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
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
