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Para alguien fuera de la industria ferroviaria, soldar ranas en un estanque de ranas puede parecer algo extraño. Sin embargo, es bastante común. Lo nuevo son los métodos por los cuales se están soldando y restaurando.

Los pasajeros y la carga dependen de horarios de tren estrictos, y los trenes dependen de conmutadores para garantizar que no se superpongan con otros trenes que comparten las vías. Los conmutadores tienen varios componentes, pero un componente vital se llama rana. ¿Por qué rana? Cuando la vía era nueva todavía había caballos y carruajes, y para cualquiera que esté familiarizado con los caballos, el conmutador angular se parecía bastante a la parte del casco de un caballo llamada rana.

La rana de un caballo es el área más sensible de un casco y los moretones pueden causar cojera temporal (una forma de andar o postura anormal). Las ranas ferroviarias deben soportar mucha fuerza cambiando trenes rápidos entre vías. La cojera no es un problema para los trenes, pero los descarrilamientos, tanto grandes como pequeños, pueden ser el resultado de ranas dañadas o desgastadas. Por lo tanto, los conmutadores deben ser duraderos y, a menudo, necesitan reparación o reemplazo.

Las ranas ferroviarias y otros componentes de conmutadores, como los diamantes, están hechos de un acero fundido austenítico con alto contenido de manganeso conocido por sus características de endurecimiento por trabajo y alta dureza para soportar la presión y los golpes que recibe. Las puntas y las alas de la rana deben permanecer según las especificaciones para garantizar que los trenes cambien de vía sin problemas. A medida que las piezas se desgastan, es necesario reemplazarlas o restaurarlas. Con miles de millas de vías que atraviesan el país y cientos de trenes diarios, hay muchos conmutadores trabajando duro todos los días.

En el pasado, cuando circulaban menos trenes, era más fácil hacer reparaciones en la línea. Hoy en día, es más común quitar la rana y reemplazarla con una pieza nueva o reacondicionada. Los conmutadores dañados irían al patio ferroviario y se colocarían en tinas de acero llenas de agua; el agua se usa para apagar las ranas durante la soldadura de reparación para que la entrada de calor no doble ni flexione el metal. Las filas de tinas permitieron que varios soldadores trabajaran a la vez. Estas áreas se conocieron como el estanque de las ranas.

Este proceso todavía está vigente en muchas áreas. Debido a que las ranas son más universales y se pueden fabricar en grandes cantidades, las compañías ferroviarias pueden tener repuestos a mano. Sin embargo, los diamantes son exclusivos de su ubicación y pueden tener plazos de entrega de un año o más para reabastecerse. Los problemas de la cadena de suministro hacen que la renovación sea más necesaria, y la necesidad de soldadores también hace que esa mayor demanda sea más difícil de satisfacer.

Yendo por otra ruta

Holland L.P., Crete, Ill., un proveedor de soluciones progresivas para la industria ferroviaria, está cambiando el proceso. ¿Cómo? Al aliviar la necesidad de nuevas piezas de repuesto y minimizar las reparaciones hechas por soldadores que podrían estar trabajando en otros proyectos.

Louis Flenner, gerente de producto del programa Holland Automated Manganese Refurbishment (HAMR), detalló el proceso que han desarrollado para restaurar ranas y diamantes utilizando camiones especializados montados con generadores, brazos robóticos y sistemas de soldadura para abordar la reparación de ranas tanto en la pista como en un estanque de ranas.

Soldadura robótica

Antes de que pueda llevarse a cabo la restauración, los equipos de HAMR utilizan el corte por plasma y el esmerilado para cortar el acero al manganeso dañado. Luego le especifican al robot los puntos de las áreas dañadas para que sean reconstruidas. ¿Por qué de forma robótica en lugar de manual? Este proceso permite al operador estar más lejos de los humos y también moverse a una distancia segura para los trenes que pasan por vías adyacentes sin detener el trabajo.

