CZ308795A3

CZ308795A3 - Process of automatic or semi-automatic welding on rail heads

Info

Publication number: CZ308795A3
Application number: CZ953087A
Authority: CZ
Inventors: Vaclav Ing Drsc Eoldyna; Ivo Ing Hlavaty; Kamil Ing Petros; Jaromir Ing Polach; Zdenek Ing Kubel
Original assignee: Jinpo Plus A S
Priority date: 1995-11-23
Filing date: 1995-11-23
Publication date: 1997-06-11
Also published as: CZ282237B6

Description

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

Dosavadní stav techniky

Navařování opotřebených úseků hlav kolejnic tramvajového nebo železničního svršku se dosud 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, 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 = 1,1 až 15,0 %, chrom Cr = 0,05 až 20,0 %, nikl Ni = 0,05 až 13,0 %, molybden Mo = 0,05 až 1,0 %, hliník Al = 0,02 až 1,5 %, vanad V = 0,05 až 0,6 %, přičemž zbytek tvoří železo Fe a výrobní nečistoty. Tyto materiály se navařují na kolejnici obvykle dle doporučení výrobce předehřátou na 350 až 400°C pod tavidlem o basicitě pH = 1,3 až 3,2 při

J

4·.

.v v

Jí navařovacích parametrech v rozmezích napětí napětí D = 25 až 4

V, intensity proudu I = 270 až 550 A a rychlosti navařování v = 55 až 85 cm/min. '

Hlavní nevýhody tohoto způsobu navařování spočívají v pou9 .žití drahého vysoce legovaného přídavného materiálu a ve vysoké tvrdosti návaru, která je o více než 30 % vyšší, než tvrj dost základního materiálu kolejnice, přičemž tvrdost návaru se' při následujícím provozu dále zvyšuje mechanickým namáháním, vyvolaným pojížděním kol podvozku po kolejích. Vyšší tvrdost návaru než je tvrdost kolejnice způsobuje rychlé opotřebování nákolků a okolků kol tramvajového resp. železničního podvozku, což pak dále vyvolává náklady na jejich výměnu nebo renovaci.

Další nevýhody tohoto způsobu spočívají v tom, že následkem velmi obtížné opracovatelnosti 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° 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 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 a nezaručená stálá kvalita h

navaru.

- 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 pochodů při- navařování,

- 3' převážně difusí uhlíku ze základního materiálu kolejnic do návaru, budto nevhodná martensitická struktura, nebo nežádoucí trhliny v návaru a jeho okolí. Proto se při navařování automatem pod tavidlem dosud používá vysocelegovaných přídavných f materiálů na bázi chrómu- Cr a niklu Ni, na př. materiálů známých pod obchodním názvem OK Tubrodur 15.65 a 14.71, které teplem vneseným při 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 navařování opotřebených úseků hlav kolejnic kolejového svršku, kterým se docílí tvrdosti návaru .. ... .

' maximálně o. 10 I vyššího než je tvrdost základního materiálu kolejnice, jakož i neměnné·.kvality návaru s přípustnými vadami, odpovídajícími.přípustným vadám základního materiálu kolejnice,___ připoužitiněkolikanásobně levnějšího přídavného materiálu, _-než je při .navařování..automatem-podg tavidlem do.sud .p.oúžxván____- . 1.

'Dalšími, cíly vynálezu jsou úspory nákladů na předehřev kolejnic a možnost neomezeného opakování dalších oprav navarováním.

Podstata vynálezu

-V-ý-še--uvedené-nevýhodyV 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 I, 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 = £ .60.U.I/V, kde 71 je účinnost, U je napětí, I je intensitaj^řv 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 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 pohybuje v určitých tolerancích, je výhodné zvolí-li se parametry navařování horní plochy hlavy kolejnic v těchto rozmezích: napětí U = 24 až 27 V, intensita 1 = 250 až 350 A a parametry pro navařování bočních ploch hlavy kolejnice: napětí U = 34 až 38 V, intensita?! = 4T0 az 55Ό A.

