Электроды для сварки железнодорожных рельс. Сварка рельсов: способы и их основные особенности Приварка обычной стали к рельсу

При осуществлении монтажа, а также ремонтных работах на железнодорожном полотне, крановых установках, и других условиях, где применяются рельсы, используется особая технология сваривания. Так как в описываемых условиях необходима особая прочность, а также стойкость к различного рода нагрузкам, то сварка железнодорожных рельсов относится к отдельной категории сварки.

Электродуговая сварка

Стоит отметить, что одним из самых распространенных методов, который применяется при сварке рельсовых плетей и стыков рельс, является электродуговая сварка. В данном случае рельсы укладываются в необходимом положении, а пространство между их стыками послойно постепенно заполняется необходимым сварочным материалом. Последний расплавляется от температуры дугового разряда. Для сварки торцов железнодорожных рельсов данным способом может применяться переменный ток, поступающий от трансформатора или же постоянный ток, получаемый от мобильного сварочного агрегата.

Самым оптимальным вариантом является ванный метод. При этом концы рельсов, предварительно обрезанные перпендикулярно их продольной оси, монтируются без перелома. При этом в профиле должно быть возвышение от 3 до 5 миллиметров. В такой позиции рельсы должны быть закреплены с зазором от 14 до 16 мм.

Между торцов железнодорожных рельсов вводится электрод, через который пропускается ток 300-350 ампер. В итоге, расплавленный метал электрода заполняет зазор между торцами, равномерно по всему сечению.

Для исключения растекания металла используются различные методы закрывания зазора между рельсами. После сваривания место работы шлифуется по всему периметру.

Термитная сварка

Технология данного типа сварки заключается в реакции, которая возникает при контакте окиси железа и алюминия. Сталь, которая возникает в описываемых условиях при температурах более 2000 градусов, должна заливаться в огнеустойчивую форму, которая полностью идентична геометрии самого рельса.

Термитная технология была открыта еще в 1896 году известным профессором Гансом Гольдшмидтом. По сути термитная технология представляет собой восстановление железа из окиси с использованием алюминия. При этом термитная реакция характеризуется выделением большого количества тепла.

Термитная технология еще именуется алюминотермитная сварка рельсов, так как в ней применяется алюминий. Интересно, что термитная реакция происходит на протяжении всего нескольких секунд после поджигания термитной порции. Кроме окиси железа и алюминия,в состав данной смеси включаются частицы стали,демпфирующие реакцию,а также легирующие добавки. Последние служат для того, чтобы была получена сталь необходимого качества и параметров. Интересно, что в конце реакции осуществляется послойное разделение на жидкую сталь и легкий шлак, который оказывается сверху.

Термитная технология позволяет соединять между собой поверхностно-закаленные, объемно-закаленные, а также термически не упрочненные рельсы в любых комбинациях. Термитная сварка позволяет соответствовать высоким требованиям, которые сегодня выдвигаются к высокоскоростным магистралям и бесстыковым путям.

Газопрессовая сварка

Данная технологи основывается на соединении металлов при температуре, которая находится в пределах, ниже точки плавления, но при высоком давлении. Главные «плюсы» данной технологии:

Однородная структура металла в области стыка железнодорожных рельсов;
Высокое качество получаемого соединения.

Ввиду вышеописанных преимуществ, данный тип сварки очень эффективен при сварке тяжелых железнодорожных рельсов. Перед осуществлением собственно сварки, концы железнодорожных рельсов плотно приставляются друг к другу. При этом при помощи дисковой пилы рельсорезного станка или механической ножовкой осуществляется одновременное прорезывание торцов обеих рельсов. В итоге обеспечивается максимальная чистота металла, а также высокая плотность прилегания. Перед самим процессов сваривания торцы промываются четыреххлористым углеродом. Также дл я этих целей может применяться дихлорэтан. Подготовительный же этап перед непосредственно сваркой заключается в нагревании концов рельс, для которого применяются многопламенные горелки.

После этого концы рельсов должны быть зажаты при помощи гидравлического пресса с последующим нагревом до 1200 градусов при помощи все тех же многопламенных горелок. Последние осуществляют колебательные движения вдоль образованного стыка. Частота этих колебаний составляет 50 колебаний в минуту. Вместе с этим рельсы сжимаются с силой от 10 до 13 тонн, которая устанавливается специальными расчетами. В результате получается осадка около 20 мм. Для осуществления описываемых действий используются универсальные газопрессовые станки.

После завершения обрабатывается. После этого производится также его нормализация.

Итоги

Итак, существует три ключевые технологии сваривания рельсов. Каждая из них обладает собственными «плюсами» и «минусами». Однако стоит отметить, что алюмотермитная сварка максимально соответствует всем современным жесточайшим требованиям к бесстыковым железнодорожным путям. Потому ее применение полностью обоснованно при построении и ремонте современных магистралей.

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.

