KR100487675B1

KR100487675B1 - 망간 크로싱의 플래시 버트 용접방법

Info

Publication number: KR100487675B1
Application number: KR10-2002-0002515A
Authority: KR
Inventors: 조봉종; 전봉길
Original assignee: 삼표이앤씨 주식회사
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2005-05-03
Also published as: KR20030062092A

Abstract

본 발명은 레일과 망간크로싱을 스테인레스강을 이용하여 플래시 버트 용접하는 방법에 관한 것으로, 동일한 형상을 갖는 레일(1)과 스테인레스강(2)의 용접면을 클리닝한 후 용접부위를 사상하고, 레일(1)과 스테인레스강(2)의 용접면을 서로 일치시켜 고정시킨 후, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 20~100초 동안 예열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 20~100초 동안 가열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위에서 50~300톤의 힘의 범위로 2~30초 동안 업셋(upsetting)처리하여 레일(1)과 스테인레스강(2)을 서로 용접하고 용접부(20)를 트리밍(trimming), 공냉(air quenching), 연마(grinding)한 후, 스테인레스강(2)을 적정 길이로 절단한 다음, 상기 절단된 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)의 용접면을 클리닝처리한 후 용접부위를 사상하고, 스테인레스강(2)과 망간 크로싱(10)을 서로 일치시켜 고정시킨 후, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 25~90초 동안 예열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 25~90초 동안 가열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위에서 50~300톤의 힘의 범위로 2~30초 동안 업셋(upsetting)처리하여 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)을 용접하고 용접부(20)를 트리밍, 공냉, 연마하는 것을 포함하여 구성함으로써 열차 선로 분기기내에서의 레일 장대화가 가능한 것이다.

Description

망간 크로싱의 플래시 버트 용접방법{Flash Butt Welding Method for Mn crossing}

본 발명은 열차 궤도 분기기내의 망간 크로싱(Mn crossing)의 플래시 버트 용접 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스테인레스강을 이용하여 레일과 스테인레스강을 플래시 버트 용접(flash butt welding) 함으로써 레일의 장대화(CWR : Continuous Welding Rail)가 가능하도록 된 망간 크로싱의 플래시 버트 용접방법에 관한 것이다.

국내 열차 일반 궤도의 본선 구간에서는 일반 이음매판을 사용하여 레일과 레일간을 연결하고 있다. 그러나 이와 같이 이음매판을 이용하여 레일과 레일을 연결하게 될 경우 이음매 부분에서 발생되는 충격에 의해 레일이 손상되거나 열차의 운행 속도가 저하되거나 하는 등의 문제점이 있다. 그에 따라 승차감이 저하되고 유지보수 비용이 증가되는 등의 문제점이 추가로 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 레일의 연결부를 연속 용접한 레일의 장대화 작업을 행하고 있는 중이다.

열차의 궤도에서는 궤도가 서로 겹치는 부분인 분기기 부분이 가장 취약하다. 이러한 분기기 내에서 크로싱(crossing) 부분은 내마모성이 우수한 망간 크로싱이 주로 사용되고 있다. 분기기 부분도 연결 부분을 연속 용접하여 레일 장대화가 반드시 이루어져야만 하는 부분중의 하나이다.

그러나 분기기내의 크로싱부를 이루는 망간강과 레일강은 서로 상이한 재질 특성으로 인하여 용접을 하지 못하였다. 그래서 레일을 장대화하지 못하고 일반 이음매판을 이용하여 연결하고 있는 실정이다. 그 결과 분기기 내의 크로싱부에서 상기한 바와 같은 이음매 부분에서 발생되는 것과 같은 문제점들이 지속적으로 발생하고 있다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 레일의 이음매가 사실상 없어지게 되어 충격이 적어지고 소음과 진동이 감소되고 승차감이 향상됨은 물론 고속운전 및 중하중을 수송할 수 있는 현대 철도에서의 필수 요건인 분기기내에서의 장대레일화(CWR)가 가능한 망간 크로싱의 플래시 버트 용접방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명은 동일한 형상을 갖는 레일과 스테인레스강의 용접면을 클리닝한 후 용접부위를 사상하고, 레일과 스테인레스강의 용접면을 서로 일치시켜 고정시킨 후, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 20~100초 동안 예열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 20~100초 동안 가열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위에서 50~300톤의 힘의 범위로 2~30초 동안 업셋(upsetting)처리하여 레일과 스테인레스강을 서로 용접하고 용접부를 트리밍(trimming), 공냉(air quenching), 연마(grinding)한 후, 스테인레스강을 적정 길이로 절단한 다음,

