Verfahren zur Lichtbogenschweissung von Schienen, Weichen oder Kreuzungen Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Ver fahren zur Lichtbogenschweissung von Schienen, Wei chen oder Kreuzungen, bei denen die Schweissstelle infolge der durch eine hohe Zugsfrequenz bedingten Unterbrechung der Schweissarbeit einer starken Ab kühlung unterworfen ist.
Bei der Schweissung an Schienen zum Unterhalt von Gleisen, Weichen und Kreuzungen ist es notwen dig, die Schienen mittels besonderer Vorrichtungen vorzuwärmen. Der Grund dieser Vorwärmung ist eine Verminderung der Abkühlungsgeschwindigkeit aus der Schweisshitze. Die Abkühlung muss so langsam erfolgen, dass sich kein sprödes Gefüge im Stahl bildet, speziell kein Martensit, der immer mit Mikrorissen verbunden ist, wenn er in grossem Ausmass auftritt.
Sind Mikrorisse oder Martensit im Stahl vorhanden, so erfolgt nach kürzerem oder längerem Betrieb ein Bruch in der Schweissstelle.
Nun ist es an und für sich einfach, eine Schiene auf die nötige Temperatur vorzuwärmen, die bei den üblichen Auftrags- und Verbindungsschweissungen höher als 300 C sein. soll, wenn man Bräche ver meiden will.
Wenn aber auf einer Strecke geschweisst wird, die starkem Zugsverkehr unterliegt, so muss die Schweissarbeit häufig unterbrochen werden, und in den Arbeitspausen kühlt die Schiene je nach den Wetterverhältnissen und der Dauer der erzwungenen Arbeitspause häufig unter die zulässige Temperatur ab. Es ist darum bekannt, dass Schienen, die bei star kem Zugsverkehr geschweisst werden, besonders bruchanfällig sind.
Untersuchungen solcher Bruchstel len zeigten, dass es sich immer um Schienen handelt mit einem auf die zu rasche Abkühlung der Schweiss stelle zurückzuführenden Grobkorngefüge.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass nun die geschilderten Nachteile sich vermeiden lassen und ein Schweissen bei viel tieferen Temperaturen der Schiene ermöglicht wird, wenn man erfindungsgemäss das Gefüge der Schweissstelle durch eine Vergütung zähe macht. Man muss vor allem darnach trachten, die Entstehung von Martensit zu unterbinden, oder den Martensitgehalt nachträglich wieder herabzuset zen.
Im ersten Fall könnte man von einem Ver- gütungsschweissen und im zweiten Fall von einer nachträglichen Vergütung sprechen. Das Endresul tat ist aber praktisch dasselbe.
Es ist nun einigermassen erstaunlich, dass es ge lungen ist, die bisher als gegeben hingenommenen Nachteile der Schweissung von Schienenköpfen oder dergleichen durch eine Vergütung zu beheben. Dank der Erfindung wird es in Zukunft möglich sein, ein- wandfreie Schweissungen auch bei mehreren Arbeits- unterbrüchen zu erhalten.
Das Vergütungsschweissen wird zweckmässiger weise so durchgeführt, dass wenigstens nach jeder Arbeitsunterbrechung zunächst eine Raupe von maxi mal 6 cm Länge aufgetragen wird', die ohne Ent fernung der Schlacke sogleich mindestens einmal über schweisst wird, und zwar unter Verwendung von Schweisselektroden, die ein fehlerfreies Schweissen in der Schlacke gestatten.
Es genügen bei diesem Verfah ren Temperaturen der Schweissstellenumgebung von 70-80 C bei einem Kohlenstoffgehalt des Schweiss- stahles von etwa 0,404, um die Entstehung des sprö den Kornes in genügendem Masse zu verhindern. Man kann also die Schiene zunächst in üblicher Weise vor wärmen und verfügt dann über genügend Zeit für die Durchführung der Schweissung,
da die Abkühlung auf diese Temperaturen schon verhältnismässig lange dauert. Dagegen liegt zweckmässig die Minimaltempe- ratur bei der üblichen Schweissmethode bei etwa 300 C.
Anstelle der Vergütungsschweissu.ng oder zusätz lich zu derselben kann ein nachträgliches Vergüten traten, indem man die Schweissstelle durch nachträg liches Erhitzen auf über 400 C nachbehandelt. Dies ist empfehlenswert, wenn die Temperatur der Schiene vor Beendigung des Schweissvorganges, aber bei Be folgung der anderen Verfahrensschritte des oben be schriebenen Vergütungsschweissens, auf unter 70 bis 80 C absinkt.
Diese Vergütung kann durch ein nachträgliches Erhitzen der Schweissstelle durch eine beliebige Wärmequelle bewirkt werden. Bereits bei einer Tem peratur von 400 C kann eine merkliche Vergütung der Schweissstelle erreicht werden. Besser ist eine An lasstemperatur von etwa 650 C, die gleichzeitig ent spannend wirkt. Da man aber wegen des Zugsverkehrs die Schweissstelle nur kurzzeitig anlassen kann, ist es am besten, sie auf Rotglut zu erhitzen. Es ist nicht nötig, längere Zeit auf der Anlasstemperatur zu ver bleiben.
Man kann die Schweissstelle unmittelbar nach Erreichung der Rotglut erkalten lassen, wobei als ein zige Vorsichtsmassnahme ein Schutz gegen Tropf wasser (Regen) notwendig ist. Bereits bei einer Tem peratur von etwa 500 C ist die Schiene wieder be fahrbar. Das Erhitzen der Schweissung auf Rotglut, wobei aus Verformungsrücksichten der Schienenfuss mit erwärmt wird, dauert mittels zweier kräftiger Schweissbrenner nur etwa 2 Minuten, ebenso das an schliessende Abkühlen auf 500 C.
