LASSEN VAN RAILS:
SIMPEL IN THEORIE, MOEILIJK IN PRAKTIJK

Lassen van rails maakt gebruik van aluminothermisch lassen

De Belgische treinsporen krijgen het vaak zwaar te verduren en dat kan leiden tot beschadigde rails en vertragingen van treinen. Een veelgebruikte methode om de treinrails te verbinden is aluminothermisch lassen, ook gekend als thermietlassen of exothermisch lassen. In dit artikel komt u te weten hoe zo'n las wordt voorbereid, uitgevoerd en wat de meest voorkomende fouten en risico's zijn.

WAT IS EEN ALUMINOTHERMISCHE LAS?

Aluminothermisch lassen is een lasproces waarbij een lasverbinding wordt gemaakt door middel van een thermietreactie die ontstaat door een chemisch mengsel van poedervormige stoffen. Het proces maakt gebruik van een exotherme reactie van een thermietcompositie om het metaal te verhitten en vereist geen externe warmtebron of stroom. De chemische reactie is een reactie tussen aluminiumpoeder en ijzeroxide. Als resultaat daarvan krijg je ijzervorming en het afvalproduct aluminiumoxide. Het grote voordeel van een aluminothermische las is dat de krimping heel controleerbaar is. Als je een las giet, gebeurt de thermische krimping steeds op dezelfde manier. Hierdoor krijg je een zetting die heel voorspelbaar is.

Spoorstaven

Thermietlassen wordt doorgaans op klassieke treinrails gedaan, maar ook tramrails en speciale profielen komen aan bod. Jaarlijks worden er zo'n 15.000 aluminothermische lassen uitgevoerd op spoorstaven van treinrails. Spoorstaven hebben een koolstofgehalte van 0,7. Dat wil zeggen dat ze een vrij hoge rekgrens hebben. Een fout in een rail groeit tot een scheur die groot genoeg is om een rail te doen breken. De meeste fouten worden eruit gehaald, maar wanneer dat niet het geval is, kun je railbreuken hebben. Dat houdt ook in dat je speciale voorzorgen moet nemen bij het lassen van rails.

LASPROCÉDÉ

Bij aluminothermisch lassen zijn er een hele hoop factoren die de kwaliteit van de las beïnvloeden. De las wordt uitgevoerd door een operator. Er is niet veel manueel laswerk, maar de voorbereiding en uitvoering zijn wel uitvoerig beschreven. De operators krijgen een opleiding met de instructies en stappen die ze moeten volgen. Als die correct gevolgd worden, krijg je een las die kwalitatief in orde is.

Voorbereiding

Bij een las moeten er twee stukken rails samengevoegd worden. Meestal is dat een oud en een nieuw, vervangend stuk. Die worden gezaagd en naast elkaar gelegd. Het nieuwe stuk wordt aan een oude rail gelast. De twee rails worden iets omhoog gezet zodat je puntstelling hebt. Zo heb je meer massa in de kop dan in de voet. Als de las afkoelt, gaat de rail iets naar beneden, zodat de rail dan correct horizontaal staat.

De mallen die worden gebruikt voor thermietlassen zijn gemaakt uit keramisch materiaal met de vorm van de rail erin. Die worden op de rail geplaatst en moeten goed uitgelijnd zijn. De ruimte tussen de mal en de rail wordt opgevuld met zand of met een soort pasta voor de afdichting.

Als de mal op zijn plaats staat, kan de voorverwarming beginnen. Bij thermietlassen gebeurt die voorverwarming door een externe bron, namelijk propaan. Het staal moet opgewarmd worden tot zo'n 700 °C. Omdat het moeilijk is om te de temperatuur te meten, wordt er gewerkt met wachttijden. Na ongeveer 5 minuten heeft het staal de goede temperatuur bereikt.

Uitvoering

Na de voorverwarming wordt de kroes met de lading thermiet op de mal gezet. Thermiet wordt niet beschouwd als een gevaarlijk product omdat het in principe niet ontvlambaar is. Je hebt een heel hoge temperatuur nodig om dat in gang te krijgen. Dat gebeurt voorlopig nog met een magnesiumstaafje, maar er wordt meer en meer gekeken om de thermietreactie elektrisch te ontsteken. De reden daarvoor is dat er een speciale vergunning nodig is voor het transport van de magnesiumstaafjes.

Door de hoge temperaturen in de gietkroes - zo'n 3.000 °C - wordt ongeveer 11 kilogram vloeibaar staal gevormd. Dat loopt door in de mal, komt langs de zijkanten in de voet en loopt zo naar boven. Het proces dat hier het meest gebruikt wordt, zorgt ervoor dat staal langs de voet naar boven komt.

