Все о сварке

Алюминотермитная сварка рельсов


Алюминотермитная сварка

Процесс сварки рельсов можно осуществлять несколькими способами: электродуговой , газопрессовной, алюминотермитной сваркой. Последняя технология является наиболее популярной и считается очень эффективной, хотя метод контактного соединения также часто применяется. Алюминотермитная сварка рельсов предполагает использование специального прибора — воспламенителя. За счет однопорционного заряда увеличивается температурный режим (до 1000°С), который подходит для расплавления всех видов рельсов.

Сварка рельсовых стыков – процесс непростой, требующий максимальной концентрации и внимательности. Поскольку в материале полотна находится очень много углерода, то он считается трудносвариваемым металлом. Допуская недочеты в создании сварного шва рельсов, можно получить трещины на соединении. О том, в чем суть такого вида сварки рассмотрим в этой статье.

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.

Достоинства и недостатки

Алюминотермитная сварка рельс очень часто применяется на практике, ее широкая популярность обусловлена рядом плюсов, которые выделяются при использовании данного метода:

Несмотря на большое количество преимуществ, как и любые другие технологии, сварочные работы, основанные на применении алюминотермия, имеют свои недостатки, о которых нельзя не упомянуть:

Оборудование

Алюминотермитная сварка должна производиться только при наличии всех необходимых элементов: бочка, порошок, заглушка, форма, которая выполнена в соответствии с конфигурацией рельс, обмазочное вещество, необходимое для герметизации стыка, шлифовальная машинка, зубило, молоток, лопатка из металла (нужна для забора горящего шлака), горелка (посредством ее изначально надо разогреть металл).

Последовательность работ:

Подготовительный этап

Существенную роль в том, как сварить шов рельс, играет подготовка, которая предполагает следующие действия: возле стыка надо ослабить крепления рельс, а те которые расположены на участке соединения и вовсе надо снять. Далее при помощи горелки рельсы нагреваются, а также очищаются от ржавчины. На следующем этапе, при помощи клиньев, их надо выпрямить как горизонтально, так и вертикально. Ставить рельсы нужно соблюдая зазор в 2,5 мм, далее к ним подводится резак.

Выравнивание

Изначально надо избавиться от прокладок всех креплений, на их места устанавливаются клинья, используя молоток их нужно подогнать до требуемого состояния. Затем надо проверить насколько точно уложены рельсы, для этого используйте метровую линейку.

Установка

На этом этапе важно подобрать нужную герметичную форму, далее горелку надо поставить по середине на том участке, где предположительно появится шов. Также нужно выполнить и герметизацию зазоров, для этого форму надо максимально плотно прижать к шву, также здесь используется шпатель, который обеспечивает чистую грань между швом и песком.

Нагрев и сварка

Предварительный прогрев рельс производится горелкой при следующих параметрах: давление пропана – 1,5 бар, давление кислорода – 5 бар. Пламя подается на протяжение 1,5 – 2 минут. Когда прогрев завершен, горелка убирается, вставляется сердечник и поворачивается тигель. Затем на месте предполагаемого стыка устанавливается специальная бочка, наполненная зарядом. Для того, чтобы поджечь заряд применяет запал с высокой температурой, затем жидкий металл помещается в форму и выдерживается 4-5 минут.

Шлифовка и контроль качества

По окончанию процедуры, стык обрабатывается по краям до гладкого состояния: пока он горячий срезаются наплывы.

Далее, используя абразивные инструменты надо отшлифовать шов. Чтобы проверить качество нужны линейка и щуп. Важно, чтобы все было максимально прямолинейным. Качество шва проверяется по статичности изгиба, все осуществляется при помощи измерительных инструментов.

Выводы

Процесс алюминотермитной сварки достаточно безопасный. Лучше, чтобы работу выполнял сварщик с опытом. Выполняя такую технологию, как алюмотермитная сварка, соблюдайте правила эксплуатации железных дорог. Специалисты должны быть обязательно в спецодежде, защитных очках и перчатках.

