En el ferrocarril existen dos motivos por los cuales se sueldan los rieles: uno es por rotura y el otro (el más popular y conocido) cuando se realiza el denominado Riel Largo Soldado.
El riel se puede romper por fatiga, por el frío, por distintos factores. Por lo cual se hace necesario soldarlo y unirlo nuevamente por soldadura en lugar de agregarle una junta con eclisa y bulón (práctica habitual una vez que la vía ya promedia su vida útil o esta cerca de su fín y se colocan pequeños trozos de riel denominados cupon). Y al Riel largo Soldado se lo incluye desde cero.
Asimismo existen dos sistemas, lo más utilizados digamos, de soldadura de riel. Esta el más viejo y más utilizado, que es la llamada termita o aluminotérmica y la llamada soldadura de resistencia a tope o en ingles flash butt welded. Ambas traen como ventaja una continuidad eléctrica a través del riel, lo cual es más que beneficioso para las vías con circuitos de señalizacion y/o dispositivos de detención automático de trenes, etc, los cuales requieren y exigen una buena continuidad eléctrica.
Así que veremos solamnte estos dos sistemas de soldadura nada más.
SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA
Soldadura de rieles en el Metrotranvía de Mendoza
En 1893 el químico alemán Hans Goldscmidt descubrió que la reacción exotérmica (1) entre el polvo de aluminio y un oxido metálico en polvo puede iniciarse con una fuente de calor, la cual produce una reacción aluminotérmica conocida como reacción termita. Esto se produce a través de un tipo de composición pirotécnica de aluminio y un óxido metálico. Este es un proceso exotérmico en el que se da una reducción del oxido de hierro por el aluminio. El aluminio es oxidado por el óxido de otro metal, comúnmente por óxido de hierro (herrumbre).Fue patentada por Hans Goldscmidt en 1895. Consecuentemente, la reacción es llamada "reacción de Goldschmidt" o "proceso Goldschmidt".
(1)Exotérmico es un término químico que describe una reacción química que desprende calor a medida que se lleva a cabo la reacción.
Los productos de la reacción química son:
Óxido de aluminio + hierro elemental libre y una gran cantidad de calor.
Los reactivos normalmente se pulverizan y mezclan con un aglomerante para mantener el material sólido y prevenir su separación.
La temperatura teórica para que se produzca la reacción es de 3100ºC, sin embargo por la adición de compuestos no reactivos, la perdida de calor por conducción y radiación, la temperatura se reduce a unos 2480 ºC. La cual se considera cercana a la máxima tolerable, ya que el aluminio se evaporiza a 2500 ºC, no obstante esta reducción en la temperatura debe de regularse, pues la escoria de aluminio solidifica a los 2040ºC.
La primera aplicación comercial fue soldar tramos de vías ferroviarias en Essen, Alemania,en 1899. De ahí en más fue el método utilizado para unir rieles ferroviarios. Se pueden usar algunos otros óxidos metálicos para mejorar el proceso se pueden adicionar ferro aleaciones, ya sea para aumentar la fluidez o para disminuir la temperatura de solidificación de la escoria.
El proceso
En este video se aprecia mejor el proceso de soldadura aluminotermica
https://www.youtube.com/watch?v=fHE73cjWWhc
Preparación de los rieles a soldar
Los rieles deberán presentar las superficies a unir perpendiculares al eje longitudinal y libres de óxido perjudicial.
Si los perfiles de los rieles a empalmar son diferentes, la alineación deberá realizarse en correspondencia con las superficies de rodamiento del hongo del riel, superior y del costado.
Aplicación del Molde
Al principio de este video se puede apreciar como se colocan los moldes
Se coloca el molde encima de los rieles, si la soldadura es muy grande se usa un patrón en cera de la cavidad a soldar, se recubre este patrón con arena refractaria después de colocado en la zona a soldar, se coloca el portillo de calentamiento en el centro o hacia la cara de mayor superficie.
