EP0545336A1 - Head to head welding joint of two aligned rail segments - Google Patents

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EP0545336A1
EP0545336A1 EP92120396A EP92120396A EP0545336A1 EP 0545336 A1 EP0545336 A1 EP 0545336A1 EP 92120396 A EP92120396 A EP 92120396A EP 92120396 A EP92120396 A EP 92120396A EP 0545336 A1 EP0545336 A1 EP 0545336A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding
rail
beads
zones
zone
Prior art date
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Granted
Application number
EP92120396A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0545336B1 (en
Inventor
Robert Lahnsteiner
Julius Ehrlich
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Fronius Schweissmaschinen KG Austria
Original Assignee
Fronius Schweissmaschinen KG Austria
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Publication date
Application filed by Fronius Schweissmaschinen KG Austria filed Critical Fronius Schweissmaschinen KG Austria
Publication of EP0545336A1 publication Critical patent/EP0545336A1/en
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Publication of EP0545336B1 publication Critical patent/EP0545336B1/en
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01BPERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B11/00Rail joints
    • E01B11/44Non-dismountable rail joints; Welded joints
    • E01B11/50Joints made by electric welding

Definitions

  • the invention describes a welded joint as described in the preamble of claim 1 and a method for producing such a welded joint.
  • Flash butt welding is also used for the welding of rails in laid tracks, but above all for the production of connection welds in rail bearings.
  • the unprocessed abutting surfaces are kept in such light contact during the passage of the current that the material burns continuously at the small local contact points because of the large current density.
  • the liquid metal is thrown out of the joint. After the depth of the burn-up zone is sufficient, the welding is carried out by sudden upsetting with simultaneous power cut-off. A burr is created at the weld due to the liquid material squeezed out of the butt joint. This burr is removed by shearing and subsequent grinding.
  • the present invention is based on the object of creating a welded connection between two pieces of rail arranged one behind the other in the longitudinal direction of a rail track, which is composed of several individual seams and can be produced both by hand and by automatic welding processes in a short time without complex machinery.
  • This object of the invention is achieved by the welded joint described in the characterizing part of patent claim 1.
  • the advantage of this solution is that by arranging several welding zones, in which the material thicknesses are approximately the same, the base materials can be melted sufficiently and an intimate connection can be established between the base material and the additional materials. Above all, this makes it possible to connect and fill the thicker areas by means of a plurality of weld seams arranged next to and above one another. As a result, the total temperature load on the rail track, especially in the area of the welding point, can be kept low, and embrittlement in the welding area is avoided.
  • Another advantage of this solution is that welding can now be carried out under a protective gas atmosphere, as a result of which the access to oxygen to the heated or plasticized areas of the rail can be prevented.
  • Claim 2 describes a further advantageous embodiment of the welded connection. This makes it possible to use more resistant and harder materials in the areas most exposed to wear, the applied layer thickness and the area in which these materials are used, can now be freely selected and still be welded in a single operation.
  • An embodiment according to claim 3 is also advantageous, since the different stresses in the different areas of the rail can thereby also be taken into account when the welded connection is made.
  • the embodiment variant according to claim 4 advantageously enables the welded connection to be produced by a multiplicity of layers of the same structure, as a result of which a uniform structure is achieved over the entire welded connection and a high strength of the welded connection can be achieved.
  • a uniform structure is achieved over the entire welded connection and a high strength of the welded connection can be achieved.
  • high elastic shape-change properties can be used.
  • the invention also includes a method for producing a welded joint, as described in the preamble of claim 6.
  • This method is characterized by the features in the characterizing part of claim 6. It is advantageous in the production of the welded joint according to this method that by using the special welding gas to create the plasma, the gas atoms are dissociated into ions and free electrons or protective gas, the charged gas particles being heated to very high temperatures of, for example, 6,600 to 22,200 Degrees. By transferring the highly heated gas particles across the arc, the charged plasma particles release their heat, which at the same time melts the melting electrode and heats up or preheats the base material. An excellent, short-term plasticization of the base material is thus achieved, which prevents the edge regions in the transition between base material and additional material from being heated too strongly and excessively, which leads to embrittlement of the base material in the known processes.
  • the measures according to claim 7 are also advantageous, since this can specifically prevent local overheating of the base material.
  • the further measures according to claim 8 enable an embrittlement-free construction of the welding zones by avoiding expansion cracks between the individual welding beads.
  • Fig.1 two rail pieces 1,2 are shown, the longitudinal direction - arrow 3 - are aligned one behind the other and together form a rail track 4 for rail vehicles, such as trains, trams, funiculars, cranes, etc.
  • the rail pieces 1, 2 are connected to one another in a non-positive and positive manner via a welded connection 5.
  • an additional material 8 is introduced between facing end faces 6, 7 of the two rail pieces 1, 2 by melting a melting electrode 9.
  • the additional material 8 is melted off via an arc 10 built up between the melting electrode 9 and the rail section 1, 2, the access of oxygen and nitrogen to the welding point being prevented by a gas jacket 11 consisting of various protective gases 12, 13, 14.
  • the welding gun 16 is equipped in accordance with the known designs and is designed with the necessary switches for initiating and interrupting the wire feed of the melting electrode 9 or the power supply or the supply of the protective gases 12 to 14 or protective gas mixture and is provided with a control device 19 and with a voltage supply device 20 and with a container for the protective gases 12 to 14 or the protective gas mixture, for example gas bottles 21, in connection.
  • the melting electrode 9 has a diameter of between 0.8 and 4.0 mm for producing the welding zones provided, the voltage supply device 20 being designed to supply a current to the melting electrode 9 in the range from 100 to 1100 amperes.
  • the protective gases 12 to 14, or the protective gas mixture produced therefrom, consist of 40% to 70% argon, 25% to 60% helium, 3% to 10% carbon dioxide and 0.1% to 1% oxygen.
  • the respective melting power or the current supply from the voltage supply device 20 is changed and controlled via the control device 19 so that between 400 to 1200 balls per second of the melting electrode 9 are melted, which preferably have a diameter which corresponds at least to the size of the diameter of the melting electrode 9.
  • a welded connection between two rail sections 1 and 2 is shown, which consists of several weld zones 22, 23, 24 and 25.
  • the welding zones 24 and 25 can also be formed by a common single welding zone.
  • each of these welding zones is formed by a plurality of welding beads 26, 27, 28 and 29.
  • These welding beads 26 to 29 are, as the illustration in FIG. 3 in particular shows, arranged between the two facing end faces 6, 7 of the rail sections 1, 2 above and essentially parallel to one another.
  • a maximum of 10 essentially parallel welding beads arranged one above the other form the welding zone 22 in the area of a rail head 30, while the welding beads 27 form the welding zone 23 in the area of a rail web 31 and the welding beads 28 and 29 form the welding zones 24 and 25 form in the area of a rail foot 32.
  • the contact area 34 is formed between the welding beads 27 and 29, the contact area 35 between the welding beads 27 and 28 and between the welding beads 28 and 29 in the area of the rail foot 32 the contact area 36.
  • These contact areas 34 to 36 are shown schematically by dash-dotted lines and different types of hatching.
  • the impact strength is increased, so that, especially in the area of rail joints, even if small notches form in the area of a running surface 37 of the rail head 30, the vibrations resulting from the impact stress due to the rolling of the wheels over the life of such a welded joint 5 not adversely changed.
  • the welded joint 5 With the design of the welded joint 5 according to the invention, it is possible, despite the increased heat supply due to the greater material removal and the improved melting of the base material of the rail sections 1, 2, to prevent the embrittlement of the base material of the rail sections 1 and 2 by in the area of the welded connection during manufacture of the individual welding zones 22 to 25 cooling devices can be arranged.
  • a weld gap 41 is produced between the end faces 6, 7 in which a spacer 42 is located in the region of the rail head before the weld connection 5 is made between the end faces 6 and 7 of the rail pieces 1 and 2 30 is placed on the driving surface 37 and projects into the welding gap 41 with a projection 44 corresponding to a thickness 43 of the welding gap 41.
  • the cooling device 38 rests on a contact surface 45 of the rail pieces 1, 2 and has a recess 46, the width 47 of which corresponds at least to the thickness 43 of the welding gap 41 or, as shown in particular in FIG. 5, is designed to be somewhat larger. The aim of this is to achieve a certain protrusion of the additional material which protrudes beyond the contact surface 45.
  • the contact area 34 is formed between the welding zone 23 in the region of the rail web 31 with its welding beads 27 and the welding zone 24 with the welding beads 28.
  • Corresponding cooling with the cooling device 38 is achieved by passing coolant through a schematically illustrated line 48 in a schematically illustrated cooling circuit 49 with a pump 50 and a heat exchanger 51 for cooling the cooling medium.
  • a corresponding temperature profile in the base material of the rail sections 1, 2 and in the weld beads 28, 29 adjacent to the base welding bead can thereby be achieved.
  • the spacer 42 used in the area of the rail head 30 prevents the welding gap 41 from being in the area due to the temperature load on the rail pieces 1, 2 in the area of the rail foot 32 of the rail head 30 reduced. At the same time, an aligned position of the running surfaces 37 of the rail sections 1 and 2 welded to one another is ensured.
  • the welding zone 24 or 25 can be produced with a relatively small number of a maximum of 10 welding beads 28, 29, an intimate connection between the individual welding beads 28 and 29 on the one hand and the base material of the rail pieces 1, 2 on the other hand is possible. Above all, this creates connecting webs in the form of a tension band between the rail sections 1, 2, for which it is possible to find sufficient length compared to the use of electrodes for producing such a welded connection with a considerably smaller number of weld beads 26 to 29.
  • a cooling device 39 is arranged on one of the two sides of the rail web 31 and the welding gap 41 between the end faces 6 and 7 by arrangement several horizontal weld beads 27 closed.
  • the cooling device being able to be moved from one side wall of the rail web 31 to the other during operation, so that the rail web 31 can be completely welded through.
  • this spacer 42 is removed and, in addition to the cooling device 39, a further cooling device 40 is arranged on the side of the rail head 30 opposite the cooling device 39.
  • the welding gap 41 in the region of the rail head 30 is then filled with 10 to 12, but a maximum of 15 welding beads 26.
  • the cooling devices 39 and 40 like the cooling device 38, have corresponding depressions 46 in the area of the welding gap 41, so that a protrusion of the respective welding beads 26 to 29 over the surfaces of the rail sections 1, 2 can be made possible. In those areas where these supernatants over the adjacent surfaces of the rail sections 1, 2 are disruptive, these can be subsequently removed by means of shearing or grinding machines.
  • the cooling devices 39 and 40 can be acted upon with the same cooling circuit 49 as with the cooling device 38, but it is also possible to assign a separate cooling circuit 49 to each cooling device 38 or 39 or 40.
  • Another advantage of this solution according to the invention is, however, that by arranging a plurality of welding beads 26 to 29, the loads in the individual cross-sectional areas of the rail sections 1, 2 can be taken into account more easily by suitable selection of the additional materials and, above all, different additional materials. It is thus possible, for example, to weld the uppermost or more welding beads 26 closest to the running surface (s) 37 or the rail head flanks in the area of the rail head 30 with different, e.g. to produce harder additional materials, so that an increased resistance to wear in the area of the rail head 30, in particular the running surface 37 or the rail head flanks, can be achieved.
  • a particular advantage of the procedure now described for producing the welded joint 5 in connection with the welding gas mentioned at the outset is that when the plasma is created, the gas atoms are dissociated into ions and free electrons or protective gases, the charged gas particles reaching very high temperatures of e.g. 6,600 to 22,200 degrees can be heated. If such highly heated gas particles are now transferred across the arc, the charged plasma particles give off their heat in order to melt away the melting electrode 9 and to heat or preheat the base material. The subsequently cooled gas particles combine again to form the molecular structure of the original gas or gases.
  • weld beads 26 to 29 of a welding zone 22 to 25 or the weld beads 26 to 29, which are produced one after the other, in mutually adjacent weld connections 5 are offset with respect to one another in the longitudinal direction of the rails, but are arranged to overlap in edge regions running perpendicular to the longitudinal direction of the rails.
  • This layer-by-layer displacement of the welding beads 26 to 29, for example by half the division, in order to produce a type of composite construction such as in masonry made of bricks, offers more intimate interlocking of the individual welding beads 26 to 29 or the individual layers of the additional material 8, which results in the overall properties this weld 5 can be significantly improved.

