Сварка рельсов: способы и их основные особенности

Электродуговая сварка стыков рельсов

Сварка рельсов: способы и их основные особенности

Этот способ сварки из-за относительйо невысокой прочностной характеристики в трамвайных хозяйствах и на станционных путях железных дорог применяется редко. Преимуществом электродуго — вого способа сварки является то, что им можно сваривать рельсы в пути.

Стыки, свариваемое электродуговым способом, можно разде лить на две группы: 1) стыки с приваркой накладок и подкладок; 2) стыки, провариваемые по всему сечению рельсов (ванный спо­соб). Стыки первой группы из-за чрезвычайно низких прочностных показателей на железнодорожном транспорте не применяются, а в трамвайных путях используются редко.

Ванный способ ‘

Ванный способ сварки стыков рельсов разработан Московским опытным сварочным заводом.

Сварка производится на постоянном или переменном токе элек­тродами диаметром 5 мм. Питание осуществляется от стандартно — 76

0 электросварочного оборудования типа СТЭ-34; ПС-500; ПАС-400

1 т. д.

Применяемая сила тока 300—350 а. Для сварки используют ілектродьі марки УОНИ-ІЗ/55А с временным сопротивлением на — їлавленного металла 55 кгімм2.

В настоящее время в связи с появлением новых марок рельсо — )ой стали, обладающих повышенными прочностными данными, ре — сомендуется применять электроды УОНИ-13/85у с временным со-* іротивлением наплавленного металла.85 кг/мм2-

Сборку стыков под сварку, как правило, производят на шпа — іах. Концы рельсов обрезают по угольнику механическими сред­ствами или газом. После обрезки газом торцы рельсов необходи — ю очистить от окалины.

Стык должен быть выверен в вертикальной и горизонтальной плоскостях, после чего он возвышается на 1,0—1,5 мм на 1 пог. м.

Регулировку величины подъема стыка производят деревянными клиньями, а проверку—специальной стальной метровой линейкой с регулируемыми по длине штифтами на концах.

Зазор между свариваемыми рельсами должен быть 12—15 мм или 1,5 диаметра электрода с учетом толщины слоя обмазкь. .

Технологически сварку рельсового стыка можно разделить на две главные операции: сварку подошвы, сварку шейки и головки.

* Сварку подошвы производят на остающейся (стальной) или съемной медной пластинке. Длина этой пластинки на 20 мм больше ширины подошвы рельса, а ширина пластинки 40 мм.

Используется несколько вариантов таких пластинок:

1) стальная (Ст. 3) толщиной 5—6 мм; пластинку укладывают под стык и плотно поджимают;

2) комбинированная, под стык укладывают стальную пластин­ку толщиной 2 мм, а под нее медную подкладку;

3) медную пластинку с канавкой, заполняемой несколькими огарками электродов УОНИ-13/55 А, поджимают непосредственно под стык.

Лучшие результаты дает применение медной и комбинирован­ной пластинок. *

Подошва рельса—наиболее чувствительное место сварного стыка, где особенно ярко проявляются низкое качество наплавлен­ного металла и другие погрешности сварки.

При ванном способе сварки рчень важно удержать в межсты­ковом зазоре жидкий наплавленный металл и шлак. Для этого применяют специальные медные формы многократного пользова­ния: нижние — для сварки подошвы и боковые — для сварки шей­ки и головки.

Снаружи формы имеют прямоугольную кбйфигурацию. Внут­ренний контур их соответствует форме того участка рельса, с ко­торым они сопрягаются. По оси формы имеется выемка, которая при сварке заполняется жидким наплавленным металлом с обра­зованием усиления стыка.

При установке форм их ось совмещают с зазором стыка, а бо­ковые формы, кроме того, еще и фиксируют струбциной.

Зазор в местах сопряжения форм с поверхностью рельсов не должен превышать 1 мм. В противном случае края форм необхо­димо обмазать огнеупорной глиной. Сваривая подошву, шов начи­нают с края пластинки и, совершая колебательные движения по­перек зазора стыка, ведут его к другому концу, тщательно прова­ривая углы между торцами рельсов и пластинкой.

Второй шов следует накладывать в противоположном напраї лении, начиная его также от края пластинки.

При выполнении следующих проходов нужно внимательно на­блюдать за тем, чтобы жидкая ванна расплавленного металла рас­полагалась по всей длине подошвы.

В процессе сварки колебательные движения электродом нужно совершать быстро. Закончить сварку подошвы следует в центре стыка, благодаря чему шов получается с уклоном от центра к краям, что соответствует профилю рельсов-

В подошве стыка сварной шов должен иметь усиление в 2—3 мм, а края подошвы — перекрываться плавным швом.

Поверхность шва после заварки подошвы нужно очистить от шлака.

После установки боковых форм следует немедленно начинать последующую сварку, чтобы не допустить значительного охлажде­ния стыка.

Сварочная дуга возбуждается в месте окончания сварки по­дошвы, т. е. у основания шейки, и ведется, непрерывно заполняя наплавленным металлом весь зазор.

Заканчивая сварку стыка, на поверхности катания необходимо наплавить прибыльную часть толщиной 4—5 мм, которая компен­сирует усадку при кристаллизации стыка.

После -сварки, когда стык еще имеет красный цвет, поверх­ность его следует уплотнить проковкой.

Недостатками ванного способа сварки являются горячие тре­щины и непровар. Горячие трещины иногда появляются при сварке рельсов из бессемеровской стали, содержащей повышенное коли­чество вредных примесей—серы, фосфора, азота. Эти же дефекты могут быть при ускорении процессов сварки рельсов тяжелых ти­пов.