svarkaed.ru

Способ алюминотермитной сварки рельсов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области сварки. Концы свариваемых рельсов размещают в разъемной форме с образованием зазора. Над формой устанавливают реакционный тигель с дополнительной емкостью, в которой находится присадочный металл. Указанную емкость предварительно нагревают до температуры 100-700°C, после чего в тигель загружают алюминотермитную смесь, нагревают концы рельсов и разъемную форму, поджигают алюминотермитную смесь. В результате экзотермической реакции алюминотермитной смеси нагревается емкость с присадочным металлом, который расплавляется, после чего через сливную горловину в нижней части емкости подается в форму, где заполняет сварочный зазор. Присадочный металл выдерживают до затвердевания и образования сварочного шва, после чего сварочный шов и околошовную зону охлаждают сначала струей сжатого воздуха до температуры 250-300°С, а затем - на воздухе, и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварочного шва. Соотношение массы G1 присадочного металла в дополнительной емкости и массы G2 алюминотермитной смеси в тигле выбирают в пределах G1/G2=0,1-0,6. Использование изобретения позволяет получать высокое качество сварочного шва и околошовной зоны рельса. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано, например, при ремонте рельсов железнодорожных путей.

Известен способ алюминотермитной сварки рельсов с промежуточным литьем (RU 2088390, В23К 23/00, 27.08.1997), согласно которому устанавливают концы рельсов на одном уровне с образованием между их торцами сварочного зазора, размещают вокруг концов рельсов разъемную форму, нагревают концы рельса и разъемную форму до 800-1000°С, заливают расплавленный металл в разъемную форму снизу вверх с подачей части расплавленного металла в среднюю часть сварного зазора после заполнения его нижней части разъемной формы. В конце заливки осуществляют дополнительный нагрев всего места сварки до температуры не ниже 800°С путем подачи последних порций расплавленного металла в пространство над головками концов рельсов. После затвердевания расплавленного металла удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва.

Известен также способ, принятый за прототип (RU 2163184, В23К 23/00, 20.02.2001), в котором устанавливают концы рельсов с образованием между их торцами сварочного зазора, размещают вокруг концов рельсов в зоне сварочного зазора разъемную форму, уплотняют место контакта разъемной формы с рельсами, устанавливают над формой реакционный тигель, заполненный алюминотермитной смесью, нагревают концы рельсов и разъемную форму до температуры в диапазоне 1000-1500°С, поджигают алюминотермитную смесь и разогревают ее до образования расплавленного металла, подают из реакционного тигля расплавленный металл в разъемную форму, дополнительно нагревают концы рельсов и залитый в сварочный зазор расплавленный металл до температуры не ниже 800°С в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму путем подачи последних порций расплавленного металла в пространство над головками рельсов, выдерживают расплавленный металл до затвердевания, после чего сварочный шов и область, близлежащую к нему, охлаждают струей сжатого воздуха до температуры 250-300°С, далее - на воздухе, удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварочного шва.

Недостатком известных способов является низкое качество получаемого сварочного шва вследствие его неоптимального химического состава и структуры, отрицательно влияющих на физико-механические характеристики и соответственно на эксплуатационные показатели, что обусловлено:

- невозможностью подготовки оптимального и постоянного состава металла, заливаемого в сварочный шов;

- попаданием в шов шлака;

- невозможностью введения в шов порошков, в частности, наночастиц, (например, карбидов, нитридов, карбонитридов переходных металлов), которые являются центрами кристаллизации при остывании расплава металла и которые улучшают структуру шва с соответствующим улучшением его физико-механических характеристик и эксплуатационных показателей вследствие химического взаимодействия с основными реагирующими компонентами (в первую очередь с окислами железа);

- низкой температурой металла, заливаемого в сварочный шов вследствие тепловых потерь в тигле и разъемной форме, что ведет к высокой его вязкости, а соответственно к получению дефектов в шве в виде шлаковых включений и газовых пузырей.

Задачей настоящего изобретения являются улучшения физико-механических характеристик сварочного шва и околошовной зоны рельса, в т.ч. твердости, пластичности и эксплуатационных показателей, таких как сопротивление износу и улучшение работы в условиях циклических нагрузок, которая решается путем существенного улучшения структуры металла в сварочном шве и околошовной зоне рельса.

