Soldadura-aluminotermica

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Soldadura aluminotérmica
La soldadura aluminotérmica es uno de los procedimientos de soldadura utilizados en carriles de
vías férreas. Se basa en el proceso, fuertemente exotérmico, de reducción del óxido de hierro por
el aluminio, según la fórmula
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe + calor
Desarrollada en 1902, esta soldadura se realiza mediante un molde refractario colocado en los
extremos de los carriles a unir, dentro del cual se vierte el hierro fundido producto de la reacción,
la cual inicia la reacción.
El óxido de hierro y el aluminio, finamente molidos, provienen de la porción de soldadura, la cual
se dispone dentro de un crisol situado encima de los carriles a soldar. Una vez alcanzada la
temperatura adecuada, del orden de los 2000 °C, se produce el destape del crisol mediante un
fusible situado en la base, y el colado del metal fundido, que llena el molde.
Una vez iniciada la reacción el proceso es muy rápido y el material fundido fluye dentro del molde
de manera estudiada, quedando el acero entre los extremos a soldar y vertiendo la escoria de
corindón en una cubeta.
Existen diversos tipos de soldadura, atendiendo a la composición del acero de los carriles y a la
geometría de estos, aunque generalmente se utilizan soldaduras que requieren del calentamiento
previo de los extremos a soldar y del molde donde se verterá el metal fundido. El calentamiento se
realiza mediante mezcla de oxígeno y propano, o mezcla de oxígeno y gasolina. Es frecuente el
uso de un soplete para calentar los extremos de los carriles (rieles).
Luego 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 cortamazarota, para luego
realizar el pulido de la superficie de rodadura del carril con piedra de amolar.
Cuando se sitúan los moldes para la soldadura los huecos se rellenan con una pasta selladora,
diseñada especialmente para soportar la temperatura, y así evitar fugas.
Generalidades
Este procedimiento está basado en la reacción exotérmica, que se produce al reducir el óxido de
hierro con el aluminio.
El principio químico básico es el siguiente:
Fe2 O3 + 2AL 2 Fe + AL2 O3 + calor
Óxido de hierro + Aluminio hierro + óxido de aluminio + Calor
Con el objeto de poder soldar los rieles y obtener una unión de características metalúrgicas
similares a las del acero base, es necesario incorporar determinados componentes en las porciones
para conseguir las características de las distintas calidades de aceros.
 Este polvo o limaduras se denomina porción o carga de soldadura.
 La reacción química se realiza en el interior de un crisol cerámico de material refractario.
 Para poder realizar la reacción química se utiliza una bengala para el encendido.
 El calor producido por la reacción, licua en un breve lapso (25 segundos) la porción de
soldadura contenida en el crisol.
 Pocos segundos después de comenzada la reacción química (entre 20 a 28 segundos), el
acero se separa del óxido de aluminio transformándose en escoria.
 Por ser el acero más pesado se mantiene en el fondo del crisol y la escoria flota en la
masa líquida.
 Por intermedio de un dispositivo se destapa el crisol para dejar verter el líquido en un
molde ya montado y previamente calentado.
 La temperatura que se desarrolla en esta reacción química es del orden de los 2000ºC,
permitiendo la fusión del acero del riel en el momento de tomar contacto.
 El acero base del riel, unido al acero aluminotérmico, produce una mezcla homogénea.
 Una vez enfriada la junta soldada, se consigue una soldadura de características similares
a las del riel base.
Procedimiento
a) Preparación de las juntas a soldar
Los rieles previamente a ser alineados se le debe dar la cala o luz que corresponda de 20 mm
aprox., este valor es el recomendado por el fabricante y se lo puede conseguir por los siguientes
procedimientos (corte de rieles con disco o sierra, por estiramiento cuando se regula tensiones, por
corrimiento cuando se regulan luces).
Este corte debe ser lo más perpendicular con una tolerancia de ± 0.6 mm tanto en el plano vertical
como en horizontal.
b) Alineación de los rieles
La alineación se realiza en vertical (superficie de rodadura) y horizontal del lado trocha o lado
activo.
Para realizar esta operación es necesario contar con:
 Regla metálica de una longitud mínima de 1 m
 Cuñas en cantidad suficiente.
c) Alineación vertical
Esta se realiza en la banda de rodadura del riel, a ambos lados de la cala. Los extremos de los
carriles debe quedar ligeramente en punta, ese valor que se le da es para que la junta soldada
cuando se enfrié no quede cóncava (baja).
Manual Integral de Vías Página 185
La regla metálica se coloca de canto y centrada con respecto a la cala. La altura S entre cada
extremo de la regla y la superficie de rodadura debe estar en el orden de 1 a 1,5 mm. Este valor
esta dado para cada tipo de riel pero está en ese orden.
Terminada esta operación se procede a la alineación horizontal.
d) Alineación horizontal
La cara interna del riel (lado trocha) debe quedar perfectamente alineado, a ambos lados de la cala,
con la regla de 1 m.
Se coloca la regla en la cara activa del riel a aproximadamente 15 mm por debajo de la superficie
de rodadura.
La tolerancia máxima entre ambos rieles no debe superar 0,5 mm. En rieles usado y desgastado se
adoptan valores mayores
Para facilitar esta alineación cuando se trabaja con rieles montados en la vía, se debe aflojar las
fijaciones de los durmientes adyacentes dos o más de cada lado.
e) Rieles – requisitos generales
 Los extremos de los rieles deben presentar las superficies a unir perpendicular al eje
longitudinal.
