte de alma (L)	parte de base	(-0,1 t +1,48 +0,85)	(-0,1 t +1,48 -0,85)
Ex. D1	B	35	21	-	75	30	2,14	1,53	2,18	0,48	OK
Ex. D2	B	33	15	-	50	30	1,52	1,75	2,16	0,46	OK
Ex. D3	B	27	7	-	26	25	0,96	1,00	2,23	0,53	OK
Ex. D4	B	42	25	-	55	30	1,31	1,32	2,20	0,50	OK
Ex. D5	B	25	19	-	20	20	0,80	1,83	2,15	0,45	OK
Ex. D6	B	27	22	-	32	20	1,19	2,23	2,11	0,41	OK
Ex. Comp. D1	B	41	25	-	25	25	0,61	1,85	2,14	0,44	OK
Ex. Comp. D2	B	37	18	-	54	30	1,46	1,89	2,14	0,44	NG
Ex. Comp. D3	B	37	17	-	8	30	0,22	1,76	2,15	0,45	NG

* Não incluindo tempo de resfriamento no resfriamento intermediário

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Tabela 5-2

N°	taxa de resfriamento durante resfriamento[°C/s]	tensão residual[MPa]	tensão residual[MPa]
parte de alma	parte de base
(início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	(após término da transformação perlítica)	(início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	(após término da transformação perlítica)	direção circunferencial da parte de alma	direção longitudinal da parte de sola	direção circunferencial da parte de alma	direção longitudinal da parte de sola
Ex. D1	5,5	1,1	4,3	2,1	resfriamento liberação natural	1,5	265	-115
Ex. D2	2,5	resfriamento liberação natural	6,1	1,9	resfriamento liberação natural	2,1	270	-126
Ex. D3	2,3	1,5	5,9	1,4	1,0	1,7	274	-133
Ex. D4	5,2	1,3	4,9	1,5	1,0	1,9	266	-125
Ex. D5	1,9	resfriamento liberação natural	4,8	1,6	resfriamento liberação natural	2,0	290	-109
Ex. D6	2,8	resfriamento liberação natural	3,2	1,6	resfriamento liberação natural	1,5	285	-152
Ex. Comp. D1	3,7	1,1	3,5	4J.	resfriamento liberação natural	6,3	450	-144
Ex. Comp. D2	3,1	resfriamento liberação natural	3,6	2,1	resfriamento liberação natural	2,4	269	120
Ex. Comp. D3	3,1	1,6	3,5	2,4	1,0	2,2	423	-99

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Tabela 5-3

N°	Dureza d (2mm a da soldag	la zona da[Hv] qartir dc em, su	de sol- centro perfície)	Vida de geração de trincas de fadiga [x1000]		Observações
parte de cabeça	parte de alma	parte de base	vida da parte de alma	vida da parte de base	região de temperatura do resfriamento inicial	região de temperatura do resfriamento intermediário	região de temperatura do resfriamento final
Ex. D1	280	376	379	>2,000	>2,000	900^650°C	650^580°C	580^380°C
Ex. D2	169	358	341	>2,000	>2,000	800^620°C	620^550°C	550^350°C
Ex. D3	290	360	340	>2,000	>2,000	700^640°C	640^500°C	500^300°C
Ex. D4	270	403	361	>2,000	>2,000	800^600°C	600^500°C	530^330°C
Ex. D5	272	296	346	>2,000	>2,000	800^670°C	640^600°C	600^400°C
Ex. D6	278	280	284	>2,000	>2,000	900^700°C	700^500°C	500^300°C
Ex. Comp. D1	269	402	280	497	>2,000	800^600°C	600^500°C	500^300°C	uma vez que resfriamento da base é mais forte do que o resfriamento da alma tensão trativa da alma é grande
Ex. Comp. D2	289	400	275	>2,000	560	800^620°C	620^570°C	570^370°C	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente grande, tensão residual da sola é tensão trativa grande
Ex. Comp. D3	280	409	278	951	>2,000	800^650°C	650^550°C	550^350°C	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente pequena, tensão trativa da alma é grande

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Exemplo D [00268] A Tabela 5 mostra exemplos que foram obtidos através de resfriamento da parte de alma do trilho da zona de solda após a soldagem de um trilho e pelo menos uma parte de uma faixa de temperatura até o término da transformação para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita onde a temperatura da parte de alma do trilho excedeu A3, Ae, ou Acm, a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural; resfriamento de pelo menos uma parte da região de temperatura de transformação perlítica a uma taxa de resfriamento natural ou uma taxa de resfriamento não maior do que 2°C/s; e resfriamento de uma região da parte de alma do trilho da zona de solda na direção longitudinal após o término da transformação da parte de alma do trilho inteira do trilho da zona de solda de austenita para perlita a uma taxa de resfriamento que excede a taxa de resfriamento natural e a uma taxa de resfriamento não menor do que a taxa de resfriamento da parte de base do trilho.

[00269] Um método de resfriamento neste caso foi como segue: Uma região de uma parte de alma do trilho na direção longitudinal da parte de alma do trilho, que foi calculada pelo produto (L) de um valor k da Tabela 5 e a largura LAc1 de uma parte de alma do trilho onde a temperatura de aquecimento máxima da parte de alma do trilho não é menor do que Ac1 na direção longitudinal da parte de alma do trilho, foi resfriada controlando uma taxa de fluxo e velocidade de fluxo de ar comprimido ou ar comprimido contendo gotículas de água; a região de uma parte de base na direção longitudinal onde a temperatura de aquecimento máxima não é menor do que Ac1 foi resfriada controlando uma taxa de fluxo e velocidade de fluxo de ar comprimido; e regiões exceto pelas regiões mencionadas acima foram sujeitas ao resfriamento natural. Em resumo, uma parte do trilho foi sujeita ao resfriamento acelerado.

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102/130 [00270] Uma região de temperatura de transformação perlítica ficou na faixa de 650°C a 600°C, o resfriamento do estágio intermediário incluiu esta faixa de temperatura, e a foi obtida uma queda de temperatura de 200°C no resfriamento da parte de alma do trilho do último estágio após o término da transformação perlítica de uma temperatura não maior do que 600°C. Foi usado aço B da Tabela 1 como um trilho a ser soldado.

