Per què és important el control de qualitat de la junta soldada
El rail soldat contínuament elimina les juntes revestides, però cada soldadura introdueix una discontinuïtat metal·lúrgica: una zona afectada per la calor-, una estructura metàl·lica de soldadura fosa o forjada i un camp de tensió residual. Si la soldadura és defectuosa, el primer símptoma visible sol ser una petita esquerda a la punta de la soldadura que creix sota el trànsit fins a una ruptura completa del carril. Per tant, el control de qualitat ha de començar abans de la soldadura, amb la preparació de l'extrem del carril i la calibració de l'equip, continuar durant la soldadura mitjançant el control dels paràmetres del procés i acabar amb proves no-destructives, tractament tèrmic i documentació de cada unió. La tecnologia correcta difereix segons el procés, i aquesta guia estableix els punts de control dels tres processos més utilitzats en línies principals i patis.
Soldadura a tope amb flaix: paràmetres bàsics i el seu efecte
La soldadura a tope de flaix uneix els rails escalfant els extrems subjectats amb un arc intermitent i, a continuació, desplaçant-los junts. Quatre paràmetres governen el resultat. El corrent de flaix determina la temperatura d'escalfament dels extrems del rail: un corrent massa alt sobreescalfa els extrems, engroseix el gra i redueix la duresa de la junta; un corrent massa baix deixa els extrems insuficientment escalfats i la força de l'articulació és insuficient. El temps de flaix es manté normalment entre 30 i 60 segons; un temps més llarg malgasta metall als extrems i redueix la secció-de la junta, mentre que un temps més curt s'escalfa de manera desigual i produeix una penetració incompleta. La pressió de canvi es controla entre 150 i 200 MPa: una pressió excessiva deforma l'articulació i pertorba la superfície de la pista, mentre que una pressió insuficient no aconsegueix expulsar els òxids, deixant porositat i inclusió d'escòries. La velocitat de canvi de 50 a 80 mm/s equilibra el flux de metall de soldadura contra el refredament; massa ràpid provoca esquerdes, massa lent refreda el metall prematurament i redueix les propietats mecàniques.
Soldadura aluminotèrmica: punts de control i prevenció de defectes
La soldadura aluminotèrmica és el mètode estàndard per a les soldadures de tancament de camp, desviacions i treballs de reparació. Els punts de control decisius són la relació de flux, la temperatura de preescalfament i el segellat del motlle. La proporció de pols d'alumini a òxid de ferro en el flux es manté al voltant d'1:3 en massa; una relació incorrecta redueix la temperatura de reacció i degrada les propietats del metall de soldadura. El preescalfament es manté entre 300 i 400 graus: un preescalfament insuficient refreda el metall de soldadura massa ràpid i corre el risc d'esquerdes fredes, mentre que un preescalfament excessiu permet que el flux reaccioni prematurament perquè la cavitat no pugui omplir-se. El motlle s'ha de tancar hermèticament per evitar l'entrada d'aire i evitar la porositat. Els tres defectes comuns són la porositat, la inclusió d'escòries i la penetració incompleta. La seva prevenció és específica: mantenir la humitat del flux al 0,5% o per sota de l'assecat, netejar tota l'escala d'òxid i les impureses dels extrems del rail perquè la soldadura estigui neta i ajustar el preescalfament i la relació de flux perquè els extrems del rail es fusionin completament.
Soldadura per pressió de gas i proves no-destructives
La soldadura per pressió de gas escalfa els extrems del rail amb una flama d'oxigen-acetilè fins a l'estat plàstic i, a continuació, s'aplica una pressió de revolt per forjar els extrems. S'utilitza en línies de transport d'alta-velocitat i pesats-en què la força i la duresa de les unions han d'absorbir vibracions d'alta-freqüència i càrregues pesades per eixos. La verificació de qualitat combina l'aspecte i la inspecció interna. Les comprovacions d'aspecte cobreixen la geometria i l'estat de la superfície, amb una desviació de la planitud de la junta limitada a 0,2 mm/m i sense esquerdes ni porositats visibles. La inspecció interna utilitza la detecció de defectes per ultrasons amb una sonda de 2,5 MHz que explora la circumferència de l'articulació; No s'accepten defectes superiors a 5 mm². Després de la inspecció, la junta es tracta tèrmicament per eliminar l'estrès residual i restaurar el rendiment.
