Электроконтактный способ сварки рельсов

Как сваривают рельсы

При проведении монтажных и ремонтных работ на участках железнодорожного полотна, а также в схожих условиях, связанных с прокладкой рельсовых ниток, применяются специальные технологии сварки.

Особенности технологий сварки рельсов выражаются в повышенных требованиях к эксплуатационной надёжности соединений, а также их устойчивости к механическим нагрузкам.

Основные методы

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

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

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

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

Электроконтактный способ

Электроконтактный подход к соединению стыков рельсов основывается на их сильном нагреве и последующем расплаве посредством электрической дуги, которая формируется значительным по величине током низкого напряжения.

Для реализации метода используют специальные машинные комплексы, работающие в автоматическом режиме (МСГР-500, МС-5002 или К-190, например).

Подлежащие обработке рельсы перед началом сварки укладываются либо непосредственно на путях, либо же с небольшим смещением внутри ветки или снаружи колеи (на удалении порядка 260 сантиметров от её оси).

При этом сам сварочный механизм перемещается по восстанавливаемой нитке, то есть представляет собой самоходную рельсосварочную станцию.

В процессе её работы используются сменные контактные головки различного типа, обеспечивающие необходимые режимы сварки (непрерывное оплавление или прерывистый разогрев контактов).

Электродуговой метод

Дуговая бесконтактная сварка относится к наиболее распространенным методикам, применяемым при сопряжении стыков рельсовых ниток.

Согласно этому подходу рельсы сначала укладывают с небольшим зазором, после чего их концы проваривают металлом электродов, расплавляемых посредством дугового разряда. Этот вид бесконтактной сварки не нуждается в приложении избыточного осадочного давления и реализуется с помощью переменного или постоянного токов, поступающих от передвижной сварочной станции.

Наиболее эффективным способом реализации дуговой сварки рельс является так называемый «ванный» метод, согласно которому заранее обрезанные поперёк продольной оси рельсы укладываются строго по линии путей с небольшим возвышением и с зазором приблизительно 14-16 миллиметров.

Между торцами уложенных таким образом рельсовых заготовок вводится рабочий электрод с последующим пропусканием через него тока порядка 300-350 ампер.

В результате такого воздействия расплавленная масса равномерно растекается по зазору и полностью заполняет его. Для предотвращения её стекания наружу зазор между рельсами закрывается специальными блокирующими ограждениями. По завершении сварки образовавшиеся швы шлифуются по всей площади стыка.

Термитная обработка

Алюминотермитная технология проверена временем.. В основу применения термитной сварки рельс заложена восстанавливающая реакция, происходящая при контакте основания (алюминия) с ещё одой составляющей – окисью железа.

Возникающий в результате этого металл (восстановленное железо) при рабочих температурах порядка 2000 градусов заливается в специальную огнеустойчивую форму, совпадающую с геометрией свариваемых рельсов.

Указанная реакция сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии.

Сваривать рельсы по термитному методу начали очень давно (с середины 19-го века), однако уже с тех пор этот вид сварки из-за применения алюминия стал называться алюминотермитным.

Важно отметить, что описываемая химическая реакция после поджога специального высокотемпературного горючего (термита) длится лишь несколько секунд.

Помимо двух рассмотренных составляющих (окиси железа и алюминия) в состав рабочей сварной смеси вводятся легирующие добавки и мелкие стальные частицы, слегка тормозящие или демпфирующие протекающий процесс. Добавки необходимы для того, чтобы сталь в зоне сварки приобрела требуемые качества и параметры, характерные для большинства рельсовых изделий.

При рассмотрении особенностей этого вида сварочного процесса следует отметить, что по завершении реакции общая химическая масса разделяется на две фракции: жидкий металл и лёгкий шлак, всплывающий в верхнюю часть формы.

Термитаня технология позволяет сочленять между собой следующие виды путевых изделий:

• поверхностно-закалённые рельсовые заготовки;
• объёмно-закалённые стыкующиеся части рельс,
• не прошедшие специальную термическую обработку рельсы в любых комбинациях.

Данный вид сварки обеспечивает выполнение требований основных стандартов, предъявляемых к высокоскоростным рельсовым магистралям, в части соблюдения нормативов сварочных технологий.

Газопрессовой способ

Эта технология сварки основывается на соединении металлических стыков рельс при относительно низких температурах (заметно ниже границы плавления), но при достаточно высоком давлении.

К основным преимуществам газопрессового метода следует отнести однородность структуры материала в зоне сварки, а также высокую прочность получаемого сочленения.

