Las roturas de soldaduras nuevas, un fenómeno no aislado
El Railway Technical Research Institute de Japón publicó en 2003 un estudio en el que se analizaron 121 roturas de soldadura, ocurridas entre 1985 y 2001. El estudio determinó que:
El 44% de fallos se dio en soldaduras aluminotérmicas, el método estándar empleado en España.
El 61% falló durante los primeros 2 años de servicio.
El 57% de las fisuras por “contracción de línea central” se rompieron en solo 1 mes.
Durante la solidificación del metal fundido en algunas soldaduras aluminotérmicas, se generan grietas internas microscópicas (contracción de línea central) que pasan desapercibidas en inspecciones visuales y ultrasónicas básicas.
Con el paso repetido de trenes de alta velocidad a 250 km/h, estas microgrietas se expanden rápidamente hasta causar rotura completa del raíl.
La CIAF investiga como hipótesis principal la rotura de carril en Adamuz
¿Puede un carril con menos de un año de uso romperse sin que se detecten anomalías previas? La respuesta es sí y la causa explicaría la hipótesis principal del descarrilamiento de Adamuz.
La Comisión de Investigación de Accidentes Ferroviarios (CIAF) maneja como hipótesis principal que el carril exterior de la vía 1 en Adamuz (Córdoba) sufrió una rotura por fatiga, según informa el País.
El fallo podría haberse originado en una soldadura con defectos internos muy difíciles de detectar durante las auscultaciones realizadas.
Tan sólo habría sido posible detectarla poco antes de la rotura del carril, motivo por el que se han encontrado las muescas en las ruedas de los 5 primeros coches del tren de Iryo descarrilado y en las del tren de la serie 130 que pasó antes por el mismo punto.
Para corroborar esta hipótesis se van a analizar en laboratorios de Madrid segmentos de medio metro de carril. También se van a analizar en detalle los bogies del tren descarrilado. Ya se han analizado los bogies y rodales de los últimos tres trenes de Renfe que pasaron por ese punto antes del accidente. El análisis se quiere ampliar a los trenes que pasaron las 48 horas previas al suceso, tanto de Renfe como de Iryo.
Análisis de defectos para soldadura por termita de rieles
1. Suelto
De la inspección interior del corte seccional, se desprende que la superficie no es lisa, esto ocurre en el área del triángulo central de la cintura del riel y en la parte inferior del riel.
Análisis ¿por qué ocurrió esto?
- El tiempo de precalentamiento es demasiado largo, con fenómeno de sobrecalentamiento debido a la alta temperatura en el área de la pieza, especialmente en la cintura del riel.
- Instalación offset de pistola de precalentamiento o molde de arena.
- Gran espacio de soldadura.
¿Cómo prevenir?
- Tiempo de precalentamiento adecuado, no queme el extremo del riel.
- Buen control de longitud de llama entre 12~15 mm.
- La pistola de precalentamiento se instala en el centro del espacio entre los rieles.
- El espacio entre los rieles debe estar entre 25 y 28 mm.
2. Porosidad
La superficie es lisa y redondeada.
Análisis ¿por qué ocurrió esto?
- Limpieza incompleta de rieles
- La parte termita está mojada
- El molde de arena es una red
- Demasiada arena de cementación, o demasiado húmeda.
- Temperatura de precalentamiento baja.
¿Cómo prevenir?
- limpieza profunda de ambos extremos del riel a soldar.
- Evite estrictamente que el material de soldadura se moje.
- La pasta selladora no debe estar demasiado húmeda ni usarse en cantidad excesiva.
- La temperatura de precalentamiento del riel debe alcanzar entre 700 y 900 °C.
3. Escoria
La escoria puede formarse cuando la escoria entra en los espacios de soldadura.
Análisis ¿por qué ocurrió esto?
- La limpieza de la superficie del riel es incompleta, hay contenidos de óxido metálico y escoria de óxido de hierro.
- El espacio de soldadura es demasiado grande o "se está quedando sin molde de arena".
- El tiempo de reposo no es suficiente, cuando la reacción no se completa antes del vertido y la escoria no se separa completamente del acero fundido.
