DE2161134B2

DE2161134B2 - PROCESS FOR ALUMINOTHERMAL INTERCAST WELDING OF RAILS

Info

Publication number: DE2161134B2
Application number: DE19712161134
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Dr. 4300 Essen Guntermann
Original assignee: Elektro Thermit GmbH
Current assignee: Goldschmidt ETB GmbH
Priority date: 1971-12-09
Filing date: 1971-12-09
Publication date: 1977-05-12
Also published as: DE2161134A1; HK22878A; AR194141A1; GB1349810A; ZA722680B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum aluminathermischen Zwischengußschweißen von Schienen, wobei die zu verbindenden, mit einer feuerfesten Gießform umgebenen Schienenenden vor dem Einguß des aluminothermisch erzeugten Stahles in die Gießform durch Fremdmittel erhitzt werden.The invention relates to a method for aluminathermic inter-cast welding of rails, the rail ends to be connected, surrounded by a refractory casting mold, prior to pouring of the aluminothermically produced steel in the casting mold are heated by external means.

Es ist bekannt, die bei dem aluminothermischen Zwischengußschweißen von Schienen zu verbindenden, eingeformten Schienenenden vor dem Verguß zu erhitzen. So wird z. B. in dem deutschen Patent 10 46 449 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum aluminothermischen Zwischengußschweißen von Werkstücken, vorzugsweise Schienen, beschrieben, bei dem die Vorwärmung der von Formkörpern (Gießformen) umgebenenSchienenenden durch von oben in den Steigerkanal der Gießform schlagende Flammen ertolgt. Gemäß der Zeitschrift »Schweißen und Schneiden«, Heft 9/66, S. 431/432 ist dabei unter Vorwärmung eine Erhitzung der Schienenstöße auf etwa 1000° C zu verstehen, bevor über 200° C heißer, in die Gießform eingeleiteter, aluminothermisch erzeugter Stahl die Schienenenden zusammenschmilzt.It is known that in the aluminothermic inter-cast welding of rails to be connected, to heat molded rail ends before potting. So z. B. in the German patent 10 46 449 a method and a device for aluminothermic inter-cast welding of Workpieces, preferably rails, are described in which the preheating of moldings (casting molds) surrounded rail ends by flames striking from above into the riser channel of the casting mold occurs. According to the magazine "Schweiß und Schneid", issue 9/66, p. 431/432 is under Preheating means heating the rail joints to around 1000 ° C, before being over 200 ° C hotter, in The casting mold of aluminothermically produced steel melts the rail ends together.

Bei den bekannten Verfahren zum aluminothermischen Zwischengußschweißen von Schienen wird die Vorwärmung der Schienenenden auf etwa 1000° C, die z. B. bei Schienen mit einem Meter-Gewicht von etwa 50 kg in 5 bis 25 Minuten erfolgen kann, als grundlegende verfahrensmäßige Bedingung zur Erzielung einwandfreier Schweißungen angesehen. Eine Vorwärmung unter diese Temperaturgrenze gilt als unzulässig, vielmehr wurden zur Unterstützung der Aufschmelzwirkung des nach der Vorwärmung in die Gießform eingegossenen heißflüssigen Stahls noch höhere Vorwärmetemperaturen empfohlen.In the known method for aluminothermic inter-cast welding of rails Preheating of the rail ends to about 1000 ° C, the z. B. for rails with a meter weight of about 50 kg can be done in 5 to 25 minutes, as a basic procedural condition for achieving it flawless welds. Preheating below this temperature limit is considered to be inadmissible, rather were to support the melting effect of the after preheating in the Even higher preheating temperatures are recommended for hot molten steel cast in the mold.