Благодаря перечисленным достоинствам, этим методом можно эффективно «варить» даже очень тяжёлые и габаритные железнодорожные изделия. Перед сваркой концы таких рельсов плотно пристыкуются один к другому, после чего посредством специального инструмента (рельсорезного станка с дисковой пилой или механической ножовки) осуществляется одновременный их рез.

В результате подготовительных операций обеспечивается требуемая плотность прилегания торцевых частей рельсов с высокой чистотой металлического сопряжения.

Помимо этого, непосредственно перед самим свариванием торцы обрабатываются дихлорэтаном или четыреххлористым углеродом. На этапе подготовки рельс к сварке их концы нагреваются до необходимой температуры посредством специальных комбинированных горелок, обеспечивающих получение достаточной температуры.

После тщательного разогрева концы рельсов зажимаются посредством гидравлического пресса особой конструкции и продолжают разогреваться до 1200 градусов.

В процессе сварки корпуса горелок слегка смещаются относительно обрабатываемого стыка (совершают небольшие колебательные движения). Частота таких периодических перемещений, как правило, не превышает 50-ти колебаний в одну минуту.

Одновременно с этими перемещениями газовой горелки рельсы сжимаются гидравлическим прессом с усилием от 10-ти до 13-ти тонн, точное значение которых определяется путём специальных расчетов. По результатам такой обработки свариваемый металл в месте стыка осаждается примерно на 20 миллиметров.

Для реализации описанной технологической цепочки применяется специальное газопрессовое оборудование (универсальные станки).

По завершении всего комплекса газосварочных операций готовый стык тщательно зачищается от шлаков, а затем приводится к нормальному виду (говорят, что осуществляется его «нормализация»).

Итак, рассмотренные ключевые методики сварки рельсовых стыков применяются в соответствие с техническими требованиями и условиями проведения ремонтно-восстановительных мероприятий.

Из всех подходов особо выделяется алюмотермитная сварка, как максимально отвечающая современным требованиям к бесконтактному восстановлению рельсов или прокладке железнодорожных веток. Именно термитный способ наиболее часто применяется при сооружении и ремонте современных транспортных магистралей.

Источник

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

Страницы работы

Содержание работы

7. СПОСОБЫ СВАРКИ РЕЛЬСОВ

Опыт эксплуатации бесстыкового пути на отечественных и зарубежных железных дорогах выявил не только его высокую технико-экономическую эффективность, но и «слабое» место этой прогрессивной конструкции, каким является уравнительные пролеты. В их зоне из-за рельсовых стыков наблюдается более высокое по сравнению со средней частью плети динамическое воздействие подвижного состава на путь, быстрее возникают расстройства, интенсивнее накапливаются остаточные деформации. В итоге происходит повышенный выход из строя рельсов, скреплений, железобетонных шпал, образуются выплески. Специалистами различных научно- исследовательских институтов предпринималось много попыток усовершенствовать уравнительные пролеты. Наиболее кардинальной мерой, на данный момент, считается сокращение числа уравнительных пролетов за счет увеличения длины плетей. При увеличении средней длины плети до 1500 м возможно уменьшение количества уравнительных пролетов более чем на 60 %, а при увеличении до 5000 м – дополнительно еще на 20 – 25 %. Объяснением того, что в свое время на железных дорогах многих стран и в России в частности, приступили к удлинению сварных рельсовых плетей, может послужить стремление избавиться от стыков. При укладке плетей бесстыкового пути до длин блок-участка или перегона, не обойтись без использования современных сварных технологий, позволяющих создать непрерывную поверхность катания (особенно на скоростных линиях), а так же осуществлять вварку стрелочных переводов в рельсовые плети.

В настоящее время на железных дорогах Российской Федерации нашли распространение следующие виды сварки:

Обычно при сварке плетей в длинные и сверх длинные плети наиболее часто применяют 2 из них: алюмотермитный и электроконтактный.

Разные способы сварки рельсов значительно отличаются по технико-экономическим данным. Важнейшими показателями являются: механические свойства и постоянство качества стыков, эксплуатационная стойкость и стоимость сварных рельсов, производительность и трудоемкость процесса, механизация и автоматизация работ.

Механические характеристики сварных рельсов позволяют судить о качестве и прочности стыков при статическом, динамическом и циклическом нагружениях, которые определяются путем испытаний стандартных и натурных образцов. Прочность сварного стыка относительно целого рельса представлена в табл.7.1.