Abstract

The invention describes the welding connection (5) as well as a method for its manufacture. The mutually facing end sides (6, 7) of the rail segments (1, 2) are interconnected via an added material (8) which extends from the rail foot (32) to the rail head (30). The welding connection (5) is formed by a welding zone (22; 23; 24, 25) connecting the rail foot (32), one connecting a rail web (31) and one connecting the rail head (30). The welding zones (22 to 25) are connected positively in contact regions (33 to 36) turned directly into one another. In addition, the welding zone (22) in the rail head (30) consists of fewer than 15 mutually adjacent, approximately parallel-running welding beads (26) which are melted into one another and preferably lie one above another. The welding zone (24, 25) in the rail foot (32) consists of fewer than 10 mutually adjacent, approximately parallel welding beads (28, 29) which are melted into one another. <IMAGE>

Description

Die Erfindung beschreibt eine Schweißverbindung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben ist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schweißverbindung.The invention describes a welded joint as described in the preamble of claim 1 and a method for producing such a welded joint.

Es sind bereits die verschiedensten Verfahren zum Verbinden der Stirnenden von unmittelbar aufeinanderfolgenden Schienenteilen für Schienen von Gleisen für Bahnfahrzeuge, beispielsweise Eisenbahnschienen oder Straßenbahnschienen, bekannt. Vielfach wird für derartige Verbindungsschweißungen, so diese im Bereich von verlegten Gleisen erfolgen, das sogenannte Aluminium-Thermit-Schweißen verwendet. Bei diesem Aluminium-Thermit-Schweißen wird Metallpulver aufgeschmolzen und im flüssigen Zustand in eine die Schienenenden umgebende Form eingegossen, sodaß in Art eines Gußverfahrens der Spalt zwischen den einander zugewandten, gegenüberliegenden Enden der Stirnenden der Schienen ausgegossen und dadurch mit einanderverbunden wird.A wide variety of methods for connecting the ends of immediately successive rail parts for rails of tracks for rail vehicles, for example railroad tracks or tramway rails, are already known. The so-called aluminum-thermite welding is often used for such connection welding, if this is done in the area of laid tracks. In this aluminum thermite welding, metal powder is melted and poured in the liquid state into a mold surrounding the rail ends, so that the gap between the mutually facing, opposite ends of the front ends of the rails is poured out in a manner of casting and is thereby connected to one another.

Für den Einsatz zum Schweißen von Schienen in verlegten Gleisen, aber vor allem auch zur Herstellung von Verbindungsschweißungen in Schienenlagern, wird auch das Abbrenn-Stumpfschweißen verwendet. Bei diesem werden die unbearbeiteten Stoßflächen während des Stromdurchganges in so leichter Berührung gehalten, daß der Werkstoff an den kleinen örtlichen Berührungsstellen wegen der großen Stromdichte stetig abbrennt. Das flüssige Metall wird aus der Stoßstelle herausgeschleudert. Nach genügender Tiefe der Abbrandzone erfolgt die Verschweißung durch schlagartiges Stauchen unter gleichzeitiger Stromabschaltung. An der Schweißstelle entsteht, durch das aus der Stoßfuge herausgequetschte flüssige Material ein Grat. Dieser Grat wird durch Abscheren und nachfolgendes Überschleifen entfernt.Flash butt welding is also used for the welding of rails in laid tracks, but above all for the production of connection welds in rail bearings. In this case, the unprocessed abutting surfaces are kept in such light contact during the passage of the current that the material burns continuously at the small local contact points because of the large current density. The liquid metal is thrown out of the joint. After the depth of the burn-up zone is sufficient, the welding is carried out by sudden upsetting with simultaneous power cut-off. A burr is created at the weld due to the liquid material squeezed out of the butt joint. This burr is removed by shearing and subsequent grinding.