Zur Vorwärmung der Schienen bei der aluminothermischen Schienenschwcißunp wird in dem Buch von W. Günther und F. Proschek, »Die aluminothermisch^ Schweißung«, Halle, 1959, S. 139 bis 142, ausgeführt, daÜ die Wichtigkeit der Vorwärmung häufig noch nicht richtig erkannt sei. Das Mißlingen de~ Schweibung sei imnu'r wieder auf eins: ungenügende <«> Vorwärmung zurückzuführen. In der Rege' würden die /.u verschweißenden Werkslückenden auf Temperaturen 7V- .i'hen 800 und 900^c C gebrach',. Es wird aiisdn'K 1 idi darauf Hingewiesen, daß ohne zwingenden f ".rimü von dieser Rciii.'i nicht abgewichen werden sollte. <>-■ Die Autoren weis: u i_;h: if hin, daU man nur in Ausnahmefällen von dies·. ogel abweichen dürfte. Sie fuhren als Beispiel die leinenführung einer Schweißung im Erzbergbau an, bei der die Verwendung von Propan zur Vorwärmung untertage nicht möghen sei. Hier könnten aber die Anforderungen hinsichtlich der Güte der Schweißung geringer gesetzt we-den, da diese Gleise mit relativ leichten Fahrzeugen befahren werden. Ein weiteres Beispiel, bei dem von dieser Regel abgewichen werden könne, sei die Auftragsschweißung von Stahlkokillen. Dabei würden Porenfreiheit oder bestimmte festigkeitswerte nicht verlangt Die Autoren weisen aber darauf hin, daß in der Regel die Vorwärmung jedoch eine der wesentlichsten Einflußgrößen sei, die das Gelingen der Schweißung bestimmten Hieraus mußte der Fachmann die Lehre entnehmen, daß zur Erzielung von hochwertigen Schweißungen eine Vorwärmung der Schienenenden auf eine Temperatur von unter 800° C auf jeden Fall nachteilig ist. In Band 83 der »Eisenbahn-Lehrbücherei der Deutschen Bundesbahn« Josef Keller Verlag, 1965, wird deshalb auf Seite 151 auch ausdrücklich vorgeschrieben, daß die Schienenenden in etwa 5 Minuten auf 950° C angewärmt werden müssen. Nach dieser Verfahrensregel hat die Deutsche Bundesbahn in den vergangenen 15 Jahren über 3 Millionen Schweißungen durchgeführt. Diese Vorwärmetemperatur in Verbindung mit der Vorwärmezeit stellt aber einen wesentlichen Teilbetrag der für die Durchführung im befahrenen Gleis benötigten Zeit dar. Im Interesse der Aufrechterhaltung des Fahrbetriebes ist es wünschenswert, die für eine Schweißung benötigte Zeit möglichst klein zu halten. Wenn dennoch über einen Zeitraum von vielen Jahren auch entsprechend der Lehre von G ü η t h e r und P r ο s c h e k eine Vorwärmetemperatur von über 800° C eingehalten wurde und die Vorwärmedauer nicht unter 5 Minuten gesenkt wurde, kann dies nur so gedeutet werden, daß gegen eine Verkürzung des Schweißverfahrens durch Anwendung niedrigerer Vorwärmetemperaturen und kürzerer Vorwärmezeiten erhebliche Bedenken bestanden, indem man befürchtete, Schweißungen niedrigerer Qualität zu erhalten.To preheat the rails during aluminothermic rail welding, the book by W. Günther and F. Proschek, "Die aluminothermisch welding", Halle, 1959, pp. 139 to 142, explains that the importance of preheating is often not yet properly recognized may be. The failure of the welding is again due to one thing: insufficient preheating. As a rule, the gaps in the factory that were welded would be brought to temperatures of 7V to 800 and 900 ^c C. It is aiisdn'K 1 idi pointed out that should not be compromised without compelling f ".rimü of this Rciii.'i <> - ■ The authors setting. U i _h: if out Dau is only in exceptional cases As an example, you cited the line routing of a weld in ore mining, in which the use of propane for preheating underground is not possible Tracks are driven on with relatively light vehicles. Another example in which this rule could be deviated from is the build-up welding of steel molds. In this case, freedom from pores or certain strength values are not required the most important influencing variables, which determined the success of the weld Preheating the rail ends to a temperature below 800 ° C is definitely disadvantageous. In Volume 83 of the "Eisenbahn-Lehrbücherei der Deutschen Bundesbahn" Josef Keller Verlag, 1965, it is therefore expressly stated on page 151 that the ends of the rails must be heated to 950 ° C in about 5 minutes. According to this procedural rule, the Deutsche Bundesbahn has carried out over 3 million welds in the past 15 years. This preheating temperature in connection with the preheating time represents a substantial part of the time required for the implementation in the track used. In the interest of maintaining the running operation, it is desirable to keep the time required for a weld as short as possible. If, however, a preheating temperature of over 800 ° C was maintained over a period of many years according to the doctrine of G ü η ther and P rο schek and the preheating time was not reduced to less than 5 minutes, this can only be interpreted to mean that against There was considerable concern about shortening the welding process by using lower preheating temperatures and shorter preheating times because of the fear of obtaining lower quality welds.

