CC BY
55
УДК 625.143.48
ЩЕРБИНИНА Ю.В., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
Использование алюмотермитного способа сварки на железных дорогах
SCHERBININA Y.V., Senior Lecturer (DRTI)
The use of aluminum-thermite method of welding on Railways
Введение
На железных дорогах бесстыковый путь является основной конструкцией пути.
В ряде случаев при выборе того или иного способа сварки руководствуются только его
продуктивностью и стоимостью выполняемых работ, что приводит к появлению в соответствующих конструкциях сварных соединений низкого качества. На получение качественного сварного соединения большое влияние оказывает
свариваемость материала, из которого изготовлены детали, которые соединяются. Свариваемость -комплексная характеристика металла, которая характеризует его реакцию на физико-химическое действие процесса сварки и способность образовывать сварное соединение, которое соответствует заданным
эксплуатационным требованиям [1].
Рельсовая сталь содержит большое количество углерода и относится к группе материалов, которые плохо свариваются, которые при сварке склонны к образованию трещин.
Трещины в таких конструктивных элементах, как рельсы, недопустимы, поскольку, будучи концентраторами напряжения, могут в любой момент привести к разрушению стыка. В данное время стыковая сварка рельсов
осуществляется двумя видами: стыковая контактная сварка и сварка алюминотермитным способом.
Стыковая контактная сварка достаточно хорошо зарекомендовала себя при получении длинных рельсовых плетей в стационарных условиях и на перегонах. Следует отметить, что при проведении ремонтных работ рельсового пути данным способом необходимы дорогие путевые рельсосварочные машины, продолжительные «окна» для их доставки на место сварки и дальнейшей эвакуации, кроме того, необходима достаточно большая бригада рабочих. Дефицит рабочего времени в ряде случаев заставляет нарушать технологический процесс, что приводит к получению сварного стыка невысокого качества [2].
Одним из существенных недостатков стыковой контактной сварки является невозможность сварки стыков в стрелочных переводах. В настоящее время для сварки таких стыков безальтернативной и
обеспечивающей хорошее качество сварного шва, является
алюминотермитная сварка [4].
Следует отметить, что в странах западной Европы и Америки этот способ завоевал очень большую популярность - им сваривают стыки не только в районе стрелочных переводов, но и на перегонах основного пути.
Анализ последних исследований и публикаций
Вопросы исследования свойств алюминотермитной сварки достаточно активно поднимаются в научных публикациях. В научных статьях авторов Тихомировой Л.Б.,
Ильиных А.С., Галай М.С.,
Сидорова Э.С, «Исследование
структуры и механических свойств алюминотермитных сварных
соединений» и автора Игнатовой Е.Л. «Вопросы алюминотермитной сварки в развитии высокоскоростного движения» рассмотрены достоинства
алюминотермитной сварки рельсов перед стыковой контактной сваркой и сделаны выводы о том, что повышение механических и эксплуатационных характеристик алюминотермитных сварных соединений может быть достигнуто за счет применения термической обработки (нормализации) и модифицированием литейного компонента.
Цель работы
Рассмотреть технологический процесс производства алюмотермитной сварки (АТС) и осуществление контроля за его выполнением специалистами, которые знают процессы, происходящие при сварке и в период эксплуатации сварных конструкций.
Основная часть
Технологический процесс АТС.
Операция № 1. Подготовка к АТС на месте проведения работ.
С персоналом бригады и дефектоскопистом проводится
инструктаж по технике безопасности,
пожарной безопасности и охране труда на рабочем месте.
Технологическое оборудование, оснащение и материалы, после их перевозки непосредственно к месту проведения АТС, располагается в удобном для работы положении с обязательным соблюдением требований безопасности.
Контролируется закрытие
движения поездов на участке пути, где запланировано проведение сварочных работ по АТС рельсов.
Выполняется ограждение места производства работ.
Операция № 2. Подготовка тигля к работе и демонтаж стыка.
Выполняется осмотр тигля для плавильного процесса, проверяется отсутствие трещин, сколов и других дефектов. Исправный тигель
вставляется в обечайку, уплотняется место контакта с обечайкой формировочной смесью и
просушивается при температуре не менее 25-30°С в течение 24 часов, устанавливается тигель на
вспомогательной стойке [3].
Выполняется демонтаж стыка:
- демонтировать скрепление: на трёх шпалах в каждую сторону от стыка для прямых участков пути или на шести шпалах в каждую сторону - для кривых;
- демонтировать стыковые накладки, подрельсовые подкладки и прокладки;
- вырезка балласта из шпального ящика в подрельсовой зоне стыка;
- удалить мазут и грязь с поверхностей, которые сваривают на расстоянии 100-120 мм от торца рельса, который сваривается.