Решение указанной задачи достигается тем, что устанавливают концы рельсов с образованием между их торцами сварочного зазора, размещают вокруг концов рельсов в зоне сварочного зазора разъемную форму, уплотняют формовочным материалом места контакта разъемной формы с рельсами, устанавливают над формой реакционный тигель и заполняют его алюминотермитной смесью, нагревают концы рельсов и разъемную форму, поджигают алюминотермитную смесь, подают в разъемную форму расплавленный присадочный металл и заполняют им сварочный зазор снизу вверх, выдерживают присадочный металл до затвердевания и образования сварного шва, после чего сварной шов и околошовную зону охлаждают сначала струей сжатого воздуха до температуры 250-300°С, а затем - на воздухе, и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварочного шва, при этом расплавленный присадочный металл получают из дополнительной емкости с присадочным металлом заданного химического состава, которую размещают в тигле до загрузки в него алюминотермитной смеси и нагревают до температуры 100-700°C, причем дополнительная емкость выполнена со сливной горловиной в нижней части, закрытой диафрагмой из расплавляемого материала, соотношение массы G1 присадочного металла в дополнительной емкости и массы G2 алюминотермитной смеси в тигле выбирают в пределах G1/G2=0,1-0,6, а металл и шлак из реакционного тигля удаляют в сборную емкость.

При необходимости возможно добавление порошков карбидов, карбонитридов или нитридов переходных металлов в присадочный металл, размещенный в дополнительной емкости, или в расплав присадочного металла перед его подачей в форму, а также нанопорошков карбидов, карбонитридов или нитридов переходных металлов с носителем-порошком металла в расплав присадочного металла перед его подачей в форму.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показан общий вид устройства, реализующего заявленный способ,

на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1,

на фиг. 3 показано выполнение тигля с теплообменником.

Способ алюминотермитной сварки рельсов осуществляется следующим образом. Так же, как и в прототипе (RU 2163184), концы рельса предварительно очищают от ржавчины, окалины, краски и жировых пленок при помощи металлической щетки и абразивных материалов или путем обжига кислородно-ацетиленовым пламенем с излишком кислорода. Устанавливают концы свариваемых рельсов с образованием сварочного зазора в разъемную форму. Место контакта формы с рельсом уплотняется формовочным материалом, в качестве которого может быть использован, например, материал на основе каолина и асбестовой ваты. Над формой устанавливается реакционный тигель. В тигле размещают дополнительную емкость с присадочным металлом и с отверстием в нижней части для слива расплавленного металла в форму. Емкость выполняется из термостойкого материала, например, графита, термостойкой керамики и т.п. со сливной горловиной в нижней части, закрытой диафрагмой из расплавляемого материала. Присадочный металл в емкости может быть в виде слитка или порошка требуемого состава, в т.ч. с легирующими элементами, например, карбидами, нитридами, карбонитридами переходных металлов, равномерно распределенными по объему слитка. Указанные порошки, а также нанопорошки карбидов, нитридов или карбонитридов переходных металлов с носителем-порошком металла возможно добавлять в расплав металла, вытекающего из тигля в форму.

Газовой горелкой нагревают концы рельсов и форму, а для увеличения температуры металла, заливаемого в форму, до загрузки в тигель алюминотермитной смеси нагревают дополнительную емкость с присадочным металлом до температуры 100-700°С, например, продуктами сгорания газовой горелки. Температура нагрева контролируется, например, термопарой. После этого в тигель засыпают алюминотермитную смесь и поджигают ее. Тепло, полученное в результате алюминотермитной реакции, нагревает дополнительную емкость с присадочным металлом. После его расплавления в емкости и нагрева до требуемой температуры присадочный металл заливается в форму и заполняет снизу вверх сварочный шов (аналогично прототипу), после чего выдерживают присадочный металл до затвердевания и образования сварного шва, а затем сварочный шов и околошовную зону охлаждают сначала струей сжатого воздуха до температуры 250-300°С, а затем - на воздухе, и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва. Металл и шлак из реакционного тигля удаляют в сборную емкость.

Соотношение массы G1 присадочного металла в дополнительной емкости и массы G2 алюминотермитной смеси в тигле выбирают в пределах G=G1/G2=0,1-0,6. При значениях G более 0,6 существенно снижается температура присадочного металла, заливаемого в сварочный зазор, с соответствующим ухудшением структуры металла шва. При значениях G менее 0,1 значительно увеличивается масса G2 алюминотермитной смеси, необходимой для осуществления технологического процесса, что влечет увеличение размеров тигля и удорожание процесса сварки.

Нагрев емкости с присадочным металлом ниже 100°С не обеспечивает получение требуемых структур металла в сварочном шве и околошовной зоне, а нагрев этой емкости более 700°С приводит к затруднениям в реализации процесса вследствие ограниченной термостойкости материалов тигля, литьевой формы и дополнительной емкости.

Предложенный способ может быть реализован, например, следующим устройством.