Es ist zwar in der FR-PS 12 38 892, S. 1, li.Sp. Abs. 1 als Stand der Technik ein aluminothermisches Zwischengußschweißen von Schienen mit Fremdmittelvorwärmung auf etwa 700° C angegeben, wobei aber keine weiteren Einzelheiten erläutert sind. Aufgrund der hinsichtlich der zur Erzielung einwandfreier Schweißungen erforderlichen Schienenendenvorwärmung im wesentlichen gleichen Ausführungen in allen vorstehend behandelten Vorveröffentlichungen ist keineswegs sicher, daß nach der Beschreibungseinleitung der FR-PS 12 38 892 eine stets einwandfreie Schweißung zu erzielen ist. Die nach der gesamten übrigen hier vorliegenden Literatur bestehenden Bedenken gegen niedrigere Vorwärmtemperaturen und kürzere Vorwärmzeiten sind durch die FR-PS 12 38 892 nicht ausgeräumt.Although it is in FR-PS 12 38 892, p. 1, li.Sp. Paragraph 1 as State of the art aluminothermic inter-cast welding of rails with external material preheating at about 700 ° C, but no further details are explained. Due to the with regard to the preheating of the rail ends required to achieve perfect welds The same statements in all of the prior publications discussed above are by no means sure that according to the introduction to the description of FR-PS 12 38 892 always a perfect weld is to achieve. Against all the other literature available here FR-PS 12 38 892 does not allow lower preheating temperatures and shorter preheating times cleared out.

Zur Vermeidung der mit der hohen Vorwärmung verbundenen Nachteile und auch zur Verkürzung der mit der Durchführung einer Schweißung verbundenen Zeit wurde auch versucht, auf die Vorwärmung durch Fremdmittel, d. h. durch in die Gießform schlagende von einem Brenner erzeugte Flammen, ganz zu verzichten und die zur Aufschmelzung notwendige Temperaturerhöhung der Schienenenden allein durch den heißflüssigen aluminothermisch erzeugten Stahl herbeizuführen. Ein solches Verfahren, das in der Fachwelt auch als Schweißen ohne Vorwärmung bezeichnet wird, ist der eigentliche Gegenstand der FR-PS 12 38 892. Man bedient sich hierbei einer speziell ausgestaltetenTo avoid the disadvantages associated with the high preheating and also to shorten the Attempts have also been made to preheat through the time associated with performing a weld Borrowed funds, d. H. completely to do without the flames generated by a burner hitting the casting mold and the temperature increase of the rail ends necessary for melting due to the hot liquid alone bring about aluminothermically produced steel. Such a method, which is also called in the professional world Welding without preheating is referred to, is the real subject of FR-PS 12 38 892. Man uses a specially designed one

Gießform, weiche bewirkt, daß die aluminothermisch erzeugte Stahlschmelze an den Seitenflächen der zu verschweißenden Schienen entlanggeführt wird. Hierdurch soll ein Höchstmaß an Wärme an die zu verschweißenden Teile abgeführt werden. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis nicht durchgesetzt, da sich in unkontrollierter Weise durch die schnelle Wärmeabführung aus der Stahlschmelze in den Schienenwerkstoff die einfließende Schmelze an Teilbereichen der Schienenenden ohne diese aufzuschmelzen verfestigte und bei dem nur wenige Sekunden dauernden Gießvorgang nicht wieder vollständig aufgeschmolzen wurde. Derartige Gießfehler führten zu Poren und Kaltschweißstellen und damit zi> erhöhter Bruchanfälligkeit der Schiene im Bereich der Schweißstelle. Hinzu kommt, daß durch die schnelle Abführung der Wärme an die angrenzenden kalten Schienenbereiche sich Abschreckgefüge ausbilden können, die wegen der Bruchgefahr unter allen Umständen vermieden werden müssen.Casting mold, soft causes the aluminothermically generated molten steel on the side surfaces of the to is guided along welding rails. This is intended to provide the maximum amount of warmth to the welded parts are discharged. This procedure has not caught on in practice since in an uncontrolled manner due to the rapid dissipation of heat from the steel melt into the Rail material the flowing melt on parts of the rail ends without melting them solidified and not completely restored in the casting process, which only lasted a few seconds was melted. Such casting defects led to pores and cold welds and thus zi> increased susceptibility to breakage of the splint in the area of the weld. In addition, the rapid discharge the heat to the adjacent cold rail areas can form quenching structures, which because of the risk of breakage must be avoided under all circumstances.

