Spawanie termitowe szyn

 

Spawanie termitowe szyn polega na połączeniu sąsiednich szyn poprzez wypełnienie luzu spawalniczego stopiwem powstającym w wyniku reakcji termitowej zachodzącej w tyglu. Obecnie preferowaną metodą łączenia szyn w torze bezstykowym na sieci PKP PLK S.A. jest zgrzewanie elektrooporowe, które, w odróżnienia od spawania, nie wprowadza obcego materiału w miejsce łączenia. Spawanie stosuje się jako metodę alternatywną, wykorzystywaną w miejscach niedostępnych dla głowicy zgrzewarki, a także w miejscu łączenia starej i nowej nawierzchni. Ponadto spawanie termitowe stosuje się jako podstawową metodę łączenia szyn w rozjazdach i skrzyżowaniach torów, a także podczas naprawy pękniętych szyn. Zasady spawania szyn termitem na sieci PKP PLK S.A. określone przez instrukcję Id-5 [1] zostały opisane w dalszej części artykułu. 

 

Metody spawania termitowego

Podstawową metodą spawania termitowego, określoną przez instrukcję Id-5, jest metoda SoWoS, czyli metoda spawania bez nadlewu, z górnym wstępnym podgrzewaniem końców szyn. Pozostałymi metodami są m.in:

• SoW-L75
• SoW-HC
• SoWoS-P
• PLA
• AP25
• PLA68
• SkV
• SkV-L75

Ze względu na wielkość luzu spawalniczego metody spawania dzieli się ponadto na spawanie z normalnym luzem (25 mm), stosowanym standardowo, oraz z luzem szerokim luzem (50, 68, 75 mm), stosowanym podczas prac naprawczych.

 

Warunki spawania termitowego

Spawać można wyłącznie szyny o podobnym zużyciu – różnica ich wysokości nie może przekraczać 1 mm, a krawędzie i powierzchnie toczne muszą znajdować się w jednej płaszczyźnie. Zasadniczo nie powinno się spawać szyn otworowanych (wyjątek: tory o v_max ≤ 50 km/h), przy czym jako szyny nieotworowane rozumie się szyny, w których odległość końca szyny od krawędzi najbliższego otworu jest nie mniejsza niż 100 mm. Spawanie szyn na sieci PKP PLK S.A. może się odbywać wyłącznie przez spawaczy posiadających odpowiedni identyfikator wydawany przez Centrum Diagnostyki PKP PLK S.A. Numer spawacza jest nabijany na zewnętrznej powierzchni bocznej główki szyny w sąsiedztwie złącza, co pozwala jednoznacznie przypisać dany spaw do osoby go wykonującej.

 

Technologia spawania termitowego metodą SoWoS

Opis technologii spawania szyn kolejowych został zilustrowany zdjęciami spawania szyny tramwajowej, które nie różni się w istotny sposób od spawania szyn kolejowych.

Przed przystąpieniem do spawania należy wykonać szereg prac przygotowawczych. W celu umożliwienia właściwego ustawienia szyn do spawania należy zluzować śruby stopowe lub usunąć łapki sprężyste na minimum trzech podkładach z każdej strony wykonywanego złącza. Należy ułożyć blachę zabezpieczającą tłuczeń przed zanieczyszczeniem, oczyścić szyny na powierzchniach czołowych i bocznych co najmniej na długości 100 mm po obu stronach wykonywanego złącza. Kolejnym krokiem jest sprawdzenie prostopadłości  powierzchni czołowej szyny do jej podłużnej osi i ustawienie końców szyn w taki sposób, aby wielkość luzu spawalniczego wynosiła 25 ± 1 mm, a końce szyny były uniesione 2,4 – 2,8 mm nad powierzchnię toczną. Wyniesienie końców szyny mierzone jest łatą o długości 1 m. 

 

Po ustawieniu końców szyn montuje się stojak, służący do zamocowania palnika, form i tygla. W kolejnym kroku dokonuje się sprawdzenia stanu form, umieszcza się je w obejmach i montuje do stojaka. Szczeliny pomiędzy formami a szyną i obejmami uszczelnia się masą formierską lub piaskiem uszczelniającym. Na formach umieszcza się pojemniki na żużel. 

 

 

Dalsza procedura jest zależna od rodzaju zastosowanego tygla. W przypadku stosowania tygla wielokrotnego użytku należy sprawdzić jego stan wraz ze stanem wykładziny, usunąć zużytą tulejkę spustową, zamknąć otwór spustowy, napełnić tygiel porcją termitu, osłonić tygiel pokrywą i ustawić go na stojaku w pozycji umożliwiającej obserwację końców szyn. W przypadku tygla jednorazowego wystarczy przygotować go do ustawienia w pozycji centralnej, bezpośrednio na formach. Na statywie umieszcza się następnie palnik i podgrzewa końce szyn do temperatury 1000°C, rozpoznawanej przez spawacza poprzez żółty kolor żarzenia. Jest to kluczowy moment procesu spawania, w którym subiektywny sposób oceny temperatury szyny niesie niebezpieczeństwo niedogrzania lub przegrzania końców szyn, prowadzących następnie do złej jakości złącza, kwalifikującej do jego wycięcia [2].  Kolejnym krokiem jest ustawienie tygla nad formą na stojaku (tygiel wielokrotnego użytku) lub bezpośrednio na formie (tygiel jednorazowy) i zapalenie porcji termitowej zapałem błyskawicznym. W tyglu następuje gwałtowna reakcja redukcji tlenków żelaza przez glin, której towarzyszy wydzielanie się dużej ilości energii (reakcja egzotermiczna) [3]:

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃ + 850 kJ/mol

Spust powstałego w wyniku reakcji płynnego stopiwa z tygla do formy następuje samoczynnie dzięki stopieniu tulejki spustowej. Stopiwo wypełnia formę, a żużel wylewa się do pojemników przymocowanych do obejm form.

 

 

Po zakończeniu spustu należy odczekać na zakrzepnięcie metalu, przez minimum 3,5 min, a następnie  zdjąć obejmy. W kolejnym kroku usuwa się nadlewy z główki szyny przy użyciu obcinarki hydraulicznej.

 

 

Ostatnim krokiem jest obróbka złącza polegająca na jego oszlifowaniu, sprawdzeniu prostoliniowości i nabiciu znaku spawacza wraz z datą wykonania spawu.

 

Literatura

[1] Id-5 (D7) Instrukcja spawania szyn termitem. Tekst ujednolicony. PKP Polskie Linie Kolejowe, Warszawa 2005.

[2] Stencel G.: Spawalnictwo elementów nawierzchni w aspekcie utrzymania dróg szynowych i bezpieczeństwa ruchu. Infrastruktura Transportu 4/2011, str. 78-83.

[3] Bogdaniuk B., Towpik K.: Budowa, modernizacja i naprawy dróg kolejowych. Kolejowa Oficyna Wydawnicza, Warszawa 2010.