Непровар и шлаковые включения, наоборот, получаются при замедленных скоростях сварки-

Если обнаружены какие-либо дефекты, последующую подвар­ку можно производить при температуре стыка не менее 300°.

Источник: http://hssco.ru/elektrodugovaya-svarka-stykov-relsov/

Сварка рельсов

При работах с крановыми установками и выполнении монтажа  железнодорожного полотна возникает необходимость соединения и сварки рельсов.

В данном случае используется специальная технология, которая обеспечивает особую прочность соединения и устойчивость к повышенным нагрузкам.

Необходимо сказать, что такие работы относятся к отдельной категории сварочных работ, об особенности которых мы и расскажем в этой статье.

Сварка может выполняться следующими технологиями:

  • Термитная.
  • Электродуговая.
  • Газопрессовая сварка.

Каждая из этих технологий имеет свои определенные недостатки и преимущества. Поговорим поподробнее о таких способах сварки.

Электродуговая сварка стыков рельсов

На сегодняшний день данная технология получила наибольшее распространение, что объясняется простотой оборудования, легкостью самой работой и качеством выполненного соединения.

При выполнении сварочных работ рельсы укладываются в нужном положении, после чего имеющееся между стыками послойно пространство заполняется сварочным материалом. Расплавление сварочного материала обеспечивается за счет высоких температур дугового разряда.

При необходимости сварки торцов рельсов используется переменный ток от трансформатора. Также возможно использование мобильных сварочных аппаратов, работающих от постоянного тока.

При использовании электродуговой технологии возможно выполнение сварка рельсовых стыков ванным методом, при котором рельсы, обрезанные перпендикулярно своей оси, монтируются внутри ванны. В ванне проводится их качественное сваривание друг с другом. При данном методе сварки рельсы закрепляются с зазором не более 16 миллиметров. Возвышение профиля может колебаться в диапазоне 3-5 миллиметров.

При использовании ванного метода между торцов располагают электрод, по которому подается электрический ток мощностью порядка 350 Ампер.

Электрод  быстро заполняет зазор между соединяемыми рельсами, равномерно распределяя расплавленный материал по всему сечению.

Данный метод исключает растекание металла, при этом обеспечивается максимально качественное закрытие зазора между соединенными металлическими элементами. После завершения сварки необходимо будет зашлифовать соединительный шов по периметру.

Алюминотермитная сварка рельсов

Метод термитной сварки основывается на свойстве окиси алюминия и железа вступать  друг с другом в реакцию при высоких температурах. Такую термитную сварку также называют алюминотермитной технологией.

  Для выполнения такой сварки используется устойчивая к высоким температурам форма, которая по своему внешнему виду идентична геометрии рельсов.

Такая форма должна выдерживать температуру больше  2000 градусов, при которой возникает контакт алюминия и железа.

Открыта данная технология сварки еще в конце 19 века. Однако по причине ее технологической сложности распространение она получила лишь относительно недавно.

Основные трудности при выполнении такой термитной сварки заключаются в том, что реакция окиси алюминия и железа возникает лишь при температурах в несколько тысяч градусов.

Соответственно требовалось нагреть до таких экстремальных температур, как сами рельсы, так и использовать соответствующую форму, способную не расплавляться и сохранять свою геометрию.

Для соединения металлов необходимо поджечь термитную смесь, которая быстро выгорает с образованием высокой температуры. Такая термитная порция содержит не только окиси алюминия и железа, но и разнообразные легирующие добавки.

Такие добавки необходимы для получения максимально прочного соединения с нужными параметрами устойчивости к механическим воздействиям. Во время такой температурной реакции происходит послойное разделение легкого шлака и жидкой стали.

Шлак при этом оказывается сверху и в последующем с легкостью удаляется из соединения.

Термитный способ сварки рельсов позволяет соединять объемно-закаленные и поверхностно-закаленные материалы. Необходимо сказать, что при помощи подобной технологии обеспечивается прочное и долговечное соединение, поэтому термитный способ сварки нашел применение при изготовлении безстыковых высокоскоростных железнодорожных магистралей.

Газопрессовая технология

Эта оригинальная технология соединения рельсов подразумевает использование температуры ниже точки плавления, однако за счет воздействия высокого давления обеспечивается качественное соединение рельсов. Из преимуществ данной технологии сварки можно отметить следующее:

  • Отличные показатели качества выполненного соединения.
  • Однородная структура стыка железнодорожного покрытия.
  • Высокая производительность.
  • Минимальный расход наплавляемых материалов.

Такая газопрессовая сварка широко применяется при соединении тяжелых железнодорожных рельсов. При выполнении используется специальное оборудование, которое позволяет обеспечить максимально высокое давление соединяемых рельсов.

Металлические изделия плотно прижимаются друг к другу, после чего при помощи специальной струбцины концы нагреваются, а  за счет высокого давления рельсы соединяются друг с другом. В процессе такой работы необходимо обеспечить промывку свариваемых элементов треххлористым углеродом.

Это позволяет обеспечить соединение металлических элементов на молекулярном уровне.

Показатели рабочей температуры при газопрессовой технологии составляют порядка 1200 градусов. Для такой работы используются многопламенные горелки и мощные гидравлические прессы.

Для качественного разогрева места соединения используют многопламенные горелки, осуществляющие в области сварного стыка многочисленные колебания, что и позволяет качественно разогреть металл.

Гидравлический пресс, используемый для соединения рельсов, обеспечивает давление в 13 тонн и более. Усадка рельсов при их соединении данной технологией составляет около 20 миллиметров.