Tractament tèrmic i alleujament de l'estrès
Les juntes soldades es tracten tèrmicament en dos passos, normalitzant-se i trempant. La normalització de 900 a 920 graus durant 20 a 30 minuts transforma l'estructura de soldadura en una perlita uniforme, afina el gra i millora la força i la tenacitat. El temperat de 550 a 580 graus durant 60 a 90 minuts elimina l'estrès residual de la soldadura, aconseguint una taxa d'alleujament de l'estrès superior al 80%. L'efecte pràctic és gran: les juntes no tractades poden portar una tensió residual per sobre de 300 MPa, cosa que afavoreix les esquerdes de servei, mentre que les juntes tractades mostren una tensió residual igual o inferior a 50 MPa i una resistència a la fatiga notablement millor. Finalment, es comprova la duresa de la junta amb la matriu del carril; la desviació s'ha de mantenir dins dels 2 punts de l'escala HRC perquè la soldadura es desgasti al mateix ritme que el rail principal.
Protecció Climàtica de Juntes Soldades
| Medi ambient | Risc principal | Esquema de protecció |
|---|---|---|
| Alpí / baixa temperatura | Fractura fràgil-a baixa temperatura | Capa d'aïllament de poliuretà de 10 mm més un recobriment de fluorocarboni de 30 μm, resistència a l'esprai de sal per sobre de 1500 h |
| Calent i humit | Oxidació i corrosió del metall de soldadura | Pel·lícula de passivació més segellador sobre la superfície de la junta |
| Solució-alcalina | Atac iònic al metall de soldadura | Capa galvanitzada de 80 μm més pasta anticorrosió |
A les regions alpines l'objectiu és frenar el canvi de temperatura a la soldadura; a les regions humides és per aïllar la humitat; a les zones salines-alcalines una capa galvanitzada de sacrifici protegeix la soldadura mentre que la pasta bloqueja el transport d'ions. L'esquema s'ha de seleccionar en l'etapa de disseny, no afegir-se després que aparegui la corrosió.
Preguntes freqüents
P1: Quin procés de soldadura es prefereix per a les línies principals d'alta-velocitat?
La soldadura a tope de fàbrica i mòbil és preferida per a soldadures llargues perquè és ràpida, repetible i controlada per màquina-. La soldadura aluminotèrmica segueix sent estàndard per a tancaments de camp i soldadures de reparació on una màquina de soldadura no pot arribar.
P2: Per què el preescalfament és crític en la soldadura aluminotèrmica?
El preescalfament evita que el metall de soldadura es refredi massa ràpidament després d'abocar. Sense un preescalfament de 300 a 400 graus, la soldadura es refreda en una estructura dura i trencadissa i és propensa a esquerdes fredes.
P3: Quins defectes poden trobar les proves d'ultrasons en una soldadura de ferrocarril?
A una freqüència de sonda de 2,5 MHz, les proves d'ultrasons detecten porositat interna, inclusió d'escòries, manca de fusió i esquerdes amb una àrea reflectant equivalent per sobre d'uns 5 mm².
P4: Per què s'han de normalitzar i temperar les juntes soldades?
La normalització perfecciona l'estructura del gra de la zona de soldadura i el tremp alleuja l'estrès residual. Junts, redueixen l'estrès residual de les articulacions des de més de 300 MPa fins a 50 MPa o menys, la qual cosa evita l'esquerda del servei i millora la vida útil per fatiga.
P5: Com s'adapta la duresa de la soldadura a la matriu del carril?
La duresa es mesura a través de la zona de soldadura després del tractament tèrmic i es compara amb el rail principal. Una desviació dins de 2 punts HRC significa que la soldadura i el rail es desgastaran de manera uniforme i la roda no colpejarà el costat més tou de la junta.