Lapulásos sínhiba

A gördülőfáradásos sínhiba egyik jellegzetes fajtája a lapulás, idegen kifejezéssel squts. A hibát elsősorban a debreceni területen bekövetkezett síntörés példáján mutatjuk be. Az ábrán látható sínhibát ultrahangos vizsgálat során észlelték, és az utasításnak megfelelően minősítették. A törés környezetéből bekért minta vizsgálata során a MÁV Központi Fel­építményvizsgáló Kft. szakemberei a sínen további lapulásokat találtak (1. ábra). Megállapítható, hogy a törés lapulásból eredt.
A lapulás bárhol előfordulhat, de jellemzően az alábbi helyeken:

• hullámos kopás helyén,
• hegesztések környezetében,
• végül ott, ahol periodikusan ismétlődő kis lyukak (periodikus lapulások) találhatók.

A lapulásos sínhiba szemmel nagyon jól látható. A javítás egyik módja, hogy kicserélik a sínt még a hiba nagyobb kiterjedése előtt, nem várják meg, míg a kiinduló repedés szöge a kezdeti 10-15 fokról irányt vált és törést okoz.
A hiba jellemzője a sötét árnyékos terület a futási sávban és a futási sáv szélesedése. Az árnyék a repedés növekedésének következménye egy majdnem vízszintes síkon, éppen a futófelület alatt. Ez azt jelenti, hogy a futófelület a repedésen át levált a sín többi részétől, és emiatt könnyebben szétterjedhet oldalra a kerékterhelés alatt. Ebből következik a futási sáv szélesedése. Mivel a fém plasztikus alakváltozást szenved, ennek következtében szétterül, és csekély mélyedés fejlődik ki a repedés környezetében.

A lapulásokat, mint hibatípust először az 1970-es években azonosították; valószínű, hogy korábban is előfordult, de úgy minősítették, mint „ovális folt” vagy „kiköszörülés”. Kiköszörüléssel való összetévesztése még mindig előfordul, de alapvető eltérés, hogy egy igazi kiköszörülésnél nincs „árnyék” a futófelületen, a lapulásnál pedig van.
Egy kiköszörülés mindkét sínszálon egyszerre jelentkezik, a lapulás nem. Ahogy a lapulások, úgy a kiköszörülések is a felület kipattogzásához vezethetnek.
Általában tíz évnél idősebb sínben vagy 1,5 × 108 elegytonnánál nagyobb gördülőteher áthaladása után jelenik meg a lapulás.
A „normál” lapulások kialakulása általában ugyanazokra az okokra vezethető vissza, mint a sínfej-hajszálrepedéseké. A különbség az, hogy a lapulások rendszerint egy pontnál jelentkeznek, ahol az érintkezési feszültségfüggvény szélső értéket mutat. Általában a helyi rendellenességek következményeként a sínfejben (pl. egy kopott hegesztésnél) fordulnak elő.
Nagyon sok hasonlóság van a sínfej-hajszálrepedés és a lapulások között. Nevezetesen: mindkettő gördülőfáradási repedés, mely a sín felületén kezdődik, vagy ahhoz nagyon közel, az érintkezési feszültségek hatására. Az is nyilvánvaló, hogy a kis repedések mindkét esetben ugyanazzal az „összenyomott léggömb” mechanizmussal nőnek, így válnak nagyobb repedésekké. Kezdetben a sín futófelületéhez képest lapos szögben fejlődnek, majd a szög hirtelen változásával repedéssé nőhetnek (2. ábra). Ezért a sínfej-hajszálrepedésekhez hasonlóan a lapulások fejlődése szintén megakadályozható, ha rendszeres, könnyű csiszolással eltávolítjuk a kez­deti repedéseket. A csiszolást ténylegesen e célból használják Japánban, ahol a lapulások egy ideig súlyosabb és jobban elterjedt hibákat okoztak, mint például az Egyesült Királyságban.

A kis lapulásokat tartalmazó sínek javításában hosszú ideig az volt a gyakorlat, hogy eltávolították az érintett zónát, és a sín futófelületét ívhegesztéssel töltötték fel. Ezt a fajta hegesztést azonban meg­lehetősen bonyolult munkahelyi körülmények között elvégezni, ráadásul szá­mos meg­hibásodás-vizsgálat rámutatott az efféle hegesztési javításokra, mint a törések okára. Ezért ajánlott teljesen kivágni az érintett szakaszt, és ha a hiba hossza 60 mm-nél rövidebb, lecserélni azt széles hézagú hegesztéssel. Ellenkező esetben cserélni kell a sínt.
A 3. ábrán jól megfigyelhető egy lapulásos sín törési metszete. A világos terület jelenti a friss törést, a sötét pedig a sínfejben meglévő lapulásos sínhibát (debreceni sín).
Ha a törési képet tovább elemezzük, megfigyelhetjük, hogy ebben a keresztmetszetben nem egy hiba alakult ki, hanem három (4. ábra).
A törési képekből igen jól megfigyelhető a hiba kialakulásának folyamata. Sajnos az utóbbi időszak síntörései is ilyen fáradásos hibákra vezethetők vissza.
A sín II. lapulásos sínhiba geometriai méreteinek elemzéséből kitűnik, hogy a hiba az első szakaszon kis szögben (13-15°) fejlődött, majd amikor elérte a 4,82 mm-t, akkor a repedés szöge irányt változtatott és 59–60°-ra nőtt (5. ábra). Vagyis az érintkezési feszültségből kialakuló csúsztatófeszültség (τ fő iránya közel vízszintes, ezért ebből egy laposszögű repedés indul, ami a sín keresztmetszetét gyöngítit. A gyöngítés hatására rohamosan csökken az inercia. Amikor ez kritikus szint alá csökken, már nem a csúsztató feszültség, hanem a Δσ fárasztófeszültség dominál. Ez okozza a repedés iránytangensének hirtelen változását.
Fontos lenne megismerni, hogy ezek a fáradások milyen terhelés következtében alakulnak ki, illetve milyen sebességgel következik be a romlás.

