Как сваривают рельсы

Сварка рельсовых стыков относится к разряду особо ответственных мероприятий, организация и проведение которых невозможны без привлечения оборудования и современных сварочных механизмов.

Основными видами сварочных технологий, применяемых при монтаже и ремонте рельсов, являются:

  • электроконтактная сварка;
  • электродуговой метод;
  • термитная обработка (алюминотермитная сварка рельсов);
  • современная газо-прессовая сварка.

Каждый из этих методов отличается определёнными достоинствами и недостатками. Для более полного ознакомления с ними рассмотрим каждый из перечисленных способов сварки более подробно.

Что представляет собой алюмотермитная сварка?

Метод состоит в следующем: специальный порошок помещается в специальную металлическую конструкцию, которая находится над стыком двух участков полотна, подвергающегося сварке, а затем этот порошок плавится. Предназначение порошка заключается в том, что он надежно и прочно соединяет основной материал и таким образом, микроструктура шва становится очень вязкой. Подобные стыки делаются очень быстро и со временем они не проседают, что свидетельствует об их высоком качестве.

Порошок, выступающий в роли связующего звена в термитной сварке рельс, состоит из 23% алюминиевой крошки и 77% оксида железа. Структура порошка мелкодисперсная, размер гранул – 0,5 мм. Технология базируется на способности металла восстанавливаться в окислах алюминия. Однако, как уже отмечалось, это может произойти только при высоком тепмературной режиме, поэтому и применяется запал, посредством которого смесь поджигается. Именно этот процесс позволяет превратить оксид железа в чистый металл.

На участке используется заливочная форма, благодаря которой сплав направляется в место стыка.

Обратите внимание! Очень важно, чтобы образовалась герметичная конструкция, именно поэтому созданы специальные различные формы под разные конфигурации рельс.

Если после выполнения работы, вы найдете какие-то зазоры и щели, то от них нужно избавиться, для этого используется термостойкая обмазка. Благодаря своей жидкой консистенции она затекает в участок стыкового соединения и заполняет свободное пространство. В итоге на поверхности образуется шлак.

Процесс создания сварного шва рельсов должен производиться с обязательным уплотнением стыка, когда он находится еще горячим. Для этого необходимо обзавестись прессами. По завершению работы шлак надо отбить молотком, а сам шов надо отшлифовать специальной машинкой и болгаркой.

Суть алюминотермитного метода

Термитная сварка рельс относится к наиболее сбалансированным методам соединения стыков. Она отвечает современным требованиям к качеству швов на этом важном участке. Технология соединения рельсов таким способом предполагает использование особой смеси. Термитная смесь содержит 77% оксида железа, а остальные 23% приходятся на крошку из алюминия. Возможны небольшие отклонения в процентном составе.

Наличие слова «термитный» в названии метода свидетельствует о том, что при сваривании необходимо нагревание. Сильный разогрев будет способствовать образованию прочного надежного шва. Для того, чтобы приблизить состав смеси к параметрам свариваемого материала, в нее добавляют частички стали и легирующие элементы.

Сущность этой технологии заключается в том, что под воздействием окислов алюминия из оксидов происходит восстановление железа. Такая реакция сопровождается значительным выделением тепла, количество которого будет достаточным для того, чтобы металлические рельсы начали плавиться.

После разогрева металла до температуры 2000 градусов его заливают в особую форму, которую перед этим устанавливают на место стыка.

Существуют следующие варианты термитной сварки:

  1. Соединение встык.
  2. Промежуточное литье.
  3. Комбинированный вид.
  4. Дуплекс.

К наиболее простому и доступному способу относится метод с промежуточным литьем:

  • над стыком устанавливают особую металлическую конструкцию, имеющую форму емкости;
  • внутри емкости размещают смесь крошек алюминия и оксида железа;
  • на стыке рельс, подлежащему соединению, производят установку заливочной формы, конфигурация которой должна совпадать с формой профиля рельс;
  • при помощи воздействия воспламенителя емкость подвергается разогреву до температуры 1000 градусов;
  • возникает алюмотермитная реакция, проходящая с выделением тепла, в результате чего смесь разогревается до температуры 2000 градусов;
  • получившийся расплав переливается в заливочную форму;
  • торцы рельс сильно разогреваются и оплавляются;
  • при постепенном охлаждении происходит еще большее уплотнение, при котором шлак выдавливается наружу.

На финишной стадии необходимо произвести отбивание шлака молотком и отделку шва с помощью угловой шлифовальной машины или болгарки.

