Thermietlassen of exothermisch lassen van spoorrails

Exothermisch lassen is in tegenstelling tot MIG/MAG-, TIG- en BMBE-lassen een vrij onbekend lasproces. Exothermisch lassen wordt in tegenstelling tot de andere lasprocessen ook niet echt door een lasser uitgevoerd. In plaats daarvan vind het exothermisch lassen of het thermietlassen plaats op basis van een chemisch proces. Dit chemische proces komt tot stand door de chemische reacties tussen verschillende stoffen. Deze stoffen worden in poedervorm bij elkaar gebracht en bestaan onder andere uit de oxide van edeler metalen en minder edele metalen. Het mengsel van de stoffen wordt ook wel thermiet genoemd vandaar de benaming thermietlassen. Dit specifieke lasproces heeft voordelen en nadelen die er voor zorgen dat het thermietlassen niet voor alle materialen of lasverbindingen geschikt is. In de volgende alinea lees je meer over de eigenschappen van het thermietlassen.

Eigenschappen van thermietlassen
Het thermietlassen kenmerkt zich door de chemische reactie die plaatsvind door de thermiet te verhitten. Het lasproces is vrij kostbaar en komt tot stand doormiddel van een vlam met een temperatuur van ruim 2500°C. Men gebruikt voor dit lasproces thermiet dat nauwkeurig samengesteld moet worden. De samenstelling van thermiet is afhankelijk van de toepassing, kortom de materialen die aan elkaar moeten worden verbonden. Het poedervormige thermiet gaat onderling een reactie met elkaar aan maar ook met het materiaal dat aan elkaar gelast moet worden. Dat zorgt er voor dat er een smeltbad ontstaat. Dit smeltbad kan echter niet worden bijgestuurd zoals bij de meeste lasprocessen wel het geval is. In plaats daarvan moet men afwachten totdat het exothermisch lassen klaar is. Het proces kan dus niet worden gestopt. Bovendien reageert het lasproces heel heftig op vocht. Daarom kan men onder water beter niet gaan thermietlassen.

Thermietlassen van spoorrails
Thermietlassen wordt onder andere toegepast bij het maken van lasverbindingen tussen spoorrails. Hierbij maakt men gebruik van de reductie van ijzeroxide door aluminium. Aluminium is namelijk edeler materiaal dan ijzer. Bij het lassen van spoorrails gebruikt men een thermietmengsel van ijzer(III)oxide (rood ijzeroxide) en aluminiumpoeder. De lasverbinding komt tot stand bij een zeer hoge temperatuur van ruim 2500°C. Bij het maken van een lasverbinding in een voegloos spoor wordt een keramische mal geplaatst om de twee aan elkaar te lassen spoorstaven. In deze mal wordt het residu van het thermiet geplaats. Dit residu bestaat voornamelijk uit vloeibaar ijzer.
Door de hoge temperatuur van het thermietlassen vermengt het thermiet zich met het ijzer van de spoorstaven. Het is belangrijk dat de laskanten van de spoorstaven zich goed vermengen met het thermiet. Daarom worden de laskanten van de spoorstaven voorgegloeid met gasbranders. Dit voorgloeien gaat door totdat de laskanten roodgloeiend zijn. In totaal duurt het ongeveer vijfenveertig tot zestig minuten vanaf het begin van de voorbereidende werkzaamheden tot het moment dat de rails in gebruik kan worden genomen omdat deze voldoende is afgekoeld na het thermietlassen. Hieronder staan de verschillende stappen die moeten worden doorlopen voor, tijdens en na afloop van het thermietlassen van een spoorrails:

  • De spoorstaven worden uitgelijnd;
  • Rondom de plek waar de las moet worden aangebracht wordt een keramische gietmal aangebracht;
  • Bovenop de gietmal wordt een reactievat geplaatst;
  • Het reactievat wordt gevuld met thermiet dat de juiste samenstelling bevat;
  • De laskanten van de spoorstaven worden verhit met behulp van gasbranders. Dit verhitten gaat door tot de laskanten roodgloeiend zijn, dit is op ongeveer 900°C;
  • Het thermietmengsel wordt ontstoken;
  • De reactie die ontstaat duurt enkele minuten. Tijdens dit thermietlassen loopt de temperatuur op tot meer dan 2500°C;
  • Het staal van de spoorrails wordt vloeibaar, er ontstaat een smeltbad;
  • Het vloeibaar ijzer stroomt tussen de rails in de gietmal; Er ontstaat een slak van aluminiumoxide die blijft drijven op het smeltbad. Deze slak beschermt het hete ijzer tegen verbranding;
  • Na afkoeling worden het reactievat en de gietmal verwijderd;
  • De lasbraam wordt weggeslepen.