A PLF Technológiai Osztálya elrendelte a decemberben bekövetkezett síntörések vizsgálatát. A MÁV Központi Fel­építményvizsgáló Kft.-hez beérkezett négy darab, törést szenvedett mintát megvizsgálva megállapítottuk, hogy a négyből három lapulásos hiba miatt következett be, egy pedig vese alakú meghibásodás volt.
A Vácról érkezett minták törésképét a 2. ábra mutatja. A beküldött síndarabokon összesen 5 db lapulásos sínhiba található: egy a törésnél, a többi a töréstől 8–10 cm-re.
A Vámosgyörk–Ludas 930+08 szelvényből a bal vágány jobb sínszálából kaptuk a következő mintát (6. ábra). Ezen is lapulásos gördülőfáradásos hibát figyelhetünk meg.

---

Kálból két törésből kaptunk mintát, ezeknek az eredményei:
A 1012+80 szelvényben bekövetkezett síntörés a 7. ábrán látható. A képen jól látszik a lapulásból kiinduló töréskép. Azt is megfigyelhetjük, hogy a törés vonala metszette az ellenállás-hegesztést, és onnan a hegesztés mentén repedt tovább. Mivel a hegesztési törés sem friss, megállapítható, hogy a két hiba egymást erősítette.
A Kálból kapott másik síntörést elemezve megállapítottuk, hogy az tipikus, „vese” alakú sínhiba (8. ábra).
A lapulásos sínhibákat több ábrán is bemutattuk, hogy felhívjuk rájuk a pályafelügyeletet gyakorló kollégák figyelmét. A bejárások alkalmával fokozottan kell az ilyen jelenségekre figyelni. A lapulásos sínhibákat is a gördülőfáradások okozzák, ezért ezek esetén is a kiadott HC rendelkezés szerint kell eljárni.

A nyelvképződés

A „nyelvképződés” a sínhibák másik típusa. Ívekben fordul elő, ahol a nyomkarima érintkezési pontján kialakulnak a sínfej-hajszálrepedések, majd a nyomkarima érintési feszültségének hatására a repedésekből kiinduló nyelvek képződnek (9–10. ábra).

Repedésfészek

Egy másik új jelenség a „repedésfészek” kialakulása (11–12. ábra).
A jelenség nemzetközi elnevezése a szak­irodalomban: Belgrospi, és a felfedezők nevéből: Belz, Grohmann és Spigel származik.
A jelenség egy pont körül fészekszerűen látható kitöredezésekkel jellemezhető. A repedésfészkek a sínfej középvonalától a vágánytengelyhez képest kifelé helyezkednek el. A jobb és bal sínszálban párban láthatók, de az egyik oldalon mindig fejlettebbek. 6-7 m-enként ismétlődnek, és a fejlettebb a gyengébb oldallal váltakozik.

Összegzés

Váratlanul érte a szakmát a tavaly év elején megjelent sínfej-hajszálrepedés, a gördülőfáradásos sínhiba. A hálózat felmérése során egyre több helyen azonosították ezt a hibatípust a pályafenntartási szakemberek. Az azóta eltelt időszakról elmondhatjuk, hogy a kiadott rendelkezés – bár sok helyen korrekcióra szorul – a kialakult helyzetet kezelni tudta, és gördülőfáradásos sínhibából származó baleset nem fordult elő. Önmagában ez a tény eredménynek mondható, azonban szembe kell néznünk a hibafejlődés fázisaival, és meg kell előznünk a veszélyt hordozó jelenségek újabb hatásait. A MÁV KFV Kft. az elmúlt évben mintegy 620 helyszínen ultrahangos és vizuális vizsgálattal, továbbá 33 mérési napon örvényáramos repedésmélység-méréssel vizsgálta a legveszélyesebb helyeket. Ennek nyomán számos helyen sebességkorlátozás bevezetésére és síncserékre került sor. Az örvényáramos repedésmélység-mérés alapján pedig a sín­kö­szörülés vált tervezhetővé.

Még fel sem ocsúdtunk a sínfej-hajszálrepedés okozta sokkból, máris láthatjuk, hogy a gördülőfáradásos sínhibák újabb változataival állunk szemben. A lapulás (quats), a nyelvképződés és a repedés­fészek (Belgrospi) mind-mind veszélyt jelentő újabb sínhibák, melyek felismerése és időben történő kezelése vagy eltávolítása újabb kihívás a szakma számára.
Az idei tél kemény, hideg időjárása következtében megszaporodtak a lapulásos típusú törések. Feladatunk, hogy ezeket a hibákat időben észleljük, a szükséges intézkedéseket meghozzuk, illetve, ha ez lehetséges, a repedésnövekedést meggátoljuk.

Úgy vélem, ez nemcsak új kihívás, hanem további elemzésre, kutatásra sarkalló feladat, melynek célja, hogy megtaláljuk a hiba kialakulásának okát.