 Los extremos deberán estar exentos de óxido, escoria, grasa y/o cualquier otra suciedad.
 La separación entre extremos luz o cala debe estar dentro de los valores estipulados –
18 a 20 mm o lo que indique el fabricante de las porciones.
 Si los rieles a soldar fueron cortados con equipos oxicorte, se debe eliminar todas las escorias y
rebabas.
 En los extremos a soldar no deben presentar ningún defecto tales como fisuras, desgastes
excesivos, agujeros en el alma a menos de 40 mm del extremo a soldar, agujeros ovalados.
Definiciones en Riel Largo Soldado (RLS)
•Desde comienzos de siglo 20 los ferrocarriles se han preocupado de eliminar las junturas de los
rieles, las cuales se consideraban un mal necesario ya que la longitud del riel estaba limitada, por
un lado por las posibilidades de laminación y transporte; y por otro lado, por el problema de la
dilatación térmica. En la actualidad estos problemas se han solucionado y no hay inconvenientes
en transportar barras largas de 120 m hasta 800 m y de soldar en terreno vías continuas de largos
indefinidos
 Temperatura Neutra: 32 – 35ºC
 Temperatura bajo la cual no hay esfuerzos longitudinales en el riel, el riel está balanceado o en
estado de equilibrio.
 Puede ser igual a la temperatura de instalación.
 La temperatura de instalación es bajo la cual se instaló y fijo el riel, y siempredebe ser menor o
igual a la Temperatura neutra.
 Temperatura critica de pandeo: Tcp > 65ºC
 Temperatura en la cual la vía se pandea y/o deforma.
 No existe ninguna fuerza externa.
 La aplicación de fuerzas externas, agrava el desequilibrio del conjunto.
VENTAJAS DEL RIEL LARGOSOLDADOSOLDADO
•Ahorro de eclisas y pernos
•Ahorro de conexiones eléctricas para el paso de las corrientes de señalización y de retorno de 
tracción
•La vida útil de los rieles aumenta hasta en un 30%
•Los gastos de conservación pueden disminuir hasta un50%
•Se reduce el número de averías del riel, especialmente en los agujeros de las junturas
•Disminuye la resistencia a la rodadura
•Aumenta la duración de los durmientes, especialmente los de hormigón
GENERALIDADES
Características esenciales de los R.L.S.
Las variaciones de temperatura originan variaciones de longitud y esfuerzos de compresión o de
tracción en los rieles.
En consecuenciala sujeción de los rieles sobre los durmientes y el anclaje de los durmientes en el
balasto se deberá oponer a su libre desplazamiento.
La resistencia resultante actúa en el sentido longitudinal, a razón de 10 KN por metro de vía
aproximadamente cuando la vía está estabilizada.
Cuando el riel es suficientemente largo, se constata que a una determinada distancia de su
extremo, la resistencia total es suficiente para impedir todo movimiento del riel bajo la acción de
las variaciones de temperatura.
Se llamará riel largo soldado (R.L.S.) a todo riel cuya longitud es tal que subsiste siempre una
parte central fija que no sufre ninguna dilatación o contracción cualquiera sean las variaciones de
temperatura. Es en la zona central de los R.L.S., que queda prácticamente fija, en la que las
tensiones de origen térmicas alcanzan los valores más elevados a las temperaturas extremas.
Para que estas tensiones de compresión o de tracción queden dentro de límites admisibles es
preciso fijar los R.L.S. a una temperatura conveniente y tomar precauciones especiales durante los
trabajos de mantenimiento preventivo o de reparación, o de modificación de los R.L.S., a los
efectos de que estos límites sean siempre respetados.
De una y otra parte de la zona central, y en una longitud variable que no sobrepasa prácticamente
150 m a partir de los extremos de los R.L.S., los movimientos longitudinales están parcialmente
impedidos. Estas zonas se llaman “zonas de respiración”. Por consiguiente los movimientos más
importantes se producen en los mismos extremos de los R.L.S.
A una temperatura dada, la posición del extremo del R.L.S. depende de los diferentes ,ciclos de
temperatura seguidos por los R.L.S. desde su colocación, variando normalmente en el interior de
un determinado entorno. Esta posición también es función de la estructura (principalmente del
perfil del riel) y del grado de estabilización de la vía, pero es independiente de la longitud total del
R.L.S.
Para que estos movimientos no provoquen luces demasiado importantes en los extremos libres se
puede:
• colocar aparatos de dilatación (AD) o
• empalmar directamente los extremos del R.L.S. con las partes de vía que lo limitan con barras
normales; en este caso las variaciones de longitud del R.L.S. serán absorbidas por las tres primeras
juntas (DD), cuya abertura inicial fue calculada con ese objeto, debiendo ser periódicamente
controladas. (Esta evolución es autorizada en forma definitiva para las líneas de los grupos UIC 4
a 9 en las cuales la velocidad límite es menor de 140 km/h).
Para que no se produzca un desplazamiento de los rieles sobre los durmientes y únicamente
movimientos de los durmientes sobre el balasto en la zona de respiración, es que las fijaciones
aseguren un ajuste eficaz.
En la vía nueva, solamente son utilizadas fijaciones elásticas que aseguran un buen mantenimiento
de la sujeción.
Si el riel es asegurado mediante fijaciones rígidas, es necesario colocar anclas que se opongan a un
eventual deslizamiento del riel sobre el durmiente.