Precalentamiento
Se precalientan las partes a soldar hasta los 800 a 1000ºC, se cierra el portillo de calentamiento por donde ha escurrido la cera, con un tapón de arena. Luego se aumenta el poder de la llama, secando bien todo el molde.
Colocación del Crisol
Este es un recipiente de material refractario, en la zona superior se coloca un tapón de magnesita que se funde a la temperatura que se necesita para colar el metal. Se usan mezclas de termita para ajustar la temperatura en las secciones a soldar.
Colado del Material
Después de alcanzadas las temperaturas de fundición (aprox. 2480ºC), la primera cantidad de material que se coló, pierde temperatura (escoria), por lo cual se descarta por medio de los boquetes que posee el crisol a ambos lados.
Retiro del molde
Después del vertido se espera un lapso especificado por el fabricante de la porción de soldadura y se procede a romper el molde y cortar las rebabas, mediante trancha o corta mazarota.
Mazarota: metal de aportación que al terminar la colada en la soldadura aluminotérmica, sobresale del hongo de los rieles soldados y que se elimina inmediatamente después de retirar los moldes.
Tranchado
El material sobrante del hongo del riel debe trancharse al rojo. En este corte, el material de aporte no deberá romperse en caliente ni deberá producirse rotura con estructura filamentosa. Luego del tranchado se martillará la superficie del hongo del riel por medio de martillo adecuado sin afectar el perfil del mismo.
Enfriamiento
Luego del tranchado y martillado se deberá dejar enfriar la soldadura en forma natural.
Esmerilado
La superficie de rodamiento y los costados del hongo del riel en la zona de la soldadura se esmerilarán de manera de obtener superficies sin imperfecciones. El esmerilado se deberá efectuar en frío por medio de esmeriladores provistos de guías especiales.
SOLDADURA POR RESISTENCIA A TOPE
Este tipo de soldadura de resistencia a tope consiste en la unión de dos piezas metálicas que se colocan extremo con extremo con la misma sección, éstas se presionan cuando está pasando por ellas una corriente eléctrica, con lo que se genera calor en la superficie de contacto. Con la temperatura generada y la presión entre las dos piezas se logra la unión perfectamente soldada.
Soldadura de rieles
El proceso
El proceso requiere juntar los extremos de los rieles a soldar y generar un arco eléctrico que caliente el metal. Para lograr esto, los extremos de los rieles a soldar se conectan a un circuito secundario conectado a un transformador, el cual proporcionará la energía adecuada para fundir el acero al punto de la soldadura. Al mismo tiempo esta unión se sujeta previamente mediante un dispositivo hidráulico que ejerce la suficiente presión como para mantener firmemente unidos los dos extremos de los rieles para lograr que la unión este derecha. Cuando el metal alcanza la temperatura adecuada, los extremos de los rieles se funden mientras se encuentran firmemente presionados uno contra otro. Una vez soldado se retira el exceso de material en la unión de la soldadura para devolverse su perfil al riel mediante un esmerilado. Todo el proceso es automático, con los extremos de los rieles encapsulados y manipulados por medio de un cabezal de soldadura móvil y portátil.
Equipo
El equipo de apoyo que proporciona la potencia y el control del cabezal de soldadura va montado sobre un camión Hi-rail (bi-vial) o un vehículo ferroviario a tal fin y se conecta por medio de tubos y cables.
Equipo de soldadura por resistencia en el Metrotranvía de Mendoza
Espero que les haya este pequeño artículo sobre los tipos de soldadura más usados en el ferrocarril.
