TWI: RAILECT

Volumetrische Inspektion von aluminothermischen Schweißnähten (insbesondere Thermit®-Schweißungen) durch Phased-Array-Ultraschallprüfung


RAILECT ist ein europäisch gefördertes Verbundforschungsprojekt von vier klein- und mittelständischen europäischen Unternehmen, einem Netzwerkbetreiber und drei Forschungseinrichtungen mit dem Ziel, ein neuartiges Ultraschallprüfgerät für die volumetrische Prüfung von aluminothermischen Schweißnähten (insbesondere Thermit®-Schweißungen) an Schienenstößen zu entwickeln und herzustellen. Das System wird auf die Schienenoberkante aufgespannt, um eine Schweißnaht mit Ultraschall zu untersuchen und sie nach festgelegten Qualitätskriterien zu klassifizieren.


Im europäischen Schienennetz gibt es schätzungsweise 11 Millionen aluminothermische Schweißnähte vor Ort. Täglich werden in ganz Europa Tausende neuer Schweißnähte hergestellt, was sich jährlich auf 300.000 bis 400.000 aufsummiert. Die Schweißnähte in durchgehend geschweißten Schienen bilden die Grundlage für die lückenlosen Gleise, die im europäischen Gleisbau üblicherweise verwendet werden. Obwohl sich die aluminothermische Schweißtechnik gut bewährt hat, bleibt sie ein wichtiges Sicherheitsrisiko der Schieneninfrastruktur. Durch die Erhöhung der Zuggeschwindigkeit, der Dichte des Schienenverkehrs und der Gewichte von Güterzügen treten im gesamten europäischen Schienennetz zunehmend Schienenbrüche auf.

 

Die Arten von Schweißnahtfehlern, die bei aluminothermischen Schweißnähten gefunden werden, sind solche, die es auch in Guss-Stücken gibt. Dazu gehören Lunker, Poren, heiße Tränen und Schlackeneinschlüsse. Die beiden Haupttypen des Schweißnahtversagens sind ein vertikaler Bruch, der durch einem Lunker auf der Mittellinie ausgelöst wird, sowie der S-Bruch („Split Web Fraktur“), der durch die zyklisch auftretenden Torsionsspannungen im Schienensteg in Gleisbögen resultiert. Die Konsequenzen eines einzelnen Schienenbruchs können dazu führen, dass die Entgleisung zu tödlichen Unfällen mit Kosten in Millionenhöhe führt.


Diese Schweißnähte werden jedoch in keinem der Länder der Europäischen Union volumetrisch untersucht, da aufgrund der komplexen Struktur, Geometrie und Dicke der aluminothermischen Schweißnähte derzeit keine geeignete NDT-Technik verfügbar ist. Die Notwendigkeit für dieses Projekt ergibt sich aus der Tatsache, dass Brüche an Schienenschweißverbindungen auftreten, wenn Fehler in der Schweißnaht auftreten. Daher ist das RAILECT-Projekt darauf ausgelegt, Lösungen für die volumetrische Prüfung von aluminothermischen Schweißnähten zu liefern.

Video im Rail Innovation Research Centre

In diesem 3½ Minuten langen Video von 2010 geben John Dadson und Tamara Colombier (beide TWI) sowie John Harris (Network Rail) einen kurzen Überblick über das europäische Verbundforschungsprojekt RAILECT.

RAILECT: Schieneninspektion mit Phased-Array-Ultraschallprüfung 

3:24 min, © TWI Ltd, 6. März 2012


Ultraschallprüfklammer  (0:01)

Im RAILECT-Projekt wird ein auf einer Schiene festklemmbares Ultraschallprüfgerät entwickelt, um aluminothermische Schweißungen an Schienenstößen zu untersuchen. Diese Schweißungen werden vor Ort auf der Baustelle durchgeführt. Wenn sie fehlerhaft sind, müssen sie repariert werden. 

Schienenbrüche an aluminothermischen Schweißungen (0:30)

Schienenbrüche an aluminothermischen Schweißungen treten meist kurz nach der Herstellung auf, wenn es bei der Ausführung der Schweißung zu Schweißnahtfehlern gekommen ist. Dies sollen mit dem neu entwickelten Gerät aufgedeckt werden. 

Zielsetzungen (1:07)

Das Projekt hat vier Ziele:
- Das Verhalten von fehlerhaften aluminothermischen Schweißungen untersuchen
- Modelle für die Wechselwirkung des Ultraschallstrahls mit den Schweißnahtfehlern erstellen
- Ein Phased-Array-Ultraschall-System entwickeln, mit dem eine Untersuchung mit geringem Zeitaufwand durchgeführt werden kann
- Einen Prototyp bauen, mit dem Labor- und Feldversuche durchgeführt werden können

Untersuchung im RIDC (1:36)

Im Rail Innovation Development Center (RIDC) von Network Rail, in dem Innovationsprojekte wie Geräte, Maschine und Züge in sicherer Umgebung getestet werden können, kann die Infrastruktur für den Zugverkehr gesperrt werden, um Untersuchungen auszuführen. Bei Network Rail gibt es etwa 1,7 Millionen Thermit®-Schweißungen und alle davon wurden vor der Inbetriebnahme durch eine Sichtprüfung bzw. durch eine Ultraschallprüfung getestet. 

Vorteile (2:21)

Das Railect-System soll eine bessere und ausführlichere Ultraschallprüfung ermöglichen. Die konventionellen Ultraschallprüfungen werden manuell durchgeführt und es gibt keine Aufzeichnungen davon, was wirklich getestet wurde. Das Railect-System speichert das Prüfergebnis zum Zeitpunkt der Prüfung elektronisch ab. Diese neuen Fähigkeiten und Techniken können für die Untersuchung der Eisenbahninfrastruktur eingesetzt werden, was die Kosten reduziert und die Sicherheit erhöht.


Mehr (Englisch) > www.railect.com

Weitere Informationen

Für Unternehmen in Süddeutschland, Österreich und der Schweiz stellt AluStir auf Anfrage gerne weitere Informationen zu TWIs Aktivitäten in der Öl- und Gasindustrie zur Verfügung. Bitte kontaktieren Sie uns per Telefon (+49 6024 636 0123) oder E-Mail (stephan.kallee@alustir.com).