SK221091A3 - Method of joining a rail made of carbon steel with parts of switches made of manganese steel - Google Patents

Description

Spôsob spájania koľajnice z uhlíkovej ocele s časťami výhybiek z mangánovej ocele

Oblasť techni-ky

Vynález sa týka spôsobu spájania koľajnice z uhlíkovej ocele s časťami výhybiek z austenitickej mangánovej liatej ocele, napríklad srdcoviek alebo iných koľajníc z mangánovej ocele, za použitia medzikusa z nízkouhlíkovej ocele, pri ktorom je najprv medzikus zvarený s koľajnicou z uhlíkovej ocele a po skrátení medzikusa na dĺžku pod 25 mm je medzikus druhým zvarovanim zvarený s časťou výhybky z mangánovej ocele.

Doterajší stav techniky

Dosiaľ známy spôsob spájania časti výhybiek z austenitickej mangánovej liatej ocele, napríklad srdcoviek alebo iných koľajníc z mangánovej ocele, za použitia medzikusa z nizkouhlíkovej ocele, pri ktorom je najprv medzikus zvarený s koľajnicou z uhlíkovej ocele a po skrátení medzikusa na dĺžku pod 25 mm je medzikus druhým zváraním zvarený s časťou výhybky z mangánovej ocele, je opísaný v AT - PS 350881. Podľa tohto známeho spôsobu bol následne po zváraní na tupo, ktorým bol medzikus spojený s koľajnicou z uhlíkovej ocele, skrátený medzikus na dĺžku maximálne 20 až 25 mm, potom bolo uskutočnené däľšie zvarenie na tupo odtavením pre spojenie medzikusa so srdcovkou z mangánovej liatej ocele. Po druhom zváraní nasledovalo rýchlejšie ochladenie ako po prvom zváraní, pričom pomalším ochladením malo byť zamedzené vytvrdeniu ocele koľajnice z uhlíkovej ocele. Relatívne krátky medzikus súvisí s okolnosťou, že austenitické ocele sú spravidla menej odolné proti opotrebovaniu, takže krátkym medzikusom je možné zamedziť vývalku na jeho styčnej ploche. Tým, že požadovaný medzikus je taký krátky, dôjde následkom toho pri druhom zváraní k značnému zohriatiu prvého zvaru medzi medzikusom a koľajnicou z uhlíkovej ocele. Ohriatie dosiahne teplotu okolo 700 °C a vychádzajúc z tejto, teploty, nie je treba sa obávať skre’nnutia, pokiaľ sa ochladzuje na voľnom vzduchu bez toho, aby bola požadovaná prestávka. Použitie medzikusa prispieva hlavne k tomu, aby sa obidve zvárané miesta tepelne oddelili a tak sa mohli dodržať tu požadované podmienky ochladenia. Možné skrehnutie mangánovej liatej ocele srdcovky je spôsobené zväčša tým, že v mieste zvaru vznikne difúziou zmiešavacia zóna, v ktorej môže dôjsť k vytvoreniu nepriaznivej štruktúry.

V DE - PS 29 52 079 už bolo navrhnuté uvedené zvarové spojenie medzi obrobkom z austenitickej mangánovej ocele a koľajnicami z uhlíkovej ocele, uskutočnené za použitia medzikusa z austenitického materiálu tak, že sa medzikus privarí najprv na mangánovú oceľ zvarením na tupo odtavením, a potom je obrobok podrobený tepelnému spracovaniu, ktoré pozostáva

í.

