HU208798B - Method for welding switch-elements made of manganese steel castings respectively manganese steel rails with carbon steel rail - Google Patents

Description

A jelen találmány tárgya olyan eljárás mangánacélöntvényből készült váltóelemek, elsősorban keresztezés! csúcsok, illetve mangánacélsinek szénacél sínnel történő összehegesztésére, legfeljebb 0,08 tömegszázalék karbontartalmú ausztenites acél közdarab segítségével, amikor először a közdarabot hegesztjük össze a sínnel, majd a közdarabot 25 mm-nél rövidebbre vágjuk le és végül összehegesztjük a váltóelemmel, illetve mangánacélsínnel.

A fentiekben leírt hegesztési eljárásra vonatkozik a 350 881 számú osztrák szabadalom. Ennél az eljárásnál leolvadó tompahegesztéssel végzik a közdarab és a váltósín összehegesztését, majd a közdarabot legfeljebb 20-25 mm, előnyösen 18-20 mm hosszúságúra levágják. Ezután újabb tompahegesztéssel összekapcsolják a közdarabot a mangánacélöntvényből készült keresztezés! csúccsal. A második hegesztés után gyorsabb hűtést végeznek, mint az első után, amikor is a lassú lehűtéssel a sínacél felkeményedését kívánják elkerülni. A közdarab viszonylagos rövidsége azért jelentős, mert az ausztenites acélok általában lényegesen kevésbé kopásállók, mint a keresztezési csúcsot alkotó mangánacél és ez a kis hosszméret szolgál annak elkerülésére, hogy a használat során a közdarab helyén a kerekek hatására bemélyedés alakuljon ki. Minthogy viszont a közdarab ilyen rövid, a második hegesztési művelet során az első hegesztési varrat nyilvánvalóan jelentős mértékben felmelegszik. A felmelegedés azonban általában nem haladja meg a 700 °C-ot és az ilyen hőmérsékletről történő lehűlés még akkor sem okoz szemcsedurvulást, ha a hűtés álló levegőn történik és a hűlést nem késleltetjük. A közdarab szerepe ebben az esetben lényegében annyi, hogy a két hegesztési helyet termikus szempontból elválasztja és így lehetővé teszi a szükséges hűtési feltételek betartását. A szemcsedurvulás azonban mégis jelentkezhet a keresztezési csúcsot alkotó mangánacélöntvényben, mégpedig azért, mert a hegesztés helyén diffúzió következtében olyan keverékzóna alakul ki, amelyben előnytelen szövetszerkezet jöhet létre.

A 29 52 079 számú német szabadalomban bemutatott megoldásnál ugyancsak hegesztett kötést hoznak létre ausztenites mangánacélöntvény és szénacélsinek között, mégpedig ausztenites közdarab segítségével. A hegesztést úgy végzik, hogy a közdarabot először leolvadó tompahegesztéssel a mangánacélhoz hegesztik, majd hőkezelést végeznek. Ennek során a munkadarabot izzítják, majd vízben lehűtik. Ezután a sínacél és a közdarab összehegesztése ugyancsak leolvadó tompahegesztéssel úgy történik, hogy a mangánacélrészt hűtik és magát a hegesztési varratot késleltetve hűtik oly módon, hogy finom perlites szövetszerkezet alakuljon ki.

Ennél az eljárásnál különösen jól használhatók nikkelbázisú ötvözetek a közdarab anyagaként. Ha ausztenites acélt használunk, általában króm-nikkel acélokat vagy mangánnal ötvözött króm-nikkel acélokat célszerű közdarabként felhasználni.

A jelen találmánnyal olyan eljárás kidolgozása a célunk, amelynek során a második hegesztési műveletet úgy lehet végezni, hogy nem szükséges különleges hűtési paraméterek alkalmazása, ugyanakkor javul a szilárdság és homogénebb szövetszerkezet biztosítható a teljes hegesztési zónában. Ugyancsak célunk az, hogy a második hegesztési lépés után, amikor a sínt hegesztjük a közdarabhoz, a hegesztett kötés szilárdsága javuljon és a hajlítási értékek növekedjenek anélkül, hogy hőkezelést kellene végezni.

A kitűzött feladatot tehát olyan eljárással oldottuk meg, ahol a mangánacélöntvényből készült váltóelemeket, elsősorban keresztezési csúcsokat, illetve mangánacélsineket szénacélsínnel hegesztünk össze legfeljebb 0,08 tömegszázalék karbontartalmú ausztenites acél közdarab segítségével oly módon, hogy először a közdarabot hegesztjük össze a sínnel, majd a közdarabot 25 mm-nél rövidebbre vágjuk le és végül összehegesztjük a váltóelemmel, illetve a mangánacélsínnel, ahol a találmány szerint niobiummal és/vagy titánnal stabilizált ausztenites acélból, elsősorban króm-nikkelacélból álló közdarabot alkalmazunk és az első hegesztés után hőkezelést, célszerűen diffúziós izzítást végzünk 350-1000 °C hőmérsékleten.