FUENTES
Norma FA 7 001 http://www2.cnrt.gob.ar/NORMAS%20FA/FA_7001.pdf
http://estructurasacero.blogspot.com.ar/2007/06/soldadura-aluminotrmica-aluminotermia-o.html
http://www.gantrex.es/productos-y-servicios/soldadura-de-railes
http://www.sct.gob.mx/fileadmin/_migrated/content_uploads/19_NOM-055-SCT-2-2000.pdf
http://www.patilgroup.com/flash-butt-welding-of-rails.html
El riel se puede romper por fatiga, por el frío, por distintos factores. Por lo cual se hace necesario soldarlo y unirlo nuevamente por soldadura en lugar de agregarle una junta con eclisa y bulón (práctica habitual una vez que la vía ya promedia su vida útil o esta cerca de su fín y se colocan pequeños trozos de riel denominados cupon). Y al Riel largo Soldado se lo incluye desde cero.
Asimismo existen dos sistemas, lo más utilizados digamos, de soldadura de riel. Esta el más viejo y más utilizado, que es la llamada termita o aluminotérmica y la llamada soldadura de resistencia a tope o en ingles flash butt welded. Ambas traen como ventaja una continuidad eléctrica a través del riel, lo cual es más que beneficioso para las vías con circuitos de señalizacion y/o dispositivos de detención automático de trenes, etc, los cuales requieren y exigen una buena continuidad eléctrica.
Así que veremos solamnte estos dos sistemas de soldadura nada más.
SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA
Soldadura de rieles en el Metrotranvía de Mendoza
En 1893 el químico alemán Hans Goldscmidt descubrió que la reacción exotérmica (1) entre el polvo de aluminio y un oxido metálico en polvo puede iniciarse con una fuente de calor, la cual produce una reacción aluminotérmica conocida como reacción termita. Esto se produce a través de un tipo de composición pirotécnica de aluminio y un óxido metálico. Este es un proceso exotérmico en el que se da una reducción del oxido de hierro por el aluminio. El aluminio es oxidado por el óxido de otro metal, comúnmente por óxido de hierro (herrumbre).Fue patentada por Hans Goldscmidt en 1895. Consecuentemente, la reacción es llamada "reacción de Goldschmidt" o "proceso Goldschmidt".
(1)Exotérmico es un término químico que describe una reacción química que desprende calor a medida que se lleva a cabo la reacción.
Los productos de la reacción química son:
Óxido de aluminio + hierro elemental libre y una gran cantidad de calor.
Los reactivos normalmente se pulverizan y mezclan con un aglomerante para mantener el material sólido y prevenir su separación.
La temperatura teórica para que se produzca la reacción es de 3100ºC, sin embargo por la adición de compuestos no reactivos, la perdida de calor por conducción y radiación, la temperatura se reduce a unos 2480 ºC. La cual se considera cercana a la máxima tolerable, ya que el aluminio se evaporiza a 2500 ºC, no obstante esta reducción en la temperatura debe de regularse, pues la escoria de aluminio solidifica a los 2040ºC.
La primera aplicación comercial fue soldar tramos de vías ferroviarias en Essen, Alemania,en 1899. De ahí en más fue el método utilizado para unir rieles ferroviarios. Se pueden usar algunos otros óxidos metálicos para mejorar el proceso se pueden adicionar ferro aleaciones, ya sea para aumentar la fluidez o para disminuir la temperatura de solidificación de la escoria.
El proceso
En este video se aprecia mejor el proceso de soldadura aluminotermica
https://www.youtube.com/watch?v=fHE73cjWWhc
Preparación de los rieles a soldar
Los rieles deberán presentar las superficies a unir perpendiculares al eje longitudinal y libres de óxido perjudicial.
Si los perfiles de los rieles a empalmar son diferentes, la alineación deberá realizarse en correspondencia con las superficies de rodamiento del hongo del riel, superior y del costado.
Aplicación del Molde
Al principio de este video se puede apreciar como se colocan los moldes
Se coloca el molde encima de los rieles, si la soldadura es muy grande se usa un patrón en cera de la cavidad a soldar, se recubre este patrón con arena refractaria después de colocado en la zona a soldar, se coloca el portillo de calentamiento en el centro o hacia la cara de mayor superficie.
