Pour comprendre le fonctionnement d'un cœur de voie, il faut d'abord avoir une vue d'ensemble de l'aiguillage. Un aiguillage est un ensemble de dispositifs qui, en agissant de concert, permettent aux roues de passer d'une voie ferrée à un autre. Ce groupe comprend principalement les rails de base, les aiguilles, les contre-aiguilles, les cœurs, les contre-rails et d'autres pièces de raccordement. Les aiguilles constituent la partie mobile de l'aiguillage. Les contre-rails relient les aiguilles au cœur. Les contre-rails sont situés en face du cœur, à côté des rails de roulement, et permettent de guider les roues sur la bonne gorge de roulement afin d'éviter le déraillement du train.

Les roues roulent sur le rail latéral et le wagon avance le long de ce rail jusqu’à ce qu’il s’engage dans la croix d’aiguillage. À aucun moment le support de roue ne peut tomber dans la rainure de boudin, dans l'espace entre les deux rails, car il est fermement soutenu par ces deux rails ; il roule donc simplement le long de l'aile, s'accroche à la pointe de la croix d'aiguillage lorsqu'il est transféré sur le rail de la croix d'aiguillage, puis passe à travers. Grâce à cette géométrie, le matériel roulant traverse le cœur sans à-coups ni chute dans l'espace entre les rails du cœur. Il est essentiel que l'espace entre les rails soit aussi étroit que possible et que la bande de roulement de la roue soit aussi large que possible pour que cela se produise. Cela permet à la roue de rouler le long de la traverse, de passer sur la pointe de la croix et de rouler ensuite sur la croix.  

Types de cœurs de voie

Selon leur forme, on distingue les cœurs de voie rectilignes et les cœurs de voie courbes. Une autre classification repose sur le type de structure. Les cœurs de voie peuvent être soit fabriqués à partir de deux rails usinés assemblés, soit moulés d'un seul tenant.

Grenouille fixe

• Grenouille combinée

Le cœur combiné est constitué de rails en acier et d'autres pièces découpées et assemblées. Il se compose d'un nez de croisement, d'un rail latéral, d'une entretoise, d'un patin de cœur et d'autres pièces. Son processus de fabrication est simple, car il ne nécessite aucune opération particulière. Cependant, son utilisation est rare en raison de la charge de travail importante qu'il implique en matière d'entretien.

• Grenouille moulée d'un seul tenant

Les cœurs de croisement ferroviaires modernes sont moulés en acier au manganèse, un alliage de pointe qui se durcit à l'usage. Il s'agit là d'une propriété essentielle, car la pointe du croisement peut être soumise à des chocs violents lorsque les roues des trains passent dessus.

Cœur mobile (passage à nez pivotant)

Contrairement aux cœurs de croisement fixes, les cœurs de croisement mobiles comportent des éléments mobiles spécifiques, tels que des contre-rails mobiles ou un nez de croisement mobile. En modifiant la position de la partie mobile dans le cœur, le côté actif du contre-rail ou du nez de croisement peut être superposé afin d'offrir une trajectoire continue au train qui passe. Cela permet d'éliminer l'écart au point de croisement, ce qui offre la possibilité d'augmenter considérablement la vitesse des trains passant par les aiguillages.

Les cœurs de croisement à aiguille mobile prolongent la durée de vie du cœur de croisement. L'expérience acquise au fil du temps a montré que la durée de vie d'un cœur à pointes mobiles est 6 à 9 fois supérieure à celle d'un cœur moulé en acier à haute teneur en manganèse du même modèle. De plus, les travaux d'entretien et de réparation sont réduits de 40%, ce qui diminue considérablement l'impact du matériel roulant lors du passage.

Soudage des cœurs de croisement ferroviaires

Les cœurs en acier à haute teneur en manganèse et les rails en acier à haute teneur en carbone présentent des exigences différentes en matière de procédés de soudage. Ces différences rendent leur assemblage par soudage difficile. Un soudage direct entraînerait l'apparition de fissures. La technologie de pointe actuelle consiste à choisir un matériau présentant de bonnes performances de soudage comme intermédiaire afin de réaliser l'assemblage par soudage.

L'acier à haute teneur en manganèse est un acier austénitique monophasé. Cette structure présente une forte sensibilité aux fissures à chaud et favorise facilement l'apparition de fissures de liquéfaction dans la zone affectée thermiquement. Par conséquent, le degré de chauffage et la durée de chauffage doivent être réduits pendant le soudage. Le rail en acier présente une teneur élevée en carbone. Pour éviter les fissures de soudage, il est nécessaire de préchauffer avant le soudage et de refroidir après le soudage. Si l'on soude directement des cœurs en acier à haute teneur en manganèse et des rails en acier à haute teneur en carbone, tant le processus de soudage que le choix des matériaux de soudage sont plus difficiles. C'est pourquoi la technologie la plus avancée au monde consiste à choisir un matériau présentant de bonnes performances de soudage comme intermédiaire pour réaliser la liaison soudée entre les deux matériaux. Par le passé, seuls quelques pays, tels que l'Autriche et la France, maîtrisaient cette technologie de soudage. Par la suite, des chercheurs scientifiques du monde entier, y compris de Chine, après des efforts inlassables, ont utilisé le soudage bout à bout par étincelage pour réussir à assembler des cœurs en acier à haute teneur en manganèse et des rails en acier à haute teneur en carbone.