Spawanie szyn kolejowych – metody, normy i technologie

Łączenie szyn w torach kolejowych to kluczowy proces dla bezpieczeństwa i płynności ruchu. Poznaj metody spawania, wymagania normatywne i nowoczesne technologie stosowane w kolejnictwie.

Metody łączenia szyn

Szyny stalowe dostarczane są z hut w określonych długościach. Długości te wynoszą 30, 75 lub 120 metrów. Szyny ze zgrzewalni mogą mieć długość do 210 metrów. Konieczne jest trwałe połączenie tych odcinków. Łączenie szyn odbywa się różnymi metodami. Stosuje się złącza łubkowe. Używa się też zgrzewów elektrooporowych. Inną metodą są spawy termitowe.

Połączenie łubkowe ze śrubami spotkasz na starszych odcinkach torów. Przerwa między szynami powoduje hałas. Jest też źródłem drgań. Obecnie preferowany jest tor bezstykowy. Ten tor nie ma przerw między szynami. Zapewnia większą spokojność jazdy. Jest łatwiejszy w utrzymaniu.

Spawanie termitowe szyn

Spawanie termitowe łączy sąsiednie szyny. Proces wykorzystuje stopiwo. Stopiwo powstaje z reakcji termitowej. Reakcja zachodzi w specjalnym tyglu. Termit to mieszanina chemiczna. Składa się z tlenku żelaza (Fe3O4) i aluminium (Al). Stosunek wagowy wynosi 78:22. Reakcja spalania jest egzotermiczna. Oznacza to, że wydziela dużo ciepła. Temperatura reakcji termitowej osiąga około 2500 °C.

Stopione żelazo spływa do formy spawalniczej. Forma otacza końce szyn. Metal wypełnia luz spawalniczy. Luz spawalniczy ma zazwyczaj 25 mm. Może być też szerszy: 50, 68 lub 75 mm. Metal zastyga i tworzy spoinę. Minimalny czas zakrzepnięcia metalu wynosi 3,5 minuty.

Zastosowanie i warunki spawania termitem

Spawanie termitowe stosuje się szeroko w kolejnictwie. Jest podstawową metodą łączenia szyn w rozjazdach. Używa się go także w skrzyżowaniach torów. Spawanie termitowe naprawia pęknięte szyny. Jest przydatne w trudno dostępnych miejscach.

Warunki spawania termitowego są precyzyjne. Różnica wysokości łączonych szyn nie może przekraczać 1 mm. Spawanie powinni wykonywać tylko wykwalifikowani spawacze. Muszą oni posiadać odpowiedni identyfikator. Wybór form spawalniczych zależy od typu szyny.

Metody spawania termitowego

Istnieje wiele metod spawania termitowego. Różnią się szczegółami procesu. Przykłady to metoda SoWoS. Znana jest też metoda SoW-L75. Inne metody to SoW-HC i SoWoS-P. Stosuje się również metody PLA i AP25. Metoda PLA68 jest przeznaczona do konkretnych szyn. Używa się także metod SkV i SkV-L75. Metoda SkV wymaga podgrzewania końców szyn. Czas podgrzewania wynosi 1-2 minuty. Temperatura końców szyn osiąga wtedy 600 °C.

Rozwój spawania termitowego postępuje. Celem jest zwiększenie odporności na obciążenia. Chodzi o obciążenia dynamiczne. Zwiększa się wytrzymałość zmęczeniowa spoin.

Spawanie elektryczne szyn

Spawanie elektryczne to inna technologia łączenia szyn. Obejmuje różne techniki. Jedną z nich jest spawanie łukowe. Wykorzystuje elektrody z rdzeniem proszkowym (metoda MF). Inna metoda to T.I.M.E. Używa ona specjalnej mieszanki gazów. Skład gazów to 65% Argonu, 26.5% Helu, 8% CO2 i 0.5% O2. Metoda Railweld charakteryzuje się małą strefą wpływu ciepła. Jej grubość wynosi 5 mm. Twardość w tej strefie osiąga 350 HV.

Zgrzewanie oporowe iskrowe jest preferowane w torze bezstykowym. Stosuje się je na sieci PKP PLK S.A. Zgrzewanie jest rzadziej używane w torach tramwajowych.

Normy i wymagania w spawalnictwie kolejowym

Spawanie w kolejnictwie podlega ścisłym normom. Zapewnia to bezpieczeństwo użytkowania taboru. Eksploatacja pojazdów szynowych generuje naprężenia. Występują duże obciążenia części konstrukcyjnych. Zbiór wymagań opisuje seria norm EN 15085. Norma PN-EN 15085 dotyczy spawania pojazdów szynowych. Obejmuje też ich części składowe.

Certyfikacja i adresaci normy EN 15085

Wdrożenie normy EN 15085 jest kluczowe. Wymaga certyfikacji na odpowiednim poziomie. Najwyższy poziom to CL1. Certyfikacja obejmuje różne typy działalności. Są to: projektowanie (D), produkcja (P), serwis (S), montaż (M).

Norma skierowana jest do wielu podmiotów. Obejmuje wytwórców pojazdów szynowych. Dotyczy wytwórców części składowych. Adresatami są firmy świadczące usługi spawalnicze. Należą do nich firmy remontujące pojazdy. Norma dotyczy firm montażowych. Ważna jest dla podmiotów odpowiedzialnych za utrzymanie taboru (EMC). Stosują ją przedsiębiorstwa kolejowe. Dotyczy też firm zarządzających infrastrukturą.

Podstawę prawną stanowią części normy EN 15085. Są to PN-EN 15085-1 do PN-EN 15085-5. Wdrożenie normy PN-EN ISO 9001 wspiera proces. Podobnie normy ISO 45001 i PN EN 1090-1. Ważna jest też norma ISO 3834.

Procedury spawalnicze

Normy wymagają szczegółowych procedur. Należą do nich Procedury spawalnicze WPQR. Są one zgodne z EN ISO 15614-1. Konieczne jest kwalifikowanie technologii cięcia (CPQR). Firmy muszą tworzyć Instrukcje Technologiczne Spawania (WPS / pWPS).

Badania i kontrola jakości

Jakość złączy szynowych jest monitorowana. Wykonuje się badania laboratoryjne. Przeprowadza się też badania terenowe (odbiory). W badaniach nieniszczących wykorzystuje się defektoskopię. Często stosuje się defektoskopię ultradźwiękową.

Rozwój i przyszłość spawalnictwa szynowego

Branża spawalnicza rozwija się dynamicznie. Konferencje techniczne odgrywają ważną rolę. Sprzyjają one powstawaniu nowych rozwiązań. Na spotkaniach branża spotyka się ze środowiskiem naukowym. Dostępne są referaty przedstawiane na konferencjach.

Nadchodzą ważne wydarzenia. VI Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna odbędzie się w dniach 15-17 maja 2024 r. IX Ogólnopolskie Warsztaty Techniczne zaplanowano na 14-16 maja 2025 r. IV Spotkania Diagnostyki Infrastruktury Szynowej odbyły się 11-13 października 2023 r.

Trendy w spawalnictwie szynowym obejmują rozwój technologii zgrzewania. Poszukuje się technik alternatywnych. Trwają prace nad regeneracją stalowych elementów nawierzchni. Cyfryzacja procesów spawalniczych staje się coraz ważniejsza.