Как осуществляется сварка рельсов, какие применяются методы
Прочное соединение материалов — актуальный вопрос современности. Не каждая обработка способна обеспечить прочное и долговечное скрепление. Не каждая, но сварочная технология положительно зарекомендована в данном вопросе. Прочно соединить детали, выполняющие несущую функцию, под силу именно сварочным работам. Рельсы также относятся к несущим элементам, а сварка рельсовых стыков является сложным и кропотливым процессом. Рассмотрим его подробнее.
Общие сведения
Несмотря на то, что соединение стыков рельс при помощи сварки известно давно, проблема облегчения и ускорения работы актуальна до сих пор. Одной из причин стало то, что рельсы производят из металла повышенной прочности, плохо поддающегося сварке. Любая попытка дополнительного упрочнения или термообработки увеличивает риск ухудшения качества соединения стыка. Поэтому важно соблюдать технологию сваривания, следовать установленным правилам и ГОСТу 103-76.
Осуществить сварку рельсов можно множеством способов, но основными считаются:
- электроконтактный;
- алюмотермический;
- электродуговой;
- газопрессовый.
Каждый способ имеет свою технику выполнения, зависит от различных факторов, поэтому стоит рассмотреть их по отдельности.
Электроконтактный метод
Этот тип обработки рельсовых стыков известен еще со времен СССР, где часто применялся для изготовления рельсов. Пригоден он и для ремонта, кроме стрелочных участков.
Суть контактной обработки состоит в сильном нагреве стыка током низкого напряжения, в процессе которого происходит расплавление свариваемых краев образовавшейся электрической дугой.
Для качественного сварного соединения путем электроконтактной обработки требуется большое количество времени и специальные автоматические сварочные комплексы (например, МС-5002, К-90). Такие агрегаты весьма громоздкие, но, несмотря на габариты, самостоятельно передвигаются по ремонтируемому участку, осуществляя сварку рельсов.
Из положительных моментов стоит отметить, что свариваемые поверхности практически не требуют предварительной подготовки. Все манипуляции по подготовке осуществляются вышеозначенными сварочными механизмами.
Электродуговой вариант
В данный период электродуговая сварка рельсов наиболее распространена среди применяемых технологий. Причина в том, что этот тип обработки совмещает:
- простое и доступное оборудование;
- легкость выполнения;
- качественные швы.
Данные характеристики позволяют сваривать как стыки рельсовых плетей, так и поврежденные участки.
Перед началом работы необходима предварительная зачистка и шлифовка краев свариваемых изделий — это улучшит итоговое качество соединения. Обязательна укладка с зазором между деталями — это облегчит проваривание стыков.
Расстояние между торцами рельсов послойно проваривается (заполняется) металлом электродов, расплавляют который при помощи высокой температуры образующейся в момент работы дуги. Функционирует полуавтомат от источника постоянного или переменного тока.
«Ванный» способ
Известен своей эффективностью и «ванный» способ дуговой сварки. В этом случае на путь монтируется специальная «ванночка», а торцы рельсовых плетей обрезают перпендикулярно основной оси и укладывают в «ванну». Зазор между стыками рельсов не должен превышать 16 мм. Допустима неровность поверхности 3-5 мм, но не более. Проваривают пространство между стыками плавким электродом, по которому пропускается электрический ток мощностью 300-350 ампер.
Чтобы во время сварки расплавленный металл не вытек за пределы «ванночки» ставят специальные ограждения. По окончании процесса швы проверяют на качество и шлифуют по всему периметру.
Термитная сварка
Соединение рельсовых нитей путем термитной обработки востребовано не менее, чем другие способы сварки рельсов. Метод основан на восстанавливающей реакции, образующейся при контакте алюминия и окиси железа. Происходит весь процесс довольно быстро, но при тысячных температурах (не менее 2000°С). Такой тип сварки известен еще как алюминотермитный.
Для проведения термитной обработки торцевые части плетей зачищают и укладывают ванну (форму), повторяющую рельсовую геометрию. Полученное во время реакции восстановленное железо заполняет форму, выталкивая шлак наверх. По окончании процесса такой шлак легко счистить, не разрушая структуру шва.
Смесь для проведения термитной сварки состоит из:
- алюминиевого порошка;
- окиси металла (чаще железа);
- запальной смеси (не всегда);
- легирующих добавок;
- демпфирующих частиц.
Легирующие добавки наряду с тормозящими частицами добавляют в термитную смесь для придания сварному соединению требуемой прочности и устойчивости к механическим воздействиям. Высокое качество шва значительно снижает износ участка и реже требует ремонта.
Воспламенение термитной смеси происходит при температуре около 1300°С градусов, при наличии запальной составляющей — 800°С градусов. В процессе горения, а это всего лишь несколько секунд, выделяется большое количество тепла, поэтому такую сварку часто называют алюмотермической.
Термитная обработка позволяет соединять различные типы рельсовых плетей, независимо от их плотности:
- поверхностно — закаленные;
- объемно — закаленные;
- не обработанные термически.
Полученное в результате алюминотермитной сварки соединение обладает высокой прочностью, что широко применяется при постройке магистралей для высокоскоростных поездов.
Газопрессовая обработка
Данный способ тоже входит в число востребованных технологий сварки рельсовых стыков. Основан на использовании температур намного ниже границы плавления. Процесс осуществляется при высоком давлении, что обеспечивает однородность структуры и плотное и надежное стыковое соединение.
Для успешного выполнения работ необходима небольшая подготовка. Подготавливают рельсы к сварке при помощи специального оборудования — рельсорезного станка с дисковой пилой, механической ножовки. Рельсовые нити стыкуют между собой, после чего вертикально прорезают одновременно оба рельса. Такая обработка обеспечивает чистую отшлифовку свариваемых поверхностей, максимальную плотность прилегания и улучшает итоговое качество шва.
По окончании подготовки торцы рельсов можно промыть дихлорэтаном или четыреххлористым углеродом. Другой вариант промывки можно выполнить непосредственно в процессе сварки — для этого применяется треххлористый углерод.
Обработанные стыки прижимаются друг к другу при помощи гидравлического пресса и вдоль стыка нагреваются многопламенными горелками до 1200°С. В процессе нагрева рельсы продолжают сдавливаться, образуя усадку до 20 мм. Сила давления на рельсовые стыки во время нагрева составляет 10-13 тонн. Точное значение силы выполняется специальными расчетами.
Выполненное сварное соединение тщательно зачищают и шлифуют, то есть проводят нормализацию. Обработанный и остывший шов проверяют на качество при помощи различных приборов.
Рассмотренные технологии сварки рельсовых стыков соответствуют современным требованиям для создания прочного сварного соединения. Каждый тип обработки имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Разновидность применяемой методики зависит от типа рельсовых плетей, доступности и качества необходимого оборудования. Правильно подобранный способ, соблюдение условий обработки и мер безопасности гарантируют высокое качество итогового шва.
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