Die Zeit zwischen zwei Zügen muss also mindestens 4 Minuten betragen, damit diese Methode anwendbar ist.
Bei Schienen kann man bekanntlich durch ört liches Erhitzen jede gewünschte Verformung erzielen. Wird nur der Kopf auf Glühhitze gebracht, so senkt sich die Schiene nach dem Erkalten. Wird nur der Fuss geglüht, so hebt sie sich nach dem Erkalten. Man kann diese Tatsache insbesondere bei Stossschwei- ssungen zur Verbilligung des Verfahrens benutzen, indem man nach der Schweissung nur den Schienen kopf erhitzt. Zu diesem Zwecke werden zweckmässig die beiden Schienenenden vor dem Schweissen etwas überhöht, z.
B. 1-2 mm über das Niveau der Fahr- fläche. Nach dem Vergütungsglühen des Kopfes und dem anschliessenden Erkalten senkt sich dann die Schweissstelle auf die gewünschte Höhe der Fahr fläche ab. Die Härte der Oberfläche der Schweissung muss natürlich mindestens so gross sein wie die der Schie nen. Die verwendeten Elektroden haben also vorteil haft die Eigenschaft, dass sie bei der Schweissung auf der kalten Schiene keine Risse bilden und dass die Schweissung nach dem Anlassen noch eine Härte von 220 Vickerseinheiten besitzt.
Method for arc welding of rails, switches or crossings The subject of the present invention is a process for arc welding of rails, Wei Chen or crossings where the welding point is subjected to strong cooling due to the interruption of the welding work caused by a high train frequency.
When welding on rails to maintain tracks, switches and crossings, it is necessary to preheat the rails using special devices. The reason for this preheating is a reduction in the cooling rate from the welding heat. The cooling must take place so slowly that no brittle structure forms in the steel, especially no martensite, which is always associated with microcracks when it occurs on a large scale.
If there are micro cracks or martensite in the steel, a break in the weld occurs after shorter or longer periods of operation.
Now it is in and of itself easy to preheat a rail to the required temperature, which is higher than 300 C with the usual build-up and joint welding. should if you want to avoid breaks.
If, however, welding takes place on a route that is subject to heavy train traffic, the welding work has to be interrupted frequently and, depending on the weather conditions and the duration of the forced work break, the rail often cools below the permissible temperature during breaks. It is therefore known that rails that are welded when there is heavy train traffic are particularly prone to breakage.
Investigations of such break points showed that they are always rails with a coarse grain structure that can be attributed to the too rapid cooling of the weld point.
The invention is based on the knowledge that the disadvantages outlined can now be avoided and welding at much lower temperatures of the rail is made possible if, according to the invention, the structure of the weld point is toughened by a tempering. Above all, one must endeavor to prevent the formation of martensite or to reduce the martensite content again afterwards.
In the first case one could speak of compensation welding and in the second case of subsequent compensation. The final result is practically the same.
It is now somewhat astonishing that it has been possible to remedy the disadvantages of welding rail heads or the like, which were previously accepted as given, by means of compensation. Thanks to the invention, it will be possible in the future to obtain perfect welds even if work is interrupted several times.
The heat-treatable welding is expediently carried out in such a way that at least after every work interruption, a bead with a maximum length of 6 cm is applied, which is immediately welded over at least once without removing the slag, using welding electrodes that ensure fault-free welding allow in the slag.
With this method, temperatures around the welding point of 70-80 C with a carbon content of the welding steel of around 0.404 are sufficient to prevent the formation of the brittle grain to a sufficient extent. So you can first preheat the rail in the usual way and then have enough time to carry out the welding,
because it takes a relatively long time to cool down to these temperatures. On the other hand, the minimum temperature with the usual welding method is expediently around 300 C.
In place of or in addition to the tempered welding, subsequent tempering can be used by treating the weld point by subsequently heating it to over 400 ° C. This is recommended if the temperature of the rail drops to below 70 to 80 C before the end of the welding process, but if the other process steps of the heat-treatable welding process described above are followed.
This compensation can be brought about by subsequent heating of the welding point by any heat source. A noticeable compensation of the welding point can already be achieved at a temperature of 400 C. A tempering temperature of around 650 C, which also has a relaxing effect, is better. However, since the welding point can only be left on for a short time due to the train traffic, it is best to heat it to red heat. It is not necessary to remain at the tempering temperature for a long time.
The welding point can be allowed to cool down immediately after the red heat has been reached, whereby the only precautionary measure required is protection against dripping water (rain). The rail can be used again at a temperature of around 500 ° C. The heating of the weld to red heat, whereby the rail foot is also heated due to deformation considerations, takes only about 2 minutes using two powerful welding torches, as does the subsequent cooling to 500 C.
The time between two moves must therefore be at least 4 minutes for this method to be applicable.
In the case of rails, it is known that any desired deformation can be achieved by local heating. If only the head is brought to glowing heat, the rail sinks after cooling. If only the foot is annealed, it rises after cooling. This fact can be used to make the process cheaper, especially for butt welds, by only heating the rail head after welding. For this purpose, the two rail ends are expediently raised a little before welding, e.g.
B. 1-2 mm above the level of the driving surface. After the head has been tempered and then cooled, the welding point is then lowered to the desired height of the driving surface. The hardness of the surface of the weld must of course be at least as great as that of the rails. The electrodes used therefore advantageously have the property that they do not form any cracks when welding on the cold rail and that the weld still has a hardness of 220 Vickers units after tempering.