Операция № 3 Подготовка к сварке.
Формирование зазора.
Выполняется формирование
стыкового зазора между торцами
рельсов 25±1 мм.
Измеряется существующий зазор.
Выполняется, при необходимости, обрезка рельсов механическим способом.
Выполняется очистка торцов рельсов и приторцевой поверхности от ржавчины металлической щёткой.
Установка рельсов в рабочее положение. Выправить рельсы в рабочее положение для выполнения АТС - с целью компенсации оседания сварного шва выполнить повышение концов рельсов с помощью клиньев по вертикальной оси стыка на высоту 2,0+0,5 мм. Контроль установки концов рельсов перед сваркой выполняется с помощью линейки длиной 1 м и штангенциркуля или щупа.
Подготовка тигля к сварке.
Тигель перед началом сварки дополнительно просушить кислородо-пропановым пламенем с излишком кислорода.
Подготовка литейного
комплекта.
Приготовить литейный
компонент - одну порцию. Установить литейный зазор в тигле. Для этого в реакционном тигле, расположенном на вспомогательной стойке, с помощью фрезы очистить отверстие для установки литника.
Литейный зазор установить в нижнем отверстии тигля таким образом, чтобы верхние его кромки находились на 8-10 мм выше днища тигля.
Установить оправку на литейный зазор.
Место контакта литейного зазора с тиглем уплотнить магнезитовым порошком. Засыпать в тигель приготовленную порцию литейного компонента, который соответствует типу рельсов, которые сваривают. Удалить оправку из тигля.
Операция № 4. Процесс сварки методом промежуточного литья.
Установка технологического оборудования в зоне стыка. Установить комбинированную стойку на головку рельса таким образом, чтобы держатели частей литейной формы находились сбоку по оси зазора, который сваривается.
Установить механизм настройки горелки вместе с горелкой на комбинированную стойку и
отрегулировать положение сопла относительно зазора, который сваривается.
Установить на свариваемом стыке литейную форму, которая состоит из двух полуформ. На одной полуформе удалить ослабленную стенку литейного жёлоба для отвода шлака.
Зафиксировать полуформы
относительно стыкового зазора так, чтобы центр зазора совпал с вертикальной осью литейной формы, а сами полуформы прилегали друг к другу без уступов по всему периметру стыковки.
На литейную форму со стороны жёлоба для отвода шлаков установить ковш, внутреннюю поверхность которого обмазать формировочной смесью толщиной 5 мм. При сварке на пути ковш установить во внутренней стороне пути.
Сделать вручную обмазку с целью уплотнения места контакта ковша с литейной формой.
Установить подготовленный
тигель с литейным компонентом, перенеся его со вспомогательной на комбинированную стойку, и проверить центрирование литника относительно вертикальной оси зазора, который сваривается. При необходимости сделать регулирование для совмещения осей литника и зазора. Контроль
осуществить визуально. После этого повернуть тигель на 90 градусов в сторону от зазора.
Подготовить две лопатки с формировочной смесью для устранения свища в случае его образования в процессе литья в литейной форме.
Подогрев концов рельсов.
Установить на газовых редукторах давление пропана 1,0-1,2 атм. и давление кислорода 4,5-5,0 атм. Зажечь газовую горелку, отрегулировать пламя до нормального горения и установить газовую горелку на вспомогательную стойку.
Переместить газовую горелку с нормально отрегулированным пламенем на комбинированную стойку в зону сварки для нагрева концов рельсов. Длительность прогрева для рельса Р65 составляет 7-9 минут.
Температуру нагрева металла рельсов до 800-900°С контролировать визуально по цветам нагретого металла до светло-красных цветов или пирометром.
За одну минуту до окончания подогрева концов рельсов нагреть литейный мостик формы, удерживая его специальными щипцами.
Плавильный процесс.
Снять газовую горелку с комбинированной стойки. Установить нагретый литейный мостик в литейную форму.
Повернуть тигель с литейным компонентом и установить его таким образом, чтобы ось литника совпадала с осью зазора.
Зажечь от пламени горелки термитную спичку, вставить её в литейный компонент, который находится в тигле, и накрыть тигель конической крышкой с отверстием для выпуска газов.
Установить горелку на
вспомогательную стойку.
Контролировать визуально и по времени процесс плавления литейного компонента и заливку расплавленного металла в литейную форму, которая состоится через 20-28 с автоматически.
