MX2013004174A - Metodo y dispositivo para la soldadura aluminotermica de rieles. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para la soldadura aluminotérmica de rieles, que comprende los pasos de: - iniciar una reacción aluminotérmica en un crisol (2), - colar el metal derivado de dicha reacción en el molde (1), para llenar la cavidad de moldeo iniciando desde la base del riel, - después del llenado de la cavidad de moldeo, iniciar una segunda reacción aluminotérmica por arriba del cabezal del riel y colar el metal derivado de dicha reacción en la cavidad de moldeo en la región del cabezal del riel; la invención también se refiere a un molde (1) adaptado para ajustarse sobre los dos extremos del riel para formar una cavidad de moldeo (10), que comprende un crisol (4) colocado por arriba de la región del cabezal del riel para que se alimente con el metal fundido desde la cavidad de moldeo (10) por medio de un canal secundario (42).

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA LA SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA DE RIELES CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un método y dispositivo para soldadura aluminotérmica de rieles.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La soldadura aluminotérmica es un proceso que se ha utilizado por mucho tiempo para unir los rieles de vías férreas colocados de extremo a extremo.

Para este fin, un molde generalmente formado de tres partes principales se coloca alrededor de los extremos de los rieles que se van a soldar, un crisol que contiene una carga aluminotérmica se coloca en dicho molde y dicha carga se enciende para iniciar la reacción aluminotérmica.

El metal fundido derivado de esta reacción entonces fluye en el molde y llena la cavidad de moldeo.

Después de que el metal se solidifica y el molde se libera, se remueve el metal en exceso y la región soldada se pule para proporcionar buena continuidad con el perfil de los rieles.

Sin embargo, con este método la naturaleza del metal de soldadura es idéntica a través de toda la región de soldadura, desde la base del riel hasta el cabezal del riel.

Incluso es deseable, en algunas aplicaciones, tener un metal de soldadura en el cabezal del riel que tenga diferentes propiedades mecánicas, y en particular que tenga una dureza mayor.

Por ejemplo, para líneas de ferrocarriles destinadas para transportar carga en donde hay una mayor demanda, los rieles se utilizan los cuales se endurecen en el cabezal del riel con el fin de prolongar su tiempo de vida.

Por lo tanto es deseable que la soldadura deba tener un perfil de dureza que sea comparable con el de los rieles, es decir mayor dureza en la región del cabezal del riel y mayor ductilidad en la base del riel.

Para este fin, la patente de E.U.A. 6,227,282 ya ha descrito un método para la soldadura aluminotérmica en donde una reacción aluminotérmica se inicia en un crisol y el metal fundido derivado de esta reacción se vierte en el molde en donde los aditivos de aleación que contienen un agente de endurecimiento se han colocado previamente por medio del tapón derivador del molde.

Los aditivos pueden estar en forma de polvo contenido en una cápsula portada por el tapón derivador o insertado en una cavidad del tapón derivador.

El contenedor que contiene los aditivos debe colocarse en relación con el tipo de colado (ascendente o descendente) para que sólo el metal destinado a formar la región del cabezal del riel entre en contacto con este cabezal, y por lo tanto la aleación del metal aluminotérmico con los aditivos que contienen el metal de endurecimiento solamente se lleva a cabo en la región del cabezal del riel.

Sin embargo, aunque este método parece ser ventajoso en teoría, en la práctica no permite que se obtenga el endurecimiento localizado esperado.

Se sabe que el agente de endurecimiento se difunde a través de toda la cavidad de moldeo, lo que significa que se obtiene una dureza esencialmente homogénea sobre la altura completa del riel.

Es por lo tanto un objetivo de la presente invención proporcionar un método de soldadura aluminotérmica que permita el endurecimiento localizado de la soldadura en el cabezal del riel con buena confiabilidad y buena reproducibilidad.

Un objetivo adicional de la invención es diseñar un dispositivo firme y simple que se pueda utilizar para llevar a cabo este método.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención, se propone un método para la soldadura aluminotérmica de rieles, en donde dos extremos del riel que se van a soldar son rodeados por un molde de soldadura que define una cavidad de moldeo, que comprende los pasos de: - iniciar una reacción aluminotérmica en un crisol, - colar el metal derivado de dicha reacción en el molde para llenar la cavidad de moldeo iniciando desde la base del riel, dicho método, después de que se ha llenado la cavidad de moldeo, comprende un paso para iniciar una segunda reacción aluminotérmica por arriba del cabezal del riel y colar el metal derivado de dicha reacción en la cavidad de moldeo en la región del cabezal del riel.