Azáltal, hogy niobiummal és /vagy titánnal stabilizált ausztenites acélt, elsősorban króm-nikkelacélt alkalmazunk közdarabként, csökken a szabad karbontartalom és a hegesztés mechanikus jellemzőit negatívan befolyásoló karbon diffúzió mértéke csökken.

Mivel a találmány szerint az első leolvadó tompahegesztés után, amelyet a szénacélsín és a közdarab között végzünk, különleges hőkezelés következik, kiegyenlítődnek a koncentráció különbségek a tökéletesen eltérő ötvözetek között. A közdarab és a sínacél között diffúzió jön létre és ezáltal nem csupán a hegesztési zónában történik koncentráció kiegyenlítődés, hanem ugyanakkor az esetlegesen képződött martenzit is átalakul.

Miután a közdarabot a kívánt hosszra vágtuk le, elvégezzük a második hegesztési lépést a mangánacélöntvényből álló váltó elem, illetve a mangánacélsín és a közdarab között (ismét leolvadó tompahegesztéssel). Ez után a hegesztés után semmilyen feltétel betartása nem szükséges a lehűlés során. A lehűtés történhet akár álló levegőben, anélkül, hogy nemkívánatos felkeményedés jelentkeznék a hegesztési tartományban.

Összeségében a találmány szerinti eljárás eredményeképpen a hegesztési kötések törési behajlásának értéke mintegy kétszeresére növekszik az ismert megoldásokhoz képest, ugyanakkor a tartós szilárdság értéke akár a 250 N/mm² értéket is elérheti. A törési behajlást úgy határoztuk meg, hogy egy síndarabot 1 méteres fesztávon alátámasztottuk és középen, a hegesztési vonalnál addig terheltük, amíg eltört és a töréskor mért behajlás értékét vettük figyelembe.

A hőkezelést célszerűen 2-5 órán át végezzük és a lehűtés - mint már mondottuk - történhet álló levegőben. A hőkezelést célszerű legalább 3 órán át végezni körülbelül 850 °C hőmérsékleten. Minthogy a hőkezelés által a hegesztési tartományban homogén koncentráció eloszlás érhető el az első leolvasztó tompahegesztési lépés után, valamint, mert az adott esetben

HU 208 798 Β képződött martenzit biztonságosan eltüntethető, a találmány szerint a második hegesztési lépés után a hűtés akár álló levegőben is történhet, hasonlóképpen a hőkezeléshez.

A közdarab anyagául előnyösen választható az XlOCrNiTi 18 9, az X10 CrNniTi 18 10, az X10 CrNiNb 18 9, vagy az X5 CrNiNb 18 10 jelű (DIN) acélminőség, amelyek közül az első kettőt A700, a második kettőt A750 típusszámon gyártja a Vereinigte Edelstahlwerke AG. Az ilyen niobiummal, illetve titánnal stabilizált acélok maximális karbontartalma általában 0,06 súlyszázalék, ahol is a titán, illetve niobium olyan mennyiségben van jelen a stabilizálás érdekében, amely a titán esetében legalább ötszöröse a karbontartalomnak és a niobium esetében legalább tízszerese a karbontartalomnak. Különösen kedvezőnek bizonyult közdarabnak az alábbi összetétel:

karbon maximum.0,06 tömegszázalék króm 17,5 tömegszázalék nikkel 9,5 tömegszázalék titán a karbontartalom legalább ötszöröse vagy niobium a karbontartalom legalább tízszerese és a maradékban vas, valamint a szokásos szennyezőelemek.

A találmány szerint javasolt közdarabbal előnyösen olyan mangánacél keresztezési csúcsokat lehet összehegeszteni, amelyek 0,95-1,3 tömegszázalék karbont és 11,5-14 tömegszázalék mangánt tartalmaznak és öntött, hengerelt vagy kovácsolt anyagok. Ugyancsak előnyösen alkalmazhatók hengerelt mangánacél sínek hasonló összetételben, amelyet az XlOCrNiNb 18 9, vagy az X10 CrNiTi 18 9 jelű ausztenites acélból készült közdarabbal lehet összehegeszteni. Az anyag szabványnak megfelelő, illetve fejrészükön edzett sínek lehetnek.

A szénacélsinek és a közdarab közötti első hegesztést körülbelül 50 mm hosszú közdarabbal lehet végezni, amelyet az első leolvasztó tompahegesztés elvégzése után 8-20 mm-re vágunk le, annak érdekében, hogy a második hegesztés után, amikor a közdarabot a mangánacélöntvénnyel, illetve a mangánacélsínnel hegesztjük össze, a közdarabból a sínszakaszon mintegy 5 mm maradjon.