[00271] Os Exemplos D1 a D4 são exemplos que foram obtidos fazendo a parte de alma do trilho ser sujeita ao resfriamento do estágio inicial a partir de uma região austenítica para uma parte da região de temperatura de transformação perlítica, completando a transformação perlítica através do resfriamento a uma taxa de resfriamento não maior do que 2°C/s ou resfriamento natural, e executando o resfriamento acelerado da parte de alma do trilho como o resfriamento do último estágio. No caso do Exemplo D2, o resfriamento do estágio intermediário foi resfriamento natural.

[00272] Os Exemplos D5 e D6 são exemplos que foram obtidos fazendo a parte de alma do trilho ser sujeita ao resfriamento do estágio inicial em um período de uma região de temperatura de austenita, executando resfriamento natural a partir de uma região de temperatura de austenita até o término da transformação perlítica como o resfriamento do estágio intermediário, e executando o resfriamento acelerado da parte de alma do trilho como o resfriamento do último estágio. [00273] A tensão residual da parte de alma do trilho de qualquer exemplo na direção vertical (direção circunferencial) foi reduzido quando comparado ao Exemplo Comparativo A1 em um estado como soldado. Por esta razão, não foram geradas trincas até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos, em um teste de fadiga da parte de alma. Adicionalmente, a tensão residual da parte de sola dos exemplos na direção longitudinal foi compressão, e não foram

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103/130 geradas trincas em um teste de fadiga por flexão até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos. Consequentemente, foi confirmado que os exemplos coletivamente tinham alta resistência à fadiga. 100% ou mais da estrutura de metal de cada um dos exemplos era uma estrutura de perlita.

[00274] Entretanto, no caso do Exemplo comparativo D1, a taxa de resfriamento da parte de base foi maior do que aquela da parte de alma, e a tensão residual da parte de alma do trilho não foi reduzida. O Exemplo comparativo D1 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

[00275] No caso do Exemplo comparativo D2, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi maior do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de base na direção longitudinal se tornou uma região trativa. O Exemplo comparativo D2 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga por flexão.

[00276] No caso do Exemplo comparativo D3, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi mais estreita do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção longitudinal se tornou trativa. O Exemplo comparativo D3 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

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Tabela 6-1

N°	Trilho a ser soldado	Largura da zona de solda [mm]	Faixa de resfriamento [mm]	K (L / LAC1)	Tempo de resfriamento t (min)	Faixa apropriada de k
(a faixa de temperatura de aquecimento máximo)	limite superior	limite inferior	adequabilidade de largura de resfriamento
Ac1 ou mais	Ac3,Ae3 ou Accm ou mais	parte de cabeça	parte de alma (L)	parte de base	(-0,1 t +1,48 +0,85)	(-0,1 t +1,48 -0,85)
Ex. E1	A	36	22	-	32	-	1,45	2,50	2,08	0,38	OK
Ex. E2	A	32	16	-	26	-	0,81	1,25	2,21	0,51	OK
Ex. E3	A	42	26	-	50	-	1,19	2,76	2,05	0,35	OK
Ex. E4	A	46	32	-	36	-	0,78	1,86	2,14	0,44	OK
Ex. E5	A	26	14	-	18	-	0,69	2,50	2,08	0,38	OK
Ex. Comp. E1	A	36	18	-	50	-	1,39	1,67	2,16	0,46	NG
Ex. Comp. E2	A	36	18	-	32	-	0,89	0,38	2,29	0,59	OK
Ex. Comp. E3	A	26	16	-	8	-	0,31	2,17	2,11	0,41	NG

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Tabela 6-2

N°	Taxa de resfriamento durante resfriamento [°C/s]	Tensão residual[MPa]
parte de alma	parte de base
(início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	(após término da transformação perlítica)	(início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	(após término da transformação perlítica)	direção circunferencial da parte de alma	direção longitudinal da parte de sola
Ex. E1	resfriamento liberação natural	2,0	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	306	-110
Ex. E2	2,4	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	310	-85
Ex. E3	1,8	5,5	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	220	-95
Ex. E4	3,5	5,5	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	215	-94
Ex. E5	2,0	6,0	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	226	-102
Ex. Comp. E1	resfriamento liberação natural	3,0	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	270	164
Ex. Comp. E2	80	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	325	-102
Ex. Comp. E3	2,4	6,4	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	409	-110

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Tabela 6-3

N°	Dureza da zona de solda[Hv] (2mm a partir do centro da soldagem, superfície)	vida de geração de trincas de fadiga [x1000]	observações (a região de temperatura de resfriamento de alma a partir de A1,Ae,Acm ou mais é 800^500°C) (a região de temperatura de resfriamento de alma após transformação perlítica é 500^200°C)
parte de cabeça	parte de alma	parte de base	vida da parte de alma	vida da parte de base
Ex. E1	284	280	281	>2,000	>2,000
Ex. E2	276	359	273	>2,000	>2,000
Ex. E3	275	384	280	>2,000	>2,000
Ex. E4	279	398	280	>2,000	>2,000
Ex. E5	281	389	268	>2,000	>2,000
Ex. Comp. E1	269	282	290	>2,000	872	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente grande, tensão residual da sola é tensão trativa grande
Ex. Comp. E2	296	602	278	1.776	>2,000	uma vez que a taxa de resfriamento da alma é excessivamente alta, fração de martensita da alma é de 10% ou mais
Ex. Comp. E3	271	381	277	989	>2,000	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente pequena, tensão trativa da alma é grande

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Exemplo E [00277] A Tabela 6 mostra exemplos que foram obtidos executando o natural resfriamento da parte de base do trilho em adição a satisfazer as condições dos Exemplos A, B, e C. Uma região de temperatura de transformação perlítica fica na faixa de 650°C a 600°C em resfriamento natural. Entretanto, quando resfriamento é executado, uma temperatura de transformação é mudada até certo ponto de acordo com uma taxa de resfriamento.Transformação perlítica normal é completada a uma temperatura ligeiramente menor do que 600°C. A região de temperaturas de resfriamento dos exemplos, as quais foram obtidas executando resfriamento a partir de faixas de temperatura não menores do que A3, Ae, e Acm antes da transformação perlítica, eram na faixa de 800 a 500°C. Adicionalmente, a região de temperaturas de resfriamento dos exemplos, que foram obtidas executando resfriamento após o término da transformação perlítica, foi ajustada para a faixa de 500°C a 200°C. Foi usado aço A da Tabela 1 como um trilho a ser soldado.

