CZ282237B6

CZ282237B6 - Způsob automatického nebo poloautomatického navařování hlav kolejnic

Info

Publication number: CZ282237B6
Application number: CZ953087A
Authority: CZ
Inventors: Václav Ing. Drsc. Eoldyna; Ivo Ing. Hlavatý; Kamil Ing. Pětroš; Jaromír Ing. Polach; Zdeněk Ing. Kübel
Original assignee: Jinpo Plus A.S.
Priority date: 1995-11-23
Filing date: 1995-11-23
Publication date: 1997-06-11
Also published as: CZ308795A3

Abstract

Způsob automatického nebo poloautomatického navařování přídavného materiálu za použití tavidla o basicitě pH=1,3 až 3,2 na opotřebované horní a/nebo boční plochy hlav kolejnic tramvajového, respektive železničního svršku o hmotnostním chemickém složení ocelových kolejnic, pohybujícím se v rozmezí uhlík C=0,45 až 0,82 %, mangan Mn=0,7 až 1,5 %, křemík Si=0,07 až 0,55 %, zbytek tvoří železo Fe a výrobní nečistoty, při kterém se přídavný materiál o hmotnostním chemickém složení uhlík C=0,06 až 0,10 %, mangan Mn=0,5 až 1,5 %, křemík Si=0,07 až 0,55 % zbytek tvoří železo Fe a výrobní nečistoty, nanáší na hlavu kolejnice elektrickým obloukem při množství vneseného tepla Q= (5,9 až 8,0 kJ/cm). K, kde Q=.eta. . 60 . U . I/v, .eta. je účinnost, U je napětí, I je intensita proudu a v je rychlost posuvu, přičemž K=1 pro navařování horní plochy kolejnice a K=2,6 pro navařování boční plochy hlavy kolejnice při rychlosti posuvu v=40 až 75 cm/min. ŕ

Description

Způsob automatického nebo poloautomatického navařování hlav kolejnic

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu automatického nebo poloautomatického navařování opotřebených úseků hlav kolejnic kolejového svršku tramvajové resp. železniční drahý, kde návar doplní opotřebený nebo jinak poškozený profil hlavy kolejnice s výhodou bezprostředné na kolejovém svršku bez jeho demontáže.

Dosavadní stav techniky

Navařování opotřebených íisekíi hlav kolejnic tramvajového nebo železničního svršku se dosud i? provádí navařením přídavného materiálu většinou elektrickým obloukem a to bud' ručně obalenou elektrodou, nebo automatem pod tavidlem plným drátem nebo automatem trubičkovým drátem s vlastní ochranou, v ochranné atmosféře nebo pod tavidlem.

Automatické navařování je oproti ručnímu navařování výhodné z hlediska produktivity práce. 20 neměnné kvality návaru po celé délce navařovaného úseku v důsledku minimalisování vlivu lidského faktoru. Doposud se při navařování automatem pod tavidlem používají přídavné materiály ze středně nebo vysoce legovaných ocelí, jejichž hmotnostní chemické složení se pohybuje v rozmezích uhlík C = 0.04 až 0.15 %. křemík Si = 0.05 až 1.0 %. mangan Mn = l.l až 15.0 %. chrom Cr = 0.05 až 20.0 %. nikl Ni = 0.05 až 13.0 %. molybden Mo = 0.05 až 1.0 %. 25 hliník AI = 0.02 až 1.5 %. vanad V = 0.05 až 0.6 %. přičemž zbytek tvoři železo Fe a výrobní nečistoty . Tyto materiály se navařují na kolejnici obvy kle dle doporučení výrobce předehřátou na 350 až 400 ³C pod tav idlem o basicitě pH = 1.3 až 3.2 při navařovacích parametrech v rozmezích napětí napětí U = 25 až 32 V. intensity proudu 1 = 270 až 550 A a rychlosti navařování v = 55 až 85 cm/min.