Заключение

Существующие в настоящее время технологии позволяют получить долговечное, надежное и устойчивое к механическим нагрузкам соединение.

Читайте также:  Сварочный полуавтомат своими руками: схема...

Выбор той или иной технологии выполняется в зависимости от доступного оборудования и конкретных разновидностей соединяемых рельсов.

Необходимо сказать, что качественный выбор такого используемого оборудования и следование всей технологии работ позволит вам гарантировать качественно выполненную сварку рельсов.

Источник: http://svarkagid.com/svarka-relsov/

Наилучший путь сварки и восстановления железнодорожных путей

Ремонт и техническое обслуживание железнодорожных путей.
Степень износа зависит от типа рельса, интенсивности движения, нагрузки и скорости движения. Надлежащий технический надзор и обслуживание повышает безопасность движения, продлевает срок службы рельсов и подвижного состава, уменьшает износ и возможности аварий железнодорожной системы.

Качество рельсов

Различные железнодорожные организации предъявляют различные требования к качеству используемых рельсов в зависимости от осевой нагрузки, интенсивности движения, скорости и так далее.

Основные типы железнодорожных рельсов, используемых различными компаниями, химический состав металла, его механические характеристики и свариваемость представлены в следующей таблице. Железнодорожные рельсы выпускаются четырех типов. В основном для их производства используется марганцевая сталь.

Тип рельсов подбирается в зависимости от требуемой износостойкости. Марганцевые стали также используются для изготовления сложных стрелочных съездов железнодорожных путей, для соединения часто используется электрошлаковая сварка. Стрелочные съезды являются наиболее быстро изнашиваемыми элементами железнодорожных путей.

В настоящее время для производства рельс очень часто используется aустенитная марганцевая сталь, обладающая высокой износостойкостью и стойкостью к воздействию ударных нагрузок, однако и такие рельсы требуют соответствующего технического обслуживания и ремонта.

ESAB программа сварки железнодорожных рельс

ESAB всегда тесно сотрудничает с потенциальными пользователями, решая различные технические вопросы, поэтому работая вместе с Banverket (Шведская Национальная Железная Дорога) были созданы ряд сварочных аппаратов и сварочных материалов, которые идеально подходят для ремонтных работ железнодорожных рельсов.

ESAB сварочные материалы были разработаны, руководствуясь принципом, что они должны быть годны, и предназначены для самого широкого возможного диапазона ремонтных работ и технического обслуживания, независимо от условий эксплуатации железнодорожных путей: интенсивности движения, скорости и возможных нагрузок. Для удобства пользователя выбор сварочных материалов и режимов сварки упрощен, а влияние ошибок минимизировано.

Фирма ESAB для сварки рельсов предлагает: A. Сварочные материалы: для сварки восстановления наплавки.Б. Сварочные аппараты: для наружных работ, для работ в цеховых условиях.

Сорта рельсов

Тип рельсовХимический составПредел прочности, МРа
% C % Mn % Si % Cr
Banveket 800 0,50-0,65 0,80-1,2 0,15-0,5 ?780
U IC 860 700 0,40-0,60 0,80-1,25 0,05-0,35 680-830
Tип 900 A 0,6-0,80 0,8-1,30 0,1-0,5 880-1030
Tип 900 B 0,55-0,75 1,3-1,7 0,10-0,5 880-1030
Tип 1100 0,60-0,82 0,8-1,3 0,3-0,9 0,8-1,3 ?1080
UIC 866
Aустенитная – марганцевая сталь 0,9-1,3 ноя.14 0,4  670

Наплавка или соединение – полагайтесь на ESAB

Философия ESAB заключается в снабжении клиентов такими изделиями, которые были бы полностью приспособлены к потребностям наших клиентов и отвечали их требованиям. Научно исследовательские центры фирмы ESAB расположены в Швеции, Великобритании и Нидерландах.

В этих центрах проводятся различные испытания и совершенствование новой продукции и разрабатываемых технологий, используя научный потенциал, опыт персонала и уникальное оборудование. Основная цель фирмы ESAB состоит не только в том, чтобы снабдить клиентов сварочным оборудованием и сварочными материалами, но также обеспечивать полное решение любых проблем сварки.

Ручная дуговая сварка, самый старый и наиболее распространенный метод сварки для восстановления рельсов. Однако он до сих пор незаменим из-за своих многосторонних возможностей применения, простоты в использовании и низких инвестиционных затрат.

Однако в настоящее время требуется увеличивать производительность сварки. ESAB выпускает специальные сорта самозащитных порошковых проволок, которые отвечают этим требованиям.

Эти порошковые проволоки пригодны для наружных работ и гарантируют очень хорошее качество сварных соединений, выполненных механизированной сваркой.

ESAB сварочные материалы в зависимости от области применения и назначения делятся на следующие группы:

Стрелочные переводы

Перевод железнодорожных вагонов на другие пути управляется с помощью стрелочных переводов. Силы, возникающие между ребордами колесной пары железнодорожного вагона и деталями стрелочного перевода, являются причиной износа стрелочных переводов.

Одновременно изнашиваются состыкованные со стрелочным переводом железнодорожные рельсы и колесные пары вагонов.

Материалы для ремонта стрелочных переводов

Ручная дуговая сварка OK 83.28

Автоматизированная сварка под флюсом OK Tubrod 15.43

Сварка стыков

Непрерывный, сваренный на стыках рельс, меньше изнашивается, потому концы рельсов на стыках не деформируются и движение железнодорожного состава становится более равномерным. Для сварки стыков используется ручная сварка с использованием подложки. Данным методом сварки, полученные сварные соединения обладают повышенной износостойкостью.