[00278] A tensão residual da parte de alma do trilho de qualquer exemplo na direção vertical (direção circunferencial) foi reduzida quando comparado ao Exemplo comparativo A1 em um estado como soldado, e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção vertical (direção circunferencial) foi reduzida adicionalmente na média quando comparada a exemplos. Não foram geradas trincas em um teste de fadiga da parte de alma do trilho até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos. Adicionalmente, a tensão residual da parte de sola na direção longitudinal ficou em uma faixa de compressão, e não foram geradas trincas teste de fadiga por flexão até a quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos. Consequentemente, foi confirmado que os exemplos

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108/130 coletivamente tinham alta resistência à fadiga. 95% ou mais da estrutura de metal de cada um dos exemplos era a estrutura de perlita. Entretanto, no caso do Exemplo comparativo E1, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi maior do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de base na direção longitudinal se tornou uma região trativa. O Exemplo comparativo E1 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga por flexão.

[00279] No caso do Exemplo comparativo E2, a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho excedeu 5°C/s e foi alta, uma fração de estrutura martensita da parte de alma do trilho foi de 10% ou mais por uma razão de área, e a dureza da parte de alma do trilho aumentou anormalmente. O Exemplo comparativo E2 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho. [00280] No caso do Exemplo comparativo E3, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi mais estreito do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção longitudinal se tornou trativa. O Exemplo comparativo E3 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

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Tabela 7-1

N°	Trilho a ser soldado	Largura da zona de solda [mm]	Faixa de resfriamento [mm]	K (L / LAC1)	Tempo de resfriamento t (min)	Faixa apropriada de k
(a faixa de temperatura de aquecimento máximo)	limite superior	limite inferior	adequabilidade de largura de resfriamento
Ac1 ou mais	Ac3,Ae3 ou Accm ou mais	parte de cabeça	parte de alma (L)	parte de base	(-0,1 t +1,48 +0,85)	(-0,1 t +1,48 -0,85)
Ex. F1	B	36	22	60	36	26	1,00	1,88	2,14	0,44	OK
Ex. F2	B	32	16	40	32	32	1,00	0,71	2,26	0,56	OK
Ex. F3	C	42	26	40	36	32	0,86	1,88	2,14	0,44	OK
Ex. F4	C	36	22	30	28	-	0,78	1,20	2,21	0,51	OK
Ex. F5	B	46	32	50	32	-	0,70	1,67	2,16	0,46	OK
Ex. F6	B	36	18	50	32	-	0,89	1,36	2,19	0,49	OK
Ex. Comp. F1	C	36	18	50	14	32	0,39	1,36	2,19	0,49	OK
Ex. Comp. F2	C	36	18	60	82	-	2,28	1,50	2,18	0,48	NG
Ex. Comp. F3	B	36	18	60	12	-	0,33	1,50	2,18	0,48	NG

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Tabela 7-2

N°	Taxa de resfriamento durante resl	riamento [°C/s]	Tensão residual[MPa]
parte de cabeça	parte d	e alma	parte d	e base
(início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	(início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	(após término da transformação perlítica)	(início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	(após término da transformação perlítica)	direção circunferencial da parte de alma	direção longitudinal da parte de sola
Ex. F1	1,6	resfriamento liberação natural	3,0	resfriamento liberação natural	2,0	320	-123
Ex. F2	4,2	2,0	resfriamento liberação natural	1,2	resfriamento liberação natural	345	-125
Ex. F3	1,6	1,8	4,0	1,2	2,0	280	-123
Ex. F4	2,5	resfriamento liberação natural	2,5	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	269	-85
Ex. F5	1,8	1,8	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	321	-95
Ex. F6	2,2	2,0	6,0	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	228	-97
Ex. Comp. F1	2,2	2,0	3,8	1,4	6,0	472	-157
Ex. Comp. F2	2,0	resfriamento liberação natural	2,0	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	290	146
Ex. Comp. F3	2,0	resfriamento liberação natural	2,0	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	445	-129

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Tabela 7-3

N°	Dureza da zona de solda[Hv] (2mm a partir do centro da soldagem, superfície)	Vida de geração de trincas de fadiga [x1000]	Observações
parte de cabeça	parte de alma	parte de base	vida da parte de alma	vida da parte de base	(a região de temperatura de resfriamento de alma a partir de A1 ,Ae,Acm ou mais é 800^500°C) (a região de temperatura de resfriamento de alma após transformação perlítica é 500^200°C)
Ex. F1	371	277	284	>2,000	>2,000
Ex. F2	428	382	351	>2,000	>2,000
Ex. F3	374	390	356	>2,000	>2,000
Ex. F4	402	278	284	>2,000	>2,000
Ex. F5	384	378	281	>2,000	>2,000
Ex. F6	410	379	277	>2,000	>2,000
Ex. Comp. F1	376	381	375	425	>2,000	uma vez que resfriamento da base é mais forte do que o resfriamento da alma tensão trativa da alma é grande
Ex. Comp. F2	375	281	276	>2,000	1.036	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente grande, tensão residual da sola é tensão trativa grande
Ex. Comp. F3	386	275	279	1.536	>2,000	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente pequena, tensão trativa da alma é grande

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Exemplo F [00281] A Tabela 7 mostra exemplos que foram obtidos através de resfriamento da parte de cabeça do trilho da zona de solda e pelo menos uma parte de uma faixa de temperatura até o término da transformação para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita que excede A3, Ae, ou Acm, a uma taxa de resfriamento que excedeu uma taxa de resfriamento natural e não foi maior do que 5°C/s, adicionalmente a satisfazer as condições dos Exemplos A, B, C e E. Uma região de temperatura de transformação perlítica ficou na faixa de 650°C a 600°C em resfriamento natural. Entretanto, quando o resfriamento é executado, uma temperatura de transformação é mudada até certo ponto de acordo com uma taxa de resfriamento. A transformação normal de perlita é completada a uma temperatura ligeiramente menor do que 600°C. A região de temperaturas de resfriamento dos exemplos, que foram obtidos executando resfriamento a partir da extensão de temperaturas não menor do que A3, Ae, e Acm antes da transformação perlítica, ficaram na faixa de 800°C a 500°C. Adicionalmente, a região de temperaturas de resfriamento dos exemplos, que foram obtidos executando resfriamento após o término da transformação perlítica, foi ajustada para a faixa de 500°C a 200°C. Foi usado um trilho eutetoide ou hipereutetoide tratado termicamente, de Aço B ou C da Tabela 1, como um trilho a ser soldado.

