KR100762940B1 - 열차궤도 고속분기기의 크로싱 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열차궤도 고속분기기의 크로싱 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 열차 궤도의 주행레일중 분기가 요구되는 레일 크로싱의 표면중 차륜과 접촉되는 내마모 경화특성이 요구되는 부위를 절삭제거한 몸체부와; 상기 몸체부의 절삭제거된 면 위에 용접형성된 10-30mm 두께의 완충층용접부와; 상기 완충층용접부의 상부에 용접 형성된 10-50mm 두께의 내마모층용접부를 형성한 후 상기 내마모층용접부의 표면을 필요한 형상으로 가공하여 제조된 열차궤도 고속분기기의 크로싱 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 망간크로싱을 사용하지 않음으로써 재료비를 현저히 절감시킬 수 있고, 레일의 장대화가 가능하며, 또한 고속분기기 관련기기의 경량화가 가능하고, 수명이 연장되는 지대한 효과를 제공한다.

크로싱, 분기기, 내마모, 경화특성, 몸체부, 완충층용접부, 내마모층용접부

Description

열차궤도 고속분기기의 크로싱 및 그의 제조방법{CROSSING OF RAIL TURNOUT AND THEREOF MANUFACTURING METHOD}

도 1은 일반적인 열차궤도 고속분기기의 예시적인 일부 사시도,

도 2는 종래 망간크로싱이 플래쉬버트 용접법으로 용접된 형태를 보여주는 예시도,

도 3은 본 발명에 따른 크로싱의 제조과정을 설명하는 공정도,

도 4는 본 발명에 따른 크로싱 제조방법을 설명하는 플로우챠트,

도 5는 본 발명에 따른 크로싱의 조직 사진을 종래 망간강과 비교한 것으로, (a)는 본 발명 크로싱 조직 사진, (b)는 종래 망간강 조직 사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100....몸체부 110,110'....절삭부

120....완충층용접부 130....내마모층용접부

본 발명은 열차궤도 고속분기기의 크로싱 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 망간크로싱을 사용하지 않고 육성용접을 통하여 레일의 장대 화(Continuous Welding Rail)를 가능케 한 열차궤도 고속분기기의 크로싱 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열차의 궤도 분기기(分岐器, TURNOUT)는 철도에서 열차 또는 차량을 한 궤도에서 다른 궤도로 옮기기 위하여 선로에 설치한 설비를 말한다.

즉, 열차나 차량은 궤도를 이탈할 수 없는 상태에서 운행되므로 한 궤도에서 다른 궤도로 위치를 바꾸려면 자동차와 같이 차체의 전환기능(轉換機能)에 의한 것이 아니라 선로상의 특수작용에 의한 설비가 필요하게 되며 이를 위한 설비가 바로 궤도와 궤도의 교차점에 궤도의 방향을 잡아주는 분기기이다

이러한 분기기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 분기가 요구되는 주행레일(10)의 일부에 'X' 형상의 고정식 크로싱(CROSSING)(20)이 설치되어 열차의 주행방향을 전환시키도록 구성되며, 이때 상기 주행레일(10)과 크로싱(20)의 저부에는 각각 펜드롤클립(미도시)이 체결되어 이를 지지 고정하게 된다.

그런데, 열차 궤도에서는 궤도가 서로 겹치는 부분인 상기 분기기 부분이 가장 취약하므로 상기 크로싱(20) 부분은 내마모성이 우수한 망간(Mn)을 사용하여 망간크로싱을 주로 사용하고 있다.

이때, 망간크로싱은 용접이나 기계적 체결방법을 통해 크로싱(20)을 형성하게 되는데 이를테면, 용접의 경우에는 플래쉬 버트 용접(Flash butt welding)법을 이용하며, 그 사이에 STS 321, 347 등의 삽입재(30)를 삽입하여 용접하는 것이 보통이다.

여기에서, 삽입재(30)가 필요한 이유는 Mn강은 용접시 급냉되고, 레일강은 용접시 서냉되기 때문에 냉각속도의 차이에 따른 응력을 완충시키기 위함이다.

그 외 내마모 특성이 요구되는 부위를 별도로 만들고 삽입재 형식으로 삽입해서 사용하는 경우도 있다.

