본 논문에서는 곡선부 레일의 마모 저감을 위해 레일 두부상면에 플라즈마 용접재를 적용하고 이에 대한 적정성을 검토하고자 이론적 고찰과 실내시험을 수행하였고 플라즈마 용접재의 철도레일 적용을 위한 적정성을 검토하고자 용접레일의 구름접촉피로 손상 매커니즘 정립을 위한 구름접촉피로시험을 수행하였다.
플라즈마 용접재를 적용한 레일의 경도 및 내마모 시험결과, 용접재의 경도가 클수록 내마모 성능이 향상되는 것으로 나타났다. 내마모 성능이 열처리레일 대비 7배 이상 확보할 수 있는 용접레일의 적정 경도를 산정하였다.
용접재의 신축거동특성과 모재와의 부착성능을 평가를 위한 인장시험결과, 플라즈마 용접재의 신축거동은 공용상태에서 발생하는 레일의 축방향 신축거동에 대해 안정적인 것으로 판단되었다. 또한 모재의 파단위치와 동일한 위치에서 용접층이 파괴되는 형상이 나타났으며 파괴단면에서의 모재와 용접재의 계면분리현상 또한 나타나지 않은 것으로 나타나 플라즈마 용접재의 부착성능은 안정적인 것으로 나타났다.
플라즈마 용접재를 적용한 레일의 구름접촉피로 마모성능평가를 위한 구름접촉피로시험결과, 접촉압력의 증가는 일반 및 열처리 레일의 마모량 증가에 직접적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며 일반레일보다 열처리 레일의 내마모 성능이 약 2배 이상 우수한 것으로 나타났다. 또한 용접레일의 경우 접촉압력의 수준과 무관하게 일정한 내마모 성능을 확보하고 열처리 레일의 약 6배, 일반레일의 약 8~9배 이상 우수한 내마모 성능을 확보하는 것으로 나타났다.
따라서 본 연구에서 적용한 플라즈마 용접재는 우수한 내마모 성능을 확보하여 구름접촉피로마모에 따른 레일의 단면손실을 최소화하여 레일마모저감에 따른 레일의 사용수명 향상에 효과적인 것으로 나타났다.