Алюмотермитная сварка обладает неоспоримыми преимуществами:

  1. Высокая скорость процесса. Продолжительность сваривания одного стыка рельсов составляет не более получаса. В течение часа одной бригадой может быть выполнено более десятка соединений.
  2. Не существует привязки к стационарным источникам тока. Мобильные установки имеют небольшие размеры с весом менее килограмма. Они осуществляют работу автономно.
  3. Отсутствие повышенных требований к опыту и квалификации исполнителей. Достаточным является следование указаниям технологического процесса.
  4. При использовании оборудования, находящегося в исправном состоянии, и соблюдением правил проведения сварочных работ степень безопасности можно назвать высокой.
  5. Эффективность метода, как при прокладывании новых путей различного назначения, так и при ремонте уже имеющихся.
  6. Отличные характеристики шва в области дальнейшей эксплуатации.
  7. Высокая производительность.
  8. Невысокая стоимость.

Необходимо следить за тем, чтобы в емкости не происходило попадание воды. Сварка рельсовых стыков алюминотермитным методом является гарантией безопасного движения транспортных средств.

Особенности сваривания рельсов

Железнодорожный профиль производят из высокоуглеродистых сталей, характеризующихся плохой свариваемостью. При термической обработке на металле образуются трещины, возникают внутренние напряжения. При сварке рельсовых плетей такое недопустимо, дефекты полотна могут стать причиной аварии.

Для работы необходимо:

  • профессиональное оборудование;
  • качественные расходные материалы;
  • контрольные приборы, проверяющие целостность шва.

Для образования прочного соединения толстостенные балки необходимо проваривать на всю глубину. После сварки стыка необходимо выровнять поверхность, чтобы шов не разрушался.

Свойства свариваемости

Над проблемой, которую представляет собой сварка крановых рельсов, а также прочих их разновидностей, люди работают достаточно давно. Ведь сами изделия производятся из упрочненной стали, которая зачастую обрабатывается механическим путем. Любая обработка на упрочнение добавляет сложности к свариваемости и к любым другим термическим обработкам. Тем не менее, современные технологии позволяют добиться приемлемых результатов. Одним из самых доступных вариантов среди электродов, которые можно свободно найти в продаже, являются УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55. Это изделия для работы с ответственными сооружениями, мощными каркасами из металлоконструкций, а также они подходят и для рельс. Но это далеко не единственный метод, хотя и самый простой из всех возможных.

Сварка крановых рельсов

Сварка рельсов пути производится по ГОСТ 103-76. Сюда входит несколько методов, которые отличаются принципом действия, сложностью, используемой техникой и прочими нюансами. Каждый из них по-своему помогает бороться с плохой свариваемостью изделий. Также их выбор зависит от вида самих рельс, которые должны будут поддаться будущему ремонту.

Газопрессовая обработка

Данный способ тоже входит в число востребованных технологий сварки рельсовых стыков. Основан на использовании температур намного ниже границы плавления. Процесс осуществляется при высоком давлении, что обеспечивает однородность структуры и плотное и надежное стыковое соединение.

Для успешного выполнения работ необходима небольшая подготовка. Подготавливают рельсы к сварке при помощи специального оборудования — рельсорезного станка с дисковой пилой, механической ножовки. Рельсовые нити стыкуют между собой, после чего вертикально прорезают одновременно оба рельса. Такая обработка обеспечивает чистую отшлифовку свариваемых поверхностей, максимальную плотность прилегания и улучшает итоговое качество шва.

Читайте также  Размеры углового кухонного гарнитура

По окончании подготовки торцы рельсов можно промыть дихлорэтаном или четыреххлористым углеродом. Другой вариант промывки можно выполнить непосредственно в процессе сварки — для этого применяется треххлористый углерод.

Обработанные стыки прижимаются друг к другу при помощи гидравлического пресса и вдоль стыка нагреваются многопламенными горелками до 1200°С. В процессе нагрева рельсы продолжают сдавливаться, образуя усадку до 20 мм. Сила давления на рельсовые стыки во время нагрева составляет 10-13 тонн. Точное значение силы выполняется специальными расчетами.

Выполненное сварное соединение тщательно зачищают и шлифуют, то есть проводят нормализацию. Обработанный и остывший шов проверяют на качество при помощи различных приборов.

Рассмотренные технологии сварки рельсовых стыков соответствуют современным требованиям для создания прочного сварного соединения. Каждый тип обработки имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Разновидность применяемой методики зависит от типа рельсовых плетей, доступности и качества необходимого оборудования. Правильно подобранный способ, соблюдение условий обработки и мер безопасности гарантируют высокое качество итогового шва.