Des weiteren ist es im Bereich von Gleisanlagen bei hoher Schienenbelastung und Abnutzung insbesondere in Bogenstrecken üblich, das Schienenkopfprofil durch Auftragsschweißung wiederherzustellen. Dazu werden vielfach unter Verwendung von offenen bzw. verdeckten Lichtbogenschweißungen oder Schutzgasschweißungen Zusatzwerkstoffe auf die Schienen, insbesondere im Bereich der Schienenkopfflanken, aufgebracht. Durch Schleifen wird dann die gewünschte Schienenkopfform durch Materialabtrag des überstehenden Materials hergestellt.Furthermore, in the area of track systems with high rail loads and wear, particularly in curved sections, it is customary to restore the rail head profile by cladding. For this purpose, additional materials are often applied to the rails, in particular in the area of the rail head flanks, using open or concealed arc welds or inert gas welds. The desired rail head shape is then produced by grinding by removing the excess material.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Schweißverbindung zwischen zwei in Längsrichtung eines Schienenstranges hintereinander angeordneten Schienenstücken zu schaffen, die aus mehreren Einzelnähten zusammengesetzt ist und sowohl durch Hand- als auch durch automatische Schweißverfahren in kurzer Zeit ohne aufwendigen Maschinenpark hergestellt werden kann.The present invention is based on the object of creating a welded connection between two pieces of rail arranged one behind the other in the longitudinal direction of a rail track, which is composed of several individual seams and can be produced both by hand and by automatic welding processes in a short time without complex machinery.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 beschriebene Schweißverbindung gelöst. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß durch die Anordnung von mehreren Schweißzonen, in welchen die Materialstärken in etwa gleichbleibend sind, die Grundmaterialien ausreichend aufgeschmolzen und eine innige Verbindung zwischen dem Grundmaterial und den Zusatzmaterialien hergestellt werden kann. Vor allem ist es dadurch möglich, die vom Querschnitt her dickeren Bereiche durch mehrere neben und übereinander angeordnete Schweißnähte zu verbinden und auszufüllen. Dadurch kann die Gesamttemperaturbelastung des Schienenstranges, vor allem im Bereich der Schweißstelle gering gehalten werden, und es werden Versprödungen im Anschweißbereich vermieden. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß nunmehr unter Schutzgasatmosphäre verschweißt werden kann, wodurch der Sauerstoffzutritt zu den erhitzten bzw. plastifizierten Bereichen der Schiene unterbunden werden kann.This object of the invention is achieved by the welded joint described in the characterizing part of patent claim 1. The advantage of this solution is that by arranging several welding zones, in which the material thicknesses are approximately the same, the base materials can be melted sufficiently and an intimate connection can be established between the base material and the additional materials. Above all, this makes it possible to connect and fill the thicker areas by means of a plurality of weld seams arranged next to and above one another. As a result, the total temperature load on the rail track, especially in the area of the welding point, can be kept low, and embrittlement in the welding area is avoided. Another advantage of this solution is that welding can now be carried out under a protective gas atmosphere, as a result of which the access to oxygen to the heated or plasticized areas of the rail can be prevented.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Schweißverbindung beschreibt Patentanspruch 2. Dadurch ist es nunmehr möglich, in den dem Verschleiß am stärksten ausgesetzten Bereichen widerstandsfähigere und härtere Materialien zu verwenden, wobei die aufgetragene Schichtstärke und der Bereich in dem diese Materialien verwendet werden, nunmehr freizügig gewählt werden kann und trotzdem die Schweißverbindung in einem einzigen Arbeitsvorgang hergestellt werden kann.Claim 2 describes a further advantageous embodiment of the welded connection. This makes it possible to use more resistant and harder materials in the areas most exposed to wear, the applied layer thickness and the area in which these materials are used, can now be freely selected and still be welded in a single operation.

Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung nach Patentanspruch 3, da dadurch den unterschiedlichen Beanspruchungen in den verschiedenen Bereichen der Schiene auch bei Herstellung der Schweißverbindung Rechnung getragen werden kann.An embodiment according to claim 3 is also advantageous, since the different stresses in the different areas of the rail can thereby also be taken into account when the welded connection is made.

Die Ausführungsvariante nach Patentanspruch 4 ermöglicht in vorteilhafter Weise die Herstellung der Schweißverbindung durch eine Vielzahl von in ihrem Aufbau gleichartiger Schichten, wodurch über die gesamte Schweißverbindung ein einheitlicher Gefügeaufbau erreicht und eine hohe Festigkeit der Schweißverbindung erzielt werden kann. Dazu kommt, daß durch die Anpassung bzw. die Einschaltung von verschiedenen Lagen aus unterschiedlichen Zusatzmaterialien im Inneren der einzelnen Schweißzonen, beispielsweise Verstärkungsbereiche und Verstärkungsrippen oder die Dehnung begünstigende Schichten mit hohen elastischen Formveränderungseigenschaften verwendet werden können.The embodiment variant according to claim 4 advantageously enables the welded connection to be produced by a multiplicity of layers of the same structure, as a result of which a uniform structure is achieved over the entire welded connection and a high strength of the welded connection can be achieved. In addition, by adapting or switching on different layers of different additional materials in the interior of the individual welding zones, for example reinforcement areas and reinforcement ribs or layers which promote stretching, high elastic shape-change properties can be used.

Durch die Weiterbildung nach Patentanspruch 5 können interne Spannungszonen beim Übergang zwischen Materialien mit unterschiedlichen Elastizitäts- bzw. Dehnungs- oder Biegeeigenschaften vermieden werden, da sprunghafte Veränderungen in den einzelnen Festigkeitswerten verhindert sind.Through the further development according to claim 5, internal stress zones can be avoided when transitioning between materials with different elasticity, stretching or bending properties, since sudden changes in the individual strength values are prevented.

Die Erfindung umfaßt weiters auch ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 6 beschrieben ist.The invention also includes a method for producing a welded joint, as described in the preamble of claim 6.

Dieses Verfahren ist durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Patentanspruches 6 gekennzeichnet. Vorteilhaft ist bei der Herstellung der Schweißverbindung nach diesem Verfahren, daß durch die Verwendung des speziellen Schweißgases bei der Schaffung des Plasmas, die Gasatome in Ionen und freie Elektronen bzw. Schutzgas dissoziiert werden, wobei die geladenen Gasteilchen auf sehr hohe Temperaturen von z.B. 6.600 bis 22.200 Grad erhitzt werden. Durch die Übertragung der derart hoch erhitzten Gasteilchen über den Lichtbogen hinweg, geben die geladenen Plasmateilchen ihre Wärme ab, die gleichzeitig die Schmelzelektrode abschmilzt und den Grundstoff auf- bzw. vorwärmt. Somit wird eine ausgezeichnete, kurzzeitige Plastifizierung des Grundwerkstoffes erzielt, die ein zu starkes und übermäßig andauerndes Erhitzen der Randbereiche im Übergang zwischen Grundmaterial und Zusatzmaterial verhindert, die bei den bekannten Verfahren zu einer Versprödung des Grundmaterials führt.This method is characterized by the features in the characterizing part of claim 6. It is advantageous in the production of the welded joint according to this method that by using the special welding gas to create the plasma, the gas atoms are dissociated into ions and free electrons or protective gas, the charged gas particles being heated to very high temperatures of, for example, 6,600 to 22,200 Degrees. By transferring the highly heated gas particles across the arc, the charged plasma particles release their heat, which at the same time melts the melting electrode and heats up or preheats the base material. An excellent, short-term plasticization of the base material is thus achieved, which prevents the edge regions in the transition between base material and additional material from being heated too strongly and excessively, which leads to embrittlement of the base material in the known processes.

Vorteilhaft sind auch die Maßnahmen nach Patentanspruch 7, da dadurch gezielt eine örtliche Überhitzung des Grundmaterials verhindert werden kann.The measures according to claim 7 are also advantageous, since this can specifically prevent local overheating of the base material.

Die weiteren Maßnahmen nach Patentanspruch 8 ermöglichen einen versprödungsfreien Aufbau der Schweißzonen durch die Vermeidung von Dehnungsrissen zwischen den einzelnen Schweißraupen.The further measures according to claim 8 enable an embrittlement-free construction of the welding zones by avoiding expansion cracks between the individual welding beads.

Bei der Vorgangsweise nach Patentanspruch 9 ist von Vorteil, daß die zusätzlich benötigte Wärmeenergie gering gehalten werden kann, da die Schweißzonen in einem Arbeitsgang ohne Verlust der Wärme in den Schienenstücken aufgrund der Herstellung der Schweißraupen in der vorhergegangenen Schweißzone hergestellt werden können.In the procedure according to claim 9, it is advantageous that the additional thermal energy required can be kept low, since the welding zones can be produced in one operation without loss of heat in the rail pieces due to the manufacture of the weld beads in the previous welding zone.

Wird nach Patentanspruch 10 vorgegangen, so können Spannungsrisse bzw. Gefügeveränderungen in Endbereichen der Schweißraupen einzelner Schweißzonen verhindert werden, daß die übereinander bzw. nebeneinander liegenden Schweißraupen als durchgängiger, einstückiger Teil hergestellt werden.If one proceeds according to claim 10, stress cracks or structural changes in the end regions of the welding beads of individual welding zones can be prevented that the welding beads lying one above the other or next to one another are produced as a continuous, one-piece part.