popúšťania a zakalenia vo vode. Spojenie s druhou koľajnicou sa uskutočni zváraním na tuoo odtavením tak, že mangánová oceľ je ochladzovaná zvarový spoj s druhou koľaj nicou ochladzovaný samovoľne, takže je dosiahnutá premena na jemnozrnný perli:

na v bolo ore materiál uprednostnené najmä niklu. V prípade použitia austenitických oceli boli, ako materiál medzikusa, navrhované chrómr.iklové ocele a chróm.niklové ocele legované mangánom.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob spájania koľajnice s časťami výhybiek z mangánovej ocele, napríklad srdcoviek alebo iných koľajníc z mangánovej ocele, za použitia medzikusa z nízkouhlíkovej ocele, pri ktorom je najprv medzikus zvarený s koľajnicou z uhlíkovej ocele a po skrátení medzikusa na dĺžku pod 25 mm je medzikus druhým zváraním zvarený s časťou výhybky z mangánovej ocele, ktorého podstata spočíva v tom, že použitý medzikus z nízkouhlíkovej austenitickej ocele chrómniklovej je po zvarení s koľajnicou z uhlíkovej ocele tepelne spracovaný difúznym žíhaním pri teplote 350 °C až 1000 °C počas 2 až 5 hodín, s následným ochladením okolitým vzduchom.

Podľa výhodného uskutočnenia je tepelné spracovanie po zvarení medzikusa s koľajnicou z uhlíkovej ocele, uskutočňované počas 3 hodín pri teplote 850 °C.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia sa následne po druhom zváraní medzikusa s druhou koľajnicou z mangánovej ocele uskutočni ochladenie okolitým vzduchom.

» Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia je ako materiál pre medzikus použitá oceľ kvality XlOCrNiTi 18 9, XlOCrNiNb 18 9, XlOCrNiTi 18 10 alebo XSCrNiNb 18 10.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia sa obsah nióbu v oceli pre medzikus rovná minimálne 10-násobku obsahu uhlíka a obsah titánu sa rovná minimálne 5-násobku obsahu uhlíka.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vykazuje oceľ pre materiál medzikusa pri materiálovej analýze C - 0,06 max., Cr - 17,5, Ni - 9, 5, Ti 5 x C alebo Nb 10 x C a zvyšok tvorí železo a jeho obvyklé prísady.

Výhoda navrhnutého riešenia spočíva v tom, že zváranie sa môže vykonávať bez špeciálnych ochladzovacích parametrov, pričom je docielené zlepšenie medze únavy a homogénnej štruktúry v celej zóne zvárania. Odstránením tepelného spracovania po druhom zváraní s druhou koľajnicou sa zlepší reprodukovateľnosť pevnostných vlastností zvarového spoja, pričom sa súčasne dosiahnu lepšie hodnoty priehybu a medze únavy. Tým, že je použitý medzikus z nízkouhlíkovej ocele, austenitickej ocele legovanej nióbom a/alebo titánom, najmä však z chrómniklovej ocele, tak je obmedzená difúzia mechanické hodnoty prvé zváranie na uhlíka, ktorá zvarového spoja.

tupo odtavením negatívne ovplyvňuje

Tým, že následne na medzi koľajnicou z uhlíkovej ocele a medzikusom je použité tepelné spracovanie, je difúziou dosiahnuté vyrovnanie rozdielov koncentrácie medzi úplne rozdielne legovaným medzikusom a koľajnicou z uhlíkovej ocele, pričom súčasne je dosiahnuté nielen vyrovnanie koncentrácie v zváracej zóne, ale je aj odstránený prípadne vytvorený martenzit. Tým, že sa druhý zvarový spoj môže ochladzovať okolitým vzduchom, nedôjde k nežiadúcemu vytvrdeniu v oblasti prvého zvárania. Hodnoty priehybu sú dvakrát vyššie než hodnoty docielené známymi spôsobmi, a súčasne bez ďalšieho spracovania môže byť dosiahnutá hodnota až 250 N/mm. Pri uskutočňovaní tepelného spracovania počas 2 až 5 hodín je zaistené odstránenie nebezpečia tvorby martenzitu. Riadeným tepelným spracovaním je okrem odstránenia prípadne vytvoreného martenzitu, ďalekosiahlo vyrovnávaná koncentrácia chemických prvkov v oblasti zvarov, z čoho vyplývajú vyššie hodnoty pevnosti v priehybe. Použitím materiálu medzikusa a dodržaním požadovaných podmienok pre tepelné spracovanie, možno úplne zabrániť tvoreniu trhlín v oblasti zvarového spoja pri zváraní na tupo odtavením, pričom sa zníži nebezpečie zlomu a sú dosiahnuté vyššie hodnoty medze únavy, rovnako ako priehybu. Také zvarové spoje sú preto oprávnené pre vysoké požiadavky a pre zaťaženie velmi rýchlej koľajovej dopravy.