그러나, 이와 같이 망간크로싱 전체를 Mn-강으로 하기에는 재료의 소모가 많고, 그에 따른 비용 급증, 하중 증대, 설치작업의 어려움 등 많은 문제들이 내재되어 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 열차궤도의 분기기에서 망간크로싱을 사용하지 않고 일반 탄소강으로 크로싱을 제작한 후 그 위에 내마모강을 육성용접하는 것에 의해 분기기의 요부인 크로싱의 경량화가 가능하고 내모성이 향상되어 수명도 연장되며 재료비용을 현저히 절감시킬 수 있고 작업의 효율성을 기할 수 있도록 한 열차궤도 고속분기기의 크로싱 및 그의 제조방법을 제공함에 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 열차 궤도의 주행레일중 분기가 요구되는 레일 크로싱의 표면중 차륜과 접촉되는 내마모 경화특성이 요구되는 부위를 절삭제거한 몸체부와; 상기 몸체부의 절삭제거된 면 위에 용접형성된 10~30mm 두께의 완충층용접부와; 상기 완충층용접부의 상부에 용접 형성된 10~50mm 두께의 내마모층용접부를 포함하여 구성되는 열차궤도 고속분기기의 크로싱을 제공함에 그 기술적 특징이 있다.

또한, 본 발명은 열차 궤도의 주행레일중 분기가 요구되는 레일 크로싱을 이루며 차륜과 직접 접촉되는 상부로서 내마모 경화특성이 요구되는 부위를 절삭제거하여 절삭면을 이루도록 크로싱 몸체부를 형성하는 단계와; 상기 몸체부의 절삭면에 10~30mm의 두께로 완충층용접부를 용접형성하는 단계와; 상기 완충층용접부의 상부에 내마모층을 용접하여 10~50mm의 내마모층용접부를 형성하는 단계와; 상기 내마모층용접부의 표면을 필요한 형상으로 가공하는 단계를 포함하여 구성되는 열차궤도 고속분기기의 크로싱 제조방법을 제공함에도 그 기술적 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 레일 크로싱의 제조과정을 설명하는 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 레일 크로싱을 제조하는 방법을 설명하는 플로우챠트이다.

도 3의 (a),(b),(c)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 레일 크로싱을 이루는 몸체부(100)와, 상기 몸체부(100)의 상측 일부에 용접되는 완충층용접부(120)와, 상기 완충층용접부(120)의 상면에 용접되는 내마모층용접부(130)로 구성된다.

상기 몸체부(100)는 일반 탄소강 혹은 베이나이트강의 레일소재로 이루어지며, 전술한 펜드롤클립에 의해 지면에 배설된 침목 상면에 견고히 고정된다.

또한, 상기 몸체부(100)의 상측 일부, 예컨대 상면 전체 혹은 상부 일측 모서리와 같이 내마모 경화특성이 요구되는 부위인 절삭부(110,110')가 절삭 제거되게 된다.

여기에서, 상기 절삭부(110,110')가 제거된 면은 상술한 완충층용접부(120) 와 내마모층용접부(130)가 용접되어 몸체부(100)의 상면을 이루도록 하는 베이스면으로 사용된다.

상기 완충층용접부(120)는 내마모도가 높은 강(용접재료)을 용접하기에 적당하도록 유도하는 용접층으로 이를테면, 망간과 레일소재와의 직접 용접이 가능한 1~3층의 두께를 갖도록 용접 형성함이 바람직하다.

이러한 완충층용접부(120)는 레일강이 용접열로 인해 급랭되는 것을 막고, 또한 인성이 높은 재질을 사용하여 레일강 용접부에서의 균열도 방지하며, 망간강과 레일강의 직접 용접시 용접부에서 발생하는 경화조직(마르텐사이트)의 형성을 막고, 망간 육성층의 용접시 빠른 냉각조건으로 용접을 할 수 있도록 하기 위해 구성된다.

이때, 한 층의 두께는 10mm를 의미하므로 1~3층의 두께란 10~30mm의 범위를 말한다.

즉, 상기 완충층용접부(120)의 두께가 30mm를 초과하여 두꺼워지게 되면 분기기의 사용중에 내마모층 용접부가 레일에서 분리되는 손상이 발생되기 때문에 그 이하의 두께를 가져야 하며; 반면 10mm 미만으로 얇아지게 되면, 다시 말해 강도가 낮은 연화부의 두께가 상대적으로 두꺼워지게 되어 분기기 사용중 연화부에서 국부적인 변형이 발생되어 레일 변형을 초래하고 수명을 단축시키므로 상기 범위로 두께 한정됨이 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 완충층용접부(120)의 재료로는 순수 니켈, 니켈 합금, 300계열 오스테나이트강, 순수 철 중에서 선택된 어느 하나를 사용함이 바람직하 다.

