Сварка рельсовых стыков ванным способом

Сварка рельс ванным способом

Классы МПК:	B23K9/02 шовная сварка; подкладки и вставки, используемые при этом B23K31/02 пайка или сварка B23K33/00 Придание особого профиля отдельным участкам кромок при изготовлении паяных или сварных изделий; заполнение швов B23K101/26 железнодорожные или другие рельсы E01B11/50 соединения с помощью электросварки
Автор(ы):	Воробьев Геннадий Григорьевич (RU)
Патентообладатель(и):	Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта МПС России (RU)
Приоритеты:

Изобретение относится к дуговым способам сварки и используется преимущественно для ручной электродуговой сварки железнодорожных рельсов. Способ сварки рельсовых стыков включает 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. 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 по отношению к ранее произведенному разрезу и снятие на торцевой поверхности подошвы фаски с притуплением у основания подошвы рельса. При образовании жидкой ванны в корне шва дополнительно осуществляют расплавление кромок основного металла рельсов. Это позволит получить сварной шов с механическими свойствами, равнозначными свойствам основного металла, что увеличит срок службы рельсов. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2270739

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, – угол между кромками.

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

Угол 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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.

Реконструкция скоростного трамвая в Киеве продолжается уже не первый год. За годы независимости Украины перебои с финансированием стали доброй традицией, и этот объект не стал исключением: сроки уже не раз переносились.
По сути полностью завершены только участки от Гната Юры до Кольцевой дороги и ул. Старовокзальная с кусочком ул. Жилянской. Всё остальное всё также находится в стадии реконструкции.

В качестве примера – текущее состояние развязки на перекрестке ул. Гната Юры и просп. 50-летия Октября:

Подробный отчет с остальных участков приводить не буду, т.к. это тема отдельного поста, а расскажу лишь о сварке рельсов на перегоне между Политехом и Воздухофлотским просп., на которую мы с dfaw попали по наводке 81412 .

Дело клонилось к вечеру, и при подходе к точке выполнения работ сварщики завершали варить очередной стык:

Стык сварен, можно раскрывать форму:

Сварка выполняется электродуговым способом с закладным электродом (разработка института электросварки имени Патона (?) ). Суть в том, что в стык вставляется электрод, на его конце зажигается электрическая дуга и начинается процесс сварки. Сварка выполняется специальной порошковой проволокой, при этом не требуется защитный газ или флюс.
Сварочный аппарат (над сваренным стыком хорошо видно электрод, а еще выше – катушку с проволокой):

Сваренный стык. Его еще предстоит отшлифовать:

Рельсы свариваются в достаточно длинные плети, и для того, чтобы они не изогнулись при нагреве в жаркий летний день, необходимо как-то компенсировать их удлинение. Существует ряд способов решения проблемы. Например, через определенное расстояние могут ставиться «выравнивающие» стыки – несколько обычных стыков между сварными участками. На железной дороге их легко можно услышать на слух – через определенные промежутки времени будет слышен перестук колес, а затем снова тихий ход. Еще один вариант решения проблемы расширения рельс – специальные тепловые стыки, такие как вот этот:

Теперь давайте поразглядываем процесс сварки стыков с самого начала. Перед началом работ торцы рельс зачищаются:

Затем начинают собирать форму, в которой будет вариться стык (чтобы сплав не растекался дальше стыка):

Над стыком устанавливается сварочный аппарат:

Собирается верхняя часть формы:

Выполняется регулировка положения сварочного аппарата, электрода:

И начинается процесс сварки:

Амперметр на сварочном аппарате показывает силу тока 263 А, и это не предел. Для сравнения: утюг или электрочайник мощностью 1 кВт порождает ток менее 5 А. Хотя чтобы полностью честным, следует отметить, что рабочее напряжение при сварке всего пару десятков вольт.

Процесс близится к завершению:

Еще один стык сварен. На весь процесс ушло около 30 мин:

ЕНиР

§ Е38-1-50. Электродуговая сварка стыков рельсов ванным способом

При сварке стыка

1. Электродуговая прихватка и приварка нижней металлической стыковой планки (подкладки) к подошве рельсов с установкой защитных щитов.
2. Установка форм на боковую поверхность шейки и головки рельсов с обеих сторон, закрепление их струбциной с замазыванием щелей глиной.
3. Электродуговая заплавка стыка рельсов ванным способом.
4. Снятие форм со стыка и зачистка швов.
5. Переход рабочих на расстояние до 20 м с перемещением инструментов и приспособлений.

При подготовке стыка к сварке

1. Раскладка шпал.
2. Кантовка рельсов и укладка их на шпалы.
3. Очистка концов рельсов до металлического блеска.
4. Установка и окончательная рихтовка рельсов по заданному зазору.