[00282] A tensão residual da parte de alma do trilho de qualquer exemplo na direção vertical (direção circunferencial) foi reduzida quando comparada ao Exemplo comparativo A1 em um estado como soldado. Por esta razão, não foram geradas trincas até uma quantidade de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos, em um teste de fadiga da parte de alma. Adicionalmente, a tensão residual da parte de solas dos exemplos na direção longitudinal era compressão, e não foram geradas trincas em um teste de fadiga por flexão até uma quantidade de

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113/130 uma carga alcançar 2.000.000 ciclos. Consequentemente, foi confirmado que os exemplos coletivamente tinham alta resistência à fadiga. 95% ou mais da estrutura de metal de cada um dos exemplos era estrutura de perlita.

[00283] Entretanto, no caso do Exemplo comparativo F1, a taxa de resfriamento da parte de base foi maior do que aquela da parte de alma, e a tensão residual da parte de alma do trilho não foi reduzida. O Exemplo comparativo F1 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

[00284] No caso do Exemplo comparativo F2, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi maior do que uma extensão apropriada, e a tensão residual da parte de base na direção longitudinal se tornou uma região trativa. O Exemplo comparativo F2 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga por flexão.

[00285] No caso do Exemplo comparativo F3, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi mais estreito do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção longitudinal se tornou trativa. O Exemplo comparativo F3 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

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Tabela 8-1

N°	trilho a ser solda- do	largura da zona de solda [mm]	faixa de resfriamento [mm]	K (L / LAC1)	tempo de resfriamento t (min)	faixa apropriada de k
(a faixa de temparatura de aquecimento máximo)	limite superior	limite inferior	adequabilidade de largura de resfriamento
Ac1 ou mais (LAC1)	Ac3,Ae3 ou Accm ou mais	parte de cabeça	parte de alma (L)	parte de base	(-0,1 t +1,48 +0,85)	(-0,1 t +1,48 -0,85)
Ex. G1	C	37	16	-	44	-	1,19	0,96	2,23	0,53	OK
Ex. G2	C	30	16	-	38	-	1,27	1,28	2,20	0,50	OK
Ex. G3	C	35	21	32	60	30	1,71	1,02	2,23	0,53	OK
Ex. G4	C	27	22	19	19	25	0,70	1,54	2,18	0,48	OK
Ex. G5	C	33	15	32	32	-	0,97	1,15	2,21	0,51	OK
Ex. G6	C	42	25	52	52	-	1,24	1,16	2,21	0,51	OK
Ex. Comp. G1	C	42	25	-	25	30	0,60	1,50	2,18	0,48	OK
Ex. Comp. G2	C	36	20	-	100	-	2,78	1,24	2,21	0,51	NG
Ex. Comp. G3	C	37	16	8	8	-	0,22	1,31	2,20	0,50	NG

* Não incluindo tempo de resfriamento no resfriamento intermediário

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Tabela 8-2

N°	Taxa de resfriamento durante resfriamento [°C/s]	tensão residual[MPa]
parte de cabeça	parte de alma	parte de base
resfriamento inicial (início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	resfriamento inicial (início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	resfriamento intermediário	resfriamento final (após término da transformação perlítica)	resfriamento inicial (início a partir de temperatura que excede A3, Ae, Acm)	resfriamento intermediá- rio	resfriamento final (após término da transformação perlítica)	direção circunferencial da parte de alma	direção longitudinal da parte de sola
Ex. G1	resfriamento liberação natural	2,5	resfriamento liberação natural	5,9	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	248	-122
Ex. G2	resfriamento liberação natural	1,6	1,2	5,1	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	263	-136
Ex. G3	1,8	4,8	1,2	4,1	2,8	resfriamento liberação natural	3,6	326	-129
Ex. G4	2,8	2,0	resfriamento liberação natural	3,2	1,8	resfriamento liberação natural	1,4	291	-128
Ex. G5	2,7	1,8	resfriamento liberação natural	5,6	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	218	-140
Ex. G6	2,1	3,5	resfriamento liberação natural	3,8	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	230	-125
Ex. Comp. G1	resfriamento liberação natural	2,6	resfriamento liberação natural	3,0	3,8	12	5,5	462	-128
Ex. Comp. G2	resfriamento liberação natural	1,9	resfriamento liberação natural	4,7	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	405	141
Ex. Comp. G3	2,5	3,0	1,2	3,4	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	resfriamento liberação natural	437	-120

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Tabela 8-3

N°	dureza da zona de solda [Hv] (2mm a partir do centro da soldagem, superfície)	vida de geração de trincas de fadiga [x1000]	observações
parte de cabeça	parte de alma	parte de base	vida da parte de alma	vida da parte de base	região de temperatura do resfriamento inicial	região de temperatura do resfriamento intermediário	região de temperatura do resfriamento final
Ex. G1	298	352	269	>2,000	>2,000	700^640°C	640^500°C	500^300°C
Ex. G2	290	361	274	>2,000	>2,000	800^670°C	640^600°C	600^400°C
Ex. G3	404	351	300	>2,000	>2,000	900^650°C	650^580°C	580^380°C
Ex. G4	436	289	318	>2,000	>2,000	900^700°C	700^500°C	500^300°C
Ex. G5	438	364	287	>2,000	>2,000	800^620°C	620^550°C	550^350°C
Ex. G6	425	394	281	>2,000	>2,000	800^600°C	600^500°C	530^330°C
Ex. Comp. G1	302	399	356	604	>2,000	800^600°C	600^500°C	500^300°C	uma vez que resfriamento da base é mais forte do que o resfriamento da alma tensão trativa da alma é grande
Ex. Comp. G2	285	402	281	>2,000	812	800^620°C	620^570°C	570^370°C	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente grande, tensão residual da sola é tensão trativa grande
Ex. Comp. G3	436	416	277	489	>2,000	800^650°C	650^550°C	550^350°C	uma vez que a largura de resfriamento é excessivamente pequena, tensão trativa da alma é grande

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Exemplo G [00286] A Tabela 8 mostra exemplos que foram obtidos executando o resfriamento natural da parte de base do trilho; e resfriamento da parte de cabeça do trilho da zona de solda e pelo menos uma parte de uma faixa de temperatura até o término da transformação para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita que excede A3, Ae, ou Acm, a uma taxa de resfriamento que excedeu a taxa de resfriamento natural e não foi maior do que 5°C/s, adicionalmente a satisfazer as condições dos Exemplos D onde um período de resfriamento lento tendo uma taxa de resfriamento de 2°C/s ou menos é provida em uma parte da região de temperatura de transformação perlítica. Foi usado Aço C da Tabela 1 como um trilho a ser soldado.