상기 절단된 스테인레스강과 망간크로싱의 용접면을 클리닝처리한 후 용접부위를 사상하고, 스테인레스강과 망간 크로싱을 서로 일치시켜 고정시킨 후, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 25~90초 동안 예열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 25~90초 동안 가열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위에서 50~300톤의 힘의 범위로 2~30초 동안 업셋(upsetting)처리하여 스테인레스강과 망간크로싱을 용접하고 용접부를 트리밍, 공냉, 연마하는 것을 포함하여 구성함으로써 달성된다.

이하, 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 방법이 적용된 열차 선로 분기기 부분의 상세도이고, 도2는 본 발명의 방법이 적용된 망간 크로싱과 레일의 사시도이고, 도3은 본 발명의 방법이 적용된 용접부의 상세도이다.

본 발명에서는 망간 크로싱의 2~4곳에 용접이 이루어지게 되며, 망간 크로싱의 전.후단 용접부 1개소는 2회의 플래시 버트 용접(flash butt welding)을 통하여 완성된다. 2회의 용접 작업은 먼저 레일과 스테인레스강간의 용접을 한 다음, 일단이 레일에 용접된 스테인레스강의 타단과 망간크로싱간에 이루어진다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 레일(1)과 스테인레스강(2)과의 플래시 버트 용접에 대해 설명한다.다음으로 일단이 용접된 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)과의 용접에 대하여 설명한다.

서로 단면 형상(profile)이 동일한 레일(1)과 스테인레스강(2)을 준비한다. 여기에 사용되는 스테인레스강(2)의 재질 조성은 C:0.03~0.15%, Si:0.05~1.00%, Mn:0.1~2.0%, S:0.05%이하, P:0.05%이하, Cr:15~20%, Ni:5~15%, Ti:0.001~0.1%, W:0.1%이하, Mo:0.05~0.8%, Cu:0.05~1.0% 를 함유하고 있는 것으로 한다.

레일(1)과 스테인레스강(2)이 서로 용접될 용접면 주변의 녹, 기름, 먼지등의 이물질을 그라인더 및 희석제를 사용하여 제거하는 클리닝(cleaning) 작업을 행한다. 그리고 용접기의 전극봉이 닿는 레일(1)과 스테인레스강(2)의 두부 윗 부분 및 바닥 부분을 그라인더 등을 이용하여 사상 작업하여 용접시 전류가 원할하게 흐르도록 한다.

레일(1)과 스테인레스강(2)의 단면 형상을 일치시키고 게이지 라인을 정렬하여 레일(1)과 스테인레스강(2)을 각각 클램프를 이용하여 고정한다. 이때, 일측은 이동이 되지 않도록 고정시키고 또 다른 일측은 이동 가능하도록 고정시키며, 클램프 파워는 300 내지 400 톤의 범위로 한다. 그 이유는 다음 공정인 플래시 버트 용접의 업셋(upsetting) 공정에서 업셋시키는 힘을 클램프가 견딜 수 있어야 하기 때문이다.

이어 예열공정, 가열공정, 업셋공정의 순으로 플래시 버트 용접을 실시하여 레일(1)과 스테인레스강(2)을 접합시킨다.

예열공정은 피용접재의 접촉부에 단락전류를 흐르게하여 발생되는 줄열 및 아크열에 의한 접촉부의 반복적 가열로 단면 근처의 온도를 상승시키기 위하여 실시하는 공정으로 예열시간 : 20~100초, 예열전류 : 200~800A, 예열전압 : 200~800V의 조건에서 행함이 바람직한데, 그 이유는 용접하는 단면부 조직을 적당하게 연화하여 가열공정을 원할히 하기 위함이다.