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

důvodu vytvoření co možná nejméně zvlněného obrysu návaru a tím zjednodušení následujícího přebroušení jakož i vhodného závaru je výhodné, svírá-li osa hubice, kterou je přiváděn přídavný navařovací materiál ve £ormě drátu, se svislicí úhel <X = 0° až 45°.

Přehled obrázků na výkrese

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 tramvajovou kolejnicí a obr. 2 představuje příčný řez hlavovou neboli železniční kolejnicí.

Příklady provedení vynálezu *

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 nevyšrafováné části jej doplňují' na původní -neopotřebova-^J ný tvar. Opotřebená horní část hlavy“ kolejnice je-označena vztahovou značkou a opotřebovaná bočníčást hlavy je označena vztahovou značkou 2. Opotřebené plochy se _očis.tí-a—zbrousí— do-------kovového lesku a hlava se doplní do původního tvaru navařením přídavného-materiálu, -/kterým.“ je., navařovací drát -9, automatem' pod tavidlem 2* při dále uvedených parametrech. Housenky 4, 4' návaru se nanášejí na'nepředehřátou koléjnici 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 očisti. Jak je patrné 2 obr. 2, svírá osa hubice 2* kterou je navařovací drát 2 přiváděn,.....se ..s.vislicí 3— úhel—v- razme z rek. -»-'0^o~az “4'5°/'čímž se docílí jednak minimálního zvlnění navařené plochy, tvořené obál- _rkou housenek £, £' a jednak vhodného závaru. Housenky 4_, V se navařují na základní materiál kolejnice v ploše 5, 2' ztavení a na boční resp. horní plochu předchozí housenky. Plocha 5. ztavení horní housenky 4 je K-krát větší, než plocha 2 ztavení boční housenky přičemž K = 2,6. V tomto poměru také difunduje při navařování uhlík ze základního materiálu kolejnice do návaru při stejném vnášeném teple Q,‘takže při navařování bočních housenek £ je možno zvýšit tepelný příkon na hodnotu = Q^. k, aniž by se výrazně zvýšil obsah uhlíku v bočním návaru. Přitom

Q_b = tepelný příkon Q při navařování boční plochy = tepelný příkon Q při navařování horní plochy

K = konstanta 2,6

Q = % · 60 . U . I/v . (kj/cm) = účinnost zdroje (cca 0,95 při navařování automatem pod tavidlem

U = svařovací napětí ve voltech /V/

I = intensita svařovacího proudu v ampérech /A/ v = rychlost posuvu navařovací,hubice /cm/min./ ¹ i _t

Obsah uhlíku v návaru značně ovlivňuje strukturu návaru a nesmí být vyšší než 0,3 %, aby návar neobsahoval martensítickou 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 I, 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 z ocelí, 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 I jsou uvedeny parametry navařování přídavného materiálu - navařovacího drátu známého pod obchodním názvem A 106 o směrném hmotnostním chemickém složení uhlík'C ^;=“η η?· ‘0,0.7’ΐ , křemík Si = 0,06 %, mangan Μη = 1,11 %, fosfor Ρ = 0,009 %, síra S = 0,011 % na horní plochy (poř. Č. 1-12) a na boční plochy (por. č, 13-17) hlav kolejnic vyrobených z materiálu 75ČSD a 95ČSD-Vk, kterými se docílí návar, ^Λ jehož tvrdost je maximálně o 10 % vyšší než tvrdost základního materiálu kolejnice, neobsahuje martensit, přičemž přípustné, vady odpovídají přípustným vadám základního materiálu kolejnice. - ......- ........