Os Exemplos G1 e G2 são exemplos que foram obtidos executando o resfriamento natural da parte de base; Os Exemplos G3 e G4 são exemplos que foram obtidos executando o resfriamento acelerado da parte de cabeça do trilho e pelo menos uma parte de uma faixa de temperatura até o término da transformação para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita; e Exemplos G5 e G6 são exemplos que foram obtidos executando o resfriamento acelerado da parte de cabeça e pelo menos uma parte de uma extensão de temperatura até o término da transformação para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita e executando o resfriamento natural da parte de base.

[00287] A tensão residual da parte de alma do trilho de qualquer exemplo na direção vertical (direção circunferencial) foi reduzida quando comparada ao Exemplo comparativo A1 em um estado como soldado. Por esta razão, não foram geradas trincas até uma quantidade de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos, em um teste de fadiga da parte de alma. Adicionalmente, a tensão residual da parte de solas dos exemplos na direção longitudinal foi compressão, e não foram geradas

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118/130 trincas em um teste de fadiga por flexão até uma quantidade de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos. Consequentemente, foi confirmado que os exemplos coletivamente tinham alta resistência à fadiga. 100% ou mais da estrutura de metal de cada um dos exemplos era uma estrutura de perlita.

[00288] Entretanto, no caso do Exemplo comparativo G1, a taxa de resfriamento da parte de base foi maior do que aquela da parte de alma, e a tensão residual da parte de alma do trilho não foi reduzida. O Exemplo comparativo G1 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho.

No caso do Exemplo comparativo G2, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi maior do que uma extensão apropriada, e a tensão residual da parte de base na direção longitudinal se tornou uma região trativa. O Exemplo comparativo G2 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga por flexão.

[00289] No caso do Exemplo comparativo G3, a faixa de um valor de uma razão k da largura de resfriamento L da parte de alma do trilho para LAc1 foi mais estreito do que uma faixa apropriada, e a tensão residual da parte de alma do trilho na direção longitudinal se tornou trativa. O Exemplo comparativo G3 foi fraturado durante o teste em uma vida curta em um teste de fadiga da parte de alma do trilho. [00290] A seguir, será descrito um teste de resfriamento de uma zona de solda de trilho, que é executado por um dispositivo de resfriamento 10. O aço de trilho usado em um teste de resfriamento é um trilho de 62 kg (136 libras) padrão da região dos EUA, e uma razão de componentes do mesmo é 0,8C-0,4Si-1,0Mn-0,2Cr. Juntas de trilho foram unidas uma à outra através de soldagem por centelhamento de topo, de modo que uma junta de soldagem foi formada. Ar foi usado como um fluido de resfriamento no resfriamento acelerado da zona de

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119/130 solda de trilho. Uma razão de fluxo e pressão de ar durante o resfriamento acelerado é mostrada na Tabela 9.

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Tabela 9

Parte	Pressão [kPa]	Taxa de fluxo [Nm/Hr]
parte de cabeça	50-100	40-90
parte de alma	2-100	20-250

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121/130 [00291] Foram preparadas duas juntas de soldagem, que foram resfriadas sob as mesmas condições. Temperatura, dureza, e tensão residual foram medidas usando uma junta de soldagem da junta de sondagens (ver FIGURA 40), e foi executado um teste para avaliar a vida de fadiga de uma parte de alma do trilho (daqui em diante, referenciado simplesmente como um “teste de fadiga”) usando a outra junta de soldagem. A temperatura de uma zona de solda de trilho foi medida através de K termopares em cinco pontos em uma posição distante do centro de soldagem na direção axial do trilho por uma distância de 20 mm, ou seja, o centro de uma parte de topo da cabeça, uma parte de mordente, uma parte que corresponde a 1/2 da altura da parte de alma, uma parte de superfície da base, e o centro de uma parte de sola. Adicionalmente, a dureza de uma zona de solda de trilho foi medida através de um testador de dureza Vickers em um ponto abaixo da superfície da parte de topo da cabeça por uma distância de 5 mm e um ponto abaixo da superfície da parte de topo da cabeça por uma distância de 5 mm, em uma posição distante do centro de soldagem na direção axial do trilho por uma distância de 5 mm.

[00292] Extensômetros de dois eixos tendo um comprimento de extensão de 2 mm foram presos a ambas as superfícies da parte de alma do trilho (em uma posição que corresponde a 1/2 da altura da parte de alma) em um centro de linha de soldagem, esta parte foi recortada por uma espessura de 5 mm χ uma largura de 15 mm χ uma altura de 15 mm, e tensão residual foi calculada a partir de uma expressão relacional usando a diferença entre força antes do corte e força depois do corte.

[00293] Adicionalmente, foi executado um teste de fadiga da parte de alma do trilho como segue: Uma zona de solda de trilho foi colocada em uma placa de superfície, e uma carga foi aplicada repetidamente à parte de cabeça da zona de solda de trilho através de uma ferraPetição 870170100468, de 21/12/2017, pág. 124/182

122/130 menta de pressão a extremidade da qual era formada por uma projeção em forma de arco. O raio de curvatura da projeção em forma de arco era de 450 mm próximo ao raio de curvatura de uma roda. A carga aplicada foi ajustada para até 30 tons considerando o fato de que uma carga pesada real era de aproximadamente 20 tons. Entretanto, a carga mínima na repetição de uma carga foi ajustada para 4 tons. A frequência de repetições de uma carga foi ajustada para 2 Hz, e o teste terminado no ponto do tempo onde trincas foram geradas em uma zona de solda.

[00294] A Tabela 10 mostra uma lista dos resultados do teste. Entretanto, como os resultados do teste de fadiga, um caso onde trincas de fadiga onde não foram geradas trincas de fadiga até uma quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos foi representada por “BOM”, um caso onde não foram geradas trincas de fadiga até uma quantidade de repetições de uma carga não menor do que 1.000.000 ciclos e menor do que 2.000.000 ciclos foi representada por “RAZOÁVEL”, e um caso onde não foram geradas trincas de fadiga até uma quantidade de repetições de uma carga menor do que 1.000.000 ciclos foi representada por “RUIM”. Adicionalmente, um valor de tensão residual na Tabela 10 foi um valor médio de tensão residual calculado a partir dos extensômetros que foram presos a ambas as superfícies da parte de alma do trilho.