Schließlich ist bei dem Verfahrensablauf nach Patenanspruch 11 von Vorteil, daß ein lageweise versetzter Verbund zwischen den einzelnen Schweißraupen in der Schweißzone hergestellt wird, der eine günstigere Kräfteweiterleitung zwischen den einzelnen Schienenstücken ermöglicht.Finally, it is advantageous in the course of the method according to claim 11 that a layer-wise offset bond is made between the individual welding beads in the welding zone, which enables a more favorable transmission of forces between the individual rail pieces.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert:
Es zeigen:

Fig. 1
einen Schienenstoß in Seitenansicht während der Herstellung einer Schweißverbindung mit der dazugehörigen Schweißanlage in vereinfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 2
eine Schweißverbindung zwischen zwei Stirnenden von zueinander fluchtend angeordneten Schienen in Stirnansicht und im Schnitt, gemäß den Linien II-II in Fig.3;
Fig. 3
die Schweißverbindung nach Fig.2 im Schnitt, gemäß den Linien III-III in Fig.2;
Fig. 4
die Schweißverbindung in Stirnansicht mit der im Schienenfußbereich angeordneten Schweißzone und der dieser Schweißzone zugeordneten Kühlvorrichtung, geschnitten, gemäß den Linien IV-IV in Fig.5;
Fig. 5
die Schweißverbindung nach Fig.4 in Seitenansicht;
Fig. 6
die Schweißverbindung in Stirnansicht mit den bereits fertiggestellten Schweißzonen im Bereich des Schienenfußes und des Schienensteges mit der dem Schienensteg zugeordneten Kühlvorrichtung, geschnitten, gemäß den Linien VI-VI in Fig.7;
Fig. 7
die Schweißverbindung nach Fig.6 in Seitenansicht;
Fig. 8
die Schweißverbindung in Stirnansicht mit allen fertig gestellten Schweißzonen und den dem Schienenkopf und dem Schienensteg zugeordneten Kühlvorrichtungen im Schnitt, gemäß den Linien VIII-VIII in Fig.9;
Fig. 9
die Schweißverbindung nach Fig.8 in Seitenansicht.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the drawings:
Show it:
Fig. 1
a rail joint in side view during the production of a welded connection with the associated welding system in a simplified, schematic representation;
Fig. 2
a welded connection between two ends of rails arranged in alignment with each other in front view and in section, according to lines II-II in Figure 3;
Fig. 3
the welded joint according to Figure 2 in section, according to lines III-III in Figure 2;
Fig. 4
the welded connection in front view with the welding zone arranged in the rail foot region and the cooling device assigned to this welding zone, cut, according to lines IV-IV in FIG. 5;
Fig. 5
the welded joint of Figure 4 in side view;
Fig. 6
the welded connection in front view with the already completed welding zones in the area of the rail foot and the rail web with the cooling device assigned to the rail web, cut according to the lines VI-VI in FIG. 7;
Fig. 7
the welded joint of Figure 6 in side view;
Fig. 8
the welded connection in front view with all completed welding zones and the cooling devices assigned to the rail head and the rail web in section, according to lines VIII-VIII in FIG. 9;
Fig. 9
the welded joint of Figure 8 in side view.

In Fig.1 sind zwei Schienenstücke 1,2 gezeigt, die in Längsrichtung - Pfeil 3 - hintereinander fluchtend angeordnet sind und miteinander einen Schienenstrang 4 für Schienenfahrzeuge, wie z.B. Züge, Straßenbahnen, Standseilbahnen, Kräne, usw., bilden. Die Schienenstücke 1,2 werden über eine Schweißverbindung 5 miteinander kraft- und formschlüssig verbunden. Dazu wird zwischen einander zugewandten Stirnseiten 6,7 der beiden Schienenstücke 1,2 ein Zusatzmaterial 8 durch Abschmelzen einer Schmelzelektrode 9 eingebracht. Das Abschmelzen des Zusatzmaterials 8 erfolgt über einen zwischen der Schmelzelektrode 9 und dem Schienenstück 1,2 aufgebauten Lichtbogen 10, wobei der Zutritt von Sauerstoff und Stickstoff zur Schweißstelle durch einen Gasmantel 11, bestehend aus verschiedenen Schutzgasen 12,13,14, verhindert wird.In Fig.1 two rail pieces 1,2 are shown, the longitudinal direction - arrow 3 - are aligned one behind the other and together form a rail track 4 for rail vehicles, such as trains, trams, funiculars, cranes, etc. The rail pieces 1, 2 are connected to one another in a non-positive and positive manner via a welded connection 5. For this purpose, an additional material 8 is introduced between facing end faces 6, 7 of the two rail pieces 1, 2 by melting a melting electrode 9. The additional material 8 is melted off via an arc 10 built up between the melting electrode 9 and the rail section 1, 2, the access of oxygen and nitrogen to the welding point being prevented by a gas jacket 11 consisting of various protective gases 12, 13, 14.

Die Schmelzelektrode 9, die beispielsweise durch einen Schweißdraht mit entsprechendem Durchmesser gebildet ist, wird von einer Vorratsrolle 15 abgezogen und über eine Schweißpistole 16 zugeführt, über die auch die Stromzufuhr über eine Leitung 17 und die Zufuhr der Schutzgase 12 bis 14 bzw. des Schutzgasgemisches über eine Leitung 18 erfolgt. Die Schweißpistole 16 ist entsprechend den bekannten Ausführungen ausgestattet und mit den notwendigen Schaltern zum Einleiten und Unterbrechen des Drahtvorschubes der Schmelzelektrode 9 bzw. der Stromzufuhr oder der Zufuhr der Schutzgase 12 bis 14 bzw. Schutzgasgemisches ausgebildet und steht dazu mit einer Steuervorrichtung 19 und mit einer Spannungsversorgungseinrichtung 20 sowie mit einem Behälter für die Schutzgase 12 bis 14 bzw. das Schutzgasgemisch, beispielsweise Gasflaschen 21, in Verbindung.The fusible electrode 9, which is formed, for example, by a welding wire with a corresponding diameter, is drawn off from a supply roll 15 and fed via a welding gun 16, via which the current supply via a line 17 and the supply of the protective gases 12 to 14 or the protective gas mixture, respectively a line 18 takes place. The welding gun 16 is equipped in accordance with the known designs and is designed with the necessary switches for initiating and interrupting the wire feed of the melting electrode 9 or the power supply or the supply of the protective gases 12 to 14 or protective gas mixture and is provided with a control device 19 and with a voltage supply device 20 and with a container for the protective gases 12 to 14 or the protective gas mixture, for example gas bottles 21, in connection.

Die Schmelzelektrode 9 weist zur Herstellung der vorgesehenen Schweißzonen einen Durchmesser zwischen 0,8 und 4,0 mm auf, wobei die Spannungsversorgungseinrichtung 20 zur Zufuhr eines Stroms zur Schmelzelektrode 9 im Bereich von 100 bis 1100 Amper ausgebildet ist. Die Schutzgase 12 bis 14, bzw. das daraus hergestellte Schutzgasgemisch, besteht aus 40% bis 70% Argon, 25 % bis 60 % Helium, 3 % bis 10 % Kohlendioxyd und 0,1 % bis 1 % Sauerstoff.The melting electrode 9 has a diameter of between 0.8 and 4.0 mm for producing the welding zones provided, the voltage supply device 20 being designed to supply a current to the melting electrode 9 in the range from 100 to 1100 amperes. The protective gases 12 to 14, or the protective gas mixture produced therefrom, consist of 40% to 70% argon, 25% to 60% helium, 3% to 10% carbon dioxide and 0.1% to 1% oxygen.

Die jeweilige Abschmelzleistung bzw. die Stromzufuhr von der Spannungsversorgungseinrichtung 20 wird über die Steuervorrichtung 19 so verändert und gesteuert, daß zwischen 400 bis 1200 Kügelchen pro Sekunde von der Schmelzelektrode 9 abgeschmolzen werden, die bevorzugt einen Durchmesser aufweisen, welcher zumindest der Größe des Durchmessers der Schmelzelektrode 9 entspricht.The respective melting power or the current supply from the voltage supply device 20 is changed and controlled via the control device 19 so that between 400 to 1200 balls per second of the melting electrode 9 are melted, which preferably have a diameter which corresponds at least to the size of the diameter of the melting electrode 9.

Durch diese vorangegebenen Kriterien ist es nunmehr möglich, die Vorteile des Sprühlichtbogenübertragungsverfahrens in Verbindung mit Tropfengrößen, die normaler Weise dem globularen Übertragungsverfahren zugeordnet werden, zu nutzen. Dadurch kann in Verbindung mit dem neuen Schweißgasgemisch über das damit erzielte Plasmafeld das Festhalten des vergrößerten Metallstromflußvolumens in der Schweißverbindung erzielt und eine verbesserte Qualität der Schweißverbindung sowie eine bessere Durchdringung durch weitgehend weitergeführtes Vorwärmen des Grundwerkstoffes erreicht werden.With the above criteria, it is now possible to use the advantages of the spray arc transmission method in conjunction with drop sizes that are normally assigned to the globular transmission method. As a result, in connection with the new welding gas mixture, the increased metal current flow volume can be retained in the welded connection via the plasma field thus achieved, and an improved quality of the welded connection as well as better penetration can be achieved through largely continued preheating of the base material.

In Fig.2 und 3 ist eine Schweißverbindung zwischen zwei Schienenstücken 1 und 2 gezeigt, die aus mehreren Schweißzonen 22,23,24 und 25 besteht. Die Schweißzonen 24 und 25 können auch durch eine gemeinsame einzige Schweißzone gebildet werden.2 and 3, a welded connection between two rail sections 1 and 2 is shown, which consists of several weld zones 22, 23, 24 and 25. The welding zones 24 and 25 can also be formed by a common single welding zone.

