Zváranie koľajníc plynom

27.2.2012 8:00 Ing. František Smatana

V tomto článku sa pozrieme bližšie na jeden zo spôsobov zvárania koľajníc, ktorý sa vo svete moc nerozšíril. A prečo? Neviem. Hoci niektoré možné príčiny sú v texte uvedené (zvyk-je-železná-košeľa medzi nimi nie je). Ale bol by som rád, keby nám to v diskusii odborníci vysvetlili. Takže bude to o zváraní koľajníc plynom.

Priznám sa, že si nepamätám, žeby sme sa o ňom učili na škole (to ale sa sťažujem na svoju pamäť, nie na prednášajúcich). No a v praxi som sa s ním stretol až po pár rokoch, pri stavbe VRT na Taiwane. Tu ho používali Japonci pri realizácii bezstykovky. Ich postup som už stručne spomenul v predchádzajúcej časti venovanej taiwanskej VRT. Pripomeňme si ho:

1. zváranie: zvárali sa normálne koľajnice do dlhých pasov (do 200m) pomocou odporového zvárania (FBW
– flash-butt welding) na zváracej základni
2. zváranie: dlhé pásy, rozvezené na miesto určenia a aj položené na podkladnice, sa zvárali do ešte
dlhších pásov (obyčajne do 1000m) pomocou plynového zvárania (GPW – gas-pressure welding)
3. zváranie: záverečné zvary sa robili pomocou termitu (ATW – alumino-thermic welding).

Zváranie plynom sa v súčasnosti bežne používa len v Japonsku (viď tab.). Už len to by nám malo stačiť ako ocenenie jeho kvalít. Keď sa pozrieme do minulosti uvidíme, že vývoj prebiehal približne v rovnakom čase (40. roky 20. storočia) v Japonsku a v USA. Japonci v r.1953 pripravili prvý použiteľný zvárací prístroj. Spočiatku ho používali len na stabilných zváracích základniach, ale časom stroj “odľahčili” a nebol problém ho dostať do trate (roky 70.). Japonci dokonca skúšajú zmeniť používaný plyn (acetylén) za iný, ktorý nebude tak zaťažovať prírodu. Tomu sa hovorí „mať tak tvoje problémy“...

V nasledujúcej tabuľke vidíte percentuálne zastúpenie jednotlivých typov zvárania na japonských tratiach:

	ATW	GPW	FBW	ARC	počet zvarov	zdroj
1996	40%	26%	25%	9%	79 000	JRTR 1998-03
2006	45%	30%	20%	5%	60 000	Hakusan
2009	37%	26%	31%	6%	59 600	RTRI

Američania používali zváranie plynom do začiatku 80. rokov, kedy sa zvýšil nápravový tlak na domácich tratiach a zvary im začali vykazovať chyby. Tak prešli na FBW. Ale aj ich testy v posledných rokoch potvrdili veľmi dobrú kvalitu japonského zvárania plynom. Testy japonského Railway Technical Research Institute preukázali, že kvalita je veľmi podobná odporovému zvaru, a vyššia než u termitu.

Hodnotenie

Výhody:

- nekomplikovaná obsluha
- dobrá kvalita zvarov
- ľahký, mobilný systém (teda aj pre použitie v trati)
- rýchly (taký istý ako ATW)

Nevýhody:

- nie je to plne automatizovaný systém a ľudská obsluha je dôležitá
- dlhšia zóna ovplyvnená vysokou teplotou
- pomalší ako FBW

Spravodlivejšie by bolo porovnanie GPW samostatne oproti FBW či ATW. Ale dȏležitejšie ako určenie poradia je konštatovanie, že GPW jednoducho je životaschopný produkt.

Postup zvárania

Podobá sa na nám známe odporové zváranie, len pre nahrievanie koncov koľajníc tu slúžia plynové horáky. Pre nahrievanie sa používa zmes bežných plynov, kyslík a acetylén. A až na plynovú zváračku je ostatná malá mechanizácia viac-menej totožná s tým, čo sa používa pri zváraní u nás doma.

Vlastný postup by sme mohli rozdeliť do 5 krokov:

a) príprava koľajníc
b) príprava zváračky
c) vlastné zváranie
d) úpravy zvaru
e) kontrola zvaru.

Príprava koľajníc:

- povolenie upevňovadiel
- zdvihnutie koľajníc a ich položenie na rolky
- kontrola koncov koľajníc v okolí zvaru (tvar, kvalita, poškodenia,…)
- úprava čela koľajnice (rezu) brúsením (celé čelo plus zboku asi 10mm)
- kontrola polohy koľajníc (upravia sa vzájomne oproti sebe do predpísaného smeru)

Príprava zváračky:

- nastaví sa tlak a vyskúša sa zapálenie horákov,
- kontrola plameňov
- nasadenie na koľajnice, kontrola vzdialenosti horákov od koľajnice
- nastaví sa vymedzovač stlačenia koncov
- zapália sa horáky, spustí sa zváranie (kontrola plameňov; ak tie sú v poriadku, zváračka sa posunie
na styk; stroj zohrieva koľajnice a automaticky stláča konce k sebe; keď sa vymedzovač dostane k sebe,
ozve sa signál, zavrie sa dodávka plynov)
- automaticky sa odreže okolitý materiál zo zvaru

Úpravy zvaru:

- kontrola priamosti vo vertikálnom smere a jeho prípadná úprava
- kontrola priamosti v horizontálnom smere a jeho prípadná úprava
- hrubé brúsenie
- jemné brúsenie
- ak sa zvárajú HH koľajnice (špeciálne s tvrdenou hlavou) upraví sa tvrdosť hláv (tiež japonský postup;
tuším by som ho mohol popísať v nasledujúcom článku)

Kontrola zvaru:

- vizuálna
- geometria (priamosť vo vertikálnom i horizontálnom smere; Japonci na to majú zaujímavú mašinku, vid foto)
- iné požadované testy (ktoré sú vyžadované miestnymi predpismi)
- označenie zvaru

Ako som spomínal vyššie, ja som zváranie plynom videl na Taiwane, a pripojené fotky sú tiež z japonských zdrojov. Pripravený postup predpokladal 3 možné kombinácie zváraných koľajníc: normálna * normálna, normálna * tvrdená, tvrdená * tvrdená. Tie sa pred vlastným zváraním v trati aj skúšali, aby sa potvrdila použiteľnosť zváračky, technológie i obsluhy.