Наименование	Назначение	Марки стали, используемые для изготовления
Железнодорожные стандартные	Выпускают для магистральных путей	РП50, РП65, РП75.
Железнодорожные промышленные	Используются на коротких участках.	РП50, РП65, РП75.
Железнодорожные узкоколейные	Монтируются в шахтах, на подъездных узкоколейках.	Р8, Р11, Р18, Р24.
Рудничные для шахтных проводников	Применяются для бесстыковых ширококолейных участков, стрелок	Р33, Р38, Р43
Рамные	Необходимы для монтажа пересечений линий.	РР65.
Крановые	Предназначены для движения мостовых и строительных кранов.	КР70, КР80, КР100, КР120 и КР140.
Остряковые	Необходимы для стрелочных переводов, круговых опорных устройств.	ОР43, ОР50, ОР65 и ОР75.
Трамвайные с желобами	Используют только для трамвайных путей, они рассчитаны на небольшую нагрузку.	Т58 и Т62
Контррельсовые	Монтируют в тупиковых отстойниках.	РП50, РП65, РП75.
Усиковые	Выпускаются для крестовин с непрерывной поверхностью качения.	УР65

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.

Электродуговая сварка

Между торцов железнодорожных рельсов вводится электрод, через который пропускается ток 300-350 ампер. В итоге, расплавленный метал электрода заполняет зазор между торцами, равномерно по всему сечению.

Термитная сварка

Газопрессовая сварка

Однородная структура металла в области стыка железнодорожных рельсов;
Высокое качество получаемого соединения.

После завершения сваривания полученный стык обрабатывается. После этого производится также его нормализация.

Итоги

Сварка рельсов

При работах с крановыми установками и выполнении монтажа железнодорожного полотна возникает необходимость соединения и сварки рельсов. В данном случае используется специальная технология, которая обеспечивает особую прочность соединения и устойчивость к повышенным нагрузкам. Необходимо сказать, что такие работы относятся к отдельной категории сварочных работ, об особенности которых мы и расскажем в этой статье.

Сварка может выполняться следующими технологиями:

Термитная.
Электродуговая.
Газопрессовая сварка.

Каждая из этих технологий имеет свои определенные недостатки и преимущества. Поговорим поподробнее о таких способах сварки.

Электродуговая сварка стыков рельсов

На сегодняшний день данная технология получила наибольшее распространение, что объясняется простотой оборудования, легкостью самой работой и качеством выполненного соединения. При выполнении сварочных работ рельсы укладываются в нужном положении, после чего имеющееся между стыками послойно пространство заполняется сварочным материалом. Расплавление сварочного материала обеспечивается за счет высоких температур дугового разряда. При необходимости сварки торцов рельсов используется переменный ток от трансформатора. Также возможно использование мобильных сварочных аппаратов, работающих от постоянного тока.

При использовании электродуговой технологии возможно выполнение сварка рельсовых стыков ванным методом, при котором рельсы, обрезанные перпендикулярно своей оси, монтируются внутри ванны. В ванне проводится их качественное сваривание друг с другом. При данном методе сварки рельсы закрепляются с зазором не более 16 миллиметров. Возвышение профиля может колебаться в диапазоне 3-5 миллиметров.

При использовании ванного метода между торцов располагают электрод, по которому подается электрический ток мощностью порядка 350 Ампер. Электрод быстро заполняет зазор между соединяемыми рельсами, равномерно распределяя расплавленный материал по всему сечению. Данный метод исключает растекание металла, при этом обеспечивается максимально качественное закрытие зазора между соединенными металлическими элементами. После завершения сварки необходимо будет зашлифовать соединительный шов по периметру.

Алюминотермитная сварка рельсов

Метод термитной сварки основывается на свойстве окиси алюминия и железа вступать друг с другом в реакцию при высоких температурах. Такую термитную сварку также называют алюминотермитной технологией. Для выполнения такой сварки используется устойчивая к высоким температурам форма, которая по своему внешнему виду идентична геометрии рельсов. Такая форма должна выдерживать температуру больше 2000 градусов, при которой возникает контакт алюминия и железа.

Открыта данная технология сварки еще в конце 19 века. Однако по причине ее технологической сложности распространение она получила лишь относительно недавно. Основные трудности при выполнении такой термитной сварки заключаются в том, что реакция окиси алюминия и железа возникает лишь при температурах в несколько тысяч градусов. Соответственно требовалось нагреть до таких экстремальных температур, как сами рельсы, так и использовать соответствующую форму, способную не расплавляться и сохранять свою геометрию.

Для соединения металлов необходимо поджечь термитную смесь, которая быстро выгорает с образованием высокой температуры. Такая термитная порция содержит не только окиси алюминия и железа, но и разнообразные легирующие добавки. Такие добавки необходимы для получения максимально прочного соединения с нужными параметрами устойчивости к механическим воздействиям. Во время такой температурной реакции происходит послойное разделение легкого шлака и жидкой стали. Шлак при этом оказывается сверху и в последующем с легкостью удаляется из соединения.

