DE1241685B

DE1241685B - Verfahren zum thermischen Nachbehandeln der Naht stirnseitig verschweisster Schienen

Info

Publication number: DE1241685B
Application number: DEE29044A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Meier; Dr-Ing Joseph Eisenmann; Dipl-Ing Ruthard Dohse
Original assignee: Elektro Thermit GmbH
Current assignee: Goldschmidt ETB GmbH
Priority date: 1965-04-06
Filing date: 1965-04-06
Publication date: 1967-06-01
Also published as: US3456333A; GB1136356A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 23 k

Deutsche Kl.: 49 h-35/01

Nummer: 1241685

Aktenzeichen: E29044Ib/49h

Anmeldetag: 6. April 1965

Auslegetag: 1. Juni 1967

Es ist bekannt, die Schienen von Gleis- und Weichenanlagen aus wirtschaftlichen und fahrtechnischen Gründen zu verschweißen, wobei das aluminothermische Schweißverfahren bevorzugt angewendet wird.

Bei den Lastspannungen handelt es sich vorwiegend um Biegespannungen infolge schwingender Beanspruchung der Schweißstelle durch die bewegten Radlasten der Fahrzeuge. Die Eigenspannungen, die sich in ihrer Größe und Verteilung im Gleichgewicht befinden, haben ihre Ursache hauptsächlich in einer verfahrensbedingten, ungleichmäßigen Erwärmung oder Abkühlung der Schweißung und der benachbarten Zonen mit teilweiser überelastischer Verformung des Schienen- und Schweißwerkstoffes, wobei die Größe und Verteilung dieser im allgemeinen als Schrumpfspannungen bezeichneten Wärmezwangsspannungen von dem Schweißverfahren abhängig sind und ferner in den klimatisch bedingten Temperaturänderungen der Schienen, die in ihrer Größe und Richtung wechselnde Spannungen zur Folge haben.

Auf Grund der Beanspruchung ist das Festigkeitsverhalten der Schienenschweißverbindung im wesentlichen bestimmt durch eine Dauerschwingbeanspruchung, bei welcher der Schienenfuß wechselnden Biegezugbeanspruchungen ausgesetzt ist. Da der Bruch eines Werkstückes bei schwingender Beanspruchung meist an der Oberfläche beginnt und eher eingeleitet wird, wenn die Oberflächen in Zug-Spannungsfeldern liegen, gehen Dauerbrüche von Schienenschweißungen im allgemeinen von Unregelmäßigkeiten im Bereich des Schienenfußes, wie z. B. von kleinen Einbrand- oder Bearbeitungskerben, Überlappungen, Querschnittsveränderungen, Gasblasen oder Schlackeneinschlüssen, aus.

Die Dauerschwingfestigkeit von Schienenverbindungsschweißungen liegt unterhalb der Dauerschwingfestigkeit ungeschweißter Schienen.

Die gesteigerte Anforderung an die Tragfähigkeit der Schienen verlangt wegen der Forderung einer ausreichenden Sicherheit der geschweißten Gleis- und Weichenanlagen eine erhöhte Dauerschwingfestigkeit der Schienenschweißung. Es ist bereits eine Schweißung nach dem aluminothermischen Zwischengußverfahren ohne Stauchung bekannt, bei der die Zwischengußlücke in den Randzonen der Werkstücke schmaler ist als im Innern des Querschnittes. Die Verbesserung soll hierbei durch eine Vergrößerung des Widerstandsmomentes der Schiene erzielt werden. Dabei entstehen jedoch zusätzlich im Bereich des Schienenfußes Kerben, die zu einer Herabsetzung Verfahren zum thermischen Nachbehandeln der
Naht stirnseitig verschweißter Schienen

Anmelder:

Elektro-Thermit G. m. b. H.,
Essen, Gerlingstr. 125

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Hermann Meier,
Dr.-Ing. Joseph Eisenmann,
Dipl.-Ing. Ruthard Dohse, München

der Dauerfestigkeit führen können. Dies tritt insbesondere bei Schienen auf, die hohen Lastwechselzahlen ausgesetzt sind.