30'

Hlavní nevýhody tohoto způsobu navařování spočívají v použití drahého vysoce legovaného přídavného materiálu ave vysoké tvrdosti návaru. která je o více než 30 % vyšší, než tvrdost základního materiálu kolejnice, přičemž tvrdost návaru se při následujícím provozu dále zvyšuje mechanickým namáháním, vyvolaným pojížděním kol podvozku po kolejích. Vyšší tvrdost 3? návaru než je tvrdost kolejnice způsobuje ry chlé opotřebování nákolkú a okolků kol tramvajového resp. železničního podvozku, což pak dále vyvolává náklady na jejich výměnu nebo renovaci.

Další nevýhody tohoto způsobu spočívají vtom, že následkem velmi obtížné opracovatelnosti 40 návaru daného chemického složení nelze později opotřebovaný návar znovu opravit dalším návarem a že při navařování je ve většině případů nutný předehřev kolejnic na 350 ⁰ až 400 °C.

Nevýhody drahého přídavného materiálu a vysoké tvrdosti navařené vrstvy se nevyskytují při ručním obloukovém navařování. při kterém se jako přídavný materiál používají elektrody, jejichž 4? hmotnostní chemické složení se pohybuje v rozsahu uhlík C = 0.06 až 0.75 %. křemík Si = 0.1 až

0.5 %, mangan Mn = 0,7 až 1.5 %, molybden Mo = 0,1 až 0.35 %, zbytek tvoří železo Fe a výrobní nečistoty.

Nevýhodou ručního obloukového navařování je však již dříve zmíněná nízká produktivita práce 5o a nezaručená stálá kvalita návaru.

Navařování hlav kolejnic automatem pod tavidlem jiným materiálem, než vpředu uvedeným se neprovádělo, protože existoval předsudek, že při navařování nelegovaného přídavného materiálu vznikne následkem metalurgických pochodu při navařování. převážné difusí uhlíku ze základního materiálu kolejnic do návaru. buďto nevhodná martensitická struktura, nebo nežádoucí trhliny v návaru a jeho okolí. Proto se při navařování automatem pod tavidlem dosud používá vysoce legovaných přídavných materiálů na bázi chrómu Cr a niklu Ni. např. materiálů známých pod obchodním názvem OK Tubrodur 15.65 a 14.71. které teplem vneseným při 5 navařování a zpravidla v kombinaci s předchozím ohřevem vytvoří po zchladnutí na vzduchu při teplotě cca 10 'C a vyšší austenitickou strukturu návaru a martensitickou strukturu podnávarové vrstvy.

Cílem předkládaného vynálezu je takový způsob automatického nebo poloautomatického lo navařování opotřebených úseků hlav kolejnic kolejového svršku, kterým se docílí tvrdosti návaru maximálně o 10 % vy ššího než je tvrdost základního materiálu kolejnice jakož i neměnné kvality návaru s přípustnými vadami, odpovídajícími přípustným vadám základního materiálu kolejnice, při použití několikanásobně levnějšího přídavného materiálu, než je při navařování automatem pod tavidlem dosud používán. Dalšími cíly vynálezu jsou úspory nákladů na předehřev kolejnic i? a možnost neomezeneho opakování dalších oprav navařováním.

Podstata vynálezu

2o Výše uvedené nevýhody v podstatě odstraňuje způsob automatického nebo poloautomatického navařování přídavného materiálu za použití tavidla o basicitě pH = 1.3 až 3.2 na opotřebované horní a/nebo boční plochy hlavy kolejnic tramvajového resp. železničního svršku o hmotnostním chemickém složení ocelových kolejnic, pohybujících se v rozmezích uhlík C = 0.45 až 0.82 %. mangan Mn = 0.7 až 1.5 %. křemík Si = 0.07 až 0.55 %. zbytek tvoří železo Fe a výrobní nečistoty, jehož podstata spočívá v tom. že přídavný materiál o hmotnostním chemickém složení uhlík C = 0.06 až 0.10 %. mangan Mn = 0.5 až 1.5 %, křemík Si = 0.05 až 0.5 %. zbytek železo Fe a výrobní nečistoty, se nanáší na hlavu kolejnice elektrickým obloukem při množství vneseného tepla Q = 5.9 až 8.0 kJ . K. kde Q = η . 60 . U.I/v. kde η je účinnost. L’ je napětí. I je intensita proudu a v je rychlost posuvu, přičemž K= 1 pro navařování horní plochy hlavy kolejnice a K = 2.6 pro navařování boční plochy hlavy kolejnice a rychlosti posuvu v= 40 až ⁷5 cm, min.