Износостойкость сварного соединения во многом зависит от используемой в процессе сварки подложки. Использование этого метода сварки обеспечивает равномерный переход между сварным швом и концами рельсов на их стыке.

Материалы для сварки стыков рельс ОК 83.28, OK 74.78, OK подложка 21.21

Концы рельс

Деформация концов рельс вызвана действующими нагрузками. При значительном зазоре между концами рельс их износ становится более значительным. В свою очередь степень износа и деформации путей влияет на износ колесных пар железнодорожного состава. Несвоевременный ремонт изношенных рельс ухудшает характеристики движения, техническое состояние путей и безопасность движения.

Материалы для ремонта

Ручная дуговая сварка OK 74.78, OK 83.28

Автоматизированная сварка под флюсом

OK Tubrod 15.41, OK Tubrod 15.43

Pельсы

Наиболее опасными дефектами и повреждениями рельс являются трещины различных размеров, которые вызваны деформацией и усталостью, трением и сопутствующим износом. При обнаружении данных дефектов ремонт рельс должен быть выполнен незамедлительно.

Материалы для ремонта:

Ручная дуговая сварка OK 74.78, OK 83.28

Автоматизированная сварка под флюсом: OK Tubrod 15.41, OK Tubrod 15.43

Путевые пересечения

Основное требование, которое предъявляется к путевым пересечениям – хорошая сопротивляемость ударным нагрузкам при воздействии колесных пар железнодорожных вагонов.

Углеродистая марганцевая сталь

Путевые пересечения обычно изготавливаются из углеродистой марганцевой стали. Из-за уменьшенной износостойкости детали, изготовленные из данной стали, требуют более внимательного технического надзора и частого ремонта, чем изготовленные из aустенитной марганцевой стали.

Материалы для ремонта

Ручная дуговая сварка OK 74.78, OK83.28

Автоматизированная сварка под флюсом: OK Tubrod 15.41, OK Tubrod 15.43

Aустенитная марганцевая сталь

Данная сталь широко используется для производства путевых пересечений, и это объясняется ее повышенной сопротивляемостью ударным нагрузкам.

Однако при производстве путевых пересечений возникают некоторые проблемы из0за относительно сложной формы данных изделий. Многие производственные дефекты проявляются в процессе эксплуатации, после того как имел место значительный износ конструкции.

Сварочное оборудование предназначенное для восстановления железнодорожных путей.

Сварочные генераторы KHH DSS и KHH 400 LDSS предназначены для наружных работ. Это тиристорные сварочные генераторы, ток сварки может регулироваться в пределах 300 – 450 А при режиме работы 35 %.

Напряжение холостого хода 70 V может быть увеличено, способствуя улучшению сварочных характеристик. КНН 400 DSS/LDSS снабжены отдельными одно или трехфазными выходами, соответственно мощностью 10 или 15 кВт. КНН 400 DSS снабжен 3 цилиндровым дизельным двигателем Deutz, а КНН LDSS снабжен 4 цилиндровымдизельным двигателем Deutz.

LUA 400 – инвентарный источник питания

LUA 400 – идеальный инверторный источник питания, предназначенный для восстановления рельс и других работ технического обслуживания. Это легкий, переносной, универсальный, быстро настраиваемый источник питания, который может использоваться для сварки следующими методами: MMA, MIG/MAG или TIG.

Этот источник обладает превосходными сварочными характеристиками, очень надежен и гарантирует стабильное возбуждение дуги, небольшое разбрызгивание, устойчивое горение дуги. Современная электроника управляет сварочным процессом. Пределы регулирования тока сварки 300 – 400 А, напряжение холостого хода 650, 75 V.

Номинальный ток сварки 400 А при режиме работы 35 %. Railtrac BV – программируемый аппарат для ремонта и наплавки рельсов Railtrac BV – программируемый сварочный аппарат, предназначенный для механизированной сварки и наплавки порошковой проволокой различных профилей рельса.

Оборудование может легко быть собрано, все операции запрограммированы и управляемы одним человеком. Система состоит из двух зажимов, алюминиевой рамы в направляющих, сварочного трактора, сварочной головки, блока контроля и пульта дистанционного управления. В зависимости от требуемой толщины наплавленного слоя металла могут использоваться различные программы управления процессом сварки.

Основные характеристики Railtrac BV: скорость сварки 200500 мм/ мин, ширина поперечных колебаний электрода 1 085 мм, максимальная эффективная длина сварного шва 1,400 мм.

Сварочные процессы

Процесс MMA или ручная дуговая сварка успешно применяется в течение множества лет и будет использоваться в дальнейшем благодаря его универсальности. Однако в настоящее время требуется увеличивать производительность технического обслуживания и ремонтных работ железнодорожных путей.

Применение специальных самозащитных порошковых проволок позволяет быстрее выполнять сварку элементов железнодорожных путей при более низкой стоимости работ. Используя дефектов, так как уменьшатся число сварочных проходов и рестартов.

Процедуры сварки

Применяемые для данных работ различные процедуры сварки и сварочные технологии были испытаны и подтверждены долголетней практикой. Строгое соблюдение сварочных процедур и использование соответствующих сварочных материалов гарантирует качественный ремонт.

При восстановлении железнодорожных рельс из самозакаливающейся C0Mn стали, особое внимание должно быть уделено предварительному подогреву изделия, контролю температуры между сварочными проходами и в процессе охлаждения.