Ferner ist ein Verfahren zum Zusammenschweißen von metallischen Gegenständen, wie z. B. Schienenenden, Profilen u. dgl., bekannt, bei dem die zu verschweißenden, möglichst metallisch blank und eben bearbeiteten Flächen unter Pressung dicht aneinandergestoßen werden, die unmittelbare Umgebung dieser Flächen allseitig auf dem gesamten Umfang der Begrenzungslinie dieses Stoßes möglichst gleichförmig zusammen mit der Umgebung erwärmt und beim Erreichen der Umkristallisationstemperatur, jedoch noch unterhalb der Soliduslinie des Materials, die Vereinigung der beiden Flächen durch neuerliches Zusammenpressen vollendet wird. Dabei werden die zu verschweißenden Stirnseiten der Schienen möglichst gleichmäßig über den gesamten Querschnitt erwärmt.

Die Aufgabe, die Dauerschwingfestigkeit der Schweißstelle zu erhöhen, wird beim thermischen Nachbehandeln erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperatur im Schienensteg über eine Zeitdauer höher gehalten wird als in Kopf und Fuß.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird bewirkt, daß in den der Schweißung benachbarten Schienenzonen Zugeigenspannungen auftreten.

So ist es möglich, daß beim Abkühlen der Schweißstelle Kopf und Fuß verstärkt abgekühlt werden. Hierzu kann z. B. bei der bekannten aluminothermischen Schienenschweißung, bei der die zu schweißenden Schienenenden von einer Gießform umgeben, im Innern der Form vorgewärmt und anschließend durch aluminothermisch erzeugten Stahl miteinander verschmolzen werden, die Gießform nach dem Guß im

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Bereich des Schienenkopfes und -fußes sofort nach Erstarrung des Schweißgutes entfernt und im Bereich des Steges bis zur vollständigen Abkühlung belassen werden. Die am Steg verbleibenden Formteile bedingen dabei durch ihre wärmeisolierende Wirkung eine verzögerte Abkühlung des Steges und damit Zugeigenspannungen in diesem Bereich.

Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung des Eigenspannungszustandes und damit des Dauerschwingverhaltens besteht erfindungsgemäß darin, daß beim Abkühlen der Schweißstelle dem Steg Wärme zugeführt wird oder nach dem Abkühlen der Schweißstelle der Steg erneut erhitzt wird. Hierdurch entstehen ebenfalls Zugspannungen im Bereich des Steges und Druckspannungen bzw. verminderte Zugeigenspannungen im Kopf- und Fußbereich.

Der Grad der Erhitzung richtet sich dabei im wesentlichen nach dem Werkstoff, d. h. den Schienen- und Schweißwerkstoffen, insbesondere dem Kohlenstoffgehalt. Stegerhitzungen von 75° C aufwärts sind dabei angebracht.

Die Wärmezufuhr kann dabei auf beliebige Weise erfolgen, wie z. B. durch gas- bzw. flüssiggasbetriebene Brenner, elektrisch durch Widerstands- oder induktive Erhitzung. Bevorzugt ist dabei die erneute Erwärmung des Stegs durch die Reaktion einer auf die erforderliche Erwärmung abgestimmten exothermischen, vorzugsweise aluminothermischen Masse.

Die exo- bzw. aluminothermischen Massen werden z. B. in Form von Erwärmungspaketen mit Hilfe eines Spannbügels oder auf beliebige andere Weise an den Stegbereich der Schiene angesetzt und entzündet, wobei die bei der Reaktion frei werdende Wärmemenge anschließend völlig selbsttätig auf den zu erwärmenden Stegbereich übertragen wird. Die nicht an der Schiene anliegenden Oberflächen dieser Pakete sind dabei zweckmäßigerweise gegen Wärmeabfuhr geschützt. Dieses Verfahren gewährleistet, daß Ausführungsfehler vermieden und die auf die betreffende Schienenqualität abgestimmte Erwärmung für die Erzeugung der gewünschten Eigenspannungen mit Sicherheit erzielt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum thermischen Nachbehandeln der Naht stirnseitig verschweißter Schienen, d adurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Schienensteg über eine Zeitdauer höher gehalten wird als in Kopf und Fuß.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abkühlen der Schweißstelle Kopf und Fuß verstärkt abgekühlt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abkühlen der Schweißstelle dem Steg Wärme zugeführt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlen der Schweißstelle der Steg erneut erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erneute Erwärmung des Stegs durch die Reaktion einer auf die erforderliche Erwärmung abgestimmten exothermischen, vorzugsweise aluminothermischen Masse erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 952 144, 952 643.