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Tabela 10

Espéci- me	Temperatura de resfriamento, taxa de resfriamento [°C/s]	Dureza [Hv]	Tensão residual da parte de alma [MPa]	Resultado do teste de fadiga
Parte	Parte de topo da cabeça	Parte lateral da cabeça	Parte de mordente	Parte de alma	Parte de superfície da base	Parte de sola	Parte de topo da ca- beça	Parte lateral da cabeça
Ex. 11	taxa de resfriamento	inteira	inteira	inteira	inteira	nenhuma	nenhuma	400	330	350	RAZOÁ- VEL
taxa de resfriamento	2,0	1,2	1,8	2,0	0,8	0,7
Ex. 12	taxa de resfriamento	inteira	inteira	inteira	inteira	nenhuma	nenhuma	400	400	350	RAZOÁ- VEL
taxa de resfriamento	2,0	2,0	2,5	2,7	0,9	0,8
Ex. 13	taxa de resfriamento	inteira	até 2/3	nenhuma	inteira	nenhuma	nenhuma	400	385	340	RAZOÁ- VEL
taxa de resfriamento	2,0	1,7	1,6	2,0	0,8	0,7
Ex. 14	taxa de resfriamento	inteira	até 1/2*	nenhuma	inteira	nenhuma	nenhuma	400	360	290	BOM
taxa de resfriamento	2,0	1,4	1,2	2,0	0,8	0,7
Ex. 15	taxa de resfriamento	inteira	inteira*	inteira*	inteira	nenhuma	nenhuma	400	330	320	RAZOÁ- VEL
taxa de resfriamento	2,0	1,3	1,8	2,0	0,8	0,7
Ex. 16	taxa de resfriamento	inteira	inteira*	inteira*	inteira	nenhuma	nenhuma	400	320	280	BOM
taxa de resfriamento	2,0	1,3	1,0	2,0	0,8	0,7
Ex. 17	taxa de resfriamento	inteira	até 1/2*	nenhuma*	inteira	nenhuma	nenhuma	400	390	250	BOM
taxa de resfriamento	2,0	1,8	1,0	2,0	0,8	0,7
Ex. Comp. 11	taxa de resfriamento	nenhuma	nenhuma	nenhuma	nenhuma	nenhuma	nenhuma	310	300	400	RUIM
taxa de resfriamento	0,7	0,7	0,9	0,7	0,7	0,7
Ex. Comp. 12	taxa de resfriamento	inteira	inteira	inteira	nenhuma	nenhuma	nenhuma	400	400	450	RUIM
taxa de resfriamento	2,0	2,0	3,0	0,7	0,7	0,7
Ex. Comp. 13	taxa de resfriamento	inteira	inteira	inteira	inteira	nenhuma	nenhuma	400	400	370	RUIM
taxa de resfriamento	2,0	2,0	3,0	2,0	0,7	0,7

*: são fornecidas placas de proteção em uma região da parte de cabeça posicionada abaixo de uma posição mais baixa distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3.

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124/130 [00295] No caso do Exemplo 11, quando a parte de cabeça inteira e a parte de alma do trilho foram sujeitas ao resfriamento acelerado após a soldagem, a taxa de resfriamento da parte lateral da cabeça foi ajustada para ser reduzida e a taxa de resfriamento da parte de mordente foi ajustada para ser não maior do que a taxa de resfriamento da parte de alma. A dureza da parte de topo da cabeça foi a mesma que aquela de um material base do trilho. A dureza da parte lateral da cabeça foi reduzida reduzindo a taxa de resfriamento da parte lateral da cabeça, mas foi maior do que uma dureza da parte lateral da cabeça que foi sujeita ao resfriamento natural após a soldagem. A tensão residual da parte de alma do trilho foi melhorada quando comparada a Exemplos comparativos 11 a 13. Em um teste de fadiga, trincas de fadiga foram geradas quando a quantidade de repetições de uma carga ficou dentro da faixa de 1.000.000 a 2.000.000 ciclos, mas a performance de fadiga do Exemplo 11 foi superior àquelas dos Exemplos comparativos 11 a 13.

[00296] No caso do Exemplo 12, quando a parte de cabeça inteira e a parte de alma do trilho foram sujeitas ao resfriamento acelerado após a soldagem, a taxa de resfriamento da parte de alma do trilho foi ajustada para aumentar e a taxa de resfriamento da parte de mordente foi ajustada para ser não maior do que a taxa de resfriamento da parte de alma. A dureza da parte de topo da cabeça e a dureza da parte lateral da cabeça foram as mesmas como aquela de um material base do trilho. A tensão residual da parte de alma do trilho foi melhorada quando comparado ao Exemplo 11. Em um teste de fadiga, trincas de fadiga foram geradas quando a quantidade de repetições de uma carga ficou dentro da faixa de 1.000.000 a 2.000.000 ciclos, mas a performance de fadigo do Exemplo 12 foi superior àquelas dos Exemplos comparativos 11 a 13.

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125/130 [00297] No caso do Exemplo 13, quando a parte de cabeça e a parte de alma do trilho foram sujeitas ao resfriamento acelerado após a soldagem, orifícios de ejeção de ar da parte lateral da cabeça foram ajustados para corresponder à extensão de 2/3 ou mais da altura da parte lateral da cabeça partindo de cima. A parte de mordente não foi sujeita ao resfriamento acelerado, mas a taxa de resfriamento do Exemplo 13 foi aumentada quando comparado ao Exemplo comparativo 11 onde todas as partes não foram sujeitas ao resfriamento acelerado. Isto foi provocado pela transferência de calor que foi associada com o resfriamento acelerado da parte lateral da cabeça e da parte de alma. A dureza da parte de topo da cabeça foi a mesma que aquela de um material base do trilho, e a dureza da parte lateral da cabeça também foi substancialmente a mesma que aquela do material base do trilho. A tensão residual da parte de alma do trilho foi melhorada quando comparada aos Exemplos comparativos 11 a 13. Em um teste de fadiga, foram geradas quando a quantidade de repetições de uma carga ficou dentro da faixa de 1.000.000 a 2.000.000 ciclos, mas a performance de fadiga do Exemplo 13 foi superior àquelas dos Exemplos comparativos 11 a 13.

[00298] No caso do Exemplo 14, quando a parte de cabeça e a parte de alma do trilho foram sujeitas ao resfriamento acelerado após a soldagem, orifícios de ejeção de ar da parte lateral da cabeça foram ajustados para corresponder à extensão de 1/2 ou mais da altura da parte lateral da cabeça partindo de cima. A dureza da parte de topo da cabeça foi a mesma que aquela do material base do trilho. A dureza da parte lateral da cabeça foi reduzida reduzindo a taxa de resfriamento da parte lateral da cabeça, mas a parte lateral da cabeça foi significativamente mais dura do que uma parte lateral da cabeça que foi sujeita ao resfriamento natural após a soldagem. A tensão residual da parte de alma do trilho foi melhorada quando comparada ao Exemplo

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13. Em um teste de fadiga, trincas de fadiga não foram geradas até uma quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos.