Způsobem navařování podle předloženého vynálezu to jest při použití levného přídavného materiálu a bez nutnosti předehřevu kolejnic se dosáhne návaru, jehož tvrdost se neliší od 35 tvrdosti základního materiálu kolejnice o více než 10 %. přičemž návar ani jeho okolí nevykazuje nepopuštěnou martensitickou strukturu ani trhliny .

S ohledem na to. že chemické složení jak kolejnic, tak i přídavného materiálu se pohy buje v určitých tolerancích, je výhodné zvolí-li se parametry navařování horní plochy hlavy kolejnic 40 v těchto rozmezích: napětí U = 24 až 27 V, intensita proudu I = 250 až 350 A a parametry pro navařování bočních ploch hlavy kolejnice: napětí U = 34 až 38 V, intensita proudu i = 450 až 550 A.

Při navařování těmito parametry se při všech možných kombinacích tolerancí hmotnostního 45 chemického složení a nečistot základního materiálu kolejnice a přídavného materiálu docílí vždy návaru bez nepopuštěné martensitické struktury a bez škodlivých trhlin.

Z důvodu vytvoření co možná nejméně zvlněného obry su návaru a tím zjednodušení následujícího přebroušení jakož i vhodného závaru je výhodné, svírá-li osa hubice, kterou je 5u přiváděn přídavný navařovaci materiál ve formě drátu, se svislici úhel ct = 0° až 45^;.

Přehled obrázků na v vkřese

Na přiložených výkresech je znázorněn příklad profilů kolejnic, na jejichž opotřebované hlavy se navařuje přídavný materiál podle vynálezu, kde obr. 1 představuje příčný řez žlábkovou neboli 5 tramvajovou kolejnicí a obr. 2 představuje příčný řez hlavovou neboli železniční kolejnicí.

Příklady provedeni vynálezu io Na přiloženém obr. 1 je znázorněna hlava žlábkové-tramvajové kolejnice a na obr. 2 hlava hlavové-železniční kolejnice v řezu, kde vyšrafovaná část znázorňuje tvar opotřebované hlavy a nevyšrafované části jej doplňují na původní neopotřebovaný tvar. Opotřebená horní část hlavy kolejnice je označena vztahovou značkou 1 a opotřebovaná boční část hlavy je označena vztahovou značkou 2. Opotřebené plochy se očistí a zbrousí do kovového lesku a hlava se doplní 1? do původního tvaru navařením přídavného materiálu, kterým je navařovací drát 9. automatem pod tavidlem 7. při dále uvedených parametrech. Housenky 4. 4' návaru se nanášejí nanepředehřátou kolejnici kolejového svršku v podélném směru při teplotě okolní atmosféry vyšší nebo rovné 10 °C a před nanesením následující sousední nebo horní housenky se předchozí housenka vždy očistí. Jak je patrné z obr. 2. svírá osa hubice 8. kterou je navařovací drát 9 přiváděn, se svislicí 3 úhel v rozmezí a = 0° až 45°. čímž se docílí jednak minimálního zvlnění navařené plochy, tvořené obálkou housenek 4. 4' a jednak vhodného závaru. Housenky 4. 4’ se navařují na základní materiál kolejnice v ploše 5. 5' ztaveni a na boční resp. horní plochu předchozí housenky. Plocha 5 ztaveni horní housenky 4 je K-krát větší, než plocha 5' ztaveni boční housenky 4'. přičemž K = 2.6. V tomto poměru také difunduje při navařování uhlík ze