При восстановлении изделий из марганцевой стали, в составе которых обычно имеется 11015 % Mn, имеются свои технологические особенности. Данные стали могут быть легко идентифицированы, поскольку они немагнитны. Эти стали склонны к растрескиванию, если были подвергнуты нагреву выше температуры 200°С.

Упомянутых требований и особенностей проведения сварочных работ надо придерживаться при восстановлении конструкций из данных видов стали, хотя механизм и тип износа конструкций может отличаться.

Экономика

Ремонт железнодорожных путей и замена компонентов требуют значительных финансовых затрат. Однако стоимость данных работ можно значительно уменьшить, используя экономичный ремонт с помощью сварки.

Восстанавливая отдельные элементы железнодорожных путей существенно увеличивается их срок службы при более низких затратах на ремонт, по сравнению с затратами при замене изношенных компонентов новыми. Например, восстановление пересечений путей с помощью сварки составляет только 20 % от стоимости их замены новыми.

Читайте также:  Пайка радиодеталей, нюансы в монтаже радиоэлементов

Пока ручная дуговая сварка будет и в дальнейшем широко использоваться. Однако сварка MIG/MAG методами с использованием различных сварочных проволок все чаще применяемый метод сварки для восстановления железнодорожных путей.

Данный полуавтоматический метод сварки при использовании самозащитных порошковых проволок обладает значительными экономическими преимуществами, которые обеспечиваются высокой скоростью сварки и уменьшением трудовых затрат.

Производство длинных рельсов

Автоматические ESAB сварочные машины для стыковой сварки рельсов отвечают высоким требованиям безопасности, которые предъявляются ведущими железнодорожными компаниями и контролирующими организациями.

Уникальное микропроцессорное управление процессом сварки позволяет достигнуть выдающихся результатов.

Управление процессом осуществляется с помощью компьютера, поэтому основные параметры процесса сварки, то есть изменения тока сварки, скорости и силы сжатия в течении времени, фиксируются компьютером в течение процесса сварки и могут быть показаны на экране или напечатаны в виде диаграмм после сварки.

Источник: http://nisa.net.ua/spip.php?article61

Перспективное развитие железных дорог требует создания скоростных магистралей. Решение этой задачи выдвигает новые требования к верхнему строению пути, в том числе связанные с ликвидацией стыков рельсов на всем протяжении пути, включая стрелочные переводы. Для этих целей безальтернативной и обеспечивающей хорошее качество сварного шва является алюминотермитная сварка. 

Применение ее в России для первых сварочных работ по соединению рельсового полотна в 1915 году — для трамвайных рельсов, в 1925 году — для железнодорожных, позволило выполнить сварной шов одновременно по всему поперечному сечению рельса и получить достаточно высокое для того времени качество.

Однако внедрение на железнодорожном транспорте стыковой контактной сварки, хорошо зарекомендовавшей себя при получении длинных рельсовых плетей в стационарных условиях и на перегонах, сильно сузила круг ее применения в Советском Союзе. Но времена изменяются и «забытое старое» вновь становится «новым».

В странах западной Европы и Америке этот способ завоевал очень большую популярность — им сваривают стыки не только в районе стрелочных переводов, но и на перегонах основного пути.

Рельсовый стык представляет собой место, в котором происходит “разрыв” рельсовой нити, что, несмотря на стыковые накладки, уменьшает жесткость и увеличивает просадки. Это приводит к тому, что при движении подвижного состава через стык происходит удар колеса о головку принимающего конца рельса.

Толчки и удары в стыках приводят к интенсивному износу как ходовых частей подвижного состава, так и самих рельсов. В результате ударов колеса о набегающий рельс происходят смятие и сколы головки рельсов в зоне стыка на расстоянии 60 — 80 мм от стыкового зазора, изломы рельсов по болтовым отверстиям, изломы накладок и стыковых болтов.

Бесстыковой путь лишен указанных недостатков и, кроме того, имеет ряд преимуществ:

на 30 — 40% уменьшаются затраты на текущее содержание пути,

на 8 — 10% снижается основное удельное сопротивление движению поездов и в связи с этим экономится топливо и электроэнергия на тягу,

увеличиваются сроки службы верхнего строения пути, а также подвижного состава за счет снижения количества ударов колес вагонов и локомотивов в месте стыка рельсовых плетей,

улучшаются условия комфортабельности проезда пассажиров,

повышается надежность работы электрических рельсовых цепей автоблокировки и т.п.

Благодаря этим и другим преимуществам бесстыковой вариант верхнего строения пути стал основным на главных линиях во всем мире.

Сварные швы в вагонах, локомотивах, рельсах и машинах различного назначения, применяемых на транспорте, являются наиболее повреждаемыми местами в процессе эксплуатации. Это связано с характерными особенностями сварных соединений.

В сварном шве и околошовной зоне после сварки изменяются механические свойства, образуются остаточные растягивающие напряжения, близкие к пределу текучести материала, а сам сварной шов, кроме того, является концентратором напряжений.

В ряде случаев при выборе того или иного способа сварки руководствуются лишь его производительностью и стоимостью выполняемых работ, что приводит к появлению в ответственных конструкциях сварных соединений низкого качества.

На получение качественного сварного соединения большое влияние оказывает свариваемость материала, из которого изготовлены соединяемые детали. Свариваемость — комплексная характеристика металла, характеризующая его реакцию на физико­химическое воздействие процесса сварки и способность образовывать сварное соединение, отвечающее заданным эксплуатационным требованиям.

Если для деталей из хорошо сваривающихся материалов качественное сварное соединение получается при любом способе сварки, то для деталей из удовлетворительно сваривающихся материалов требуется усложнение технологии или применение специального способа, как правило, более сложного и дорогого.