Zur Durchführung dieses Verfahrens werden ferner zur Erzeugung der Stahlschmelze mit möglichst hohem Wärmeinhalt hochreaktive aluminothermische Gemische benutzt, die jedoch schlecht beherrschbar sind, so daß Teile des in Reaktion befindlichen Gemisches sowie Reaktionsprodukte aus dem Reaktionstiegel in verstärktem Maße herausgeschleudert werden. Neben der Beeinträchtigung des Arbeitsablaufes können sich außerdem Änderungen in der Zusammensetzung der gewünschten Schmelze ergeben. Außerdem ist eine Aufschmelzung der Schienenenden trotz einer größeren Schweißportion nicht immer mit Sicherheit in dem erforderlichen Maße erzielbar, insbesondere wenn niedrigere Schienentemperaturen vorliegen. Sind außerdem die Schienen mit Feuchtigkeit behaftet, führt dieb zu Porenbildung. Aus all diesen Gründen hat sich dieses Verfahren wegen der damit verbundenen Nachteile in der Praxis nicht eingeführt.In order to carry out this process, the steel melt with the highest possible Heat content used highly reactive aluminothermic mixtures, but these are difficult to control, see above that parts of the mixture in reaction and reaction products from the reaction crucible in increased Dimensions are thrown out. In addition to the impairment of the workflow, also result in changes in the composition of the desired melt. Also is a Melting of the rail ends in spite of a larger portion of welding is not always certain The required dimensions can be achieved, especially when the rail temperatures are lower. Are In addition, if the rails are contaminated with moisture, theft leads to pore formation. For all of these reasons this procedure was not implemented in practice because of the disadvantages involved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum aluminothermischen Zwischengußschweißen von Schienen unter Vermeidung der genannten Nachteile bei Ausnutzung der mit den bekannten Verfahren verbundenen Vorteile zu schaffen, bei dem also schädliche Gefügeausbildungen vermieden bzw. vermindert und die Schweißungen in kürzeren Zeiten ausgeführt werden können.The present invention is based on the object of a method for aluminothermic Inter-cast welding of rails while avoiding the disadvantages mentioned when using the with to create the advantages associated with the known method, in which therefore harmful microstructure formations avoided or reduced and the welds can be carried out in shorter times.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum aluminothermischen Zwischengußschweißen von Schienen, wobei die zu verbindenden, mit feuerfesten Gießformen umgebenen Schienenenden vor dem Einguß des aluminothermisch erzeugten Stahls in die Gißeform durch Fremdmittel erhitzt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu verschweißenden Schienenenden innerhalb eines Zeitraumes von maxiaml 2 Minuten auf eine Temperatur zwischen minimal 300° C und maximal 700° C vorgewärmt werden, wobei das Gewicht des aluminothermischen Gemisches 0,15 bis 0,25 Gewichtsteile des Meter-Gewichtes der zu verschweißenden Schienen beträgt.The object is achieved according to the invention by a method for aluminothermic inter-cast welding of rails, the rail ends to be connected being surrounded by refractory molds prior to the casting of the aluminothermically produced steel in the casting mold are heated by external means, the characterized in that the rail ends to be welded within a period of Preheated for a maximum of 2 minutes to a temperature between a minimum of 300 ° C and a maximum of 700 ° C the weight of the aluminothermic mixture being 0.15 to 0.25 parts by weight of the meter weight of the rails to be welded.

Erfindungsgemäß darf die Vorwärmedauer zur Erhitzung der Schienenenden maximal nicht mehr als 2 Minuten betragen, wobei die erzielte Temperatur innerhalb des erfindungsgemäßen Temperaturbereiches im wesentlichen von den verwendeten Brennern und Brennstoff/Sauerstoff- bzw. Brennstoff/Luft-Gemischen abhängig ist Die Schweißportion muß dabei in ihrer Größe so bemessen und zusammengesetzt sein, daß einerseits bei der minimalen Vorwärmetemperatur von 300° C bei Vermeidung einer Abschreckwirkung eine Aufschmelzung mit Sicherheit erreicht wird und andererseits bei der maximalen Vorwärmetemperatur von 700° C schädliche Grobkorn- und Feinkornzonen im Schienenwerkstoff in den der Schweißung benachbarten Zonen vermieden werden.According to the invention, the preheating time for heating the rail ends must not exceed 2 minutes, the temperature achieved being within the temperature range according to the invention essentially on the burners and fuel / oxygen or fuel / air mixtures used The sweat portion must be so dimensioned and composed in terms of its size, that on the one hand at the minimum preheating temperature of 300 ° C while avoiding a quenching effect melting is achieved with certainty and, on the other hand, at the maximum preheating temperature Coarse-grain and fine-grain zones in the rail material that are harmful to 700 ° C in the areas adjacent to the weld Zones are avoided.