En una manera particularmente ventajosa, la segunda reacción aluminotérmica se inicia desde una segunda carga aluminotérmica contenida en un crisol secundario así denominado colocado en el molde por arriba del cabezal del riel.

Preferiblemente, la carga aluminotérmica utilizada en la segunda reacción es diferente de la carga aluminotérmica utilizada en la primera reacción.

En particular la carga aluminotérmica utilizada en la segunda reacción comprende de manera ventajosa; por lo menos un agente de endurecimiento tal como vanadio.

El inicio de la segunda reacción aluminotérmica es provocado por el sólo contacto de la carga aluminotérmica con el metal fundido derivado de la primera reacción aluminotérmica.

Una materia adicional de la invención es un molde para la soldadura aluminotérmica de rieles, que se adapta para ajustarse sobre los dos extremos del riel para formar una cavidad de moldeo, que comprende un crisol secundario así denominado colocado por arriba de la región del cabezal del riel de manera que se alimente con el metal fundido desde la cavidad de moldeo por medio de un canal secundario.

Dicho crisol secundario descansa ventajosamente en los bordes colocados en el molde.

También, el crisol secundario tiene un orificio de colado que se puede tapar con un tapón termocontraíble.

El molde es típicamente un material que tiene uso único.

Además comprende por lo menos un tubería de llenado que se extiende entre la parte superior del molde y una región inferior de la cavidad de moldeo de manera que sea posible realizar el colado ascendente.

Por último, la invención se refiere a un dispositivo para soldadura aluminotérmica de rieles, que comprende un molde tal como se describió anteriormente y un crisol para la reacción aluminotérmica adaptada para colocarse en el molde.

Dicho dispositivo se adapta para implementar el método anteriormente descrito.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 es una vista en sección transversal de un dispositivo de soldadura aluminotérmica de acuerdo con la invención; La figura 2 es una vista en sección transversal de un molde de soldadura aluminotérmica de acuerdo con la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a la figura 1 , el dispositivo de soldadura aluminotérmica comprende un molde 1 que define la cavidad de moldeo, un crisol 2 para la reacción aluminotérmica y una tapa del crisol 3.

En el dispositivo ilustrado, el molde 1 comprende principalmente tres partes que definen la cavidad de moldeo 10, principalmente dos semi-cubiertas sustancialmente simétricas 11 , 12 destinadas para colocarse en cualquier lado de los rieles, y una placa de fondo 13 destinada para colocarse por debajo de la base del riel.

Ventajosamente, estas partes diferentes 1 , 12, 13 son de un material de un sólo uso, por ejemplo, agregado de arena.

En una manera también conocida per se, las partes de metal (no ilustradas) se utilizan para sostener diferentes partes en su lugar durante la soldadura.

Debe notarse que el molde puede formarse de un número diferente de partes (típicamente de dos a cinco) dependiendo del diseño adoptado por el experto en la técnica con relación al tipo de método y la forma de los rieles, sin embargo, sin apartarse del alcance de la presente invención.

El molde 1 , por debajo del orificio de llenado, también comprende un travesaño 14 que típicamente está en la forma general de una placa cuya función es desviar el metal fundido hacia las tuberías de llenado del molde 15a, 15b que se desfasan del orificio de llenado.

La placa deflectora 14 descansa en los bordes proporcionados para este propósito en las semi-cubiertas 1 1 , 12.

El molde además comprende un crisol secundario 4 destinado para recibir una carga aluminotérmica secundaria que contiene por lo menos un agente de endurecimiento además de la composición convencional de la carga.

El crisol secundario 4 está ventajosamente en la forma general de un contenedor abierto en su parte superior y que tiene un fondo proporcionado con un orificio de colado 40 que se tapa por un tapón 41 , por ejemplo un tapón termocontraíble.

En la configuración ilustrada, el crisol secundario 4 tiene una forma paralelepípeda pero evidentemente es posible cualquier otra forma adecuada por ejemplo ovoide sin apartarse del alcance de la invención.