¿Cómo prevenir?
- Limpieza exhaustiva de ambos extremos del riel a soldar.
- El espacio entre los rieles debe estar entre 25 y 28 mm.
- Compruebe cuidadosamente que el crisol no esté dañado antes de usarlo, coloque el crisol en el centro del molde de arena.
4. Rotura en caliente
La superficie suele presentar un color azul oxidado.
Análisis ¿por qué ocurrió esto?
- El espacio de soldadura se mueve de posición durante el proceso de soldadura , existe una gran tensión de tracción.
- El desembalaje prematuro hace que la fuerza del cabezal de soldadura actúe demasiado rápido.
- El proceso de corte prematuro hace que la fuerza que actúa sobre el cabezal de soldadura sea demasiado rápida.
- El martilleo externo se recibe cuando la solidificación no se completa durante el proceso de enfriamiento.
- El riel se contrae antes de completar la solidificación durante el proceso de enfriamiento.
¿Cómo prevenir?
- En todo el proceso de soldadura NO pisar, golpear, hacer palanca sobre el riel que se va a soldar.
- Desembalaje de moldes de arena y cizallamiento según requerimientos del proceso.
- Está estrictamente prohibido retirar el equipo ferroviario cuando la temperatura del cabezal de soldadura sea superior a 600 ℃.
- Gran contracción según la temperatura, se puede utilizar un tensor de riel para mantener el tamaño del espacio del riel.
5. Sin soldar
Las dos secciones de riel a soldar tienen zonas sin fundir.
Análisis ¿por qué ocurrió esto?
- La limpieza de la superficie del riel es incompleta, hay costras que contienen óxido.
- La temperatura de precalentamiento es demasiado baja, el acero caliente del aluminio no es suficiente para derretir la cabeza del riel.
- El espacio entre los rieles es demasiado pequeño, la capacidad del líquido de acero caliente de aluminio dentro de la soldadura es pequeña y no logra derretir completamente la cabeza del riel.
¿Cómo prevenir?
INVESTIGATION REPORT- Limpieza exhaustiva de ambos extremos del riel a soldar.
- La temperatura de precalentamiento debe ser de hasta 700~900℃.
- Espacio de soldadura apropiado entre 25~28 mm.
Broken rail, Newbridge, Kildare, 23rd February 2023
Resumen
La mañana del 23 de febrero de 2023, mientras el servicio de pasajeros de las 07:00 h procedente de Newbridge con destino a Grand Canal Dock (tren P402) circulaba por la vía ascendente cerca de Newbridge, condado de Kildare, el maquinista (Maquinista P402) observó en la pantalla de cabina una degradación anómala del Sistema Continuo Automático de Aviso (CAWS).
A las 07:11 h, el Maquinista P402 comunicó esta degradación anómala del CAWS al agujaero de línea principal.
A las 07:24 h, el maquinista (Maquinista A501) del servicio de pasajeros de las 06:30 h procedente de Carlow con destino a Dublin Heuston (tren A501) también informó al agujaero de línea principal de una degradación del CAWS en la misma zona. Se notificó al Departamento de Señalización, Electricidad y Telecomunicaciones (SET) del Gestor de Infraestructuras de Iarnród Éireann (IÉ-IM), y se envió al lugar un técnico del SET para investigar la avería sospechada.
Veintiocho trenes de pasajeros circularon por la vía afectada, y sus maquinistas continuaron informando de degradaciones anómalas del CAWS al aproximarse a la zona afectada. Se les indicó que prosiguieran su marcha obedeciendo las señales de vía, que funcionaban con normalidad.
El técnico del SET descubrió un riel roto a las 10:52 h, deteniéndose inmediatamente todos los trenes en la vía afectada.
Se determinó que la rotura del riel había ocurrido a través de una junta soldada por termoaluminotermia (flash butt welding). Dicho riel había sido instalado el 28 de enero de 2023 (cinco días antes).
La soldadura por termoaluminotermia del riel se había realizado fuera de la vía, en la Planta de Soldadura de Rieles de Portlaoise de IÉ-IM, donde se unen rieles para formar largas “cuerdas” continuas de riel soldado.