Das erfindungsgemäüe Verfahren hat den besonderen Vorteil, daß bei Gewährleistung einer einwandfreien Aufschmelzung der Schienenenden nachteilige Gefügeumwandlungen bzw. Gefügebeeinfiussungen vermindert bzw. vermieden werden, wodurch die Schweißsicherheit im Gleis bedeutend erhöht wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß durch die Kurzvorwärmung von maximal 2 Minuten die bisher für die Schweißungen im Gleis benötigte Zeit bedeutend vermindert werden kann, so daß der Zugverkehr in erheblich geringerem Maße gestört wird.The method according to the invention has the particular advantage that, while ensuring a perfect Melting of the rail ends, disadvantageous structural changes or structural influences reduced or avoided, whereby the welding safety in the track is significantly increased. A Another advantage is that the short preheating of a maximum of 2 minutes previously for the Welds in the track the time required can be significantly reduced, so that the train traffic in is disturbed to a much lesser extent.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll durch das folgende Beispiel noch näher erläutert werden:The method according to the invention is to be explained in more detail by the following example:

example

Die Enden der zu verschweißenden, ausgerichteten Schienen mit einem Meter-Gewicht von 50 kg werden mit einer Lücke von 24 mm verlegt und mit einer vorgefertigten, trockenen, feuerfesten Gießform umgeben, die gegen die Schiene mit plastischen Formstoffen, wie z. B. angefeuchtetem Sand, abgedichtet wird. Nach dem Ansetzen der Gießform wird der für die Reaktion benötigte Tiegel oberhalb der Gießform angeordnet und nach Verschließen des unteren Auslaufs mit der für die Schweißung bestimmten aluminothermischen Schweißmasse gefüllt. Man verwendet zweckmäßig soviel aluminothermisches Gemisch, wie etwa 0,15 bis 0,25 Gewichtsteilen, bezogen auf das Meter-Gewicht der Schiene, entspricht. In vorliegendem Falle werden 10 kg Gemisch verwendet. Anschließend erfolgt die Vorwärmung der Schienenenden durch von oben in den Steigerkanal der Gießform schlagende Flammen, die durch Verbrennung eines Propan-Sauerstoff-Gemisches erzeugt werden.The ends of the rails to be welded are aligned with a meter weight of 50 kg laid with a gap of 24 mm and surrounded with a prefabricated, dry, refractory casting mold, against the rail with plastic molding materials such. B. moistened sand is sealed. To the preparation of the casting mold becomes that for the reaction required crucible above the casting mold and after closing the lower outlet with the for the weld is filled with certain aluminothermic welding material. One uses appropriately as much aluminothermic mixture as about 0.15 to 0.25 part by weight based on the meter weight the rail. In the present case, 10 kg of mixture are used. Then the Preheating of the rail ends by flames striking the riser channel of the casting mold from above, which generated by combustion of a propane-oxygen mixture.

Nach Beendigung der Vorwärmung wird die alununoihermische Schweißmasse im Reaktionstiegel entzündet und nach Beendigung der Reaktion nach öffnung des unteren Auslaufs durch Hochschlagen des Abstichstiftes die Stahlschmelze in die Form geleitet, wo sie die Schienenenden aufschmilzt und miteinander verbindet. Nach Verfestigung des eingegossenen Stahls wird die Gießform entfernt und die Schweißstelle in bekannter Weise bearbeitet.After completion of the preheating, the alununo-thermal Welding mass in the reaction crucible is ignited and after the reaction has ended after opening the lower outlet by turning up the Tapping pin, the steel melt is fed into the mold, where it melts the rail ends and together connects. After the cast-in steel has solidified, the casting mold is removed and the weld is in edited in a known manner.

Claims

Claim:

Process for aluminothermic inter-cast welding of rails, the ones to be connected being surrounded by refractory molds Rail ends through before pouring the aluminothermically produced steel into the casting mold External means are heated, characterized in that the rail ends to be welded within a period of a maximum of 2 minutes to a temperature between minimum 300 ° C and a maximum of 700 ° C are preheated, the weight of the aluminothermic mixture 0.15 to 0.25 parts by weight of the meter weight of the rails to be welded.