[00299] O Exemplo 15 é um exemplo onde a região da parte de cabeça, que foi posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, foi coberta com placas de proteção quando a parte de cabeça inteira e a parte de alma do trilho foram sujeitas ao resfriamento acelerado após a soldagem. A dureza da parte de topo da cabeça foi a mesma que aquela de um material base do trilho. A dureza da parte lateral da cabeça foi reduzida reduzindo a taxa de resfriamento da parte lateral da cabeça, mas a parte lateral da cabeça foi mais dura do que uma parte lateral da cabeça que foi sujeita ao resfriamento natural após a soldagem. A tensão residual da parte de alma do trilho foi melhorada quando comparada aos Exemplos comparativos 11 a 13. Em um teste de fadiga, foram geradas quando a quantidade de repetições de uma carga ficou dentro da faixa de 1.000.000 a 2.000.000 ciclos, mas a performance de fadiga do Exemplo 15 foi superior àquelas dos Exemplos comparativos 11 a 13.

[00300] O Exemplo 16 é um exemplo de melhoramento do Exemplo 15 onde uma folga entre a placa de proteção e o trilho foi ajustada para ser estreita de modo que a taxa de resfriamento da parte de mordente foi menor do que àquela da parte de alma. A dureza da parte lateral da cabeça foi reduzida, mas a dureza da parte lateral da cabeça foi adicionalmente reduzida, mas a parte lateral da cabeça foi mais dura do que uma parte lateral da cabeça que foi sujeita ao resfriamento natural após a soldagem. A tensão residual da parte de alma do trilho foi melhorada quando comparada ao Exemplo 15. Em um teste de fadiga, trincas de fadiga não foram geradas até uma quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos.

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127/130 [00301] O Exemplo 17 é um exemplo onde orifícios de ejeção de ar da parte lateral da cabeça foram ajustados para corresponder à extensão de 1/2 ou mais da altura da parte lateral da cabeça partindo de cima e a região da parte de cabeça, que foi posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça por uma distância de 2Hs/3, foi coberta com placas de proteção quando a parte de cabeça e a parte de alma do trilho foram sujeitas ao resfriamento acelerado após a soldagem. A dureza da parte de topo da cabeça e a dureza da parte lateral da cabeça foram as mesmas que aquela de um material base do trilho. A tensão residual da parte de alma do trilho foi significativamente melhorada quando comparada aos Exemplos comparativos 11 a 13. Em um teste de fadiga, trincas de fadiga não foram geradas até uma quantidade de repetições de uma carga alcançar 2.000.000 ciclos.

[00302] Ao contrário, o Exemplo comparativo 11 é um exemplo que foi sujeito ao resfriamento natural após a soldagem. As taxas de resfriamento nas respectivas posições de medição ficaram na faixa de 0,7 a 0,9°C/s. A dureza da parte de cabeça ficou baixa e a tensão residual da parte de alma do trilho ficou em um estado fortemente trativa de aproximadamente 400 MPa. Em um teste de fadiga, foram geradas trincas de fadiga quando a quantidade de repetições de uma carga era menor do que 1.000.000 ciclos. O Exemplo comparativo 12 é um exemplo onde a parte de cabeça inteira foi sujeita ao resfriamento acelerado após a soldagem. A dureza da parte de cabeça foi a mesma que aquela de um material base do trilho, mas a tensão residual da parte de alma do trilho deteriorou quando comparada a um caso onde a parte de alma do trilho foi sujeita ao resfriamento natural após a soldagem. Em um teste de fadiga, foram geradas trincas de fadiga quando a quantidade de repetições de uma carga era menor do que 1.000.000 ciclos. O Exemplo comparativo 13 é um exemplo onde a

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128/130 parte de cabeça inteira e a parte de alma do trilho foram sujeitas ao resfriamento acelerado após a soldagem. A dureza da parte de cabeça foi a mesma que aquela de um material base do trilho, e a tensão residual da parte de alma do trilho foi melhorada quando comparada a um caso onde a parte de alma do trilho foi sujeita ao resfriamento natural após a soldagem. Em um teste de fadiga, foram geradas trincas de fadiga quando a quantidade de repetições de uma carga era menor do que 1.000.000 ciclos.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

De acordo com a invenção, é possível fabricar com eficiência um trilho do qual a resistência à fadiga de uma zona de solda é melhorada comparada com a técnica relacionada. Por esta razão, a invenção tem suficiente aplicabilidade industrial.

LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 1: parte de cabeça do trilho 2: parte de alma do trilho 3: parte de base do trilho 4: parte de topo da cabeça do trilho 5: parte de superfície da base do trilho 6: sola do trilho 7: zona de solda 8: cordão de solda 9: eletrodo

10: trilhos a serem soldados

11: cordão de solda formado por aperto

12: aparador

13: fonte de energia

14: molde de Soldagem Thermit

15: cadinho de Soldagem Thermit

16: aço derretido de Soldagem Thermit

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17: queimador de soldagem a gás com pressão

18: aparador de soldagem a gás com pressão

19: metal de reforço de soldagem a arco fechado

20: metal de revestimento de soldagem a arco fechado 21: vareta de soldagem de soldagem de metal a arco fechado 22: fenda de fadiga

23: fratura

24: dormente

25: roda

26: fenda de fadiga

XX, YY, ZZ: curva de distribuição de temperatura

P: carga

27: placa de superfície

28: ferramenta de pressão

29, 29': suporte

30: ferramenta de pressão

110: dispositivo de resfriamento

111: trilho

112: parte de cabeça

112a: parte de topo da cabeça

112b: parte lateral da cabeça

112c: parte de mordente

112d: parte de pescoço

113: parte de alma

114: parte de base

120: unidade de resfriamento de parte de cabeça

121: parte de unidade de resfriamento de alma

122: pedestal

123, 124: seção de ejeção

123a, 124a: orifício de ejeção

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125: placa de proteção 125a: borda superior 126: dobradiça