Контролировать время
кристаллизации металла литейного шва, которое в зависимости от массы порции литейного компонента для рельсов Р65 длится 3,0-3,5 минуты. После чего демонтировать литейное оборудование.
Демонтаж литейного
оборудования после затвердения металла.
Снять ковш со шлаком. Запустить двигатель гидроагрегата обрезного станка и подключить обрезное приспособление.
Снять тигель и перенести его на вспомогательную стойку. Снять комбинированную стойку и держатели литейных полуформ. Снять
металлические рамки, которые удерживают литейные полуформы.
Демонтаж верхней части литейной формы.
Очистить зубилом боковые и верхние контуры головки рельсов от формовочной смеси и шлаков.
Выполнить отделение, с помощью кузнечных клещей, верхней части литейной формы. Очистить головку рельса от песка металлической щёткой.
Формирование головки рельса в зоне литейного шва
Установить гидравлическое
обрезное приспособление для исключения дополнительной части литейного шва.
В течение 10-15 секунд сделать обрезку дополнительной части литейного шва по головке и снять обрезное приспособление.
Удалить излишки шлака, обрезки металла и срубить при помощи молотка и зубила или гидравлических ножниц остатки литейной системы, подрубив
литники в горячем состоянии.
Установить на поверхности головки рельса гидравлический шлифовальный станок и выполнить предварительную шлифовку
дополнительной части литейного шва до высоты приблизительно 1 мм над верхом головки рельса.
Операция № 5 Выдержка стыка до полного охлаждения.
Выдержать литейный шов до его полного охлаждения, когда температура металла шва и рельса на расстоянии 2 м от шва будут одинаковыми.
Ориентировочное время
охлаждения 90-120 минут, в зависимости от температуры
окружающего воздуха.
Операция № 6. Окончательная шлифовка стыка и контроль качества.
Окончательная шлифовка.
Отбить литники.
Окончательно очистить литейный шов от остатков литейной формы и песка металлической щёткой.
Выполнить окончательную
шлифовку головки рельса в зоне стыка шлифовальным станком. Выполнить крепление рельса к шпалам в зоне литейного шва. Засыпать балласт в шпальный ящик в подрельсовой зоне стыка.
Контроль качества АТС на месте выполнения работ.
В процессе подготовки и проведения АТС рельсов руководитель бригады сварщиков должен выполнять пооперационный контроль за качеством всех операций. По окончанию технологического процесса АТС должен быть проведён визуальный контроль литейного шва в стыке. Наличие на поверхностях шва трещин, а также пор и шлаковых включений не допускается.
Операция № 7. Приведение сварного шва и участка рельса в рабочее
состояние.
Установить инвентарные
стыковые накладки (при
необходимости) на рельс в зоне литейного стыка.
Демонтировать приспособление, собрать инструмент, включая клины, для выправки рельсов.
Собрать остатки литейных материалов.
Вывод
Свое развитие алюминотермитная сварка получила благодаря следующим позитивным факторам: полная независимость от электроэнергии и газа; простота и доступность технологии; отсутствие сложного технологического оборудования; возможность
выполнения работ в линейных или полевых условиях [5].
Алюминотермитная сварка стыков позволяет:
- значительно сократить расходы на текущее содержание пути;
- предотвратить образование дефектов на концах рельсов, тем самым избежать преждевременной замены рельсов;
- уменьшить интенсивность износа колес подвижного состава;
- увеличить скорость хода подвижного состава;
- увеличить плавность хода подвижного состава [6].
Список литературы:
1. Коненков В.И. Алюмотермитная сварка // Евразия. Вести. - 2003. - № 9. - 22 с.
2. Малкин Б.В., Воробьев А.А. Термитная сварка. М. : Минкоммхоз, 1963. - 104 с.
3. ТУ-0921-127-011243 23 -2005.
Сварка рельсов алюминотермитная методом промежуточного литья.
4. https://helpiks.org/1-136097.html.
5.http://www.zaosnk.ru/services/alyu minotermitnaya_svarka_relsov.
Аннотации:
В статье детально рассмотрены технологический процесс производства алюминотермитной сварки (АТС) и осуществление контроля за его выполнением.
Приведены выводы о состоятельности использования этого способа сварки на стыках
стрелочных переводов отечественных железных дорог.
Ключевые слова: алюминотермитная сварка, стык, руководитель, бригада, контроль, стрелочный перевод.
In the article details considered the technological process of production of aluminum-thermal welding (PBX) and monitoring its implementation.
The above conclusions about the viability of using this welding method at the junction turnouts for local Railways.
Key words, aluminothermic welding, joint, leader, team, control, switches transfer.