La productividad es otro factor. Según la experiencia previa y las pruebas durante la fase de desarrollo, el robot es dos o tres veces más rápido que la aplicación manual. Su velocidad permite una renovación completa en la vía o en la tierra en lugar de reparaciones de parches, reemplazo o deshecho de la pieza.

Además, la consistencia de la calidad de la soldadura es una razón más para optar por la robótica. La consistencia de la soldadura ayuda a asegurar la longevidad de las reparaciones. Debido a la escasez de disponibilidad y la rotación de personal, es probable que la persona que repara la pieza este año no sea la misma el próximo año, lo que significa que la calidad de la soldadura puede cambiar; esto no es tan variable con la soldadura robótica. Algunas de las piezas que reacondicionó el equipo de HAMR todavía están en servicio tres años después, cuando antes podían durar tres meses antes de las reparaciones.

“El proceso manual está probado”, dijo Flenner. “Eso lo sabemos en la industria, pero usted tiene muchos conocimientos y experiencia que ha dejado el mercado en los últimos 10 a 15 años”.

Cuando la calidad de la soldadura puede significar la diferencia entre los trenes que llegan a tiempo o un descarrilamiento, esas soldaduras deben ser de alta calidad de manera constante.

Soldadura láser y más

El acero al manganeso tiene requisitos específicos para la soldadura. El calor por encima de 500 °F dañará el material base y potencialmente deformará y doblará la rana, lo que hace que la baja entrada de calor sea imprescindible para cualquier tipo de soldadura.

Pocas opciones cumplieron con los requisitos de calidad del equipo de HAMR. Comenzaron con la soldadura por láser, que usa una energía dirigida para derretir el material base y el metal de aporte para crear la soldadura. El láser utiliza un sistema de espejos y lentes para dirigir el calor a la soldadura y requiere una alineación y calibración específicas. Este proceso funcionó bien y se mantuvo dentro de las especificaciones necesarias. Aunque satisfecho con los resultados, el equipo quería opciones adicionales.

Cualquier proceso nuevo tendría que cumplir con las pautas estrictas, la baja entrada de calor y los altos estándares logrados con la soldadura láser. Una opción posible era el proceso de transferencia de metal en frío (CMT) de Fronius. Este proceso de soldadura por arco metálico con gas utiliza un alambre alternativo y un arco controlado con precisión para mantener la entrada de calor al mínimo.

Flenner señaló que HAMR ha probado la soldadura láser junto con CMT a lo largo de los años. “Hemos tenido resultados fenomenales con ambos”, dijo. “No solo queremos producir un buen producto final, sino que también queremos tener algo que nuestros operadores puedan usar de manera eficaz y segura para garantizar que nuestro producto final, la soldadura, sea de alta calidad en todo momento”.

Entrar a la estación

El programa ha funcionado tan bien para las compañías ferroviarias que Holanda está ampliando la cantidad de camiones y las áreas atendidas. Actualmente, ofrece servicios a toda América del Norte y se está expandiendo a Australia y Europa. A partir de ahora, la compañía también planea continuar con las opciones de tecnología dual de los procesos láser y CMT. Su flota de tres camiones pronto se duplicará. Cuando se le preguntó acerca de los desafíos futuros, Flenner mencionó la baja disponibilidad de las plataformas de camiones especializadas y el desafío de contratar personal calificado/capacitar a nuevos empleados.

Los equipos de camiones consisten en un operador y un trabajador; idealmente, ambos deben estar capacitados en varias áreas de soldadura, corte, esmerilado, trabajo eléctrico y mantenimiento general. Garantizar que estos equipos móviles puedan entregar un producto de calidad es clave para mejorar la infraestructura ferroviaria.

Justin Smith es especialista en segmentos y  Rhonda Zatezalo es especialista en contenido en Fronius USA (fronius.com), Portage, Ind.