Устройство для алюминотермитной сварки рельсов (фиг. 1) состоит из тигля 1 с алюминотермитной смесью 2, установленного с помощью штанги 3 и держателя 4 с возможностью вращения вокруг штанги 3 и вертикального перемещения посредством направляющей с фиксатором 5 над разъемной формой 6, которая размещается вокруг сварочного зазора 7, образованного торцами свариваемых рельсов 8. В тигле 1 размещена дополнительная емкость 9 с присадочным металлом 10, которая имеет сливную горловину, где установлена диафрагма 11 из материала, который расплавляется при соответствующей температуре присадочного металла 10 в дополнительной емкости 9. В тигле 1 расположен штуцер 12 с клапаном 13 из термостойкого материала для слива металла и шлака, образующихся в результате алюминотермитной реакции, в сборную емкость 14. Соотношение максимального и минимального размеров D1/D2 поперечного сечения дополнительной емкости 9 составляет 1,0-10,0 (фиг. 2). Соотношение 1,0 соответствует поперечному сечению, например, в виде окружности или квадрата с минимальной поверхностью теплообмена между алюминотермитной смесью 2 и присадочным металлом 10 в дополнительной емкости 9, а соотношение 10,0 соответствует поперечному сечению например, в виде прямоугольника или эллипса, которое обеспечивает увеличение поверхности теплообмена между алюминотермитной смесью и присадочным металлом приблизительно в 2 раза с соответствующим увеличением скорости нагрева присадочного металла. Увеличение соотношения D1/D2 более 10,0 приводит к тому, что в точках с минимальным расстоянием между поверхностью тигля 1 и дополнительной емкостью 9 присадочный металл в дополнительной емкости не расплавляется.

На внешней поверхности дополнительной емкости 9 (фиг. 3) устанавливается теплообменник 15 с газовыми горелками 16 для нагрева присадочного металла 10 в дополнительной емкости 9 перед засыпанием алюминотермитной смеси 2 в тигель 1. Нагрев происходит посредством продуктов сгорания 17, которые образуются в горелках 16, например, пропаново-воздушных.

На штанге 5 может быть установлено средство для ввода нанопорошков 18 с носителем-порошком металла 19 большего размера, например, десятки микрометров, которые транспортируются газом 20 в струю 21 расплава присадочного металла, заливаемого в форму 6. Средство для ввода состоит из системы дозированной подачи 22 и узла ввода, например, сопла 23 (фиг. 1), имеющего возможность расположения под углом α=30-150° по отношению к направлению струи 21 расплава присадочного металла при его подаче в форму 6. Установка угла сопла 23 осуществляется посредством шарнира 24 и направляющих 25, 26, 27 с фиксаторами. При углах менее 30° и более 150° нанопорошки 18 с носителем-порошком металла 19 не проникают внутрь струи 21 расплава присадочного металла и соответственно не обеспечивается их равномерное распределение по всему расплаву присадочного металла.

Устройство для алюминотермитной сварки рельсов работает следующим образом. С помощью держателя 4 устанавливается тигель 1 с дополнительной емкостью 9, содержащей присадочный металл 10 в виде слитка или порошка, над разъемной формой 6, которая размещается вокруг сварочного зазора 7. Включаются горелки 16 теплообменника 15 и производится предварительный нагрев присадочного металла 10 в дополнительной емкости 9 до температуры 100-700°С. Температура металла контролируется термопарой 28. После удаления теплообменника 15 из тигля 1 в него засыпается алюминотермитная смесь 2 и поджигается. В результате экзотермической реакции тепло от алюминотермитной смеси 2 передается присадочному металлу 10 в дополнительной емкости 9, нагревает его и расплавляет. При достижении расплавом металла 10 требуемой температуры диафрагма 11 расплавляется, и расплав металла 10 заливается в разъемную форму 6 и соответственно в сварочный зазор 7. После чего выдерживают присадочный металл до затвердевания и образования сварного шва, а затем сварочный шов и околошовную зону охлаждают сначала струей сжатого воздуха (условно не показана) до температуры 250-300°С, а затем - на воздухе, и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва. После удаления металла 10 из дополнительной емкости 9 открывается клапан 13 тигля 1 и в сборную емкость 14 сливается металл и шлак, полученные в результате экзотермической реакции алюминотермитной смеси.

Средство ввода нанопорошков 18 с носителем-порошком металла 19 включается в момент начала подачи струи 21 расплава металла 10 в разъемную форму 6, и нанопорошки с порошком-носителем попадают в расплав металла 10, обеспечивая улучшенную структуру металла в шве. При предварительном введении соответствующих порошков в металл 10, например, в слиток или порошок, средство ввода нанопорошков 18 с носителем-порошком металла 19 не устанавливается.