Wie aus den Darstellungen der Schweißzonen 22 bis 25 zu ersehen ist, ist jede dieser Schweißzonen durch eine Mehrzahl von Schweißraupen 26,27, 28 und 29 gebildet. Diese Schweißraupen 26 bis 29 sind, wie insbesondere die Darstellung in Fig.3 zeigt, zwischen den beiden einander zugewandten Stirnseiten 6,7 der Schienenstücke 1,2 übereinander und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Jeweils 6 bis 8, maximal 10 im wesentlichen parallel zueinander verlaufende, übereinander angeordnete Schweißraupen 26 bilden die Schweißzone 22 im Bereich eines Schienenkopfes 30, während die Schweißraupen 27 die Schweißzone 23 im Bereich eines Schienensteges 31 und die Schweißraupen 28 bzw. 29 die Schweißzonen 24 bzw. 25 im Bereich eines Schienenfußes 32 bilden.As can be seen from the representations of the welding zones 22 to 25, each of these welding zones is formed by a plurality of welding beads 26, 27, 28 and 29. These welding beads 26 to 29 are, as the illustration in FIG. 3 in particular shows, arranged between the two facing end faces 6, 7 of the rail sections 1, 2 above and essentially parallel to one another. In each case 6 to 8, a maximum of 10 essentially parallel welding beads arranged one above the other form the welding zone 22 in the area of a rail head 30, while the welding beads 27 form the welding zone 23 in the area of a rail web 31 and the welding beads 28 and 29 form the welding zones 24 and 25 form in the area of a rail foot 32.

Wie im Bereich des Schienenfußes 32 schematisch gezeigt, kommt es beim Auftragen der übereinander liegenden Schweißraupen 28 bzw. 29 zu einem Aufschmelzen der obersten mit strichlierten Linien angedeuteten Schicht der darunterliegenden Schweißraupe 28 bzw. 29. Damit kommt es zu einer innigen Materialverbindung zwischen den übereinander angeordneten Schweißraupen 26 bis 29.As shown schematically in the area of the rail foot 32, when the welding beads 28 or 29 lying one above the other are melted, the uppermost layer of the welding bead 28 or 29 underneath, indicated by dashed lines, melts Welding beads 26 to 29.

Gleichfalls ist ersichtlich, daß die Schweißzonen 22 bis 25 in den einander zugewandten Berührungsbereichen 33,34,35 und 36 in sich verschmolzen sind und damit auch in den unterschiedlichen Raumrichtungen der Schienenstücke 1,2 eine gleichförmige Gefügestruktur besteht.Likewise, it can be seen that the welding zones 22 to 25 in the mutually facing contact areas 33, 34, 35 and 36 are fused to one another and thus there is also a uniform microstructure in the different spatial directions of the rail sections 1, 2.

Dabei bildet sich zwischen den Schweißraupen 27 und 29 der Berührungsbereich 34, zwischen den Schweißraupen 27 und 28 der Berührungsbereich 35 sowie zwischen den Schweißraupen 28 und 29 im Bereich des Schienenfußes 32 der Berührungsbereich 36 aus. Diese Berührungsbereiche 34 bis 36 sind schematisch durch strichpunktierte Linien und verschiedenartige Schraffuren dargestellt. Es ist aber auch ebenso möglich, die Schweißzonen 24 und 25 im Bereich des Schienenfußes 32 als eine einzige Schweißzone auszuführen, wie dies in einer später folgenden Figur näher dargestellt ist.The contact area 34 is formed between the welding beads 27 and 29, the contact area 35 between the welding beads 27 and 28 and between the welding beads 28 and 29 in the area of the rail foot 32 the contact area 36. These contact areas 34 to 36 are shown schematically by dash-dotted lines and different types of hatching. However, it is also possible to design the welding zones 24 and 25 in the region of the rail foot 32 as a single welding zone, as is shown in more detail in a figure that follows later.

Der Vorteil dieser gleichförmigen Gefügestruktur liegt darin, daß einheitliche Festigkeitswerte in der Schweißverbindung erzielt werden und somit die Biegefestigkeit bzw. die Zugfestigkeit erheblich erhöht werden kann.The advantage of this uniform microstructure is that uniform strength values are achieved in the welded joint and thus the bending strength or the tensile strength can be increased considerably.

Gleichzeitig wird aber auch die Schlagzähigkeit dadurch erhöht, sodaß vor allem im Bereich von Schienenstößen auch dann, wenn sich im Bereich einer Fahrfläche 37 des Schienenkopfes 30 kleine Einkerbungen bilden, die durch die Schlagbeanspruchung aufgrund des Darüberrollens der Räder entstehenden Schwingungen die Lebensdauer einer derartigen Schweißverbindung 5 nicht nachteilig verändert.At the same time, however, the impact strength is increased, so that, especially in the area of rail joints, even if small notches form in the area of a running surface 37 of the rail head 30, the vibrations resulting from the impact stress due to the rolling of the wheels over the life of such a welded joint 5 not adversely changed.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Schweißverbindung 5 ist es aber trotz der erhöhten Wärmezufuhr aufgrund des größeren Materialabtrages und der verbesserten Aufschmelzung des Grundmaterials der Schienenstücke 1,2 möglich, die Versprödungen des Grundmaterials der Schienenstücke 1 und 2 dadurch hintanzuhalten, indem im Bereich der Schweißverbindung bei Herstellung der einzelnen Schweißzonen 22 bis 25 Kühlvorrichtungen angeordnet werden.With the design of the welded joint 5 according to the invention, it is possible, despite the increased heat supply due to the greater material removal and the improved melting of the base material of the rail sections 1, 2, to prevent the embrittlement of the base material of the rail sections 1 and 2 by in the area of the welded connection during manufacture of the individual welding zones 22 to 25 cooling devices can be arranged.

In den Fig.4 bis 9 sind nun für die Herstellung der verschiedenen Schweißzonen 22 bis 25 die dazu benötigten Kühlvorrichtungen 38,39 und 40 in der dafür benötigten Anordnung dargestellt. Gleichzeitig ergibt sich durch die Aufeinanderfolge der Darstellungen in den Fig.4 bis 9 der Verfahrensablauf zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schweißverbindung 5.4 to 9, the cooling devices 38, 39 and 40 required for the production of the different welding zones 22 to 25 are shown in the arrangement required for this. At the same time, the sequence of the representations in FIGS. 4 to 9 results in the process sequence for producing the welded connection 5 according to the invention.

Wie aus den Fig.4 und 5 zu ersehen ist, wird vor der Herstellung der Schweißverbindung 5 zwischen den Stirnseiten 6 und 7 der Schienenstükke 1 und 2 ein Schweißspalt 41 zwischen den Stirnseiten 6,7 hergestellt, in dem ein Distanzstück 42 im Bereich des Schienenkopfes 30 auf die Fahrfläche 37 aufgesetzt wird und mit einem einer Dicke 43 des Schweißspaltes 41 entsprechenden Vorsprung 44 in den Schweißspalt 41 vorragt.As can be seen from FIGS. 4 and 5, a weld gap 41 is produced between the end faces 6, 7 in which a spacer 42 is located in the region of the rail head before the weld connection 5 is made between the end faces 6 and 7 of the rail pieces 1 and 2 30 is placed on the driving surface 37 and projects into the welding gap 41 with a projection 44 corresponding to a thickness 43 of the welding gap 41.

Die Kühlvorrichtung 38 liegt an einer Aufstandsfläche 45 der Schienenstükke 1,2 an und weist eine Vertiefung 46 auf, deren Breite 47 zumindest der Dicke 43 des Schweißspaltes 41 entspricht oder, wie insbesondere in Fig.5 gezeigt, etwas größer ausgebildet ist. Dadurch soll erreicht werden, daß ein gewisser Überstand des Zusatzmaterials erreicht wird, der über die Aufstandsfläche 45 vorragt.The cooling device 38 rests on a contact surface 45 of the rail pieces 1, 2 and has a recess 46, the width 47 of which corresponds at least to the thickness 43 of the welding gap 41 or, as shown in particular in FIG. 5, is designed to be somewhat larger. The aim of this is to achieve a certain protrusion of the additional material which protrudes beyond the contact surface 45.

Im Bereich des Schienenfußes 32 ist hier nur eine einzige durchgehende Schweißzone 24 dargestellt. Somit bildet sich zwischen der Schweißzone 23 im Bereich des Schienensteges 31 mit ihren Schweißraupen 27 und der Schweißzone 24 mit den Schweißraupen 28 der Berührungsbereich 34 aus.In the area of the rail foot 32, only a single continuous welding zone 24 is shown here. Thus, the contact area 34 is formed between the welding zone 23 in the region of the rail web 31 with its welding beads 27 and the welding zone 24 with the welding beads 28.