Wanneer al het staal is doorgelopen, moet er rekening gehouden worden met een aantal tijden. Eerst en vooral de tijd om het overtollig materiaal af te nijpen met een hydraulische schaar. Dat mag niet te vroeg gebeuren omdat je dan nog vloeibaar staal hebt, maar je mag er ook niet te lang mee wachten. Als dat volledig gestold is, geraak je daar niet meer door. Eenmaal je lang genoeg hebt gewacht, is het tijd om de net gelaste rail af te bramen. Dat kan al na zo'n 10 minuten. Na het afbramen is de rail klaar voor gebruik. Slechts 45 minuten na het einde van de las, kunnen er al treinen over rijden.

Controle en levensduur

Het is moeilijk om te weten of de las goed is of niet. Daarom wordt er op twee manieren gecontroleerd, namelijk de visuele en de geometrische inspectie. Zo wordt er onder andere gekeken of er geen scheuren of poreusheid zijn, of alles proper is en of de uitlijning en hoogte correct is.

De levensduur van de las is normaal gezien even lang als de levensduur van een treinrail. In België is dat gemiddeld ongeveer 25 jaar, maar het hangt ook af van de drukte van de spoorlijnen waar de rails zich op bevinden. Als er dagelijks veel verkeer is, zoals op de spoorlijn tussen Brussel en Antwerpen, kan het dat de rail slechts 15 jaar meegaat. Maar op bepaalde, weinig bereden, spoorlijnen zijn er nog altijd rails van de jaren '70 in gebruik.

CONCLUSIE

Aluminothermisch lassen is een veelgebruikte methode om rails aan elkaar te lassen. Het lijkt simpel om alle stappen te volgen, maar er kunnen veel meer problemen bij komen kijken. Maar als alles tijdens de las goed verloopt, heb je een kwalitatieve las die jarenlang kan meegaan.

Lees verder onder de foto

VEEL VOORKOMENDE FOUTEN

Het proces van thermietlassen lijkt simpel genoeg om te volgen, maar toch zijn er enkele makkelijk voorkomende fouten of problemen.

Afbraamtijden

Een van de meest delicate fouten die gemaakt kunnen worden in exothermisch lassen is het verkeerd inschatten van de tijden voor het afbramen. Als er te vroeg begonnen wordt met afbramen, kan je stuiten op vloeibaar staal, wat kan zorgen voor scheuren. Als er echter te lang gewacht wordt, bestaat de mogelijkheid dat het staal al zo hard is dat je er niet meer door geraakt kan worden met de machine.

Afdichting

Wanneer de mallen rond een rail worden geplaatst, is er altijd nog wat ruimte tussen de mal en de rail. Die ruimtes worden gedicht met ofwel zand, ofwel een speciale soort pasta. Het zand moet goed aangedikt worden om de afdichting optimaal te maken. Als dat niet het geval is, of er zitten stenen in het zand, zal de las mislukken. Dan kan er bijvoorbeeld vloeibaar staal ontsnappen. De fout ligt ook niet altijd bij de lasser zelf. Soms gebeurt het dat de leverancier van het zand met een kwaliteitsprobleem zit (zoals stenen in het zand).

Uitlijnen

Het uitlijnen van de spoorstaven is belangrijk, want de toleranties zijn slechts tienden van millimeters. Daarom is het ook werk voor specialisten. De spoorstaven worden losgemaakt over een aantal dwarsliggers en dan op hun plaats gezet. Daarna worden de mallen erop gezet en gebeurt de rest van de las. Als de uitlijning niet goed is uitgevoerd, bestaat de kans dat het vloeibaar staal uitloopt. Dat wordt ook wel een uitloper genoemd.

Uitlopers

Als de uitlijning niet goed is gedaan of als de mallen niet goed werden geplaatst, krijg je uitlopers. Een hoop vloeibaar staal wil ontsnappen uit de mal. Als het zover komt, is er maar één ding dat je kan doen: naar een veiligere plaats lopen en wachten. Proberen te blussen helpt niet. Het vloeibaar staal kan een slechte reactie hebben op water en dat verhoogt het risico op brandwonden. Bij uitlopers mislukt de las, wat ervoor zorgt dat het volledige stuk rail zal moeten worden vervangen.

Vocht

Vocht is vaak een groot probleem bij aluminothermisch lassen en komt vooral voor bij regen. Dat gebeurt vaak door het te vroeg openen van de verpakte mal, die dan een eindje in de regen ligt. Voorverwarming zorgt niet voor het drogen van de rail en de mal. Vocht in keramisch materiaal is een groot probleem maar gemakkelijk te voorkomen door niet te snel de verpakking van de mal te openen.

Propere rails

Voor het lassen begint, moeten de rails proper zijn. Een beetje roest kan geen kwaad, maar andere oxiden kunnen problematisch zijn. Wanneer rails d.m.v. een snijbrander gesneden worden, krijg je oxides op het oppervlak. Oxides hebben een smeltpunt dat aanzienlijk hoger ligt dan dat van staal.

Deze vormen een barrière die een goede inbranding belemmeren. Om deze reden wordt bij Infrabel het snijden van rails verplicht uitgevoerd met een doorslijpmachine met abrasieve schijven.