Wie werden nahtlose Schienen geschweißt?

In der Wuhan Welding Base des Wuhan Maintenance Depot der Wuhan Railway Bureau Group Co., Ltd. durchläuft jede Stahlschiene eine bemerkenswerte Transformation. Hundert{3}Meter lange Schienen, die von Stahlwerken transportiert werden, werden 17 sorgfältigen Prozessen unterzogen-einschließlich Schweißen, Grobfräsen, Normalisieren, Präzisionsfräsen und Fehlererkennung-bevor sie schließlich zu 500{{8}Meter langen nahtlosen Schienen geschmiedet werden.

 

Das Schweißen nahtloser Schienen ist zwar scheinbar unkompliziert, stellt aber ein extremes Streben nach Präzision, Festigkeit und Sicherheit dar.

Seit Anfang dieses Jahres hat die Wuhan Rail Welding Base des Wuhan Engineering Maintenance Depot über 600 Kilometer nahtloses Schienenschweißen für Projekte wie den Wuhan-Yiyang-Abschnitt der Jangtsekiang-Hochgeschwindigkeitsbahn und die Xiangyang-Jingzhou-Hochgeschwindigkeitsbahn abgeschlossen. Die jährliche Schweißkapazität ist von 1.500 auf 1.800 Kilometer gestiegen, wobei die tiefe Integration intelligenter Geräte und digitaler Systeme gleichzeitig zu Sprüngen in der Produktionseffizienz und Produktqualität führt.

 

Schweißgenauigkeit erreicht Millimeter-Niveau

So wie jeder Mensch einen einzigartigen Personalausweis besitzt, trägt jede Schiene ihren eigenen unverwechselbaren „Identitätsbarcode“. Dieser am Ende der Schiene aufgedruckte QR-Code dokumentiert deren gesamte Geschichte. Vor dem Schweißen scannt das Personal den Barcode, um Details einzugeben und den „Registrierungsprozess“ der Schiene abzuschließen. Anschließend prüfen spezielle Inspektionswerkzeuge sorgfältig die Profilform und Oberflächenqualität der Schiene und stellen sicher, dass alle Spezifikationen den Standards entsprechen, bevor mit dem Schweißen begonnen wird.

Vor dem Schweißen müssen die Schienenenden gründlich gereinigt werden. Eine automatische Entzunderungsmaschine behandelt den Schienenkopf, den Schienenfuß und die Endflächen sorgfältig, wobei die Entzunderungstiefe streng auf 0,2 Millimeter kontrolliert wird – ungefähr die Dicke von zwei Blatt Standard-Druckerpapier. Eine zu geringe Tiefe beeinträchtigt die Schweißqualität, während eine zu große Tiefe den Schienenkörper beschädigt.

Das Schweißen stellt die kritischste Phase des gesamten Prozesses dar. Vor der Positionierung der Schienen auf der stationären Abbrennstumpfschweißmaschine müssen die Enden beider Schienen exakt ausgerichtet werden, wobei die Abweichungen in der Vertikalen und Horizontalen 0,2 Millimeter nicht überschreiten dürfen. Xu Tengfei, Vorarbeiter der Schienenschweißabteilung, erklärt, dass nahtlose Schienen bei Kurvenfahrten mit hoher Geschwindigkeit enormen Zentrifugalkräften standhalten und Hunderten Tonnen thermischer Belastung durch saisonale Temperaturschwankungen standhalten müssen. Jeder noch so kleine Fehler an einer Schweißstelle könnte sich bei längerem Betrieb auf unbestimmte Zeit verstärken. Nach der Endausrichtung fließen mehrere zehntausend Ampere Strom durch die Verbindung und erhitzen die Schienenenden augenblicklich auf über 1000 Grad Celsius. Durch enormen Druck wird das geschmolzene Metall dann zwangsweise komprimiert. Obwohl der gesamte Schweißvorgang nur etwa zwei Minuten dauert, umfasst er sieben präzise gesteuerte Schritte, darunter Vorwärmen, Durchbrennen und Schmieden.

Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine steigert die Effizienz um 15,4 %

Nach dem Schweißen bleiben am Schienenstoß überstehende Schweißraupen zurück, die eine Nachbearbeitung erforderlich machen. Innerhalb der Präzisionsschleifzone verfeinern vollautomatische Schleifroboter die Schweißköpfe akribisch. Geführt von Lasersystemen führen Roboterarme präzise Bewegungen aus und erzeugen Kaskaden goldener Funken, wenn Schleifscheiben die Schweißnähte berühren. „Unser Ziel besteht darin, kein überschüssiges Schweißmaterial zu erzeugen und sicherzustellen, dass das geometrische Profil des Schweißkopfs perfekt mit der Originalschiene übereinstimmt“, erklärt der Techniker vor Ort Yu Runze. Das intelligente Schleifsystem verwendet Laser-3D-Scanning, um Schweißkonturen automatisch zu identifizieren und die Schleifpfade dynamisch anzupassen, um ein Überschleifen zu verhindern und gleichzeitig sicherzustellen, dass keine Bereiche übersehen werden. Bisher war diese Aufgabe ausschließlich auf die manuelle Schleifscheibenbedienung angewiesen, was durch hohe Arbeitsintensität, schlechte Arbeitsbedingungen und inkonsistente Qualitätskontrolle gekennzeichnet war. Heute ermöglicht die Integration von „CNC-Fräsmaschinen und vollautomatischen Schleifrobotern“ die Zusammenarbeit von Mensch-Maschinen und steigert die Effizienz um 15,4 %.

Drei strenge Tests vor der Zulassung

Geschweißte Schienen werden einer strengen Prüfung unterzogen. An der Fehlererkennungsstation tastet der Techniker Tu Aibing die Oberfläche des Schweißkopfes mit einer Ultraschallsonde akribisch ab und beobachtet dabei die Wellenformschwankungen auf dem Bildschirm. „Wir setzen einen kompromisslosen Standard durch: Jede Wellenform zeigt eine Ablehnung an“, erklärt Tu. Die Ultraschallprüfung deckt innere Fehler auf, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Durch die Kombination automatisierter Inspektion mit manueller Überprüfung wird sichergestellt, dass keine inneren Schäden oder versteckten Mängel an jeder Schweißverbindung auftreten. Nach Bestehen dieses Tests bestehen die Verbindungen anschließend den strengeren Fallhammertest. Ein -Tonnen schwerer Eisenhammer schlägt aus einer Höhe von 5,2 Metern auf die Schweißverbindung ein. „Dadurch werden extremste Stressbedingungen während der Zugfahrt simuliert“, erklärt Qualitätsingenieur Li Wei. „Schweißköpfe müssen drei aufeinanderfolgenden starken Stößen ohne Bruch standhalten, um ihr „Fabrikqualifikationszertifikat“ zu erhalten“, erklärte Qualitätsingenieur Li Wei.

Im Endbearbeitungsbereich führen Qualitätsprüfer Endkontrollen mit elektronischen Richtlatten durch. Hier muss jeder Schweißkopf drei kritische Phasen durchlaufen: Sichtprüfung, spezielle Fehlererkennung und Überprüfung des fertigen Produkts. „Wir haben ein dreistufiges Kontrollsystem eingerichtet, das Selbstinspektion und gegenseitige Kontrollen an den Arbeitsplätzen, abschnittsweise Inspektion und Probenahme in der Werkstatt umfasst, um eine 100-prozentige Einhaltung der Schweißverbindungen zu gewährleisten“, erklärte Zhang Hanfang, Leiter der Schienenschweißwerkstatt an dieser Einrichtung.