2? základního materiálu kolejnice do návaru při stejném vnášeném teple Q. takže při navařování bočních housenek 4'je možno zvýšit tepelný příkon Q_b na hodnotu Q_b = Q_b . K. aniž by se výrazně zvýšil obsah uhlíku v bočním návaru. Přitom

Q_b = tepelný příkon Q při navařování boční plochy

3D Q_b = tepelný příkon Q při navařování horní plochy

K = konstanta 2.6

Q = η . 60 . I; . I/v (kJ cm) η = účinnost zdroje (cca 0.95 při navařování automatem pod tavidlem

U = svařovací napětí ve voltech /V/

I = intensita svařovacího proudu v ampérech /A/ v = ry chlost posuvu navařovací hubice /cm/min./

Obsah uhlíku v návaru značně ovlivňuje strukturu návaru a nesmí být vyšší než 0.3 %. aby návar neobsahoval martensitickou strukturu a nežádoucí trhliny.

Hmotnostní chemické složení ocelových kolejnic, na které se návar provádí se pohybuje v rozmezích: uhlík C = 0,4 až 0.85 %. mangan Mn = 0,7 až 1.45 %, křemík Si = 0,08 až 0.55 %. přičemž zbytek tvoří železo Fe a výrobní nečistoty. Jde např. o kolejnice vyrobené zocelí, známých pod obchodním označením 75ČSD. jejichž tvrdost je cca 250 HV. 85ČSD-Vk. jejichž tvrdost je cca 270 HV a 95ČSD-Vk. jejichž tvrdost je cca 290 HV.

Navařování se provádí automatem pod tavidlem o basicitě pH = 1.3 až 3.2. např. tavidlem známým pod obchodním označením OK 10.71.

Navařuje se přídavný nelegovaný materiál ve formě drátu o hmotnostním chemickém složení uhlík C = 0.06 až 0.10 %. mangan Mn = 0,5 až 1,5 %, křemík Si = 0,05 až 0.50 %. zbytek železo a výrobní nečistoty.

? V následující tabulce [jsou uvedeny parametry navařování přídavného materiálu - navařovacího drátu známého pod obchodním názvem A 106 o směrném hmotnostním chemickém složení uhlík C = 0.07 %. křemík Si = 0,06 %, mangan Mn =1.11 %, fosfor P = 0.009 %. síra S = 0.01 1 % na horní plochy (poř. č. 1-12) a na boční plochy (poř. č. 13-17) hlav kolejnic vy robených z materiálu 75ČSD a95ČSD-Vk. kterými se docílí návar. jehož tvrdost je maximálně o 10 % io vy šší než tvrdost základního materiálu kolejnice, neobsahuje martensit. přičemž přípustné vady odpovídají přípustným vadám základního materiálu kolejnice.

Tabulka I.

parametry navařování

poř. č.	ty p kolejnice	U(V)	I(A)	v (cm/min.)	vnesené teplo Q (kJ/cm)	tvrdost HV
1	95ČSD-Vk	24	350	75	6.38	287
-i		24	350	61	7.85	295
		24	360	75	6.57	315
4		•Ί -7	300	75	6,15	310
>	75ČSD	24	250	43	7.95	255
6		24	250	57	6.0	260
-		24	300	60	6,84	267
8		24	350	61	7,85	265
9		24	360	75	6,57	270
10		24	280	65	5.90	265
1 1		24	330	57	7.92	263
12		27	350	75	7.18	271
13		34	450	60	14,50	252
14		34	450	45	19,30	264
15		34	550	55	19.38	? 7?
16		36	450	60	15.39	258
Γ		38	550	60	19,90	261