Применение предлагаемых способа и устройства для алюминотермитной сварки рельсов позволяет получать высокое качество сварочного шва и околошовной зоны рельса, при этом структура металла в сварочном шве получается близкой к структуре металла рельса или лучше ее за счет введения в расплав металла, заливаемого в сварочный зазор заранее заданного строго определенного состава металла, в т.ч. легированного различными элементами, с наночастицами, с равномерным распределением всех элементов по объему заливаемого металла и соответственно в шве, что приводит к повышению физико-механических характеристик металла в шве и соответственно к высоким эксплуатационным характеристикам сварочного шва.

1. Способ алюминотермитной сварки рельсов, включающий установку концов рельсов с образованием между их торцами сварочного зазора, размещение вокруг концов рельсов в зоне сварочного зазора разъемной формы, уплотнение места контакта разъемной формы с рельсами, установку над формой реакционного тигля и его заполнение алюминотермитной смесью, нагревание концов рельсов и разъемной формы, поджигание алюминотермитной смеси, получение расплавленного присадочного металла, заполнение сварочного зазора расплавленным присадочным металлом снизу вверх, выдержку присадочного металла до затвердевания с образованием сварочного шва, после чего сварочный шов и околошовную зону охлаждают сначала струей сжатого воздуха до температуры 250-300°С, а затем - на воздухе, и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварочного шва, отличающийся тем, что до загрузки в тигель алюминотермитной смеси в нем размещают дополнительную емкость с присадочным металлом заданного химического состава и предварительно нагревают ее до температуры 100-700°C , причем используют дополнительную емкость со сливной горловиной в нижней части, закрытой диафрагмой из расплавляемого материала, при этом соотношение массы G1 присадочного металла в дополнительной емкости и массы G2 алюминотермитной смеси в тигле выбирают в пределах G1/G2=0,1-0,6, а металл и шлак из реакционного тигля удаляют в емкость для сбора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в присадочный металл, размещенный в дополнительной емкости, добавляют порошки карбидов, карбонитридов или нитридов переходных металлов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в расплав присадочного металла перед его подачей в форму добавляют порошки карбидов, карбонитридов или нитридов переходных металлов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в расплав присадочного металла перед его подачей в форму добавляют нанопорошки карбидов, карбонитридов или нитридов переходных металлов с носителем-порошком металла.

5. Устройство для алюминотермитной сварки рельсов, содержащее разъемную форму для установки вокруг сварочного зазора, образованного торцами свариваемых рельсов, тигель для размещения алюминотермитной смеси, установленный над разъемной формой, и диафрагму из расплавляемого материала, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной емкостью для размещения присадочного металла и теплообменником для нагрева дополнительной емкости с присадочным металлом, при этом дополнительная емкость установлена в тигле и выполнена со сливной горловиной в нижней части, в которой размещена упомянутая диафрагма, причем соотношение максимального и минимального размеров поперечного сечения дополнительной емкости составляет 1,0-10,0.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что тигель снабжен штуцером и клапаном для слива металла и шлака в сборную емкость.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно снабжено средством для ввода в струю присадочного металла нанопорошков с порошком-носителем металла, состоящим из системы дозированной подачи и узла ввода, выполненного в виде сопла с возможностью расположения под углом 30-150° к направлению струи присадочного металла при его подаче в форму.

www.findpatent.ru

Способы сварки рельсов (Электроконтактная, электродуговая, газопрессовая и алюмотермитная сварка), страница 4

          Геометрия стрелочных переводов такова, что применение в пути сварочных машин для электроконтактной сварки затруднено, поэтому для сварки стыков в зоне перевода применяется термитная сварка, выполняемая с использованием специальной оснастки.

          Стыки в пределах стрелочных переводов проектов 2726, 2728. 2750 и 2799 подлежат алюминотермитной сварке в соответствии с ТУ «Алюминотермитная сварка рельсов в пределах стрелочных переводов»  1997 г.

          Для погашения продольных температурных сил, возникающих в рельсовых плетях, стрелочные переводы отделяются от бесстыкового пути двумя парами уравнительных рельсов с каждой стороны перево­да. Это типовое решение, написанное в ТУ-2000, не может быть ис­пользовано на участках, примыкающих к сварным стрелочным пере­водам на скоростных линиях.           