Preferiblemente, el crisol secundario 4, como otras partes del molde 1 , es de un material de un sólo uso tal como agregado de arena.

El crisol secundario 4 descansa en los bordes 110, 120 proporcionados para este propósito en las semi-cubiertas 11 , 12.

Por lo tanto se ubica por debajo de la placa deflectora 14 pero es independiente de la misma.

Además, un canal secundario 42 que puede ser observado en la figura 2 se coloca en las semi-cubiertas 11 , 12 para hacer que la parte superior de la cavidad de moldeo 10 (por arriba del cabezal del riel) se comunique con la parte superior del crisol secundario 4.

El crisol 2 es un contenedor en la forma general de un recipiente destinado para recibir una carga aluminotérmica para formar el metal de soldadura.

El crisol es preferiblemente de un material de un sólo uso tal como agregado de arena.

La parte inferior del crisol 2 se proporciona con un orificio de colado 22 que preferiblemente se tapa por medio de un tapón termocontraíble 21.

En una manera particularmente ventajosa, las formas del molde 1 y del crisol 2 cooperan juntas para permitir que el crisol se coloque directamente en el molde. En este sentido^ se puede hacer referencia a la patente EP 0 407 240 para el Solicitante, que proporciona al experto en la técnica con numerosos detalles diferentes sobre la manera de obtener y utilizar un crisol y molde para la reacción aluminotérmica de acuerdo con la invención.

Preferiblemente, el crisol 2 se cierra por una tapa 3 que permite que se evite el rocío de las partículas durante la reacción aluminotérmica.

Como se describe en la patente EP 1 534 459 para el Solicitante, la orilla inferior de la tapa 3 se proporciona ventajosamente con un revestimiento de filtrado 31 por medio del cual descansa en la orilla superior del crisol.

Este revestimiento de filtrado 31 permite la evacuación de los gases derivados de la reacción aluminotérmica mientras filtra estos gases.

De acuerdo con una variante de una modalidad (no se ilustra) la tapa puede tener un orificio para insertar un dispositivo de encendido para la carga aluminotérmica.

La tapa 3 del crisol 2 es preferiblemente de un material de un sólo uso tal como agregado de arena.

El método de soldadura implementado por medio del dispositivo que se acaba de describir comprende los siguientes pasos.

Inicialmente, las partes 11 , 12, 13 del molde se colocan alrededor de los extremos de los rieles que se van a soldar, y la carga aluminotérmica que contiene el agente de endurecimiento se coloca en el crisol secundario 4.

El crisol 2 que contiene la carga aluminotérmica principal se coloca por arriba del molde 1 para que el orificio de colado 22 del crisol se encuentre opuesto al orificio de llenado del molde.

La carga aluminotérmica principal (no se ilustra aquí) contenida en el crisol 2 entonces se enciende.

Dependiendo de los casos, un encendedor se puede colocar dentro del crisol y la tapa del crisol entonces se cierra, o el encendedor se puede insertar a través de un orificio colocado para este propósito en la tapa.

Cuando se inicia la reacción aluminotérmica, produce un metal fundido y escoria que, por motivo de su baja densidad, flota encima del metal.

El tapón termocontraíble 21 que cierra el orificio de colado 22 del crisol entonces se funde y permite que el metal se vierta en el molde.

El metal entra al molde por medio del orificio de llenado y encuentra la placa deflectora 14, que desvía el flujo de metal hacia los tubos de llenado 15a, 15b.

Es por lo tanto un método de colado ascendente, es decir el metal fluye hacia abajo de las tuberías 15a, 15b y entra a la cavidad de moldeo 10 por medio de la región de la base del riel, entonces se mueve hacia arriba de la cavidad de moldeo en la dirección del cabezal del riel. Esta trayectoria se ilustra por las flechas en la fig ra 1.

Como se puede observar en la figura 2, que es una vista en sección transversal a lo largo de A-A del molde en la figura 1, una vez que el metal ha alcanzado el cabezal del riel, encuentra el canal secundario 42 a través del cual se transporta en el crisol secundario 4 (trayectoria ¡lustrada por las flechas).

El contacto del metal fundido con la carga aluminotérmica secundaria (no se ilustra aquí) inicia la reacción aluminotérmica secundaria sin que sea necesario un encendido específico.