Tabulka I.

poř. typ parametry navařování vnesené teplo » tvrdost

č. kolejnice U(V) I (A) ·. νίοπι/Γήίη?) Q(kJ/cm) SV ·. ,

1	95CSD-Vk ’	24	_ 350	. 75	... 6,38 r π · >-r · Γ ·*> rr/..· - ΪΤ-.	t 287 .
2		24'’ ‘	350	61	7,85.	295
3 ‘		24 '	360	*75	''' 6,57 ' *·	315
4		27	* 3θθ'	75	6,15 <1 .	310 ·
5	75ČSD-	24	250	43'	.7,95	255 '
6 .		24 _	~ . 250.	...:.57.... -	..6,0 . .	—•--260 -
	dz ______,	_______	. .. - .u>. ·	.. . -------- -	- --—7’“· —	----- -
7		24	3 00	60	6,84'	267
8	Λ. - . ,	24	350	61	- -7,85	' 265
9		24	360	75	6,57	270
10	*	24	^l280	'65	5,90	265
1 1		24 ·	330	57	7,92	263
12		27	. 350 .	. 75	7,18	271
13		34	4.50	60	14,5.0..... ..._	______252_______
—	. . . . .. s--L »-	- - ···	• “Γ-¹ · “	- - -
14	i	34	450	45	19,30	264
15		34	550	55	19,38	272
16		36	450	60	15,39 '	258
17		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, t.j; napětí U, intensity proudu,I a rychlosti posuvu v v rámci stanoveného množství vneseného tepla,Q. Vnesené teplo Q ’se při navařování horních ploch hlavy kolejnice pohybuje v-rozmezí Qjj = 5,9 až 8,0 kJ/cm, rychlost posuvu v rozmezí v^ = 40 až 75 cm/min., napětí U . = 24 až 27 V',a inténsi^/TT^^SO až

Π Π

350 A. Vnesené teplo Q pro .navařování bočních ploch hlavy kolejnice se pohybuje v rozmezí Q_fi = 15,3 až 20,8 kJ/cm, rychlost v rozmezí v = 40 až 75 cm/min., napětí U_n = 34 až 38 V a intensTEáýTr^'450 až 550 A.

p

Navařováním těmito parametry se potlačí difuse uhlíku ze základního materiálu do návaru, takže návar obsahuje uhlíkv rozmezí C = 0,1 až 0,3%, přičemž množství vneseného tepla Q zajistí, aby se při ochlazování na'vzduchu^rpři teplotě vzduchu vyšší nebo rovné 1O°C nepřekročila kritická rychlost ochlazování, která by vedla ke vzniku martensitické struktury a aby v návaru a jeho okolí nevznikaly trhliny.

Průmyslová využitelnost

Způsob automatického.nebo poloautomatického navařování hlav kolejnic železničního nebo tramvajového svršku lze použít při opravách vyježděných kolejnic, obzvláště při opravách v ob loucích kolejové dráhy, kde se preferuje stejná tvrdost návaru jako jé tvrdost kolejnic.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY'

1 Způsob automatického nebo poloautomatického navařování přídavného materiálu za použití távidla 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 rozmezích-uhlík C = 0,45'až 0,$2 %, mangan Mn = 0,7 až 1,5 %, křemík Si = 0,07 až 0;55.S, zbytek tvoří železo .Fe a výrobní nečistoty v y-zn a č e n ý tím , že přídavný materiál o hmotnostním chemickém složení uhlík..£ - 0,06 až 0,10 %, mangan Mh =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 -př‘i ^množství··'-- vnesenéhotepla _ř - , ' ·

Q = (5,9 až 8,0 kj/cm) ..K * kde Q - 7 * ' -jg-účinnost.,—U^e~napěhí-,—I-he— . intensitafa^v^-jeT^ychlost posuvu, přičemž K - 1. pr.o^; navařoA._'__váηí^J:horηíTplo.chy.(.h'lávy.. kole-jni-ee- -a--K~=---2-> 6-pro-navařování^-“ boční 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 -vo l-ι- v--rozmez i~ na pěti 11-=^24^- az' 2'7~ v a intensita 7> I = 250 až 350 A. ' ‘ ,
3. Způsob automatického nebo poloautomatického navařování pří- » dávného materiálu podle nároku 1 vyznačený t í-m , že parametry navařování'boční’ plochy hlavy kolejnice se volí v rozmezí napětí U - 34 až 38 V- a intensita 1 = 450 až 550 A.
4. Způsob automatického nebo poloautomatického navařování podle nároku 1 vyznačený tím, že přídavný navařovací materiál je přiváděn hubicí, jejíž osa svírá se svislioí (3) úhel <X = 0° až 45°.