Předkládaný způsob automatického nebo poloautomatického navařování opotřebených úseků hlav kolejnic kolejového svršku využívá vhodné kombinace chemického složení základního materiálu kolejnice, navařovaného materiálu a navařovacích parametrů, tj. napětí U. intensity 20 proudu 1 a rychlosti posuvu v v rámci stanoveného množství vneseného tepla Q. Vnesené teplo Q se při navařování horních ploch hlavy kolejnice pohybuje v rozmezí Q_fI = 5.9 až 8.0 kJ/cm. ry chlost posuvu v rozmezí v_H = 40 až 75 cm/min.. napětí U₍₎ = 24 až 27 V a intensita proudu I_H = 50 až 350 A. Vnesené teplo Q pro navařování bočních ploch hlavy kolejnice se pohybuje v rozmezí Q_B = 15.3 až 20.8 kJ cm, rychlost v rozmezí v_B = 40 až 75 cm/min.. napětí U_B = 34 až 25 38 V a intensita proudu Í_B = 450 až 550 A.

Navařováním těmito parametry se potlačí difuse uhlíku ze základního materiálu do návaru. takže návar obsahuje uhlík v rozmezí C = 0.1 až 0.3 %. přičemž množství vneseného tepla Q zajistí, aby se při ochlazování na vzduchu při teplotě vzduchu vyšší nebo rovné 10 ³C nepřekročila jo kritická rychlost ochlazování, která by vedla ke vzniku martensitické struktury a aby v návaru a jeho okolí nevznikaly trhliny.

- 4 CZ 2<82237 B6

Průmyslová využitelnost

Zptisob automatického nebo poloautomatického navařování hlav kolejnic železničního nebo tramvajového svršku lze použít při opravách vyježděných kolejnic, obzvláště při opravách v obloucích kolejové dráhy, kde se preferuje stejná tvrdost návaru jako je tvrdost kolejnic.

Claims

1. Způsob automatického nebo poloautomatického navařování přídavného materiálu za použití tavidla o basicitě pH = 1.3 až 3.2 na opotřebované horní anebo boční plochy hlav kolejnic tramvajového, respektive železničního svršku o hmotnostním chemickém složení ocelových i? kolejnic, pohybujícím se v rozmezích uhlík C = 0.45 až 0.82 %. mangan Mn = 0.7 až 1.5 %.

křemík Si = 0.07 až 0.55 %, zbytek tvoří železo Fe a výrobní nečistoty, vyznačený tím. že přídavný materiál o hmotnostním chemickém složení uhlík C = 0.06 až 0.10 %. mangan Mn = 0.5 až 1,5 %. křemík Si = 0.05 až 0.5 %. zbytek tvoří železo Fe a výrobní nečistoty , se nanáší na hlavu kolejnice elektrickým obloukem při množství vneseného tepla

Q = (5.9 až 8,0kJcm).K kde Q = η . 60 . U . I v. η je účinnost. L je napětí. I je intensita proudu a v je rychlost posuvu, přičemž K= 1 pro navařování horní plochy hlavy kolejnice a K = 2.6 pro navařován boční 2? plochy hlavy kolejnice a rychlosti posuvu v = 40 až 75 cm/min.

2. Způsob automatického nebo poloautomatického navařování přídavného materiálu podle nároku 1. vyznačený tím. že parametry navařování horní plochy hlavy kolejnice se volí v rozmezí napětí U = 24 až 27 V a intensita proudu I = 250 až 350 A.

3. Způsob automatického nebo poloautomatického navařování přídavného materiálu podle nároku 1. vyznačený tím, že parametry navařování boční plochy hlavy kolejnice se voli v rozmezí napětí L' = 34 až 38 V a intensita proudu I = 450 až 550 A.

35 4. Způsob automatického nebo poloautomatického navařování podle nároku 1.

vyznačený tím. že přídavný navařovací materiál je přiváděn hubicí, jejíž osa svírá se sv islicí (3) úhel a = 0° až 45°.