           На базе Экспериментального кольца ВНИИЖТа проводились опытные работы с использованием алюминотермитной сварки рельсовых элементов типов Р65 и Р50, полигонные и эксплуатационные испытания стрелочных переводов со сварными стыками. Во время полигонных испытаний алюминотермитных сварных соединений здесь было пропущено около 310 млн. т груза брутто.

          Установленный гарантийный срок службы сварных стыков стрелочных переводов, выполненных алюми­нотермитным способом, для рельсов типа Р65 составляет 100 млн. т брутто пропущенного по ним груза, но не более трех лет со дня проведения сварочных работ.           

          Сварка стыков (кроме изолирующих) стрелоч­ных переводов, уложенных на деревянных или же­лезобетонных брусьях, в главных, приемо-отправочных, станционных и горочных путях применяется на железных дорогах Российской Федерации с 1996 г. В Департаменте пути и сооружений разра­ботаны и утверждены Технические условия на алюминотермитную сварку рельсов в пределах стре­лочных переводов.

          В настоящее время на Экспериментальном кольце продолжают совершенствовать технологии алюминотермитной сварки рельсовых элементов стрелочных переводов вместе с фирмами «Элект­ро-Термит» и «Рельтех». Алюминотермитная сварка внедряется в метрополитенах для соединения пу­тевых и контактного рельсов. В то же время про­водятся научные исследования, направленные на создание отечественной технологии и материалов для ее реализации.

         Преимущества сварных стыков, выполненных по данной технологии, такие как: высокие прочностные характеристики, однородность структуры стали, повышенная прямолинейность подтверждены актами ВНИИЖТ и актами проверок качества сварки стыков стрелочных переводов на линии С.Петербург-Москва.

          В основе алюминотермитной сварки лежит хи­мическая реакция, происходящая с большим вы­делением тепла между основными частями тер­митной порции (окись железа и высокочистый алюминий тонкого помола) после ее точечного поджига с кислородом. К основным составным частям добавляются частицы стали для демпфи­рования реакции, а также в зависимости от свари­ваемого материала различные легирующие до­бавки (С, Mn, Cr, V, Мо). В результате образуется сталь определенного качества для сварки и шлак.

          Алюминотермитная сварка осуществляется путем нагрева и расплавления свариваемых металлов теплом термитов порошкообразных горящих смесей металлов с окислами металлов, главным образом, алюминиевого термита (смесь 22 % алюминия и 78 % железной окалины).

          Алюминотермитная сварка рельсов состоит из следующих операций:

-  рихтовка зазора между свариваемыми торцами рельсов;

-  формовка места сварки при помощи огнеупор­ных материалов;

-  прогрев рельсов;

-  заливка термитной стали в форму;

-  выдержка стали в форме;

-  удаление сварочной формы;

-  обработка сварного шва;

-  прогрев шва;

-  шлифовка рельсов в зоне сварки.

          Алюминотермитная сварка рельсов может применяться для сваривания объемнозакаленных рельсов с рельсами, имеющими поверхностную закалку, или поверхностно закаленных рельсов между собой, а также с термически неупрочненными.  При этом применяется термит повышенной прочности марки 1200 (с временным сопротивлением литого металла 1200 кН/мм). При сварке термически неупрочненных рельсов применяется термит обычной прочности марки 900.

          Алюминотермитная сварка  производится  при  положительной температуре воздуха не ниже +5°С. При отрицательной температуре требуется дополнительный прогрев концов рельсов на длине 1м от стыка.

Рис. 7.6.  Термическая обработка стыка.

В таблице 7.3 приведены наименьшие приемочные значения показателей прочности и пластичности рельсов, сваренных термитом, при статическом поперечном изгибе. При испытании образцов рельсов, сваренных по технологиям фирм «Электро-Термит» и «Рельтех», минимальные значения разрушающей нагрузки и стрелы прогиба соответствуют или превышают наименьшие приемочные значения показателей прочности и пластичности.

Таблица 7.3.

Наименьшие значения прочности и пластичности рельсов, при статическом поперечном изгибе.

     Зона растяжения образцов на пролете 1 м.

Разрушающая нагрузка, кН, для рельсов типа

Стрела прогиба, мм, для рельсов типа

Р65

Р50

Р65

Р50

Подошва (нагружение на головку)

1500

1000

20

20

Головка (нагружение на подошву)

1250

850

15

15

vunivere.ru


Смотрите также