El mecanismo de fallo del riel roto fue la inclusión de escoria durante el proceso de soldadura, lo que provocó una falta de fusión en la parte inferior (pie) del riel. Esta falta de fusión creó un punto de iniciación de fisura que se propagó desde dicha ubicación, probablemente a partir del momento en que el riel fue manipulado o movido durante su transporte o instalación; posteriormente, la fisura avanzó rápidamente a través del resto de la sección del riel en un único evento súbito debido a una sobrecarga rápida.
La RAIU ha identificado los siguientes factores causales posibles que podrían haber provocado la falta de fusión:
• CaF-01 – Una interrupción en el proceso de soldadura por termoaluminotermia;
• CaF-02 – Una limpieza insuficiente de los extremos del riel, lo que provocó la inclusión de escoria durante el proceso de soldadura por termoaluminotermia.
Se identificó el siguiente factor contribuyente en relación con la limpieza de los extremos del riel:
• CoF-01 – El diseño actual del equipo limpiador de extremos de riel y la barrera de seguridad limitaban una inspección visual eficaz de dichos extremos; como consecuencia, es posible que en esta fase no se hubiera detectado contaminación residual.
Un factor sistémico relacionado con la limpieza de los extremos del riel es el siguiente:
• SF-01 – El riesgo asociado a una limpieza inadecuada de los extremos del riel no fue identificado en ninguna de las evaluaciones de riesgos realizadas en la Planta de Soldadura de Rieles de Portlaoise; por tanto, no se han establecido medidas de control para abordar estos riesgos.
En consecuencia, la RAIU formula las siguientes recomendaciones de seguridad:
• Recomendación de Seguridad 2024001-01 – IÉ-IM deberá realizar una evaluación de riesgos para determinar si el equipo y los procedimientos actuales de limpieza de extremos de riel controlan adecuadamente el riesgo de contaminación de las soldaduras e identificar mejoras allí donde sea necesario;
• Recomendación de Seguridad 2024001-02 – IÉ-IM deberá investigar la posibilidad de modificar los parámetros de monitorización y detección de la máquina de soldadura de rieles para poder identificar y resaltar posibles anomalías en el proceso de soldadura;
• Recomendación de Seguridad 2024001-03 – IÉ-IM deberá revisar las evaluaciones de riesgos de la Planta de Soldadura de Rieles de Portlaoise para garantizar que se comprenden los riesgos del proceso productivo que afectan a la calidad de las soldaduras de riel y se identifiquen las correspondientes medidas de control.
Railway Investigation Report R17W0175
Main-track train derailment
Canadian Pacific Railway
Freight train 369-377
Mile 53.57, Emerson Subdivision
Dominion City, Manitoba
11 August 2017
Damage prediction in rail welds
Peter Mutton
ICRI-RCF Workshop, February 1, 2017
Damage tolerance of fractured rails on continuous welded rail track for high-speed railways
14 December 2020
El espacio roto es un estado extremadamente peligroso en el servicio de ferrocarriles de alta velocidad, y las violentas fuerzas de impacto rueda-carril se intensificarán cuando un vehículo pasa el espacio a altas velocidades, lo que puede causar una fractura secundaria al riel y amenazar la seguridad de circulación del vehículo. Para reconocer la tolerancia al daño de la longitud de fractura del riel, se adopta el enfoque secuencial implícito-explícito para simular el impacto de alta frecuencia rueda-carril, que considera factores como el efecto de acoplamiento entre el contacto friccional y la vibración estructural, el material no lineal y el perfil geométrico real. Los resultados demuestran que la deformación plástica y la tensión se distribuyen en forma de media luna durante el impacto en el extremo posterior del riel, aumentando con la longitud de fractura del riel. La aceleración de la caja de grasa en el dominio de la frecuencia muestra dos modos característicos con frecuencias alrededor de 1,637 y 404 Hz. El límite de la longitud de fractura del riel es de 60 mm para ferrocarriles de alta velocidad a una velocidad de 250 km/h.
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