Еще большие проблемы возникают при сварке деталей из плохо сваривающихся материалов. Для получения качественного сварного соединения из таких материалов необходимо существенно усложнить технологию сварки и строго ее соблюдать.

К сожалению не все об этом знают и, принимая решение о внедрении сварной конструкции в производство, часто не уделяют достаточного внимания технологии ее изготовления и ремонта.

Рельсовая сталь содержит большое количество углерода (0,69­0,82%) и относится к группе плохо сваривающихся материалов, которые при сварке склонны к образованию трещин. Трещины в таких конструктивных элементах как рельсы недопустимы, т.к., являясь концентраторами напряжений, могут в любой момент привести к разрушению стыка и крушению.

В настоящее время стыковая сварка рельсов осуществляется двумя видами: стыковая контактная сварка и сварка алюминотермитным способом.

При изготовлении в стационарных условиях на рельсосварочных предприятиях рельсовых плетей длиной 650­800  м контактная сварка позволяет получать хорошее качество сварных стыков при высокой производительности и достаточно низкой себестоимости.

Несмотря на широкое распространение, стыковая контактная сварка имеет ряд недостатков и ограничений при проведении ремонтных работ рельсового пути:

необходимы дорогостоящие путевые рельсосварочные машины,

продолжительные окна для их доставки на место сварки и последующей эвакуации,

требуется достаточно большая бригада рабочих,

дефицит рабочего времени в ряде случаев заставляет нарушать технологический процесс, что приводит к получению сварного стыка невысокого качества,

невозможность сварки стыков в районе стрелочных переводов.

Алюминотермитная сварка рельсов имеет ряд преимуществ перед стыковой контактной сваркой при использовании путевых рельсосварочных машин: она не требует сложного дорогостоящего оборудования, большого количества рабочих, продолжительных перерывов в движении поездов.

Непосредственно процесс сварки термитом рельсового стыка занимает 28–30 секунд, а вместе с подготовкой и этапом окончательной обработки сварного шва — не более 45 минут.

Причем на одном стрелочном переводе одновременно может выполняться сварка нескольких стыков, что сокращает общее время выполняемых работ. Заварку стыка рельсов выполняет бригада из трех человек, обучение которых осуществляется в короткие сроки. Общий вес используемого оборудования не превышает 350–400 кг.

При выполнении сварки и сопутствующих технологических операций используются автономные источники энергии. Для проведения алюминотермитной сварки рельсов был разработан специальный комплект малогабаритного переносного оборудования, способного работать автономно в полевых условиях.

Подобраны состав и зернистость термитной смеси, что обеспечивает протекание термитной реакции без взрывов и затухания с наиболее благоприятной скоростью и требуемой температурой продуктов реакции.

Термитная сварка основана на процессе выделения большого количества теплоты, проходящем при сгорании термита — особой смеси, состоящей из порошкообразного металлического алюминия, окислов железа и специальных добавок, улучшающих термитный металл. Получаемая теплота (при сгорании термита развивается температура до 3000°С) используется для получения термитного металла и расплавления им кромок свариваемых частей изделия.

Процесс алюминотермитной сварки включает две основные технологические операции: предварительный высокотемпературный подогрев и непосредственно сварку рельсов. Подогрев производится специальной многопламенной горелкой на протяжении 7–9 минут.

Момент завершения этапа предварительного подогрева контролируется визуально и поэтому зависит от квалификации сварщика, выполняющего подогрев. Проведение предварительного высокотемпературного подогрева является важной технологической особенностью алюминотермитной сварки рельсов, т.к.

исключает несплавления, образование закалочных структур, уменьшает величину остаточных напряжений в сварном шве и околошовной зоне и предотвращает образование трещин.

После этапа подогрева следует этап сварки, на котором производится воспламенение термитной смеси, протекает реакция горения термита и происходит автоматический выпуск расплавленного термитного металла в межстыковой зазор рельсов.

В результате многочисленных экспериментальных исследований было установлено, что основными технологическими параметрами, оказывающими влияние на качество получаемого сварного соединения, являются: длительность предварительного подогрева и тепловая мощность газового пламени.

Как и при любом виде сварки, технология алюминотермитной сварки должна строго соблюдаться.

Это связано с тем, что локальный неравномерный разогрев металла до высоких температур приводит к образованию в месте нагрева значительных остаточных напряжений, являющихся одной из основных причин зарождения и развития трещин.

Для повышения трещиностойкости в технологическом процессе сварки рельсов предусмотрены специальные операции, позволяющие понизить уровень остаточных напряжений, повысить прочность сварного стыка и его работоспособность.

Для получения бесстыкового пути алюминотермитным способом могут быть использованы как новые, так и старогодные рельсы, термически упрочненные и не упрочненные, мартеновского и бессемеровского производства, предназначенные для укладки на станционных, подъезд­ных и прочих железнодорожных путях, в том числе стрелочных переводах. Однако рельсы, подлежащие сварке между собой, должны быть одного типа и одинаковой группы годности.

Путевая рельсосварочная самоходная машина (ПРСМ-3, рис. 13.24) предназначена для сварки стыков рельсов контактным способом.

Сваривать можно рельсы, по которым передвигается машина, а также распо­ложенные сбоку от пути на расстоянии до 600 мм от него.

Машина обеспечи­вает выезд самоходом к месту сварочных работ и передвижение в процессе свар­ки от стыка к стыку с прицепным составом массой до 40 т.

Рис 13.