Eine entsprechende Kühlung mit der Kühlvorrichtung 38 wird erreicht, indem über eine schematisch dargestellte Leitung 48, Kühlmittel in einem schematisch dargestellten Kühlkreislauf 49 mit einer Pumpe 50 und einem Wärmetauscher 51 zum Abkühlen des Kühlmediums hindurchgeführt wird. Dadurch kann ein entsprechender Temperaturverlauf im Grundmaterial der Schienenstücke 1,2 und in den der Grundschweißraupe benachbarten Schweißraupen 28,29 erreicht werden.Corresponding cooling with the cooling device 38 is achieved by passing coolant through a schematically illustrated line 48 in a schematically illustrated cooling circuit 49 with a pump 50 and a heat exchanger 51 for cooling the cooling medium. A corresponding temperature profile in the base material of the rail sections 1, 2 and in the weld beads 28, 29 adjacent to the base welding bead can thereby be achieved.

Durch das im Bereich des Schienenkopfes 30 eingesetzte Distanzstück 42 wird verhindert, daß sich aufgrund der Temperaturbelastung der Schienenstücke 1,2 im Bereich des Schienenfußes 32 der Schweißspalt 41 im Bereich des Schienenkopfes 30 verringert. Gleichzeitig wird dadurch eine fluchtende Lage der Fahrflächen 37 der miteinander verschweißten Schienenstücke 1 und 2 sichergestellt.The spacer 42 used in the area of the rail head 30 prevents the welding gap 41 from being in the area due to the temperature load on the rail pieces 1, 2 in the area of the rail foot 32 of the rail head 30 reduced. At the same time, an aligned position of the running surfaces 37 of the rail sections 1 and 2 welded to one another is ensured.

Da die Schweißzone 24 bzw. 25 mit einer relativ geringen Anzahl von maximal 10 Schweißraupen 28,29 hergestellt werden kann, ist eine innige Verbindung zwischen den einzelnen Schweißraupen 28 und 29 einerseits und dem Grundmaterial der Schienenstücke 1,2 andererseits möglich. Vor allem werden dadurch in Art eines Zugbandes ausgebildete Verbindungsstege zwischen den Schienenstücken 1,2 geschaffen, für die gegenüber der Verwendung von Elektroden zur Herstellung einer derartigen Schweißverbindung mit einer erheblich geringeren Anzahl von Schweißraupen 26 bis 29 das Auslangen gefunden werden kann.Since the welding zone 24 or 25 can be produced with a relatively small number of a maximum of 10 welding beads 28, 29, an intimate connection between the individual welding beads 28 and 29 on the one hand and the base material of the rail pieces 1, 2 on the other hand is possible. Above all, this creates connecting webs in the form of a tension band between the rail sections 1, 2, for which it is possible to find sufficient length compared to the use of electrodes for producing such a welded connection with a considerably smaller number of weld beads 26 to 29.

Nachdem die beiden Schienenfüße 32 der Schienenstücke 1,2 miteinander verschweißt sind, wird, wie aus den Fig.6 und 7 ersichtlich, eine Kühlvorrichtung 39 auf einer der beiden Seiten des Schienensteges 31 angeordnet und der Schweißspalt 41 zwischen den Stirnseiten 6 und 7 durch Anordnung mehrerer waagrechter Schweißraupen 27 verschlossen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Schweißspalt 41 mit senkrechten Schweißraupen 27 zu verschweißen, wobei während des Arbeitens die Kühlvorrichtung von einer Seitenwand des Schienensteges 31 auf die andere umgesetzt werden kann, sodaß ein völliges Durchschweißen des Schienensteges 31 erzielbar ist.After the two rail feet 32 of the rail pieces 1, 2 are welded to one another, as can be seen from FIGS. 6 and 7, a cooling device 39 is arranged on one of the two sides of the rail web 31 and the welding gap 41 between the end faces 6 and 7 by arrangement several horizontal weld beads 27 closed. However, there is also the possibility of welding the welding gap 41 with vertical welding beads 27, the cooling device being able to be moved from one side wall of the rail web 31 to the other during operation, so that the rail web 31 can be completely welded through.

Nach diesem Arbeitsvorgang, währenddem das Distanzstück 42 noch zwischen den Stirnseiten 6,7 der Schienenstücke 1,2 angeordnet war, wird dieses Distanzstück 42 entfernt und zusätzlich zu der Kühlvorrichtung 39 auf der der Kühlvorrichtung 39 gegenüberliegenden Seite des Schienenkopfes 30 eine weitere Kühlvorrichtung 40 angeordnet. Danach wird der Schweißspalt 41 im Bereich des Schienenkopfes 30 mit 10 bis 12, aber maximal 15 Schweißraupen 26 ausgefüllt. Die Kühlvorrichtungen 39 und 40 weisen ebenso wie die Kühlvorrichtung 38 im Bereich des Schweißspaltes 41 entsprechende Vertiefungen 46 auf, sodaß ein Überstand der jeweiligen Schweißraupen 26 bis 29 über die Oberflächen der Schienenstücke 1,2 ermöglicht werden kann. In jenen Bereichen, wo diese Überstände über die benachbarten Flächen der Schienenstücke 1,2 störend sind, können diese mittels Abscher- oder Schleifmaschinen nachträglich entfernt werden.After this working process, while the spacer 42 was still arranged between the end faces 6, 7 of the rail sections 1, 2, this spacer 42 is removed and, in addition to the cooling device 39, a further cooling device 40 is arranged on the side of the rail head 30 opposite the cooling device 39. The welding gap 41 in the region of the rail head 30 is then filled with 10 to 12, but a maximum of 15 welding beads 26. The cooling devices 39 and 40, like the cooling device 38, have corresponding depressions 46 in the area of the welding gap 41, so that a protrusion of the respective welding beads 26 to 29 over the surfaces of the rail sections 1, 2 can be made possible. In those areas where these supernatants over the adjacent surfaces of the rail sections 1, 2 are disruptive, these can be subsequently removed by means of shearing or grinding machines.

Die Beaufschlagung der Kühlvorrichtungen 39 und 40 kann mit demselben Kühlkreislauf 49 erfolgen, wie bei der Kühlvorrichtung 38, es ist aber auch möglich, jeder Kühlvorrichtung 38 bzw. 39 oder 40 einen eigenen Kühlkreislauf 49 zuzuordnen.The cooling devices 39 and 40 can be acted upon with the same cooling circuit 49 as with the cooling device 38, but it is also possible to assign a separate cooling circuit 49 to each cooling device 38 or 39 or 40.

Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung liegt aber vor allem darin, daß durch die Anordnung einer Vielzahl von Schweißraupen 26 bis 29 durch geeignete Wahl der Zusatzmaterialien und vor allem unterschiedlicher Zusatzmaterialien den Belastungen in den einzelnen Querschnittsbereichen der Schienenstücke 1,2 einfacher Rechnung getragen werden kann. So ist es dadurch möglich, beispielsweise die oberste oder mehrere der Fahrfläche/n 37 bzw. den Schienenkopfflanken nächstliegenden Schweißraupen 26 im Bereich des Schienenkopfes 30 mit gegenüber den übrigen Schweißraupen unterschiedlichen, z.B. härteren Zusatzmaterialien herzustellen, sodaß ein erhöhter Widerstand gegen Abnutzung im Bereich des Schienenkopfes 30, insbesondere der Fahrfläche 37 bzw. der Schienenkopfflanken, erzielt werden kann.Another advantage of this solution according to the invention is, however, that by arranging a plurality of welding beads 26 to 29, the loads in the individual cross-sectional areas of the rail sections 1, 2 can be taken into account more easily by suitable selection of the additional materials and, above all, different additional materials. It is thus possible, for example, to weld the uppermost or more welding beads 26 closest to the running surface (s) 37 or the rail head flanks in the area of the rail head 30 with different, e.g. to produce harder additional materials, so that an increased resistance to wear in the area of the rail head 30, in particular the running surface 37 or the rail head flanks, can be achieved.

Ein besonderer Vorteil der nunmehr beschriebenen Vorgangsweise bei Herstellung der Schweißverbindung 5 in Verbindung mit dem einleitend genannten Schweißgas liegt darin, daß bei der Schaffung des Plasmas die Gasatome in Ionen und freie Elektronen bzw. Schutzgasen dissoziiert werden, wobei die geladenen Gasteilchen auf sehr hohe Temperaturen von z.B. 6.600 bis 22.200 Grad erhitzt werden. Werden nun solche derart hoch erhitzten Gasteilchen über den Lichtbogen hinweg übertragen, geben die geladenen Plasmateilchen ihre Wärme ab, um die Schmelzelektrode 9 abzuschmelzen und den Grundwerkstoff auf- bzw. vorzuwärmen. Die danach abgekühlten Gasteilchen verbinden sich wieder um das Molikulargefüge des oder der ursprünglichen Gase/s zu bilden.A particular advantage of the procedure now described for producing the welded joint 5 in connection with the welding gas mentioned at the outset is that when the plasma is created, the gas atoms are dissociated into ions and free electrons or protective gases, the charged gas particles reaching very high temperatures of e.g. 6,600 to 22,200 degrees can be heated. If such highly heated gas particles are now transferred across the arc, the charged plasma particles give off their heat in order to melt away the melting electrode 9 and to heat or preheat the base material. The subsequently cooled gas particles combine again to form the molecular structure of the original gas or gases.

