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°.

Даже отбракованные или отслужившие свой срок рельсы являются желаемым приобретением для любого рачительного домовладельца. Ведь прочный и стойкий к коррозии рельс может заменить любую металлическую балку.

Однако монтирование конструкций из этого сорта металлопроката весьма затруднительно. Тяжелые рельсы требуют прочных сварочных швов. Железнодорожники используют для этих целей особый термитный состав. Ну а в быту необходимы специальные электроды для сварки железнодорожных рельс. И в этой статье мы опишем именно такую продукцию, с помощью которой вы сможете состыковать рельсы любым, удобным для вас способом.

«Рельсовые» электроды

Решая, какими электродами варить рельсы, стоит принять во внимание толщину данного сорта металлопроката. Поэтому источником присадочного материала в процессе сварки рельс могут быть только особые электроды серии УОНИ, предназначенные для стыковки толстотелых конструкций. Причем для сварки рельсов достаточно «младших» представителей этой серии – электродов УОНИ 13/45 и 13/55, которыми можно стыковать заготовки из высокоуглеродистых или низколегированных сталей.

От прочих источников присадочного материала электроды УОНИ 13/45 и 13/55 отличаются особым флюсом (покрытием), в состав которого входят ферромарганцевые руды, графит, кремний и прочие материалы.

Благодаря такому многокомпонентному миксу обеспечивается устойчивое горение дуги, передающей высокую температуру в зону сварки, и подавляется процесс образования пор в сварочном шве. Интересен и состав электродной проволоки. Ее изготавливают из железоуглеродистого сплава, легированного никелем и молибденом. Диаметр проволоки – 2-5 миллиметров.

В итоге, опираясь на особый состав флюса и присадочного материала, серия УОНИ обеспечивает не только высокую скорость работы, но и не менее высокую прочность сварочного шва.

Подготовка электрода к сварке

Электроды для сварки рельсов – работают в очень сложных условиях. Ведь толщина стыкуемых кромок в данном случае может равняться нескольким десяткам сантиметров.

Поэтому к качеству таких электродов предъявляют особые требования, а именно:

• На покрытии таких электродов не должно быть крупных трещин.
• Влажность покрытия должна соответствовать определенному значению.

И если соответствие электрода первому требованию можно проверить визуально, то с влажностью все намного сложнее.

Поэтому перед сваркой все электроды из серии УОНИ подвергают обязательному прокаливанию (подсушиванию) в особой установке.

Эта процедура выглядит как прогрев изделия до температуры в 350-400 градусов Цельсия. Причем электроды загружаются в уже разогретый «жарочный шкаф» и «томятся» в нем около 1-2 часов.

После такой подготовки электроды можно использовать в любом положении, формируя с их помощью и нижние, и потолочные, и вертикальные швы на постоянном токе, и обратной полярности подключения.

Единственное «противопоказание к применению» для серии УОНИ – это сварка по направлению сверху вниз.

Владельцы патента RU 2270739:

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.

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, α - угол между кромками.

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

Угол α между кромками лежит в пределах 30-60°.

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.

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.

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для непрерывного изготовления полых труб из плоских металлических лент, и в особенности, к устройствам, позволяющим получать сварные швы без дефектов при остановке и последующем пуске устройства.

Теперь вот побывал в депо Печатники, где находится целый рельсосварочный завод.
Обожаю снимать всякий такой индастриал, давайте посмотрим как это делается.

01. В метро и на скоростных участках железных дорог обычно применяют безстыковый путь. Он позволяет снизить шум и вибрацию, и увеличить скорость движения поездов. Отрезки рельс свариваются, и шлифуются во время их укладки. Как это происходит на перегонах я недавно показывал в двух подробных репортажах. Но времени для проведения таких работ обычно очень мало, целесообразней привозить сваренные плети, максимально возможной для перевозки длины, которая может составлять до 138 метров.

02. Поэтому рельсы сваривают на специальном заводе. В Московском метро такой завод есть в электродепо Печатники. В 2013 году он прошёл реконструкцию и его производительность поднялась со 150 до 220 километров рельса в год. Метро в Москве активно строят, рельсов нужно много и как можно скорей.

05. Короткие куски рельс, те что вы видите на заглавной картинке, помещают на специальный конвейер, которых на заводе два.

07. Будущая плеть медленно продвигается по конвейеру, проходя несколько ключевых этапов.

08. В нужных местах будущей плети просверливаются отверстия для стыков: путь не может быть безстыковым по всей длине, обычно его участки имеют длину от 250 метров, до нескольких километров, и их соединяют обычными креплениями.

09. Один из самых важных этапов — сварка фрагментов рельса. На заводе она производится с помощью электросварки, а не термита, как на перегоне. Ток напряжением всего 6 вольт, но огромной силы разогревает металл до 2000 градусов Цельсия. Этот же станок срезает с места стыка лишний металл. После чего место стыка проверяется специалистом.

10. На следующем этапе место сварки начисто шлифуют в специальной камере. Вручную. Тяжелая и шумная работа в условиях закрытого пространства.

11. Плеть движется дальше и вот место стыка оказывается в станке лазерной термообработки. Металл снова нагревается до 850 градусов, и быстро охлаждается воздухом. Это делается, что бы устранить возможные микротрещины в металле и повторно закалить место стыка.

12. Процесс управляется компьютером.

13. После лазерной термообработки место стыка охлаждается водой до 40 градусов.

14. Последний этап заводской сварки рельса — ультрозвуковая дефектоскопия. На этом этапе проверяется качество получившейся плети, и отсутствия в ней микротрещин, которые могли бы повлиять на прочность рельса при эксплуатации. Эту процедуру, в последствии, повторяют на перегонах регулярно с помощью передвижных дефектоскопических комплексов. Но это уже тема отдельного репортажа.

16. Готовые плети, их длина, как я выше писал достигает 138 метров, вывозят на строящиеся или ремонтируемые перегоны с помощью мотовозов и специальных прицепных тележек

20. Машина для крепления рельс к шпалам.

21. Мотовозы в депо рядом с заводом ждут ночи, чтобы перевезти готовые рельсовые плети на перегоны.

Теперь и вы знаете как это делается)).

Мои другие репортажи по теме

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.