Precalentamiento
Se precalientan las partes a soldar hasta los 800 a 1000ºC, se cierra el portillo de calentamiento por donde ha escurrido la cera, con un tapón de arena. Luego se aumenta el poder de la llama, secando bien todo el molde.
Colocación del Crisol
Este es un recipiente de material refractario, en la zona superior se coloca un tapón de magnesita que se funde a la temperatura que se necesita para colar el metal. Se usan mezclas de termita para ajustar la temperatura en las secciones a soldar.
Colado del Material
Después de alcanzadas las temperaturas de fundición (aprox. 2480ºC), la primera cantidad de material que se coló, pierde temperatura (escoria), por lo cual se descarta por medio de los boquetes que posee el crisol a ambos lados.
Retiro del molde
Después del vertido se espera un lapso especificado por el fabricante de la porción de soldadura y se procede a romper el molde y cortar las rebabas, mediante trancha o corta mazarota.
Mazarota: metal de aportación que al terminar la colada en la soldadura aluminotérmica, sobresale del hongo de los rieles soldados y que se elimina inmediatamente después de retirar los moldes.
Tranchado
El material sobrante del hongo del riel debe trancharse al rojo. En este corte, el material de aporte no deberá romperse en caliente ni deberá producirse rotura con estructura filamentosa. Luego del tranchado se martillará la superficie del hongo del riel por medio de martillo adecuado sin afectar el perfil del mismo.
Enfriamiento
Luego del tranchado y martillado se deberá dejar enfriar la soldadura en forma natural.
Esmerilado
La superficie de rodamiento y los costados del hongo del riel en la zona de la soldadura se esmerilarán de manera de obtener superficies sin imperfecciones. El esmerilado se deberá efectuar en frío por medio de esmeriladores provistos de guías especiales.
SOLDADURA POR RESISTENCIA A TOPE
Este tipo de soldadura de resistencia a tope consiste en la unión de dos piezas metálicas que se colocan extremo con extremo con la misma sección, éstas se presionan cuando está pasando por ellas una corriente eléctrica, con lo que se genera calor en la superficie de contacto. Con la temperatura generada y la presión entre las dos piezas se logra la unión perfectamente soldada.
Soldadura de rieles
El proceso
El proceso requiere juntar los extremos de los rieles a soldar y generar un arco eléctrico que caliente el metal. Para lograr esto, los extremos de los rieles a soldar se conectan a un circuito secundario conectado a un transformador, el cual proporcionará la energía adecuada para fundir el acero al punto de la soldadura. Al mismo tiempo esta unión se sujeta previamente mediante un dispositivo hidráulico que ejerce la suficiente presión como para mantener firmemente unidos los dos extremos de los rieles para lograr que la unión este derecha. Cuando el metal alcanza la temperatura adecuada, los extremos de los rieles se funden mientras se encuentran firmemente presionados uno contra otro. Una vez soldado se retira el exceso de material en la unión de la soldadura para devolverse su perfil al riel mediante un esmerilado. Todo el proceso es automático, con los extremos de los rieles encapsulados y manipulados por medio de un cabezal de soldadura móvil y portátil.
Equipo
El equipo de apoyo que proporciona la potencia y el control del cabezal de soldadura va montado sobre un camión Hi-rail (bi-vial) o un vehículo ferroviario a tal fin y se conecta por medio de tubos y cables.
Equipo de soldadura por resistencia en el Metrotranvía de Mendoza
Espero que les haya este pequeño artículo sobre los tipos de soldadura más usados en el ferrocarril.
FUENTES
Norma FA 7 001 http://www2.cnrt.gob.ar/NORMAS%20FA/FA_7001.pdf
http://estructurasacero.blogspot.com.ar/2007/06/soldadura-aluminotrmica-aluminotermia-o.html
http://www.gantrex.es/productos-y-servicios/soldadura-de-railes
http://www.sct.gob.mx/fileadmin/_migrated/content_uploads/19_NOM-055-SCT-2-2000.pdf
http://www.patilgroup.com/flash-butt-welding-of-rails.html