Условия для сварки рельс термитом

Чтобы соединение при процессе сварки получилось качественным и крепким, необходимо соблюдать следующие условия:

  • количество порошка термита необходимо просчитать столько, сколько нужно для заполнения металлом формы вокруг рельса;
  • важно, чтобы смесь шихты была тщательно измельчена и перемешана;
  • температура горения зажигательного элемента (шашка, карандаш), как катализатора поджига основной смеси, должна быть не менее 1400°C.

Несмотря на свои незначительные недостатки, термитная сварка может с успехом конкурировать по безопасности и качеству с такими сварками, как электродуговая и газовая. Например, газовая взрывоопасна, а электрическая не исключает поражение электротоком. Да и многое в этих видах сварок напрямую зависит от квалификации самого сварщика. В термитной же, большую роль играет качество смеси и сохранение технологии, а остальное получится само ― собой.
[xyz-ihs snippet=»posledniy»]

Общие сведения

Этот вид обеспечения целостности полотна известен и применяется уже очень давно, пользуется стабильной популярностью и считается классическим решением, но до сих пор ведутся работы по его совершенствованию. Периодически внедряются инновационные решения, призванные убыстрить сварку, а также удешевить ее без ухудшения конечного результата.

Почему до сих пор нет какой-то единой технологии, которая была бы оптимальной? Потому что есть ограничения, возникающие при производстве рельсов: их специально делают из высокопрочных металлов, чтобы они дольше служили. И чем надежнее элемент ВСП, тем хуже он поддается контролируемому нагреву и пластическому деформированию.

Если же повысить твердость прокатного изделия сверх меры, его будет сложнее соединить с такими же конструкциями, укладываемыми в колею. Поэтому и производители двутавровых балок не экспериментируют, и ответственные подрядчики, привыкшие делать магистрали на совесть, придерживаются четко установленных стандартов, в частности, ГОСТа 103-76.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СВАРКИ РЕЛЬСОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Ключевые слова

Об авторах

д.т.н., профессор, зав. кафедрой материаловедения, литейного и сварочного производства,

654007, Новокузнецк, Кемеровская обл., ул. Кирова, 42

к.т.н., доцент кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства,

654007, Новокузнецк, Кемеровская обл., ул. Кирова, 42

аспирант кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства,

654007, Новокузнецк, Кемеровская обл., ул. Кирова, 42

к.т.н., доцент кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства,

654007, Новокузнецк, Кемеровская обл., ул. Кирова, 42

магистрант кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства,

654007, Новокузнецк, Кемеровская обл., ул. Кирова, 42

Список литературы

1. Meade B. Railroad welding demands specialized processes // Welding journal. 1997. Vol. 76. Iss. 9. P. 47 – 52.

2. Kargin V.A., Tikhomirova L.B., Abramov A.D., Galai M.S. Effect of vibroimpact treatment on the physical and mechanical properties of the surface layer of welded joints in rails // Welding International. 2014. Vol. 28. Iss. 3. P. 245 – 247.

3. Yamamoto R., Komizu Y., Fukada Y. Experimental examination for understanding of transition behaviour of oxide inclusions on gas pressure weld interface: joining phenomena of gas pressure welding // Welding International. 2014. Vol. 28. Iss. 7. P. 510 – 520.

4. Karimine K., Uchino K., Okamura M., Susceptibility to and occurrence of HAZ liquation cracking in rail steels: Study of rail welding with high-C welding materials (4th Report) // Welding International. 1997. Vol. 11. Iss. 6. P. 452 – 461.

5. Kuchuk-Yatsenko S.I., Shvets Yu.V., Didkovskii A.V., Chvertko P.N., Shvets V.I., Mikitin Ya. I. Technology and equipment for resistance flash welding of railway crossings with rail ends through an austenitic insert // Welding International. 2008. Vol. 22. Iss. 5. P. 338 – 341.

6. Irving B. Long Island Rail Road orders an all-welded fleet // Welding journal. 1997. Vol. 22. Iss. 9. P. 33 – 37.

7. Клименко Л.B. Бесстыковой путь – прогрессивная конструкция железнодорожного пути // Приложение к журналу «Мир транспорта» МКЖТ МПС РФ. 2004. № 1. С. 88 – 93.

8. Железнодорожные рельсы из электростали / Н.А. Козырев, В.В. Павлов, Л.А. Годик, В.П. Дементьев. – Новокузнецк: ЕвразХолдинг, Новокузнецкий металлургический комбинат, 2006. – 388 с.