Термитный способ сварки рельсов позволяет соединять объемно-закаленные и поверхностно-закаленные материалы. Необходимо сказать, что при помощи подобной технологии обеспечивается прочное и долговечное соединение, поэтому термитный способ сварки нашел применение при изготовлении безстыковых высокоскоростных железнодорожных магистралей.

Газопрессовая технология

Эта оригинальная технология соединения рельсов подразумевает использование температуры ниже точки плавления, однако за счет воздействия высокого давления обеспечивается качественное соединение рельсов. Из преимуществ данной технологии сварки можно отметить следующее:

Отличные показатели качества выполненного соединения.
Однородная структура стыка железнодорожного покрытия.
Высокая производительность.
Минимальный расход наплавляемых материалов.

Такая газопрессовая сварка широко применяется при соединении тяжелых железнодорожных рельсов. При выполнении используется специальное оборудование, которое позволяет обеспечить максимально высокое давление соединяемых рельсов. Металлические изделия плотно прижимаются друг к другу, после чего при помощи специальной струбцины концы нагреваются, а за счет высокого давления рельсы соединяются друг с другом. В процессе такой работы необходимо обеспечить промывку свариваемых элементов треххлористым углеродом. Это позволяет обеспечить соединение металлических элементов на молекулярном уровне.

Показатели рабочей температуры при газопрессовой технологии составляют порядка 1200 градусов. Для такой работы используются многопламенные горелки и мощные гидравлические прессы. Для качественного разогрева места соединения используют многопламенные горелки, осуществляющие в области сварного стыка многочисленные колебания, что и позволяет качественно разогреть металл. Гидравлический пресс, используемый для соединения рельсов, обеспечивает давление в 13 тонн и более. Усадка рельсов при их соединении данной технологией составляет около 20 миллиметров.

Заключение

Существующие в настоящее время технологии позволяют получить долговечное, надежное и устойчивое к механическим нагрузкам соединение. Выбор той или иной технологии выполняется в зависимости от доступного оборудования и конкретных разновидностей соединяемых рельсов. Необходимо сказать, что качественный выбор такого используемого оборудования и следование всей технологии работ позволит вам гарантировать качественно выполненную сварку рельсов.

svarkagid.com

Качественная сварка рельсовых стыков

10 ноября
88 просмотров
28 рейтинг

Основные характеристики
Практические рекомендации
Дополнительные моменты

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.

Схема стыковой сварки.

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:

Схема конструкции контактной сварки.

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 сварки стыков 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.

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 контактная сварка, 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.

Рельсовые стыки с различной формой стыкуемых торцев.

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.

Вернуться к оглавлению

В качестве подогрева применяется специальная многопламенная горелка.

Операция длится примерно 7 минут. Контроль над подогревом и его окончанием выполняется визуально. Здесь очень важно, чтобы подогрев выполнял высококвалифицированный сварщик.

Схема электроконтактной сварки.

Такой предварительный подогрев является важной составляющей технологического процесса при алюминотермитной сварки рельсов. В результате не происходит несплавлений, сводится к минимуму возникновение закалочных структур. Когда выполняется сварочная операция, заметно снижаются параметры остаточных напряжений сварочного шва и околошовной зоны, не возникает появление трещин.

После того как рельс прошел этап подогрева, выполняются сварочные работы, происходит возгорание термитной смеси. Начинается процесс реакции воспламенения термита. Он в автоматическом режиме выпускается в межстыковой рельсовый зазор.

После долгих экспериментов было доказано, что главными технологическими параметрами, которые влияют на качество будущего сварочного шва, можно считать;

время предварительного подогрева;
мощность используемого газового пламени.

Чтобы получить бесстыковой рельсовый путь с применением алюминотермитного способа, разрешается использовать рельсы, бывшие в употреблении, а также их новую модификацию. Для такой сварочной операции применяют:

упрочненные рельсы;
неупрочненные рельсы;
рельсы мартеновского производства;
рельсы бессемеровского изготовления.

Можно сваривать таким образом рельсы самых разных железнодорожных путей: станционные, подъездные и даже стрелочные переводы.

Но помните: рельсы, которые будут свариваться, должны быть однотипными и обладать одинаковой группой годности.

expertsvarki.ru

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 рельс

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:

Проверка качества

Вне зависимости от того, проводила процедуру машина для сварки рельсов или человек, требуется проконтролировать качество. Первоначальным методом контроля являются измерительные приборы. Затем проверяется состояние поверхности шва, так как она должна быть максимально ровной и гладкой. Затем проводится ряд неразрушающих контролей качества, но это делается уже после остывания металл и обработки поверхности.

Меры безопасности

Когда проводится сварка рельсов электродами, то следует использовать средства индивидуальной защиты, проверить заземление и исправность техники. Не следует находиться близко к расплавленному металлу, если в том нет необходимости. При использовании различных машин следует проверить их перед использованием на работоспособность. Если у какой-либо техники имеются поломки или в расходных материалах замечен брак, то такие вещи не должны использоваться в процессе.

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°.

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.

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.