Investigation of Longitudinal Hardness Scan of Alimunothermite Welded Head-Hardened “R350HT” Rail

Öz

Today, significant economic gains are obtained by providing rail head-hardening with controlled and rapid cooling after hot rolling, which prolongs the rail life. Aluminothermite welding, one of the rail welding methods, continues its importance as a field joining method today. In order to make a quality thermite welding, strict control of thermite alloy and the steps from ignition to filling the liquid steel into the chamber must be carried out in a controlled manner. Even if all these prerequisites are fulfilled as recommended, and even without micro-defects, the mechanical properties of the weld still remain inferior to those of the rail itself. Rail thermite welding is a valuable welding technology for the rail industry due to its simplicity, portability and economy. However, especially in the joining of R350HT head-hardened rails produced by thermal process, high heat can cause critical transformations depending on the maximum temperature reached by the weld, the residence time at this temperature and the cooling rate, and these affect the rail life and performance. Therefore, in this study, the change and development of the hardness structure of the R350HT head-hardened rail, resulting from the aluminothermite welded joint, depending on the welding parameters, was examined, and its compliance and advantages with the relevant international standards were investigated. This article aimed to examine the factors affecting the hardness variation of welded rail joints, mainly the heat affected zone (ITAB). In experimental studies, R350HT head-hardened rail samples were prepared by cutting 120 cm in length and sow-5 method aluminothermite welding was applied to these samples. The longitudinal hardness scanning of the main weld area and the ITAB area has been made critical by comparing it with the TS EN 14730-1+A1 standard. Since the bending and fatigue test results of PLA method thermite welds of SkV Elite L25 and Pandrol company did not meet the standards, the studies were continued with rail samples welded with the sow5 method [7]. In the test results, it was found that thermite welding with the sow5 method is the most suitable method for the desired standards. Experimental results showed that the welded joints produced with the parameters used in this study comply with these standards.

Anahtar Kelimeler

• R350HT
• aluminotermit welding
• head-hardened rail
• microstructure and mechanical properties.

Alimünotermit Kaynağıyla Birleştirilmiş, Mantarı Sertleştirilmiş “R350HT” Rayın Boyuna Sertlik Taramasının İncelenmesi

Öz

Günümüzde ray ömrünü uzatan sıcak hadde sonrası kontrollü ve hızlı soğutmayla ray mantar sertleşmesi sağlanarak önemli ekonomik kazançlar elde edilmektedir. Ray kaynak metotlarından Aluminotermit kaynağı saha birleştirme yöntemi olarak günümüzde de önemini devam ettirmektedir. Kaliteli bir termit kaynağı yapmak için termit alaşımının sıkı denetimi ve ateşlemeden sıvı çeliğin hazneye dolmasına kadar geçen kademelerin kontrollü bir şekilde yapılması gerekir. Bütün bu ön koşullar tavsiye edildiği şekilde yerine getirilmiş olsa bile ve hatta mikro hatalar da olmasa, yine de kaynağın mekanik özellikleri rayın kendi özelliklerinden düşük kalır. Ray termit kaynağı, basitliği, taşınabilirliği ve ekonomisi nedeniyle demiryolu endüstrisi için değerli bir kaynak teknolojisidir. Bununla birlikte özellikle termal işlem ile üretilen R350HT mantarı sertleştirilmiş rayların birleştirmesinde yüksek ısı, kaynağın ulaştığı maksimum sıcaklık derecesine, bu sıcaklıkta kalma süresine ve soğuma hızına bağlı olarak kritik dönüşümlere sebep olabilmekte ve bunlar ray ömür ve performansını oldukça etkilemektedir. Bundan dolayı bu çalışmada R350HT mantarı sertleştirilmiş rayın Aluminotermit kaynaklı birleştirmeden kaynaklanan sertlik yapısının kaynak parametrelerine bağlı olarak değişimi ve gelişimi incelenmiş ayrıca ilgili uluslararası standartlara uygunluğu ve avantajları araştırılmıştır. Bu makale, esas olarak ısı tesiri altında kalan bölge (ITAB) olmak üzere, kaynaklı ray bağlantılarının sertlik değişimini etkileyen faktörler açısından incelemeyi amaçlamıştır. Deneysel çalışmalar da R350HT mantarı sertleştirilmiş ray numuneleri 120 cm uzunluğunda kesilerek hazırlanmış ve bu numunelere sow-5 yöntemli alüminotermit kaynağı uygulanmıştır. Esas kaynak bölgesiyle ITAB bölgesindeki boyuna sertlik taraması TS EN 14730-1+A1 standardı ile de karşılaştırılarak kritik yapılmıştır. SkV Elite L25 ve Pandrol firmasının PLA yöntemli termit kaynaklarının eğme ve yorulma deneyi sonuçları, standartları karşılamadığı için çalışmalara sow5 yöntemiyle kaynaklanmış ray numuneleriyle devam edilmiştir [7] Deney sonuçlarında sow5 yöntemli termit kaynağının istenilen standartlara en uygun yöntem olduğu bulunmuştur. Deneysel sonuçlar bu çalışmada kullanılan parametrelerle üretilen kaynaklı birleştirmelerin bu standartlara uygunluğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• R350HT
• aluminotermit kaynağı
• mantarı sertleştirilmiş ray
• mikroyapı ve mekanik özellikler.

Kaynakça

1. [1] Ö. Onat, “Mantarı sertleştirilmiş raylarda aşınma davranışlarının incelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, 2012, 316278
2. [2] S. Özçelik, “Mantarı sertleştirilmiş raylarda yorulma davranışı incelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2014, 411504
3. [3] A Perspective on the manufacture of modern-day high-strength steel rail, AREMA 2013
4. [4] B. Demir, “A Metalurgıcal Perspectıf On Raıl Steel Development In Turkey And Future,” Symposium on Railway System Engineering , ISERSE, 2018 Karabük
5. [5] R. R. Porcaroa, G. L. Fariaa, L. B. Godefroida, G. R. Apolonioa, L. C. Cândidoa, E. S. Pinto, “Microstructure and mechanical properties of a flash butt welded pearlitic rail,” Journal of Materials Processing Tech., Vol. 270, 2019, pp. 20-27
6. [6] Vander Voort GF, Metallography: principles and practice. New York: McGraw-Hill Book, 1984.pp. 219–23
7. [7] A. Arı, “Alimünotermit kaynağıyla birleştirilmiş mantarı sertleştirilmiş ‘r350ht’rayın mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi” PhD Thesis 2021 Ankara
8. [8] International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) e-ISSN: 23950056 Volume: 07 Issue: 07 July 2020

9. [9] EN 13674-1, (2003). Railway Aplications Track Rail Part 1: Vignole Railway Rails 46 kg/m and Above, Brussels
10. [10] K.M. Lee, ve A.A. Polacarpou, “Wear of conventional pearlitic and improved bainitic rail steels,” Wear, 259: 391-399
11. [11] TS-EN-14730-1-A1:2011-01. “Demiryolu uygulamaları – Demiryolu - Rayların Alüminotermit kaynağı” K4 Yorulma deney yöntemi. Syf:13-37
12. [12] TS EN 13674-1:2011+A1:2017(E) Syf:21. “Demiryolu uygulamaları - Demiryolu hattı - Ray Bölüm 1: 46 kg/m ve üzeri vignole demiryolu rayları 0cak 2018
13. [13] Y. Uğurlu, “Demiryolu mühendisliği sektör tahmini ve etkinliklerimiz,” Demiryolu Mühendisliği, 4, 30-34