El metal formado por esta segunda reacción, que contiene el agente de endurecimiento, hace que el tapón termocontraíble 41 se funda y fluya en la cavidad de moldeo.

En la medida en que esta cavidad se llene con el metal derivado de la reacción aluminotérmica principal, el metal adicional se difunde en la manera controlada y permanece localizado en la región del cabezal del riel.

Como resultado, se obtiene una soldadura endurecida en el cabezal del riel pero es más dúctil en la base ¡del riel.

Se mide la carga aluminotérmica secundaria, en términos de volumen y contenido de agente de endurecimiento, para proporcionar una cantidad limitada de metal adicional y para impartir la dureza deseada al cabezal del riel.

Como es convencional, una vez que se ha endurecido los suficiente el metal, las partes 11 , 12, 13 del molde se liberan y se pueden destruir y la porción soldada se acaba para asegurar una buena continuidad en los rieles.

Se especifica que, contrario a lo que temen los expertos en la técnica, la generación de una reacción aluminotérmica secundaria dentro del molde no da lugar a la contaminación del metal de soldadura por la escoria derivada de esta reacción.

El corindón producido por la reacción aluminotérmica que ocurre en el crisol secundario, que se coloca por arriba de la parte superior caliente, tiende a decantarse hacia arriba pero se retiene al menos parcialmente por la placa deflectora 14.

Por otro lado, no se mueve hacia abajo en la cavidad de moldeo debido a su densidad que es mucho más baja que la del acero.

No es necesario hacer una disposición para la extracción del corindón derivado de la reacción aluminotérmica secundaria ya que, incluso si se permanece en el crisol secundario, el corindón permanece confinado aproximadamente seis centímetros por arriba de la parte superior del cabezal del riel y por lo tanto no tiene ninguna influencia perjudicial en la soldadura.

Por último, el ejemplo que se da, es de manera evidente sólo una ilustración particular y de ninguna manera se limita con respecto a la manera en la que se puede implementar la invención.

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para la soldadura aluminotérmica de rieles, en donde dos extremos del riel que se van a soldar se rodean por un molde de soldadura (1 ) que define una cavidad de moldeo, que comprende los pasos de: - iniciar una reacción aluminotérmica en un crisol (2), - colar el metal derivado de dicha reacción en el molde (1), para llenar la cavidad de moldeo iniciando desde la base del riel, en donde, después del llenado de la cavidad del molde, comprende un paso para iniciar una segunda reacción aluminotérmica por arriba del cabezal del riel y para colar el metal derivado de dicha reacción en la cavidad de moldeo en la región del cabezal del riel.

2 - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la carga aluminotérmica utilizada en la segunda reacción difiere de la carga aluminotérmica utilizada en la primera reacción.

3. - El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la carga aluminotérmica utilizada en la segunda reacción comprende por lo menos un agente de endurecimiento tal como vanadio.

4. - El método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque el inicio de la segunda reacción aluminotérmica se realiza por el sólo contacto de la carga aluminotérmica con el metal fundido derivado de la primera reacción aluminotérmica.

5. - Un molde (1) para la soldadura aluminotérmica de rieles, adaptado para ajustarse sobre los dos extremos del riel para formar una cavidad de moldeo (10), en donde comprende un crisol secundario (4) así denominado colocado por arriba de la región del cabezal del riel para alimentarse con el metal fundido desde la cavidad de moldeo (10) por medio de un canal secundario (42).

6. - El molde de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el crisol secundario (4) descansa en bordes (110, 120) colocados en el molde.

7. - El molde de conformidad con una de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado además porque el crisol secundario (4) tiene un orificio de colado (40) cerrado por un tapón termocontraíble (41).

8. - El molde de conformidad con una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado además porque está en un material de un sólo uso.

9. - El molde de conformidad con una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado además porque comprende por lo menos una tubería de llenado (15a, 15b) que se extiende entre la parte superior del molde y una región inferior de la cavidad de moldeo para realizar el colado ascendente.

10.- Un dispositivo para la soldadura aluminotérmica de rieles que comprende un molde (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 9 y un crisol (2) para la reacción aluminotérmica adaptada para colocarse en dicho molde (1).