Belangrijke aandachtspunten tijdens het thermietlassen van spoorrails
Het thermietlassen is een lasproces dat chemisch is en niet meer gestopt kan worden als het eenmaal in gang is gezet. Dat zorgt er voor dat men zorgvuldig tewerk moet gaan. Een belangrijk aspect hierin is het voorbereiden. Men moet er voor zorgen dat de beide spoorstaven god zijn uitgelijnd. Daarnaast moet ook de keramische mal goed gesloten worden. Verder moet uiteraard ook de lasverbinding goed worden afgekoeld voordat men het spoor in gebruik neemt. Bovendien is ook de samenstelling van het thermiet van doorslaggevend belang voor de kwaliteit van de lasverbinding. Dit heeft onder andere te maken met de daadwerkelijke samenstelling van het materiaal van de las. Door het exothermisch lassen ontstaat namelijk een zuiver materiaal. In de volgende alinea is hiervan een voorbeeld gegeven.

Zuiver ijzer
De chemische reacties die tijdens het thermietlassen ontstaan zorgen er voor dat er zuiver ijzer ontstaat in de lasverbinding. Dit zuiver ijzer is minder sterk dan staal. Dat zorgt er voor dat de lasverbinding een zwakke plek vormt. Dat moet worden voorkomen. En daarom worden er in het thermietmengsel korrels toegevoegd van andere materialen. Deze materialen zijn verrijkt met koolstof en andere toevoegingen. Door dit extra toevoegmateriaal gaat er tijdens het thermietlassen wel warmte verloren maar ontstaat wel de gewenste samenstelling in de lasverbinding. Staal heeft namelijk een klein percentage koolstof waardoor het sterker is dan zuiver ijzer.

Wat is elektrificatie en een elektrificatiesysteem?

Elektrificatie is een term die wordt gebruikt voor het systeem waarmee een voertuig wordt voorzien van elektrische voeding van buitenaf. Meestal wordt elektrificatie toegepast bij treinen die elektrisch worden aangedreven doormiddel van een bovenleiding of een derde rail waarop elektrische spanning staat. Dit gehele systeem wordt ook wel een elektrificatiesysteem genoemd en hierbij kan gelijkspanning of wisselspanning worden toegepast. Verder kan ook een verschillend voltage worden gebruikt. Het vermogen van de motor van het voertuig is belangrijk bij het bepalen van de voedingsspanning die nodig is. Trolleybussen en trams worden bijvoorbeeld met 600 of 750 volt gelijkspanning gevoed. Metrostellen maken gebruik van een voeding tot 1500 volt en bij de treinen voor de spoorwegen kan de spanning oplopen tot 25 000 volt wisselspanning.

Verschillende soorten voeding voor treinen
Elektrische treinen worden over het algemeen gevoed doormiddel van elektrische bovenleiding. De retourstroom stroomt via de treinrails weer terug naar het onderstation. Er zijn vier belangrijke voedingssystemen:

  • Gelijkstroom
  • Draaistroom (drie fasen)
  • Eenfasige wisselstroom met een lage frequentie (16⅔ of 25 Hz)
  • Eenfasige wisselstroom met een normale frequentie (50 of 60 Hz)

De eerste drie voedingssystemen (gelijkstroom, draaistroom en eenfasige wisselstroom met een lage frequentie) werden ontwikkeld en ingevoerd voor de Eerste Wereldoorlog. Het systeem waarbij gebruik wordt gemaakt van wisselstroom op normale lichtnetfrequentie werd ontwikkeld in de periode tussen de twee wereldoorlogen in (interbellum). Pas na de Tweede Wereldoorlog werd dit systeem op grootschalige manier toegepast. Tegenwoordig word dit systeem (wisselstroom op normale lichtnetfrequentie) gezien als het meest ideale elektrificatiesysteem.

Fyra treinen gaan rijden in Nederland

Eric Trinthamer van de NS geeft aan dat de Fyra treinen gaan rijden.  Er worden echter geen passagiers mee vervoerd. De NS is nog steeds van mening dat de Italiaanse treinen technisch niet in orde zijn. Wanneer de treinen echter langere tijd stilstaan gaan de treinen op technisch vlak nog verder achteruit. Om roestvorming op de treinstellen tegen te gaan moeten de treinen nu enkele ritten maken.

De ritten met de Fyra treinen gaan plaatsvinden tussen Watergraafsmeer en Maarsen. Dit zijn ritten van ongeveer 50 kilometer. Door het uitvoeren van deze ritten voldoet de NS aan de verplichting om de treinen in goede conditie te houden volgens Trinthamer.

De wederzijdse rechtszaken tussen de Fyra en de NS zijn nog niet voorbij.