Нормы времени и расценки на 1 стык

Виды работ	Профессия и разряд	Тип рельсов
рабочих	желобчатые	железнодорожные
Электродуговая сварка	Электросварщик ручной сварки 6 разр.	0,85 0-90,1	0,71 0-75,3	1
Подготовка стыка к сварке	Монтеры пути: 5 разр. — 1 3 » — 3 2 » — 3	1,1 0-77,5		2
а	б	№

Примечания:
1. Работа по обслуживанию сварочного агрегата нормой не учтена.
2. Нормы времени и Расценки предусмотрена электродуговая сварка при силе тока не менее 400 а.

Источник

Сварка рельс

В железнодорожной отрасли и в строительстве применяется техника, которая перемещается по рельсам. Как правило, она имеет достаточно большой вес, а соответственно металл сталкивается с большими нагрузками. Чтобы изделия смогли выдержать все сложности эксплуатации, сварка рельс должна происходить в точности с предписанными технологиями, так как это сложный процесс. С одной стороны, проблем добавляет большой диаметр изделий, которые не позволяет проварить их на всю глубину, что обеспечило бы более высокое качество. С другой стороны, сварное соединение всегда будет самым слабым местом конструкции и его необходимо усиливать.

Сварка рельсовых стыков может проходить как в ручную, так и в автоматическом режиме. После нее всегда требуется проводить обработку материала, чтобы достичь гладкой поверхности. Таким образом, для качественного проведения процесса требуется:

• Использовать профессиональную технику;
• Необходимо выбрать подходящие расходные материалы;
• Обеспечить лучшие условия свариваемости благодаря флюсам и прочим средствам;
• Соблюдать точные режимы сварки;
• Тщательно обработать полученное соединение, чтобы рельсы были пригодны к эксплуатации.

Свойства свариваемости

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

Сварка крановых рельсов

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

Виды

• Железнодорожные промышленные – применяются для относительно коротких участков путей на различных предприятиях. Это ширококолейные варианты, для которых используются марки РП75, РП65 и РП50.
• Железнодорожные для узкой колеи – используются в подземных шахтах и узкоколейной железной дороге. Здесь применяют такие марки как Р24, Р18, Р11 и Р8.
• Рудничные для проводников в шахтах – применяются при создании бесстыкового и звеньевого пути широкой колеи. Также применяются и для стрелочных переводов. Здесь используются марки Р43, Р38 и Р33.
• Рамные – используются для строительства пересечений и соединений на пути. Здесь нужна марка РР65.
• Крановые – служат для создания путей прохождения строительного крана на площадках. Тут могут быть такие марки как, КР140, КР120, КР100, КР80 и КР70.
• Остряковые – служат для верхнего строения в ж/д пути. Из них делают стрелочные переводы, круговые опорные устройства и прочее. Здесь пригодны марки ОР75, ОР65, ОР50 и ОР43.
• Железнодорожные – стандартные изделия для создания бесстыкового и звеньевого основного пути для ж/д транспорта. Тут применяются марки Р75, Р65 и Р50.
• Трамвайные с желобом – используются для создания путей прохождения трамваев. Здесь применяются марки Т62 и Т58.
• Контррельсовые – используются в верхних конструкциях ж/д пути. Это могут быть марки РК75, РК65 и РК50.
• Усиковые – из них изготавливаются крестовины, у которых непрерывная поверхность качения. Марка УР65.

Способы сварки рельсов

Существуют различные методы сварки рельсов, которые используются в наше время. Среди них стоит выделить основные:

Электродуговая сварка рельсов вручную – самый простой и доступный метод. Она подходит для соединения стыков и плетей. Изделия располагаются с небольшим зазором, который постепенно заполняется расплавленным металлом. Здесь используется переменный или постоянной род тока.

Электродуговая сварка рельсов вручную

Одной из разновидностей предыдущего варианта является ванный метод. Для этого используется специальная ванночка, которая задерживает стекание расплавленного материала. Торцы предварительно перпендикулярно своей оси обрезаются. Монтаж осуществляется без перелома. Зазор между изделиями должен быть около 1,5 см. В этот зазор помещается электрод, который расплавляется под силой тока и сваривается с основным материалом.

Ванная сварка рельс

Термитная сварка железнодорожных рельс основана на химической реакции окиси железа и алюминия. При их контакте и под воздействием температуры более двух тысяч градусов, сталь приобретает огнеустойчивую форму. Она идентична форме самого рельса. Это давний метод, который применяется уже более сотни лет.

Газопрессовая сварка подкрановых рельсов предполагает не полное расплавление, так как температура рабочего процесса не достигает точки плавления металла. сварка рельсовых плетей здесь достигается за счет высокого давления. Качество соединения оказывается достаточно высоким, а структура его получается очень однородной. Здесь необходимо плотная стыковка концов изделия. На рельсорезном станке ножовка прорезает торцы двух изделий, что помогает максимально очистить стыковочную поверхность. Перед соединением торцы обрабатываются четыреххлористым углеродом. Далее идет нагрев и зажатие заготовок при помощи гидравлического пресса.

Газопрессовая сварка рельс

Режимы

Для получения качественного соединения нужно придерживаться соответствующих режимов. Для каждой марки изделий нужны свои параметры, так как они обладают различными свойствами. Здесь приведены наиболее часто используемые варианты:

Источник