24 – Машина ПРСМ-3: рама – 1; типовой четырехос­ной платформы с тележками – 2, металлоконструкция качающих­ся рам – 3, электротали – 4, сварочные машины – 5, кузов – 6, шкафы с электрооборудованием – 7, насосные станции – 8, охаждающий агрегат 9, топливный бак – 10, , пуско-регулирующие сопротивления – 11, дизель-генераторная установка – 12, аккуму­ляторная батарея – 13, кабина управления 14, пульт управления  – 15. компрессорная установка 16, лебедки – 17.

Читайте также:  Термическая сварка. сущность термитной сварки.

Не доезжая 5—10 м до стыка, подлежащего сварке, машину останавли­вают и переключают управление из кабины машиниста на выносной пульт Управление машиной при следовании по перегону осуществляется из ка­бины машиниста, а при передвижении от стыка к стыку в процессе сварки — с выносного пульта.

Питание электроэнергией тяговых двигателей, сварочного и вспомога­тельного оборудования производится от силовой установки, состоящей из ди­зеля 1Д12В мощностью 300 л. с. (220 кВт) и генератора переменного тока мощ­ностью 200 кВт.

Электроэнергия от дизель-генератора передается через вы­прямительную установку на тяговые электродвигатели постоянного тока.

Крутящий момент от электродвигателей к приводным колесным парам переда­ется посредством карданного соединения и осевого редуктора.

Тормоза на машине колодочные, аналогичные МПД. Управление тормоза­ми самой машины осуществляется прямодействующим тормозом, а тормозами прицепного состава — краном машиниста. При сварочных работах торможение машины автоматическое, а для отпуска тормоза требуется нажатие кнопки на выносном пульте.

Ручной тормоз предназначен для затормаживания машины на стоянке и приводится в действие раздельно на каждой ходовой тележке штур­валами. Для питания сжатым воздухом пневматической системы предусмотре­на мотор-компрессорная установка.

Машина оборудована скоростемером, све­товой и звуковой сигнализацией, а кабина машиниста — отоплением, венти­ляцией и стеклоочистителями. Сварку можно производить как одним, так и двумя сварочными агрегатами (головками). Для подъема и опускания послед­них предусмотрены электротали.

Рельсы, подлежащие сварке, подтягивают лебедками, установленными под рамой с двух сторон машины и имеющими ка­наты длиной 35 м с рельсовыми захватами на концах.

При движении машиной управляет машинист и его, после чего машину подводят к стыкам рельсов, подлежащих сварке на расстоя­ние 1,5—2 м. Подготовленные к сварке рельсы тяговыми лебедками подтяги­вают до соприкосновения их торцов.

С пульта управления правым сварочным агрегатом включается насосная станция, питающая гидросистему качающих­ся рам, и нажатием кнопки на выносном пульте металлоконструкций качаю­щиеся рамы ставятся в рабочее положение. Сварочные агрегаты машины по­средством талей устанавливают на стыки свариваемых рельсов.

После этого включают гидравлическое устройство, зажимающее рельсы губками, и маши­на включается на режим сварки. Управление этим процессом автоматическое при помощи гидроследящей системы.

По окончании сварки устройство зажа­тия рельсов отключается, губки разжимаются, сварочные агрегаты смещаются в сторону и производится зачистка шва. Затем машина переезжает к следующе­му стыку, и цикл повторяется.

Сварочное оборудование включает два агрегата со сварочными головка­ми типа К-355, два шкафа электрооборудования и две насосные станции.

Каждый сварочный агрегат состоит из двух корпусов, соединенных между со­бой механизмами перемещения и осадки, зажимных губок с цилиндрами за­жатия рельсов, гидроследящей системы, сварочных трансформаторов, гидро­разводки, разводки водяного охлаждения и пульта управления.

Сварка рель­сов осуществляется методом непрерывного оплавления при помощи гидросле­дящей системы по заранее установленной программе с автоматическим регулированием напряжения. Зажатие рельсов происходит двумя парами клещевид­ных зажимных щек, которые в процессе сварки могут сближаться или разво­диться.

Левая пара щек вместе с центральной гильзой имеет возможность пе­ремещаться в осевом направлении. Кроме центральной оси, левая и правая пары щек соединены между собой направляющими штоками. Левые щеки смон­тированы со штоками неподвижно.

Взаимное перемещение левой и правой пар щек происходит через эти штоки от гидроцилиндров, расположенных на кор­пусе каждой правой щеки. При подаче масла в левые полости этих цилиндров происходит сближение левой и правой пар щек, а при подаче масла в правые полости — их разведение. Изменение скорости сближения и разведения щек, а также осадка осуществляются гидроследящей системой.

Источник: http://gogaforever.narod.ru/READY/Data/13-7.htm

Способ сварки рельсовых стыков

Изобретение относится к дуговым методам сварки, преимущественно используется для ручной электродуговой сварки железнодорожных рельсов.

Известен способ сварки рельсовых стыков, в котором сварку рельсов ведут ручным электродуговым способом (SU 78136, В 23 К 9/02, 1942).

В известном способе рельсы устанавливают с зазором между свариваемыми кромками от 9-14 мм в зависимости от выбранного диаметра электрода, поэтому сварной шов получается, в основном, за счет расплавления электродного материала.

Свариваемые кромки настолько сильно разогреваются, что образуется общая ванна расплавленного металла, которая поддерживается в жидком состоянии в течение всего периода сварки. В качестве форм могут служить графитовые пластины, внутренняя поверхность которых изготавливается по форме рельса.

Размеры и формы усиления сварного шва зависят от размера и формы соответствующего углубления, которое делается в форме.