Es erweist sich weiters bei der Herstellung der verschiedenen Schweißzonen 22 bis 25 als vorteilhaft, wenn die unterschiedlichen Eigenschaften der Zusatzmaterialien 8 in einander unmittelbar benachbarten Schweißraupen 26,27,28,29 einer Schweißzone 22;23,24,25 bzw. Berührungsbereiches 33,34,35,36 nicht zu stark unterschiedlich sind. Ist ein derart starker Unterschied beispielsweise der Härte des Elastizitätsmoduls, der elastischen Dehnung, der Biegefestigkeit oder sonstiger maßgeblicher Materialeigenschaften gewünscht, ist es vorteilhaft, diese Werte linear oder exponentiell über mehrere Lagen hinweg kontinuierlich ansteigen zu lassen, um dann zum Endwert zu gelangen. Dadurch werden innere Spannungen in der Schweißnaht vermieden, und es können auch bei den nachfolgenden Betriebsbelastungen Spannungsrisse verhindert werden.It also proves to be advantageous in the production of the different welding zones 22 to 25 if the different properties of the additional materials 8 in welding beads which are directly adjacent to one another 26, 27, 28, 29 of a welding zone 22; 23, 24, 25 or contact area 33, 34, 35, 36 are not too different. If such a large difference is desired, for example, the hardness of the elastic modulus, the elastic elongation, the flexural strength or other relevant material properties, it is advantageous to have these values increase linearly or exponentially over several layers in order to then reach the final value. This avoids internal stresses in the weld seam and stress cracks can also be prevented in the subsequent operating loads.

Weiters ist auch bei der Herstellung der einzelnen Schweißraupen 26 bis 29 zu berücksichtigen, daß ein einheitliches Gefüge vor allem bei hohen Festigkeiten erzielt werden kann, wenn die einzelnen Schweißraupen 26 bis 29 in den verschiedenen einander benachbarten Schweißzonen 22 bis 25 unmittelbar aufeinanderfolgend aufgetragen werden. Dadurch wird ein mehrfaches Erkalten und Erhitzen des Verbindungsbereiches mit den schädlichen Nachteilen hinsichtlich Versprödung und internen Spannungen ausgeschaltet. Dies trifft natürlich nicht nur auf die Herstellung der benachbarten Schweißraupen 26 bis 29 in jeweils jeder Schweißzone 22 bis 25, sondern auch für das unmittelbar aufeinanderfolgende Herstellen in den einander benachbarten Schweißzonen 22 bis 25 in ihren Berührungsbereichen 33 bis 36 zu, da dadurch interne Spannungen zwischen den Schweißzonen 22 bis 25 verhindert und zusätzliche Gefügeveränderungen in den Berührungsbereichen 33 bis 36 zwischen den einzelnen Schweißzonen 22 bis 25 vermieden werden können.Furthermore, when manufacturing the individual welding beads 26 to 29, it must be taken into account that a uniform structure can be achieved, in particular with high strengths, if the individual welding beads 26 to 29 are applied directly in succession in the various adjacent welding zones 22 to 25. This eliminates multiple cooling and heating of the connection area with the harmful disadvantages regarding embrittlement and internal tensions. Of course, this applies not only to the production of the adjacent welding beads 26 to 29 in each welding zone 22 to 25, but also to the immediately successive production in the adjacent welding zones 22 to 25 in their contact areas 33 to 36, since this causes internal tensions between the welding zones 22 to 25 and additional structural changes in the contact areas 33 to 36 between the individual welding zones 22 to 25 can be avoided.

Als vorteilhaft hat es sich dabei auch erwiesen, wenn die einander unmittelbar benachbarten, aufeinanderfolgend hergestellten Schweißraupen 26 bis 29 in einer Schweißzone 22;23,24,25 bzw. in den einander benachbarten Schweißzonen 22 bis 25 in jeweils entgegengesetzten Schweißrichtungen aufgetragen werden. Dies hat den Vorteil, daß Gefügeveränderungen am Beginn jedes Schweißvorganges vermieden werden können, da diese Schweißraupe 26 bis 29 als endlose, theoretisch zick-zack-förmig hin- und herlaufende Schweißraupe 26 bis 29 hergestellt wird und somit Übergangsverluste, bedingt durch den erneuten Schweißbeginn im Randbereich der Schweißzone 22 bis 25, zwischen den einzelnen Schweißraupen 26 bis 29 verhindert werden können.It has also proven to be advantageous if the immediately adjacent, successively produced welding beads 26 to 29 are applied in a welding zone 22; 23, 24, 25 or in the adjacent welding zones 22 to 25 in opposite welding directions. This has the advantage that structural changes at the beginning of each welding process can be avoided, since this welding bead 26 to 29 is produced as an endless, theoretically zigzag-shaped welding bead 26 to 29 and thus transition losses, due to the renewed beginning of welding in Edge area of the welding zone 22 to 25, between the individual welding beads 26 to 29 can be prevented.

Dabei kann es sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn die nacheinander hergestellten Schweißraupen 26 bis 29 einer Schweißzone 22 bis 25 bzw. der Schweißraupen 26 bis 29 in einander benachbarten Schweißverbindungen 5 in Schienenlängsrichtung gegeneinander versetzt, jedoch in senkrecht zur Schienenlängsrichtung verlaufenden Randbereichen überlappend angeordnet sind. Diese lageweise Versetzung der Schweißraupen 26 bis 29, beispielsweise um die halbe Teilung, um eine Art Verbundkonstruktion wie bei einem Mauerwerk aus Ziegeln herzustellen, bietet eine innigere Verzahnung der einzelnen Schweißraupen 26 bis 29 bzw. der einzelnen Lagen des Zusatzmaterials 8, wodurch insgesamt die Eigenschaften dieser Schweißverbindung 5 erheblich verbessert werden können.It can also prove to be advantageous if the weld beads 26 to 29 of a welding zone 22 to 25 or the weld beads 26 to 29, which are produced one after the other, in mutually adjacent weld connections 5 are offset with respect to one another in the longitudinal direction of the rails, but are arranged to overlap in edge regions running perpendicular to the longitudinal direction of the rails. This layer-by-layer displacement of the welding beads 26 to 29, for example by half the division, in order to produce a type of composite construction such as in masonry made of bricks, offers more intimate interlocking of the individual welding beads 26 to 29 or the individual layers of the additional material 8, which results in the overall properties this weld 5 can be significantly improved.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, über die gezeigten Ausführungsbeispiele hinaus die Anordnung der Einzelelemente beliebig zu verändern bzw. auch unterschiedlich zu kombinieren.It is of course possible within the scope of the invention to change the arrangement of the individual elements as desired or to combine them differently in addition to the exemplary embodiments shown.

Auch Einzelmerkmale aus den gezeigten Ausführungsbeispielen können eigenständige, erfindungsgemäße Lösungen darstellen.Individual features from the exemplary embodiments shown can also represent independent solutions according to the invention.

Abschließend sei noch festgehalten, daß in den Zeichnungen des Ausführungsbeispiels zum besseren Verständnis der Erfindung einzelne Teile unproportional vergrößert bzw. schematisch vereinfacht dargestellt sind. Bezugszeichenaufstellung 1 Schienenstück 41 Schweißspalte 2 Schienenstück 42 Distanzstück 3 Pfeil 43 Dicke 4 Schienenstrang 44 Vorsprung 5 Schweißverbindung 45 Aufstandsfläche 6 Stirnseite 46 Vertiefung 7 Stirnseite 47 Breite 8 Zusatzmaterial 48 Leitung 9 Schmelzelektrode 49 Kühlkreislauf 10 Lichtbogen 50 Pumpe 11 Gasmantel 51 Wärmetauscher 12 Schutzgas 13 Schutzgas 14 Schutzgas 15 Vorratsrolle 16 Schweißpistole 17 Leitung 18 Leitung 19 Steuervorrichtung 20 Spannungsversorgungseinrichtung 21 Gasflasche 22 Schweißzone 23 Schweißzone 24 Schweißzone 25 Schweißzone 26 Schweißraupe 27 Schweißraupe 28 Schweißraupe 29 Schweißraupe 30 Schienenkopf 31 Schienensteg 32 Schienenfuß 33 Berührungsbereich 34 Berührungsbereich 35 Berührungsbereich 36 Berührungsbereich 37 Fahrfläche 38 Kühlvorrichtung 39 Kühlvorrichtung 40 Kühlvorrichtung Finally, it should be noted that individual parts are disproportionately enlarged or shown schematically simplified in the drawings of the exemplary embodiment for a better understanding of the invention. List of reference symbols 1 Track piece 41 Welding gaps 2nd Track piece 42 Spacer 3rd arrow 43 thickness 4th Rail track 44 head Start 5 Welded joint 45 Footprint 6 Face 46 deepening 7 Face 47 width 8th Additional material 48 management 9 Fusible electrode 49 Cooling circuit 10th Electric arc 50 pump 11 Gas jacket 51 Heat exchanger 12th Shielding gas 13 Shielding gas 14 Shielding gas 15 Supply roll 16 Welding gun 17th management 18th management 19th Control device 20th Power supply device 21 gas bottle 22 Welding zone 23 Welding zone 24th Welding zone 25th Welding zone 26 Welding bead 27th Welding bead 28 Welding bead 29 Welding bead 30th Rail head 31 Rail web 32 Rail foot 33 Touch area 34 Touch area 35 Touch area 36 Touch area 37 Driving surface 38 Cooler 39 Cooler 40 Cooler