Az első hegesztési művelet során, amelyet az ezt követő hőkezelésnél lényegesen magasabb hőmérsékleten végzünk, a niobium és/vagy titán ausztenit stabilizáló hatása következtében a szén diffúziója hatékonyan leblokkolódik. Egy hagyonományos, a 350 881 számú osztrák szabadalom szerint végzett hegesztés és a találmány szerint végzett hegesztés összehasonlításából az derült ki, hogy az ismert módon elérhető legfeljebb 18 mm-es törési behajlás a találmány szerint mintegy 35 mm-re nőtt. A tartós szilárdság értéke 200 N/mm²-iől 250 N/mm²-re nőtt. Ugyanakkor kisebb hőbevitellel lehetett dolgozni, aminek következtében a repedékenység jelentős mértékben csökkenthető volt.

Az eddig szokásos utómelegítés, amelyet a hegesztés után áramimpulzusok segítségével végeztek, a találmány szerinti megoldásnál teljesen fölöslegesnek bizonyult. Nyilvánvaló, hogy ez egy jelentős gazdaságosságnövekedést j elent.

A találmány szerinti eljárás során a hőkezelés után végzett második hegesztési lépést követő hűtés a hagyományosnál lényegesen gyorsabb lehet, vagyis az utómelegítés fölöslegessé válik. Összeségében a találmány szerinti eljárással lényegesen rövidebb hegesztési idők és hosszabb élettartamok érhetők el.

A találmány további részleteit kiviteli példán, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra egy olyan keresztezési csúcsot mutat, amely

UIC 860 minőségű szénacélsínnel van öszszehegesztve, a

2. ábrán az 1. ábra II—II metszete látható kinagyítva és a

3. ábra az 1. ábra III—III metszete.

Az ábrán látható 1 keresztezési csúcs mangánacélöntvényből készül. Ehhez az 1 keresztezési csúcshoz kell a 2 síneket a 3 közdarabok segítségével leolvadó tompahegesztéssel hozzáhegeszteni.

A 3 közdarabokat 50 mm-es hosszban készítjük és befogjuk a leolvásztó tompahegesztő berendezésbe. A 3 közdarabok a 3. ábrán látható sínprofillal vannak kialakítva.

A leolvasztó tompahegesztés során a 2. ábrán látható 4 hegesztési varrat keletkezik. Ezen 4 hegesztési varratot a fentiekben leírt módon hőkezeljük, hogy a martenzit képződést megakadályozzuk. A hőkezelés után a 3 közdarabokat úgy vágjuk le, hogy hosszúságuk a 4 hegesztési varrattól mérve mintegy 15 mm legyen, majd elvégezzük a második hegesztést, ugyancsak leolvasztó tompahegesztési eljárással. Ekkor az 1 keresztezési csúcsot hegesztjük a 3 közdarabokhoz. A leolvasztó hegesztés során a 3 közdarab hosszából ismét leolvad mintegy 5-10 mm, vagyis a 3 közdarab hossza, illetve a 4 és 5 hegesztési varratok távolsága legalább 5 mm. A második 5 hegesztési varrat kialakításával ily módon a sínelemek összehegesztése befejeződött.

Claims (7)

1. Eljárás mangánacélöntvényből készült váltóelemek, elsősorban keresztezési csúcsok, illetve mangánacélsinek szénacélsínnel történő összehegesztésére, legfeljebb 0,08 tömegszázalék karbontartalmú ausztenites acél közdarabok (3) segítségével, amikor először a közdarabot (3) hegesztjük össze a sínnel (2), majd a közdarabot 25 mm-nél rövidebbre vágjuk le és végül összehegesztjük a váltóelemmel, illetve a mangánacélsínnel, azzal jellemezve, hogy niobiummal és/vagy titánnal stabilizált, ausztenites, elsősorban krómnikkel acéldarabból álló közdarabot (3) alkalmazunk és az első hegesztés után diffúziós izzítást végzünk 3501000 °C hőmérsékleten.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hőkezelést 2-5 órán át végezzük, majd a munkadarabot álló levegőn lehűtjük.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, az3

HU 208 798 Β zal jellemezve, hogy a hőkezelést legalább 3 órán át,

850 °C hőmérsékleten végezzük.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a munkadarabot a második hegesztési lépés után álló levegőn hűtjük le.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy közdarabként XlOCrNiTi 18 9, az XlOCrNiNb 18 9, XlOCrNiTi 18 10, vagy X5CrNiNb 18 lOjelű acélt alkalmazunk.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljá- 10 rás, azzal jellemezve, hogy a közdarab niobiumtartalmát a karbontartalom legalább tízszeresére, titántartalmát a karbontartalom legalább ötszörösére választjuk.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alábbi összetételű közdara5 bot alkalmazzunk:

karbon maximum 0,06 tömegszázalék króm 17,5 tömegszázalék nikkel 9,5 tőmegszázalék titán a karbontartalom legalább ötszöröse vagy niobium a karbontartalom legalább tízszerese és a maradékban vas, valamint a szokásos szennyezőelemek.