128, 129: tubo de abastecimento

136: eletrodo

137: fonte de energia

138: cordão de solda

139: aparador

150: zona de solda de trilho

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Claims (14)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método para resfriar uma zona de solda de trilho que inclui uma região Ac1 aquecida até uma temperatura não menor do que uma temperatura inicial Ac1 de transformação perlítica para austenita e uma região Ac3 aquecida até uma temperatura não menor do que uma temperatura Ac3 de término da transformação, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

   executar um primeiro resfriamento de parte de alma que resfria uma região de resfriamento da parte de alma (2, 113) da zona de solda (7, 150) de trilho em uma parte de uma faixa de temperatura até o término de transformação austenítica para perlita;

   executar um segundo resfriamento de parte de alma que resfria uma região de resfriamento da parte de alma (2, 113) após toda parte de alma (2, 113) da zona de solda (7, 150) de trilho ser transformada em perlita;

   executar um resfriamento de parte de base que resfria uma parte de base (3, 114) da zona de solda (7, 150) de trilho; e executar um resfriamento de parte de cabeça que resfria uma parte de cabeça (1, 112) da zona de solda (7, 150) de trilho, em que quando o tempo de resfriamento dos primeiro e segundo resfriamentos de parte de alma é de t minutos, um valor k, que é obtido pela divisão de uma largura L da região de resfriamento da parte de alma (2, 113) por uma largura LAc1 da região Ac1, satisfaz uma expressão representada como

   -0,1t + 0,63 < k < -0,1t + 2,33.
2. 2. Método para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

   a região de resfriamento de parte de alma (2, 113) é resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é maior do que 5°C/s, no primeiro resfriamento de parte de alma; e

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   2/5 a região de resfriamento da parte de alma (2, 113) é resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é menor do que uma taxa de resfriamento da parte de base (3, 114), no segundo resfriamento de parte de alma .
3. 3. Método para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a região de resfriamento da parte de alma (2, 113) é resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e é não menor do que uma taxa de resfriamento da parte de base (3, 114), no segundo resfriamento de parte de alma.
4. 4. Método para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a região de resfriamento da parte de alma do trilho (2, 113) é resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é maior do que 5°C/s, no primeiro resfriamento de parte de alma (2, 113).
5. 5. Método para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

   no primeiro resfriamento de parte de alma, o resfriamento de uma região de temperatura de austenita inclui um primeiro resfriamento de parte de alma do trilho (10, 111) anterior e um primeiro resfriamento de parte de alma do trilho (10, 111) posterior que continua a resfriar a região de resfriamento da parte de alma (2, 113) após o primeiro resfriamento de parte de alma do trilho (10, 111) anterior em uma faixa de temperatura até o término da transformação em perlita;

   a região de resfriamento da parte de alma (2, 113) é resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é menor do que uma taxa de resfriamento da parte de base (3, 114), no primeiro resfriamento de parte de alma do trilho (10, 111) anterior;

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   3/5 a região de resfriamento da parte de alma (2, 113) é resfriada a uma taxa de resfriamento natural ou uma taxa de resfriamento não maior do que 2°C/s no primeiro resfriamento de parte de alma do trilho (10, 111) posterior; e a região de resfriamento da parte de alma (2, 113) do trilho é resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é menor do que uma taxa de resfriamento da parte de base (3, 114), no segundo resfriamento da parte de alma.
6. 6. Método para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma taxa de resfriamento da parte de base (3, 114) é uma taxa de resfriamento natural.
7. 7. Método para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no resfriamento da parte de cabeça, a parte de cabeça (1, 112) é resfriada a uma taxa de resfriamento que excede uma taxa de resfriamento natural e não é maior do que 5°C/s, em pelo menos uma parte da faixa de temperatura até o término da transformação para perlita a partir de uma região de temperatura de austenita que excede A3, Ae, ou Acm.
8. 8. Método para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que uma taxa de resfriamento de uma parte de canto inferior de uma parte de mordente (112c) é menor do que uma taxa de resfriamento da parte de alma do trilho quando a parte de cabeça (1, 112) e a parte de alma do trilho (2, 113) são resfriadas.
9. 9. Método para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que quando uma altura de uma parte lateral da cabeça (112b), que forma uma superfície lateral da parte de cabeça (1, 112), é representada por Hs, uma parte de cabeça (1, 112) inteira exceto por uma região da parte de cabeça,

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   4/5 que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante de uma extremidade superior da parte lateral da cabeça (112b) por uma distância de 2Hs/3, é sujeita a resfriamento acelerado.
10. 10. Método para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que placas de proteção (125) são fornecidas na região da parte de cabeça (1, 112), que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça (112b) por uma distância de 2Hs/3, e um fluido de resfriamento é ejetado para a parte de cabeça (1, 112).
11. 11. Junta de solda de trilho que é resfriada através do método de resfriamento da zona de solda de trilho como definido na reivindicação 1, a junta de solda de trilho caracterizada pelo fato de que compreende:

    a parte de alma (2, 113) cuja tensão residual em uma direção vertical é de 350 MPa ou menos;

    uma parte de sola do trilho (6) cuja tensão residual em uma direção longitudinal é tensão compressiva; e a zona de solda (7, 150) de trilho da qual 95% ou mais da estrutura de metal é estrutura de perlita.
12. 12. Junta de solda de trilho que é resfriada através do método de resfriamento da zona de solda de trilho como definido na reivindicação 8, a junta de solda de trilho caracterizada pelo fato de que compreende:

    a parte de alma (2, 113) cuja tensão residual em uma direção circunferencial de uma seção transversal de um trilho (10, 111) é de 300 MPa ou menos; e a parte de cabeça (1, 112) cuja dureza é de Hv 320 ou mais.
13. 13. Dispositivo para resfriar uma zona de solda de trilho, o

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    5/5 dispositivo (110) caracterizado pelo fato de que compreende:

    uma unidade de resfriamento de parte de cabeça (120) que executa resfriamento acelerado de uma parte de cabeça (1, 112) inteira exceto por uma região da parte de cabeça, que é posicionada abaixo de uma posição inferior distante de uma extremidade superior de uma parte lateral da cabeça (112b) por uma distância de 2Hs/3, quando uma altura da parte lateral da cabeça, que forma uma superfície lateral da parte de cabeça da zona de solda (7,150) de trilho, é representada por Hs.
14. 14. Dispositivo para resfriar a zona de solda de trilho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a unidade de resfriamento de parte de cabeça (120) inclui uma seção de ejeção (123,124) que ejeta um fluido de resfriamento para a parte de cabeça (1, 112), e uma placa de proteção (125) que cobre uma região da parte de cabeça (1,112) posicionada abaixo de uma posição inferior distante da extremidade superior da parte lateral da cabeça (112b) por uma distância de 2Hs/3.

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