Za podmienky upokojenia austenitu prostredníctvom nióbu a/alebo titánu počas prvého zvárania, ktoré sa uskutočňuje na rozdiel od nasledujúceho tepelného spracovania za značne vyšších teplôt, je difúzia uhlíka účinne obmedzená. Dosiahnuté hodnoty priehybu sú 35 mm, oproti dosiaľ dosahovaným 18 mm, a taktiež sú zvýšené hodnoty medze únavy z 200 N/mm až na 250 N/mm, ako bolo uvedené vyššie. Súčasne sa môže pracovať s nízkou dávkou tepla, čím sa značne zníži tvorba prasklín. Dosiaľ obvyklé ohrievanie zvaru v zváracom stroji pomocou prúdových impulzov, môže pri aplikácii metódy vynálezu s použitím medzikusa ustáleného nióbom resp. titánom odpadnúť, z čoho vyplýva väčšia hospodárnosť. Po druhom zváraní môže dôjsť na základe plánovaného tepelného spracovania k oveľa rýchlejšiemu ochladeniu oblasti zvárania, čim môže odpadnúť dosiaľ obvyklé dodatočné ohrievanie. Zo súhrnu výhod vyplývajú aj kratšie časy zvárania a dlhšia životnosť zvarov.

Prehľad obrázkov na výkrese

Vynález bude bližšie vysvetlený pomocou výkresu, na ktorom znázorňuje obr. 1 srdcovku križovania s napojenými koľajnicami z uhlíkovej ocele, obr. 2 vo väčšej mierke rez z obr. 1 v smere II-II a obr. 3 rez z obr. 1 v smere HIHI.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad uskutočnenia je znázornený na obr. 1 až 3, podľa ktorých je časť výhybky tvorená srdcovkou jL z mangánovej liatej ocele, austenitickej mangánovej liatej ocele alebo tvrdej mangánovej ocele podlá analýzy C 0, 95 až 1,30, mangán 11,5 až 14 v liatom, valcovanom alebo kovanom stave. Časť výhybky môže byť tvorená druhou koľajnicou z mangánovej ocele alebo tvrdej mangánovej ocele analogickej analýzy. Koľajnica 2 z uhlíkovej ocele je vytvorená z koľajnicového pása kvality podľa UIC 860, t.j. s tvrdenou hlavou. Medzikusy 3 sú zhotovené z nízkouhlíkovej ocele alebo nizkouhlíkovej austenitickej ocele chrómniklovej v liatom, odporúčané v kovanom alebo valcovanom stave. Medzikus 3 môže byť vytvorený z ocele kvality XlOCrNiľi 18 9, XlOCrNiNb 18 9, XlOCrNiTi 18 10 alebo X5CrNiNb 18 10, pričom obsah nióbu v oceli pre medzikus 3 sa rovná minimálne 10-násobku obsahu uhlíka a obsah titánu sa rovná minimálne 5-násobku obsahu uhlíka. Oceľ pre materiál medzikusa 3 vykazuje pri materiálovej analýze C - 0,06 max., Cr - 17,5, Ni - 9, 5, Ti 5 x C alebo Nb 10 x C a zvyšok tvorí železo a jeho obvyklé prísady.