Источник

Электроконтактный способ сварки рельсов

РЕЛЬСЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ, СВАРЕННЫЕ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ

Rails welded by electric contact method. Specifications

Дата введения 2021-03-01

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»)

2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 524 «Железнодорожный транспорт»

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 июня 2020 г. N 131-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 августа 2020 г. N 519-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34665-2020 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2021 г.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на соединенные контактной сваркой рельсы железнодорожные новые, предназначенные для укладки в железнодорожные пути общего и необщего пользования колеи 1520 мм:

— рельсы длиной до 25 м включительно;

— рельсовые плети длиной более 25 м;

— рельсы переходного профиля длиной от 12,5 до 25 м включительно.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 9.014-78 Единая система защиты от коррозии и старения. Временная противокоррозионная защита изделий. Общие требования

ГОСТ 12.3.003-86 Система стандартов безопасности труда. Работы электросварочные. Требования безопасности

ГОСТ 15.309-98 Система разработки и постановки продукции на производство. Испытания и приемка выпускаемой продукции. Основные положения

ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 3749-77 Угольники поверочные 90°. Технические условия

ГОСТ 6996-66 (ИСО 4136-89, ИСО 5173-81, ИСО 5177-81) Сварные соединения. Методы определения механических свойств

ГОСТ 7502-98 Рулетки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 8026-92 Линейки поверочные. Технические условия

ГОСТ 9012-59 (ИСО 410-82, ИСО 6506-81) Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю

ГОСТ 10503-71 Краски масляные, готовые к применению. Технические условия

ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ 25706-83 Лупы. Типы, основные параметры. Общие технические требования

ГОСТ 32894-2014 Продукция железнодорожного назначения. Инспекторский контроль. Общие положения

ГОСТ 34222-2017 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия

В Российской Федерации действует ГОСТ Р 51685-2013 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия».

ГОСТ 34663-2020 Стыки рельсов и стрелочных переводов сварные. Методы неразрушающего контроля

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемых в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 15.309, ГОСТ 16504, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 новые железнодорожные рельсы: Железнодорожные рельсы, первично укладываемые (уложенные) в железнодорожный путь.

3.2 звеньевой путь: Конструкция железнодорожного пути из рельсов с болтовыми соединениями длиной до 25 м включительно, которые при колебаниях температуры изменяют свою длину за счет стыковых зазоров.

3.3 бесстыковой путь: Конструкция железнодорожного пути, представляющая собой чередование участков пути со сварными плетями длиной до 800 м и более, в том числе равной длине блока-участка, перегона или неограниченной длины с участками звеньевого пути, участками пути в виде стрелочных или уравнительных пролетов.

3.4 рельс, сваренный контактной сваркой; РКС: Рельс длиной до 25 м включительно, имеющий один или несколько сварных стыков.

3.5 стык РКС: Участок рельса в месте соединения двух рельсов контактной сваркой, состоящий из характерных областей сварного соединения: шва, зон термического влияния и основного металла, не подверженного термическому воздействию сварки.

3.6 РКС укороченной длины: Рельсы, применяемые в кривых железнодорожного пути.

3.7 рельсовая нитка (нить): Непрерывный ряд рельсов, примыкающих концами друг к другу и соединенных стыковыми накладками и болтами или сваркой, общей длиной более 25 м.

3.8 рельсовая плеть: Пара рельсовых ниток (левая и правая), предназначенная для укладки на одном участке бесстыкового пути.

3.9 рельс переходного профиля: РКС стандартной длины, сваренный из двух рельсов разных типов.

3.10 уравнительный рельс: Рельс, заполняющий уравнительный пролет между концами стыкуемых рельсовых плетей.

владелец инфраструктуры: Государственная организация, юридическое лицо или индивидуальный предприниматель, имеющие инфраструктуру железнодорожного транспорта на праве собственности или ином праве и оказывающие услуги по ее использованию на основании договора.

3.12 рельсосварочное предприятие; РСП: Предприятие, выполняющее работы по сварке РКС, рельсовых плетей и рельсов переходного профиля в технологических линиях РСП или в составе путевых рельсосварочных машин (ПРСМ).

3.13 оператор машины контактной стыковой сварки оплавлением: Сварщик, выполняющий автоматическую или механизированную контактную стыковую сварку оплавлением железнодорожных рельсов и использующий оборудование с механизированными относительными перемещениями сварочного инструмента и свариваемого изделия, который прошел курс обучения и аттестован в соответствии с требованиями национальных нормативных документов государств, упомянутых в предисловии, соответственно его задачам.

В Российской Федерации действует ГОСТ Р 58443-2019 «Аттестация операторов контактной стыковой сварки оплавлением и сварщиков термитной сварки железнодорожных рельсов».

технологическая карта сварки (welding procedure specification; WPS): Документальное изложение аттестованной технологии выполнения сварного шва, обеспечивающее повторяемость ее выполнения в производстве продукции.

В Российской Федерации применяют технологическую карту сварки по ГОСТ Р ИСО 15614-13-2009 «Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Проверка процедуры сварки. Часть 13. Контактная стыковая сварка сопротивлением и оплавлением».

Источник