가열공정은 단락.아크에 의한 반복적 가열로 단면 근처의 용융비산 및 단면전면에 일제히 용융층을 형성시키는 역할을 하는 공정으로 가열시간 : 20~100초, 가열전류 : 200~800A, 가열전압 : 200~800V의 조건에서 행함이 바람직한데, 그 이유는 용접부의 가열(용융) 상태에 따라 용접부의 강도에 영향을 주기 때문이다.

업셋(upsetting) 공정은 접촉단면에 용융층이 형성된 시점에서 레일(1)과 스테인레스강(2)을 한쪽은 고정시킨채 이동대를 급속하게 전진시켜 레일(1)과 스테인레스강(2)이 서로 접합되도록 하는 플래시 버트 용접의 마무리 공정으로 업셋시간 : 2~30초, 업셋전류 : 200~800A, 업셋전압 : 200~800V, 업셋파워 : 50~300톤의 조건으로 행함이 바람직한데, 그 이유는 업셋공정은 플래시 버트 용접의 가장 중요한 공정으로 특히 표준작업 조건을 준수해야 하기 때문이다.

이와같이 플래시 버트 용접을 실시하고 나면 용접부(20)의 길이가 최초 20~30mm에서 10~15mm 정도로 축소된다.

이어 용접부(20)를 레일(1)과 동일한 형상을 갖도록 하는 트리밍(trimming)을 실시하고 트리밍 처리 후에는 레일(1)의 특성, 즉 용접으로 인해 약해진 표면 경도를 향상시키고 조직을 안정화 시키기 위하여 용접부(20)를 냉각장치(quenching device)를 이용하여 공냉(air quenching)처리 한다.

레일(1)과 스테인레스강(2) 및 이들의 용접부(20)에 설치되었던 냉각장치 및 클램프를 해제하고 업셋된 용접부(20) 주변이 동일한 단면 형상을 갖도록 전체 그라인딩(grinding)한다.

스테인레스강(2) 부분을 20~30mm 남기고 절단함으로써 레일(1)과 스테인레스강(2)간의 용접 작업은 마무리된다.

이어 기용접된 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)간의 플래시 버트 용접이 행해진다.

일단이 레일(1)에 용접된 스테인레스강(2)의 타측단과 망간크로싱(10)이 서로 용접될 용접면 주변의 녹, 기름, 먼지등의 이물질을 그라인더 및 희석제를 사용하여 제거하는 클리닝 작업을 행한다. 그리고 용접기의 전극봉이 닿는 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)의 두부 윗 부분 및 바닥 부분을 그라인더 등을 이용하여 사상 작업하여 용접시 전류가 원할하게 흐르도록 한다.

스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)의 단면형상을 일치시키고 게이지 라인을 정렬하여 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)을 각각 클램프를 이용하여 고정한다. 이와같이 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)을 클램프를 이용하여 고정시키는 방법과 조건은 앞에서 설명한 레일(1)과 스테인레스강(2)의 용접시와 동일하다.

이어 예열공정, 가열공정, 업셋공정의 순으로 플래시 버트 용접을 실시하여 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)을 접합시킨다.

예열공정은 피용접재의 접촉부에 단락전류를 흐르게 하여 발생되는 줄열 및 아크열에 의한 접촉부의 반복적 가열로 단면근처의 온도를 상승시키기 위하여 실시하는 공정으로, 예열시간 : 25~90초, 예열전류 : 200~800A, 예열전압 : 200~800V의 조건에서 행함이 바람직한데, 그 이유는 용접되는 단면부 조직을 적당하게 연화하여 가열공정을 원할히 하기 위함이다.

가열공정은 단락.아크에 의한 반복적 가열로 단면 근처의 용융비산 및 단면전면에 일제히 용융층을 형성시키는 역할을 하는 공정으로, 가열시간 : 25~90초, 가열전류 : 200~800A, 가열전압 : 200~800V의 조건에서 행함이 바람직한데, 그 이유는 용접부의 가열(용융) 상태에 따라 용접부의 강도에 영향을 주기 때문이다.