Концы рельсов обрезают рельсообрезным станком по плоскости, перпендикулярной к оси рельса. Скос кромок перед сваркой не производят.

Большой зазор между торцами рельсов порядка 9-14 мм не позволяет сварить кромки подошвы рельсов, поэтому для формирования обратной стороны корня шва применяют формирующую подкладку. Сварной шов получается, в основном, за счет расплавления электродного материала, расплавленная масса которого заполняет зазор между торцами подошвы рельсов и формирующей подкладкой.

Наиболее существенным недостатком этого способа является наличие большого зазора между торцами рельсов. Расплавленный электродный металл является естественной перемычкой между свариваемыми рельсами, по которой дуга перемещается от кромки одного рельса к кромке другого.

Сварное соединение, полученное таким способом, имеет крупнозернистое строение из-за перегрева электродного металла и, как следствие, более низкие механические свойства, чем у основного металла.

В зоне сплавления кромки рельса с расплавленной массой электродного металла возникает большая вероятность возникновения дефектов типа непровара, шлаковые включения, поры.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение механических свойств сварного шва путем уменьшения зазора между торцами рельсов до размера, позволяющего сварить металл подошвы рельсов и получить сварной шов с механическими свойствами, которые равнозначны свойствам основного металла.

Способ согласно изобретению, заключается в том, что предварительно осуществляют механическую обработку кромок рельсов или кромки одного из рельсов, при этом производят поперечный разрез по вертикальной плоскости от головки до начала подошвы рельса, а затем горизонтальный разрез по торцевой поверхности рельса перпендикулярно по отношению к ранее произведенному разрезу, и на торце подошвы снимают фаску с притуплением у основания подошвы рельса, устанавливают рельсы с зазором, вводят внутрь зазора электрод и осуществляют сварку с применением форм у места сварки при силе тока, обеспечивающей образование жидкой ванны во всем объеме зазора, причем жидкую ванну в корне шва получают за счет расплавления кромок основного металла.

Отличия предложенного способа сварки рельсовых стыков состоят в том, что предварительно осуществляют механическую обработку кромок рельсов или кромки одного из рельсов, при этом производят поперечный разрез по вертикальной плоскости от головки до начала подошвы рельса, а затем горизонтальный разрез по торцевой поверхности рельса перпендикулярно по отношению к ранее произведенному разрезу, и на торце подошвы снимают фаску с притуплением у основания подошвы рельса, а жидкую ванну в корне шва получают за счет расплавления кромок основного металла.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен чертеж при механической обработке кромки одного из рельсов, на фиг.2 – кромок рельсов.

На фиг.1 обозначены: 1 – рельс (без обработки кромки), 2 – рельс с подготовленной кромкой, 3 – притупление, 4 – зазор между кромками, α – угол между кромками.

На фиг.2 обозначены: 2 – рельс с подготовленной кромкой, 3 – притупление, 4 – зазор между кромками, α – угол между кромками.

Угол α между кромками лежит в пределах 30-60°.

Далее представлен один из примеров осуществления способа.

Сваривают железнодорожные рельсы типа Р65. В механических мастерских дистанции отмеряют кусок рельса длиной 3 м или более в соответствии с ТУ 32 ЦП-670-88 и подготавливают кромки рельса с двух концов для установки на место дефектного рельса.

При этом производят поперечный разрез по вертикальной плоскости от головки до начала подошвы рельса.

Затем осуществляют горизонтальный разрез по торцевой поверхности рельса перпендикулярно по отношению к ранее произведенному разрезу и на торце подошвы снимают фаску под углом 45° с притуплением 2 мм у основания подошвы рельса. На рельсе, из которого удаляется дефектный участок, делают разметку.

Отрезают дефектный кусок рельса, равный по размеру подготовленному, и устанавливают на это место кусок рельса с подготовленными под сварку кромками. Зазор между рельсами составлял 2 мм (см. фиг 1). Концы рельсов перед сваркой зачищают до металлического блеска.

Под подошву свариваемых рельсов устанавливают формирующую обратную сторону шва медную подкладку и закрепляют ее струбциной. Корень шва сваривают электродом марки УОНИ – 13/65, диаметром 3 мм, ток 140-160 А, с последующим заполнением зазора между торцами подошвы рельсов электродом марки УОНИ – 13/65, диаметром 5мм, ток 250-280 А.

Устанавливают на шейку и головку рельсов боковые медные формы и закрепляют их струбциной. Сваривают шейку и головку рельса электродами марки УОНИ – 13/65, диаметром 5 мм, ток 250-280 А.

Предложенный способ позволяет получить сварной шов с механическими свойствами, которые равнозначны свойствам основного металла, при этом полученные механические свойства сварного шва увеличивают срок службы рельсов до срока службы установленных в путь рельсов без сварки.

Способ сварки рельсовых стыков, включающий установку рельсов с зазором между свариваемыми кромками, введение внутрь зазора плавящегося электрода и сварку с применением форм, установленных у места сварки, при силе тока, обеспечивающей образование жидкой ванны во всем объеме зазора, отличающийся тем, что предварительно осуществляют механическую обработку кромок рельсов или кромки одного из рельсов, включающую выполнение поперечного разреза по вертикальной плоскости от головки до начала подошвы рельса, выполнение горизонтального разреза по торцевой поверхности рельса перпендикулярно ранее произведенному разрезу и снятие на торцевой поверхности подошвы фаски с притуплением у основания подошвы рельса, а образование жидкой ванны в корне шва осуществляют расплавлением кромок основного металла рельсов.

Источник: http://www.FindPatent.ru/patent/227/2270739.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector