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

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°.

Монтаж железнодорожных магистралей проводится двумя методами: сборным и сварным. Второй предпочтительнее, потому что сборные стыки снижают скорость движения подвижного состава. Сварка рельсов производится несколькими методами. При выборе способа монтажа бесстыковых линий учитывают свариваемость материала и стоимость работ. Наиболее распространенные: контактная и алюмотермитная сварка, есть и другие виды. О каждом стоит сказать отдельно. Стыки варят с использованием специального оборудования.

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.

Виды рельсов

Для выбора способа сварки учитывают химический состав сплава. Для каждого вида профилей ГОСТом определены марки стали.

Способы сварки рельсовых стыков

При выборе технологии учитывают свариваемость сталей, их текучесть, пластичность. Немаловажный фактор – трудозатраты, стоимость оборудования. С учетом всех составляющих решают, как сваривать рельсы.

Для заделки стыков используют следующие технологии:

• электродуговую;
• электроконтактную;
• алюмотермитную;
• газопрессовую.

На предприятиях чаще используют термитную сварку рельсов, реже контактную. У каждой технологии есть преимущества.

Электродуговой

Сварка рельсов с использованием электродов используется для стыков и плетей. Ванным способом удается получить прочное соединение. Концы укладывают на небольшом возвышении над полотном с зазором 14–16 мм в специальную ванночку, удерживающую расплав. В стык вертикально помещается электрод диаметром 5 или 6 мм. При подаче высокочастотного переменного или постоянного тока прямой полярности мощностью 300–350 ампер в зависмости от толщины профиля, расплав постепенно заполняет весь стык. Диффузионный слой создается по всему сечению. Для сварки рельсов используют электроды с основным видом покрытия:

• отечественные УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55,
• японские LB 52U.

Их предварительно прокаливают: в течение 2 часов выдерживают при температуре 180 – 230°С.

Достоинства электродуговой сварки:

• не нужно использовать флюс, обмазка создает слой шлака над ванной, он препятствует окислению;
• не требуется предварительной разделки торцов;
• для образования плотного соединения не нужно дополнительно прикладывать усилий;
• доступность, в качестве генератора тока используют трансформаторы, выпрямители и профессиональные инверторы.

После охлаждения ванны стык зачищают, снимают окалину, выравнивают поверхность головки рельса.

Термитный

Метод основан на способности алюминия восстанавливать окись железа с большим выделением тепла. освоили больше века назад. При поджоге термита в рабочей зоне создается температура от 1200 до 2000°С в зависимости от химического состава сплава. Восстановленное железо затекает в форму, по профилю совпадающую с рельсом.

В термит помимо оксида железа и алюминия входят легирующие добавки, небольшие кусочки металла (они затормаживают химический процесс). Шлак, образующийся при расплаве, всплывает, его удаляют после охлаждения металла.

Самое главное преимущество метода – высокая скорость термитной сварки рельсов. Он применяется для закаленных и холоднокатаных балок. Его используют при монтаже магистральных железнодорожных линий и плетей.

Газопрессовый

Сварку рельсовых стыков этим методом проводят на пластичных сталях. Температура в зоне стыка концов повышается за счет энергии сдвига. Она выделяется при высоком давлении. Образуется качественное соединение за счет однородности диффузного слоя. Для плотной стыковки рельсов торец прорезают рельсорезом. Металл консервируют 4-хлористым углеродом или дихлорэтаном, под составом металл не окисляется. Стык нагревают до температуры вязкости, под 10–15-тонным давлением гидропресса слои сдвигаются, торцы плавятся, образуется диффузный слой.

Главные достоинства газопрессового метода:

• однородность химического состава;
• отсутствие окалины, процесс протекает внутри профиля;
• возможность соединяться профиль любой конфигурации и толщины.

Электроконтактный

Автоматная технология основана на нагреве стыка за счет пронизывающей электродуги, возникающей под воздействием высоких токов небольшого напряжения. Электроконтактная сварка проводится самоходными комплексами МСГР-500, МС-5002, К-190 непосредственно в месте укладки или с небольшим смещением ветки. Для разного вида рельсового профиля используют сменные контактные головки. Работу проводят методом непрерывного оплавления или импульсным прогревом рельсов.

Контроль качества рельсовых стыков

От прочности соединений зависит безопасность движения, поэтому вне зависимости от способа сварки проводится проверка стыков рельсов любым из методов неразрушающего контроля. Особенно внимательно проверяются швы, сделанные ручным сварочным оборудованием. Помимо структуры проверяется ровность головки рельса, на которую опирается колесо во время движения.

Даже отбракованные или отслужившие свой срок рельсы являются желаемым приобретением для любого рачительного домовладельца. Ведь прочный и стойкий к коррозии рельс может заменить любую металлическую балку.

Однако монтирование конструкций из этого сорта металлопроката весьма затруднительно. Тяжелые рельсы требуют прочных сварочных швов. Железнодорожники используют для этих целей особый термитный состав. Ну а в быту необходимы специальные электроды для сварки железнодорожных рельс. И в этой статье мы опишем именно такую продукцию, с помощью которой вы сможете состыковать рельсы любым, удобным для вас способом.

«Рельсовые» электроды

Решая, какими электродами варить рельсы, стоит принять во внимание толщину данного сорта металлопроката. Поэтому источником присадочного материала в процессе сварки рельс могут быть только особые электроды серии УОНИ, предназначенные для стыковки толстотелых конструкций. Причем для сварки рельсов достаточно «младших» представителей этой серии – электродов УОНИ 13/45 и 13/55, которыми можно стыковать заготовки из высокоуглеродистых или низколегированных сталей.

От прочих источников присадочного материала электроды УОНИ 13/45 и 13/55 отличаются особым флюсом (покрытием), в состав которого входят ферромарганцевые руды, графит, кремний и прочие материалы.

Благодаря такому многокомпонентному миксу обеспечивается устойчивое горение дуги, передающей высокую температуру в зону сварки, и подавляется процесс образования пор в сварочном шве. Интересен и состав электродной проволоки. Ее изготавливают из железоуглеродистого сплава, легированного никелем и молибденом. Диаметр проволоки – 2-5 миллиметров.

В итоге, опираясь на особый состав флюса и присадочного материала, серия УОНИ обеспечивает не только высокую скорость работы, но и не менее высокую прочность сварочного шва.

Подготовка электрода к сварке

Электроды для сварки рельсов – работают в очень сложных условиях. Ведь толщина стыкуемых кромок в данном случае может равняться нескольким десяткам сантиметров.

Поэтому к качеству таких электродов предъявляют особые требования, а именно:

• На покрытии таких электродов не должно быть крупных трещин.
• Влажность покрытия должна соответствовать определенному значению.

И если соответствие электрода первому требованию можно проверить визуально, то с влажностью все намного сложнее.

Поэтому перед сваркой все электроды из серии УОНИ подвергают обязательному прокаливанию (подсушиванию) в особой установке.

Эта процедура выглядит как прогрев изделия до температуры в 350-400 градусов Цельсия. Причем электроды загружаются в уже разогретый «жарочный шкаф» и «томятся» в нем около 1-2 часов.

После такой подготовки электроды можно использовать в любом положении, формируя с их помощью и нижние, и потолочные, и вертикальные швы на постоянном токе, и обратной полярности подключения.

Единственное «противопоказание к применению» для серии УОНИ – это сварка по направлению сверху вниз.

Сварка рельсовых стыков весьма востребована на сегодняшний день. Как известно, когда подвижной состав проходит сборные стыки, они начинают с высокой скоростью расстраиваться. При этом исчезает плавный ход, из-за чего разрушается верхнее покрытие железнодорожного пути. А данный вариант поможет исправить ситуацию.

Основные характеристики

Требуется прокладывать рельсовые пути, которые имеют сваренные стыки, на любых видах путей, в результате получается бесстыковой рельс.

Рельсовая нить разрывается именно в местах, где образован стык. Такой разрыв, даже при установке стыковых накладок, оказывает большое влияние на жесткость конструкции, начинают увеличиваться просадки.

В результате при прохождении подвижного состава рельсового стыка колесо ударяется о головку торца принимающего рельса. Из-за многочисленных ударов в стыковые соединения начинает быстро изнашиваться ходовая часть вагонов, а также уложенных рельсов. За счет сильных ударов колесной пары по набегающему рельсу появляется сколы рельсовых головок и их сминание. Обычно такие дефекты обнаруживаются в 60 см от места стыка. Рельсы начинают ломаться в болтовых отверстиях, изгибаются накладки, деформируются стыковые болты. Все перечисленные недостатки не касаются бесстыкового пути, причем он обладает несколькими положительными качествами:

• почти на 30% снижаются затраты на обслуживание рельсового пути;
• значительно экономится электроэнергия, снижается расход топлива примерно на 10%;
• увеличивается срок эксплуатации верхних путей,
• подвижной состав может работать намного дольше;
• пассажиры испытывают больший комфорт при движении поезда;
• становится надежнее работа автоблокировки и электроцепей.

За счет таких положительных качеств бесстыковой вариант был принят на вооружение всеми главными железнодорожными линиями в мире.

Иногда выбор определенного вида зависит от стоимости работ и производительности. Такой выбор влечет за собой появление в особо ответственных конструкциях сварочных соединений, качество которых находится на очень низком уровне.

Читайте также:

Вернуться к оглавлению

Чтобы получить отличное сварное соединение, требуется иметь материал с хорошей свариваемостью. В основном свариваемость характеризует свойства металла, существующую реакцию на сварочный процесс, а также способность получать такое сварочное соединение, которое будет отвечать всем заданным технологическим требованиям.

Когда детали выполнены из материала, свободно поддающегося сварочному процессу, с получением высококачественного шва особых условий не требуется. Но для деталей из плохо свариваемого материала требуются дополнительные технологические условия. Иногда применяется специальный вид сварки, который намного дороже и сложнее. Причем выполнение работ требует строгого соблюдения технологического процесса.

Сварка рельсов востребована на сегодняшний день так как рельсовая нить разрывается и быстро изнашиваться ходовая часть вагонов.

В состав стали для рельсов входит очень много углерода, почти 82%. Этот материал относится к группе материалов, имеющих плохую свариваемость. При сварке возможно появление трещин, что совершенно недопустимо на рельсах. В них концентрируется напряжение, которое может привести к разрушению стыкового соединения и крушению состава.

Сегодня известно два вида сварки рельсовых стыков:

• контактная;
• алюмотермитная.

Большое распространение получила , однако у нее есть несколько серьезных недостатков, ограничений, когда проводятся ремонтные работы железнодорожных путей:

• для сварки требуются специальные рельсосварочные машины, стоящие очень дорого;
• длительности доставки оборудования и его последующая эвакуация;
• для проведения работ необходимо задействовать многочисленные бригады;
• за неимением большого количества времени, приходится постоянно выполнять работу без соблюдения технологического процесса, в результате чего стык получается очень низкого качества;
• невозможно выполнить сварку стыка прямо в том месте, где переводятся стрелки.

Контактная сварка стыков проигрывает алюминотермитной сварке рельсов. Для нее необходимо иметь:

• сложное и очень дорогое оборудование;
• многочисленную бригаду;
• перерывы при движении поездов.

Алюминотермитная сварка рельсов делается очень быстро. На операцию уходит примерно полминуты. Если считать подготовительные работы и завершающую обработку сварочного шва, требуется около 45 минут.

Надо сказать, что такая сварка позволяет одновременно сваривать несколько стыков, в результате сокращается время, затраченное на работу.

Для сварки стыка необходимо три человека. Их обучение проходит в самые короткие сроки. Масса применяемого оборудования достигает 350 кг. Для проведения сварочных работ, когда используется алюмотермитная сварка и проводятся другие специальные операции, применяются автономные источники подачи топлива.

Чтобы проводить алюминотермитную сварку рельсов, инженерами было создано переносное миниатюрное оборудование, которое может функционировать в автономном режиме прямо в полу.

Технологи смогли подобрать определенный состав термитного раствора и его зернистость. Это помогло добиться термитной реакции, при которой не возникает взрывов, не наблюдается затухания и поддерживается самая оптимальная скорость и нужная температура всех материалов, участвующих в реакции.

Алюминотермитная сварка состоит из нескольких основных технологических шагов:

• начального высокотемпературного подогрева;
• окончательной сварки рельсов.

Сварка рельсов вторым способом - оплавлением с предварительным прерывистым подогревом состоит из стадии прерывистого подогрева, стадии непрерывного оплавления; стадии осадки и сварки, стадии остывания сварных стыков. В этом способе в отличие от первого разогрев металла рельсов производится путем многократного циклического смыкания и размыкания рельсовых концов. Электроконтактная сварка обеспечивает наиболее высокое качество сварных стыков. Качество сварных стыков определяется степенью пластических деформаций и нагрева металла рельсов. В связи с этим первостепенной является обязательность строгого обеспечения режимов сварки, утверждаемых Главным управлением пути МПС.

7.3. Электродуговая сварка

При электродуговой сварке рельсы соединяют металлом электрода, который расплавляется от тепла дугового разряда.

Электродуговая сварка стыков не требует приложения осадочного давления. Для этой сварки используют переменный ток от трансформатора или постоянный ток от передвижного сварочного агрегата.

Лучшим способом электродуговой сварки является ванный способ, при котором концы рельсов, обрезанные перпендикулярно продольной оси, устанавливают без перелома в плане, а в профиле с возвышением 3-5 мм, и в таком положении закрепляют с зазором 14-16 мм.

Между торцами вводят электрод, через который пропускают ток в 300-350 ампер. Расплавленный металл электрода заполняет зазор между торцами по всему сечению рельса.

Чтобы расплавленный металл электрода не растекался, применяют инвентарные медные формы, которыми закрывается зазор снизу и с боков. Сваренные стыки шлифуют по всему периметру рельса. Качество сваренного стыка зависит от электродов и их обмазки, постоянства жидкого состояния металла до окончания процесса сварки, тщательности обработки шва.

Электродуговую сварку применяют только для рельсов, укладываемых на станционных путях, кроме главных и приемо-отправочных.

7.4. Газопрессовая сварка

Газопрессовая сварка обеспечивает соединение металла при температуре

ниже точки плавления с приложением давления.

Основным достоинством газопрессовой сварки рельсов является высокое качество соединения и получение однородной структуры металла в зоне стыка, поэтому данный вид сварки особенно выгоден в применении к более тяжелым типам рельсов.

Перед сваркой торцы двух рельсов приставляют плотно один к другому и вместе стыка одновременно прорезают торцы обоих рельсов дисковой пилой на рельсорезном станке или при помощи механической ножовки, что обеспечивает плотность прилегания торцов и чистоту металла. Непосредственно перед сваркой торцы рельсов должны быть тщательно промыты четыреххлористым углеродом или дихлорэтаном. Подготовка перед сваркой заключается в предварительном нагреве концов рельс.

Для нагрева рельса применяются многопламенные горелки типа МГ – 50Р,

МГ – 65Р, МГ – 75Р. Многопламенная горелка типа МГ – Р65 представлена на рисунке 1.3.

Рис.7.3: Многопламенная горелка МГ-Р65 (а) и ее ствол (б):

1 – верхняя часть горелки; 2 – колодки с отверстиями для газа; 3 – нижняя часть горелки; 4 – газопровод; 5 и 9 – трубопроводы для проточной воды; 6 – газовая скоба соединяющая 1 и 3; 7 – газовая распределительная камера; 8 – шнур с ниппелем; 10 – надставка, соединяющая ствол со смесительной камерой; 11 – смесительная камера; 12 – ствол горелки; 13 и 14 – штуцера для подачи газа к стволу.

Концы рельсов зажимают гидравлическим прессом и нагревают до температуры 1200 0 С системой многопламенных горелок, совершающих колебательные движения вдоль стыка (50 колебаний в минуту). Одновременно рельсы сжимаются с установленной расчетом силой (10 – 13 тонн) до получения осадки заданной величины (около 20 мм).

Для сварки применяются универсальные газопрессовые станки СГП – 8У или МГП – 9.

После сваривания производится обработка стыка, а затем его нормализация.

7.5. Алюмотермитная сварка

Создание высокоскоростных магистралей и бесстыкового пути устанавливает высокие стандарты качества к рельсам, особенно в местах их соединения. В полной мере этим стандартам отвечает алюмотермитная сварка рельсов.

Алюмотермитная сварка рельсов предназначена для соединения между собой в любом сочетании объемно-закаленных, поверхностно-закаленных и термически не упрочненных рельсов.

Сварка стыков рельсовых плетей и стыков (кроме изолирующих) стрелочных переводов, уложенных на деревянных или железобетонных шпалах и брусьях, может производиться на главных, приемо-отправочных, станционных и горочных путях железных дорог Российской Федерации, на подъездных путях промышленных предприятий, а также в метрополитене.

В основе этого процесса лежит термитная реакция, открытая в 1896 году профессором Гансом Гольдшмидтом, и представляющая собой химическую реакцию восстановления чистого железа из его окиси при помощи алюминия с выделением большого количества тепла:

Fe 2 O 3 + 2Al => 2Fe + Al 2 O 3 + 849 кДж

Термитная реакция происходит в тигле в течение нескольких секунд после поджига термитной порции, состоящей из смеси порошкового алюминия, оксида железа, частиц стали, демпфирующих реакцию, и легирующих добавок, необходимых для получения стали нужного качества. Реакция проходит при температуре свыше 2000 o С с конечным послойным разделением продуктов реакции: жидкой стали (снизу) и легкого шлака (сверху).

В России ВНИИЖТ совместно с иностранными фирмами Снага (Словакия), Электро-Термит (Германия), Рельтех (Чехия и Франция) выполняют работы, связанные с термитной сваркой рельсовых элементов в зоне соединительных путей. При укладке бесстыкового пути термитный способ сварки рельсов (рис.1.4.) играет ведущую роль. В настоящее время в зоне стрелочных переводов он является основным методом соединения рельсов. Это экономически выгодная технология, отличающаяся большой гибкостью применения. В большинстве случаев сварку можно проводить без закрытия перегона. Технология фирмы «Электро-Термит», получив наибольшее распространение по сравнению с другими фирмами, представляет на рынке России два основных метода электро-термитной сварки, а именно так называемый, метод СоВоС (SoWoS) и метод СкФау (SkV) (рис.1.5).