Medzikusy 3 dĺžky okolo 500 mm sa upnú do stroja na tavné zváranie na tupo. Medzikusy 3 majú profil koľajnice 2 z uhlíkovej ocele a sú zobrazené na obr. 3. Tieto 500 mm dlhé medzikusy 3 sú najprv prvýkrát zvarené s koľajnicou 2 z uhlíkovej ocele tavným zváraním na tupo, čim vznikne prvý zvar 4, znázornený na obr. 2. Oblasť prvého zvaru 4 je podrobená tepelnému spracovaniu, aby sa eliminovalo vytvorenie martenzitu. Potom sú medzikusy 3 skrátené tak, že ich dĺžka od prvého zvaru 4 je menšia ako 25 mm, napr. asi 15 mm. Potom nasleduje druhé zváranie medzikusa 3 s časťou výhybky taktiež tavným zváraním na tupo, čim vznikne prvý zvar 5. Pri tomto druhom zváraní sa odpáli opäť medzikus 3 na dĺžku 5 až 10 mm, takže medzikus 3 zostane len medzi obidvoma zvarmi 4, 5 v minimálnej dĺžke 5 mm. Medzikus 3 je po zvarení s koľajnicou 2 z uhlíkovej ocele v oblasti prvého zvaru £ tepelne spracovaný difúznym žíhaním pri teplote 350 °C až 1000 °C, najmä pri teplote 850 °C, počas 2 až 5 hodín, najmä počas 3 hodín, s následným ochladením okolitým vzduchom. Po druhom zváraní medzikusa 3 s časťou výhybky, ktorú tvorí druhá koľajnica z mangánovej ocele, sa uskutočni v oblasti druhého zvaru 5 ochladenie okolitým vzduchom.

Priemyselná využiteľnosť

Spôsob podľa vynálezu možno využiť na spájanie výhybiek a koľajníc z navzájom odlišných materiálov všade tam, kde sa používa koľajový transport.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob spájania koľajnice z uhlíkovej ocele s časťami výhybiek z austenitickej mangánovej liatej ocele, napríklad srdcoviek alebo iných koľajníc z mangánovej ocele, za použitia medzikusa z nízkouhlíkovej ocele, pri ktorom je najprv medzikus zvarený s koľajnicou z uhlíkovej ocele a po skrátení medzikusa na dĺžku pod 25 mm je medzikus druhým zváraním zvarený s časťou výhybky z mangánovej ocele, vyznačujúci sa tým, že použitý medzikus z nízkouhlíkovej austenitickej ocele chrómniklovej je po zvarení s koľajnicou z uhlíkovej ocele tepelne spracovaný difúznym žíhaním pri teplote 350 °C až 1000 °C počas 2 až 5 hodín s následným ochladením okolitým vzduchom.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že tepelné spracovanie po zvarení medzikusa s koľajnicou z uhlíkovej ocele je uskutočňované 3 hodiny pri teplote 850 °C.
3. 3. Spôsob podľa nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa t ý m , že následne po druhom zváraní medzikusa s druhou koľajnicou z mangánovej ocele sa uskutočni ochladenie okolitým vzduchom.
4. 4. Spôsob podľa nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa t ý m , že ako materiál pre medzikus je použitá oceľ kvality XlOCrNiTi 18 9, XlOCrNiNb 18 9, XlOCrNiTi 18 10 alebo X5CrNiNb 18 10.
5. 5. Spôsob podľa nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa t ý m , že obsah nióbu v oceli pre medzikus sa rovná minimálne 10-násobku obsahu uhlíka a obsah titánu sa rovná minimálne 5-násobku obsahu uhlíka.
6. 6. Spôsob podľa nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa t ý m , že ocel pre materiál medzikusa vykazuje pri materiálovej analýze C - 0,06 max., Cr - 17,5, Ni - 9,5, Ti 5 x C alebo Nb 10 x C a zvyšok tvorí železo a jeho obvyklé *' prísady.