9. Шур Е.А. Перспективные требования Российских железных дорог к рельсам // Железнодорожный транспорт. 2008. № 2. С. 41 – 45.

10. Шур Е.А. Влияние структуры на эксплуатационную стойкость рельсов // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: Сб. статей. – Екатеринбург: УИМ, 2006. С. 37 – 63.

11. Термически упрочненные рельсы / Под ред. А.Ф. Золотарского. – М.: Транспорт, 1976. – 264 с.

12. Kuchuk-Yatsenko S.I., Shvets V.I., Didkovskii A.V., Taranova T.G. Investigation of the weldability by resistance welding of rails strengthened by heat treatment // Welding International. 2010. Vol. 24. Iss. 6. P. 455 – 461.

13. Wegrzyn J., Maxur M. A thermit mixture for rail track welding // Welding International. 1992. Vol. 6. Iss. 1. P. 5 – 8.

14. Genkin Z., Welding and heat treatment of joints in railway rails in induction equipment // Welding International. 2005. Vol. 19. Iss. 2. P. 160 – 164.

15. Калашников Е.А., Королев Ю.А. Технологии сварки рельсов: тенденции в России и за рубежом // Путь и путевое хозяйство. 2015. № 8. С. 2 – 6.

16. Mitsuru F., Hiroaki N., Kiyoshi N. Rail flash-butt welding technology // JFE Technical Report. 2015. No. 20. P. 159 – 163.

17. Saita K., Karimine K., Ueda M., Iwano K., Yamamoto T., Hiroguchi K. Trendsin rail welding technologies and our future approach // Nippon steel & sumitomo metal technical report. 2013. No. 105. P. 84 – 92.

18. Шур Е.А., Резанов В.А. Комплексный метод контактной сварки рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 3. С. 20 – 22.

19. Шевченко Р.А. Совершенствование технологии сварки рельсовой стали с повышенным содержанием хрома // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения: Сб. трудов Всероссийской научн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Вып. 20. Ч. III – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2016. С. 259 – 261.

Читайте также  Уход за дыней в теплице

20. Технология алюминотермитной сварки рельсов: Учеб. пособие / Н.Н. Воронин, В.В. Засыпкин, В.И. Коненков, Э.В. Воробьев, О.Н. Трынкова. – М.: МИИТ, 2008. – 117 с.

21. Алюминотермитная сварка рельсов: Учеб. пособие / Н.Н. Воронин, В.В. Засыпкин, В.И. Коненков, Э.В. Воробьев, О.Н. Трынкова. – М.: изд. «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2013. – 195 с.

22. Sergejevs D., Mikhaylovs S. Analysis of factors affecting fractures of rails welded by alumino-thermic welding // Transport problems. 2008. Vol. 3. P. 33 – 37.

23. Karguin V.A., Tikhomirova L.B., Galay M.S., Kuznetsova Ye.S. Improving service properties of welded joints produced by aluminothermic welding // Welding International. 2015. Vol. 29. Iss. 2. P. 155 – 157.

24. Lee F.T. Managing thermite weld quality for railroads // Welding journal. 2006. Vol. 85. Iss. 1. P. 24.

25. Воронина О.Н. Развитие конструкций железнодорожных рельсов, их стыковых соединений и технологий обработки. Дис. канд. техн. наук. – Москва, 2014. – 228 с.

26. Воронин Н.Н., Трынкова О.Н., Фомичева О.В. Алюминотермитная сварка рельсов зимой // Мир транспорта. 2012. № 4. С. 56 – 59.

27. Величко Д.В. Экономическая оценка контактной и алюмино-термитной сварки рельсов //Актуальные проблемы современной науки: Сб. статей Международной научно-практ. конф. В 4-х частях; отв. ред. А.А. Сукиасян. 2013. С. 93 – 96.

28. Рукавчук Ю.П., Рождественский С.А., Этинген И.З. Дефектность стыков алюминотермитной сварки рельсов // Путь и путевое хозяйство. 2011. № 4. С. 26, 27.

Для цитирования:

Козырев Н.А., Усольцев А.А., Шевченко Р.А., Крюков Р.Е., Шишкин П.Е. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СВАРКИ РЕЛЬСОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2017;60(10):785-791. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-10-785-791

For citation:

Kozyrev N.A., Usol’tsev A.A., Shevchenko R.A., Kryukov R.E., Shishkin P.E. MODERN WELDING METHODS OF THE RAILS OF NEW GENERATION. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017;60(10):785-791. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-10-785-791


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.