이는, 이들 재료들이 내마모도가 높기 때문이다.

상기 내마모층용접부(130)는 몸체부(100)의 최상단에 위치하면서 차륜과 직접 접촉하는 부위로서 망간강(일명 '해스필드강')의 합금특성을 갖춘 용접재료로 형성된다.

이때, 상기 내마모층용접부(130)는 분기기의 성능상 반드시 필요한 기능으로서 차륜과 접촉할 때 충분한 강도를 유지하여야 하고, 동시에 내마모성과 내균열성도 함께 유지하여야 그 기능을 원활하게 수행할 수 있다.

이를 위해 두께(여기에서, 두께는 상술한 한 층의 두께를 10mm로 정의하였을 때를 기준으로 한다)는 1~5층, 즉 10-50mm의 두께이며, 이때 그 두께를 한정하는 사유는 두께가 50mm를 넘게 되면 재료 소요비용이 급증하게 되고 용접시간이 과다하게 소요되며 용접부 결함이 발생될 우려가 높아지기 때문에 그 이하를 유지함이 바람직하고, 10mm 보다 작게 되면 그 기능이 유명무실화되기 때문에 최소한 1층(10mm)의 두께 이상으로 유지됨이 바람직하기 때문이다.

상기 용접재료는 용접후 13%의 망간을 함유하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 용접부에 13%의 망간이 함유되는 것이 바람직한 이유는 기존 분기기재료가 망간 합금이며, 특히 망간 합금은 사용중 발생하는 소성변형으로 인해 강도와 경도가 초기 용접된 상태보다 더 높아지는 특성을 갖고 있고, 높은 강도와 함께 우수한 인성과 내균열성을 갖고 있기 때문에 그 중에서도 상기 특성에 가장 적합한 13%의 망간 합금이 바람직하다.

아울러, 상기 내마모층용접부(130)는 피복봉을 사용하는 피복아크용접법, 나봉을 사용하는 가스용접법, 보호가스를 사용하는 금속아크용접법, 플럭스가 내장되어 있는 용접선재를 사용하는 플럭스 코어드아크용접법, 플라즈마아크용접법, 레이저용접법, 레이저아크하이브리드용접법, 마찰용접법, 마찰교반용접법, 마찰육성용접법 중에서 선택된 어느 하나의 용접법에 의해 용접될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 크로싱 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 4에서와 같이, 본 발명 레일 크로싱 제조를 위해 먼저 절삭면을 형성하는 단계(S100)를 거치게 된다.

절삭면은 레일 몸체부(100)의 상측 일부, 즉 열차 차륜과 직접 접촉되어 마모되기 쉬운 부위로서 내마모 경화특성이 요구되는 부위인 절삭부(110,110')를 절삭 제거함으로써 형성된다.

이때, 절삭면을 형성하기 위한 절삭방법은 다양하므로 특별히 한정할 필요는 없다.

이어, 절삭면에 완충층용접부(120)를 용접하여 형성하는 단계(S110)를 거치게 된다.

상기 완충층용접부(120)는 일반 탄소강 또는 베이나이트강으로 이루어진 레일소재의 조건에 맞추어 내마모 경화특성이 우수한 소재를 용이하게 용접시킬 수 있도록 유도하기 위하여 순수니켈, 니켈합금, 300계열 오스테나이트강, 순수 철 중에서 선택된 어느 하나의 용접재료로 형성됨이 바람직하다.

또한, 상술하였듯이 상기 완충층용접부(120)는 1~3층(10-30mm)의 두께로 용접 형성됨이 바람직하다.

이때, 상기 완충층용접부(120)를 형성하는 단계는 내마모 경화특성이 우수한 용접재료를 몸체부(100)의 절삭면에 폭발용접 또는 마찰용접으로 직접 용접할 경우 생략할 수 있다.

상기 단계를 거쳐 완충층용접부(120)가 형성되게 되면 작업자는 소재 몸체부(100)의 용도 및 특성에 맞추어 열처리가 필요한지의 여부를 판단하게 되고, 판단결과 특성에 맞추어 열처리가 요구될 경우에는 해당 열처리를 수행한 후 후속 용접을 위한 표면가공을 실시하도록 하고; 열처리가 필요치 않을 경우에는 곧바로 후속 용접을 위한 표면가공을 실시하게 된다(S120,S122,S130).

이후, 표면가공을 거쳐 후속 용접을 위한 준비가 완료되면 상기 완충층용접부(120)에 내마모 경화특성이 우수한 용접재료를 사용하여 용접함으로써 내마모층용접부(130)를 형성하는 단계를 거치게 된다(S140).

이때, 상기 내마모층용접부(130)의 용접재료는 용접후 망간이 13% 정도 함유되는 것이 바람직하며, 그 용접 두께는 1~5층(10-50mm) 정도로 형성됨이 더욱 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 내마모층용접부(130)를 형성하기 위한 용접법은 육성용접에 국한되지 않고, 피복봉을 사용하는 피복아크용접법, 나봉을 사용하는 가스용접법, 보호가스를 사용하는 금속아크용접법, 플럭스가 내장되어 있는 용접선재를 사용하는 플럭스 코어드아크용접법, 플라즈마아크용접법, 레이저용접법, 레이저아크하이브리드용접법, 마찰용접법, 마찰교반용접법 중에서 선택된 어느 하나의 용접법 을 사용할 수 있다.

상기 단계(S140)를 거쳐 내마모층용접부(130)가 형성되면 사용처에 따른 필요한 형상을 갖도록 상기 내마모층용접부(130)를 표면가공하는 마무리 단계를 거치게 된다(S150).

이렇게 하여 표면가공까지 마무리하게 되면, 도 5의 (a)에서와 같은 크로싱 조직을 얻을 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 따른 크로싱 조직은 도 5의 (b)와 같이 기존에 사용되던 망간강의 조직 사진과 비교하여 볼 때 거의 유사함을 확인할 수 있다.

뿐만 아니라, 경도에 있어서도 하기한 표 1과 같이 거의 유사함을 확인할 수 있다.

구분	기존 망간강 경도값	본 발명 내마모층용접부 경도값
1	555	533.6
2	536	496.7
3	526	538.1
4	502	525
평균	517.3	523.3

여기에서, 상기 표 1은 기존 망간강 4 부위를 무작위 추출하여 그 경도값의 평균을 내었고, 또한 본 발명에 의해 제작된 내마모층용접부에서 4 부위를 무작위 추출하여 경도값에 대한 평균을 산출하여 비교한 것이다.

이후, 경화처리가 필요한 경우에는 상기 내마모층용접부(130)를 한번 더 경화처리하여 특수용도로 사용될 소재에 적당하도록 몸체부(100)를 최종 가공토록 하고; 그렇지 않을 경우에는 상기 마무리 단계를 거친 몸체부(100)를 곧바로 제품화하여 크로싱으로 활용될 수 있도록 하여 준다(S160,S162).

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 망간크로싱을 사용하지 않음으로써 재료비를 현저히 절감시킬 수 있고, 또한 고속분기기 관련기기의 경량화가 가능하며, 수명이 연장되는 지대한 효과를 제공한다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 열차 궤도의 주행레일중 분기가 요구되는 레일 크로싱의 표면중 차륜과 접촉되는 내마모 경화특성이 요구되는 부위를 절삭제거한 주행레일과 동일한 일반 탄소강 재질로 형성된 몸체부와;

   상기 몸체부의 절삭제거된 면 위에 용접형성된 10~30mm 두께의 순수 니켈, 니켈합금, 300계열 오스테나이트강, 순수 철 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 형성된 완충층용접부와;

   상기 완충층용접부의 상부에 용접 형성된 10~50mm 두께의 13%망간강 재질로 형성된 내마모층용접부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열차궤도 고속분기기의 크로싱.
3. 열차 궤도의 주행레일중 분기가 요구되는 레일 크로싱을 이루며 차륜과 직접 접촉되는 상부로서 내마모 경화특성이 요구되는 부위를 절삭제거하여 절삭면을 이루도록 주행레일과 동일한 일반 탄소강 재질로 된 크로싱 몸체부를 형성하는 단계와;

   상기 몸체부의 절삭면에 10~30mm의 두께로 순수 니켈, 니켈합금, 300계열 오스테나이트강, 순수 철 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어지는 완충층용접부를 용접형성하는 단계와;

   상기 완충층용접부의 상부에 내마모층을 용접하여 10~50mm의 13%망간강 재질로 내마모층용접부를 형성하는 단계와;

   상기 내마모층용접부의 표면을 필요한 형상으로 가공하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열차궤도 고속분기기의 크로싱 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 3에 있어서;

   상기 표면 가공단계후 경화 처리하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 열차궤도 고속분기기의 크로싱 제조방법.
7. 삭제

Images