Laser på rälsen ökar säkerheten i kurvorna

Oönskad friktion är järnvägsrälsens fiende. Tågvagnarnas hjul nöter mot rälsens insida och ger upphov till skador, som kan leda till urspårningar. Dessutom innebär friktionen slösad energi. Enligt amerikanska forskare kan problemet reduceras med upp till 80 procent genom att rälsen laser-behandlas. Räls behöver ha friktion på ovansidan, annars skulle det bli svårt att starta och stoppa tåget. Men på rälsens insida har friktionen inget syfte, där är den bara slöseri med energi. De amerikanska järnvägsbolagen uppskattar att de skulle kunna spara cirka 40 miljoner dollar (320 miljoner kronor) i energikostnader per år genom att reducera friktionen. Friktionen ger också upphov till skjuvspänningar under rälsens yta. Spänningarna orsakar sprickor som kallas skaldefekter, eftersom de leder till att det yttersta lagret separeras från resten av rälsen, ungefär som ett skal. Om sprickorna sprider sig uppåt kan en bit av rälsens ytlager falla bort. Sprider de sig nedåt kan resultatet bli betydligt allvarligare, för då kan rälsen brytas av och orsaka en urspårning. Rälsen är speciellt känslig i kurvor, eftersom belastningen på rälsens insida är betydligt högre där. De amerikanska järnvägsbolagen lägger ner stora pengar på att ersätta skadad räls i kurvor, och de tror att de skulle kunna spara 16 miljoner dollar (128 miljoner kronor) per år genom att minska friktionen på rälsens insida. Lägg till det besparingarna som uppnås genom att minska antalet urspårningar. En elegant lösning på problemet är en teknik som kallas laserglasering. Forskare vid Argonne National Laboratory i USA har visat att tekniken kan minska friktionskoefficienten, vilket leder till en minskning av sprickbildningen. Laserglasering är en form av ytbehandling som innebär att det yttersta lagret av rälsen smälts ner med hjälp av en laser, och sen kyls av hastigt. Behandlingen är relativt enkel. En 1,6 kW laser sveper över det behandlade materialet med en hastighet av 1-2 cm/s. Resultatet blir ett tunt lager, mindre än 100 mikrometer, av betydligt hårdare och glattare stål. Forskarna vid Argonne testar behandlad räls i Association of American Railroads laboratorium. Där rullas hjul, belastade med 20 ton, fram och tillbaks på rälsen 20 000 gånger. Därefter mäts friktionskoefficienten och mängden sprickbildning. Resultaten visar att friktionskoefficienten på de behandlade hjulen minskar med runt 40 procent och att sprickbildningen minskar med nästan 80 procent. Nu återstår att ta resultaten från laboratoriet och tillämpa dem genom att utveckla en metod för laserglasering i industriell skala. Laserglasering har en rad andra tillämpningar. Tekniken har använts till att göra kulor i lager hårdare, till att göra starkare växellådor samt till att skapa bättre ytor på verktyg.