Claims (11)

Schweißverbindung zwischen zwei in Längsrichtung eines Schienenstranges hintereinander angeordneten Schienenstücken, bei welchen die einander zugewandten Stirnseiten der Schienenstücke über ein Zusatzmaterial miteinander verbunden werden, welches sich vom Schienenfuß bis zum Schienenkopf erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindung (5) durch eine den Schienenfuß (32), eine einen Schienensteg (31) und eine den Schienenkopf (30) verbindende Schweißzone (22;23;24,25) gebildet ist und daß die Schweißzonen (22 bis 25) in ineinander unmittelbar zugewendeten Berührungsbereichen (33 bis 36) formschlüssig verbunden sind und daß die Schweißzone (22) im Schienenkopf (30) aus weniger als 15 einander benachbarten, in sich verschmolzenen und bevorzugt übereinander liegenden annähernd parallel verlaufenden Schweißraupen (26) und die Schweißzone (24,25) im Schienenfuß (32) aus weniger als 10 einander benachbarten, in sich verschmolzenen, annähernd parallelen Schweißraupen (28,29) besteht.Welded connection between two rail pieces arranged one behind the other in the longitudinal direction of a rail track, in which the mutually facing end faces of the rail pieces are connected to one another via an additional material which extends from the rail foot to the rail head, characterized in that the welded joint (5) is provided by a rail foot (32 ), a rail web (31) and a welding zone (22; 23; 24, 25) connecting the rail head (30) is formed and that the welding zones (22 to 25) are positively connected in mutually directly facing contact areas (33 to 36) and that the welding zone (22) in the rail head (30) consists of fewer than 15 mutually adjacent, fused and preferably superimposed approximately parallel welding beads (26) and the welding zone (24, 25) in the rail foot (32) consists of less than 10 neighboring, fused, almost parallel welds caterpillars (28,29). Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial (8) in einem zumindest einer Fahrfläche (37) des Schienenstrangs (4) unmittelbar zugewendeten Oberflächenbereich eine höhere Widerstandsfestigkeit bzw. Härte aufweist als in den anderen Schweißzonen (23 bis 25).Welded connection according to claim 1, characterized in that the additional material (8) in a surface area directly facing at least one running surface (37) of the rail track (4) has a higher resistance or hardness than in the other weld zones (23 to 25). Schweißverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißzonen (22 bis 25) mit unterschiedlichen Zusatzmaterialien (8) hergestellt sind.Welded connection according to claim 1 or 2, characterized in that the welded zones (22 to 25) are made with different additional materials (8). Schweißverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißzonen (22 bis 25) durch mehrere Lagen hergestellt sind und vorzugsweise zumindest einzelne Lagen aus unterschiedlichen Zusatzmaterialien (8) hergestellt sind.Welded connection according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the welded zones (22 to 25) are produced by several layers and preferably at least individual layers are made from different additional materials (8). Schweißverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte, der Elastizitätsmodul und die elastische Dehnung der Zusatzmaterialien in den Schweißzonen bzw. den Lagen in Richtung der Fahrfläche (37) bzw. in Richtung des Schienenfußes (32) linear und/oder exponentiell verändert.Welded connection according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the hardness, the modulus of elasticity and the elastic expansion of the additional materials in the welding zones or the layers changes linearly and / or exponentially in the direction of the running surface (37) or in the direction of the rail foot (32). Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung zwischen einander zugewandten Stirnseiten von Schienenstücken eines Schienenstranges, bei welchen die beiden einander zugewandten Stirnseiten der Schienenstücke in der Dicke eines Schweißspaltes voneinander distanziert werden, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines Schutzgases (12 bis 14), welches aus 40 % bis 70 % Argon, 25 % bis 60 % Helium, 3% bis 10 % Kohlendioxid und 0,1 % bis 1 % Sauerstoff besteht und unter Verwendung einer Schmelzelektrode (9) mit einem Durchmesser zwischen 0,8 mm und 4,0 mm und einer Stromstärke von 100 Amper bis 1100 Amper Schweißraupen (27) übereinanderliegend in einer im Bereich des Schienenfußes (32) angeordneten Schweißzone (24 bzw. 25) aufgetragen werden, wonach die Schweißraupen in im Bereich des Schienensteges (31) und des Schienenkopfes (30) befindlichen Schweißzonen (23,22) hergestellt werden, wobei die Schweißzone (24,25) im Schienenfuß (32) durch max. 10 und die Schweißzone (22) im Schienenkopf (30) durch max. 15 übereinanderliegende Schweißraupen (26) hergestellt wird.Method for producing a welded connection between mutually facing end faces of rail pieces of a rail track, in which the two facing end faces of the rail pieces are spaced apart from one another in the thickness of a welding gap, in particular according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that using a Shielding gas (12 to 14), which consists of 40% to 70% argon, 25% to 60% helium, 3% to 10% carbon dioxide and 0.1% to 1% oxygen and using a melting electrode (9) with a diameter between 0.8 mm and 4.0 mm and a current of 100 amperes to 1100 amper welding beads (27) are applied one above the other in a welding zone (24 or 25) arranged in the region of the rail foot (32), after which the welding beads are applied in the area of the rail web (31) and the rail head (30) are located welding zones (23, 22), the welding zone ( 24.25) in the rail foot (32) by max. 10 and the welding zone (22) in the rail head (30) by max. 15 superimposed weld beads (26) is produced. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst auf der vom Schienenkopf (30) abgewendeten Aufstandsfläche der Schienenstücke dem Schweißspalt eine Kühlvorrichtung zugeordnet wird und die Schweißzone (24,25) mit Zusatzmaterial (8) aufgefüllt wird, worauf die Kühlvorrichtung (38) entfernt und der Schweißzone (23) im Bereich des Schienensteges (31) eine Kühlvorrichtung (39) zugeordnet wird.A method according to claim 6, characterized in that a cooling device is first assigned to the welding gap on the contact surface of the rail pieces facing away from the rail head (30) and the welding zone (24, 25) is filled with additional material (8), after which the cooling device (38) is removed and a cooling device (39) is assigned to the welding zone (23) in the region of the rail web (31). Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schweißraupen (26 bis 29) in den einzelnen Schweißzonen (23 bis 25) jeweils unmittelbar aufeinanderfolgend aufgetragen werden.Method according to claim 6 or 7, characterized in that the individual welding beads (26 to 29) in the individual welding zones (23 to 25) are each applied in direct succession. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüch 6 bis 8, da-durch gekennzeichnet, daß die Schweißraupen (26 bis 29) in einer der fertiggestellten Schweißzone (23,24) benachbarten weiteren Schweißzone (22;25;23,24) vor dem Erkalten der Schweißraupen (26 bis 29) in der bereits fertiggestellten Schweißzone (23,24) hergestellt werden.Method according to one or more of claims 6 to 8, thereby characterized in that the welding beads (26 to 29) in a further welding zone (22; 25; 23, 24) adjacent to the completed welding zone (23, 24) before the welding beads (26 to 29) cool in the already completed welding zone (23, 24) can be produced. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einander unmittelbar benachbarten, aufeinanderfolgend hergestellten Schweißraupen (26 bis 29) einer Schweißzone (22 bis 25) in jeweils aufeinanderfolgenden entgegengesetzten Schweißrichtungen aufgetragen werden.Method according to one or more of claims 6 to 9, characterized in that the immediately adjacent, successively produced welding beads (26 to 29) of a welding zone (22 to 25) are applied in successive, opposite welding directions. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißraupen (26 bis 29) in den jeweiligen Schweißzonen (22 bis 25) bzw. in den einander benachbarten Schweißzonen (22 bis 25) in Schienenlängsrichtung gegeneinander versetzt und in deren senkrecht zur Schienenlängsrichtung verlaufenden Randbereichen überlappend angeordnet werden.Method according to one or more of claims 6 to 10, characterized in that the welding beads (26 to 29) in the respective welding zones (22 to 25) or in the adjacent welding zones (22 to 25) are offset with respect to one another in the longitudinal direction of the rail and in the same Edge regions running perpendicular to the longitudinal direction of the rail are arranged to overlap.
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