그리고 업셋(upsetting) 공정은 접촉단면에 용융층이 형성된 시점에서 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)을 한쪽은 고정시킨채 이동대를 급속하게 전진시켜 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)이 서로 접합되도록하는 플래시 버트 용접의 마무리 공정으로, 그 조건은 업셋시간:2~30초, 업셋전류:200~800A, 업셋전압:200~800V, 업셋파워:50~300톤의 조건에서 행함이 바람직한데, 그 이유는 업셋공정은 플래시 버트 용접의 가장 중요한 공정으로 특히 표준 작업 조건을 준수해야 하기 때문이다.

이어 앞에서의 레일(1)과 스테인레스강(2)간의 용접에서와 마찬가지로 용접부(20)를 레일(1) 및 망간크로싱(10)과 동일한 형상을 갖도록 하는 트리밍을 실시하고, 트리밍 처리 후에는 망간크로싱(10)의 특성, 즉 용접으로 약해진 표면 경도를 향상시키고 조직을 안정화 시키기 위하여 용접부(20)를 냉각장치를 이용하여 공냉처리 한다.

이어 용접부(20)에 설치되었던 냉각장치 및 클램프를 해제하고 업셋된 용접부(20) 주변이 동일한 단면 형상을 갖도록 전체 그라인딩함으로써 스테인레스강(2)과 망간크로싱(10)간의 용접 작업은 마무리된다.

용접 완료후 망간 크로싱(10)에 접합된 레일(1)을 일정한 길이에 맞추어 절단한다.

이상과 같이 망간크로싱(10)과 레일(1)간을 스테인레스강(2)을 이용하여 플래시 버트 용접 함으로써 열차 선로의 분기기 부분의 장대화(CWR)가 가능하다.

본 발명에서는 레일의 이음매가 사실상 없어지게 되어 충격이 적어지고 소음과 진동이 감소되고 승차감이 향상되며, 고속운전 및 중하중을 수송할 수 있는 현대 철도에서의 필수 요건인 분기기내에서의 장대레일화(CWR)가 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명에서는 제조 공장에서 온도, 전류, 전압, 직진도, 고정, 열처리 등과 같은 용접 조건을 명확하게 설정함으로써 용접 작업으로 용접부의 품질을 보장할 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명에서는 망간 크로싱과 레일의 용접 이음으로 이음매부의 유지보수 비용이 현저히 감소하게되는 효과도 있다.

도1은 본 발명의 방법이 적용된 열차 선로 분기기 부분의 상세도

도2는 본 발명의 방법이 적용된 망간 크로싱과 레일의 사시도

도3은 본 발명의 방법이 적용된 용접부의 상세도

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

1......... 레일 2........... 스테인레스강

10........ 망간크로싱 20........ 용접부

Claims

동일한 형상을 갖는 레일과 스테인레스강의 용접면을 클리닝한 후 용접부위를 사상하고, 레일과 스테인레스강의 용접면을 서로 일치시켜 고정시킨 후, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 20~100초 동안 예열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 20~100초 동안 가열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위에서 50~300톤의 힘의 범위로 2~30초 동안 업셋(upsetting)처리하여 레일과 스테인레스강을 서로 용접하고 용접부를 트리밍(trimming), 공냉(air quenching), 연마(grinding)한 후, 스테인레스강을 적정 길이로 절단한 다음,

상기 절단된 스테인레스강과 망간크로싱의 용접면을 클리닝처리한 후 용접부위를 사상하고, 스테인레스강과 망간 크로싱을 서로 일치시켜 고정시킨 후, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 25~90초 동안 예열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위로 25~90초 동안 가열처리하고, 200~800A의 전류범위 및 200~800V의 전압범위에서 50~300톤의 힘의 범위로 2~30초 동안 업셋(upsetting)처리하여 스테인레스강과 망간크로싱을 용접하고 용접부를 트리밍, 공냉, 연마하는 것을 포함하여 구성되는 망간 크로싱의 플래시버트 용접방법.