Сварка рельсовых стыков – процесс непростой, требующий максимальной концентрации и внимательности. Поскольку в материале полотна находится очень много углерода, то он считается трудносвариваемым металлом. Допуская недочеты в создании сварного шва рельсов, можно получить трещины на соединении. О том, в чем суть такого вида сварки рассмотрим в этой статье.
Что представляет собой алюмотермитная сварка?
Метод состоит в следующем: специальный порошок помещается в специальную металлическую конструкцию, которая находится над стыком двух участков полотна, подвергающегося сварке, а затем этот порошок плавится. Предназначение порошка заключается в том, что он надежно и прочно соединяет основной материал и таким образом, микроструктура шва становится очень вязкой. Подобные стыки делаются очень быстро и со временем они не проседают, что свидетельствует об их высоком качестве.
Порошок, выступающий в роли связующего звена в термитной сварке рельс, состоит из 23% алюминиевой крошки и 77% оксида железа. Структура порошка мелкодисперсная, размер гранул – 0,5 мм. Технология базируется на способности металла восстанавливаться в окислах алюминия. Однако, как уже отмечалось, это может произойти только при высоком тепмературной режиме, поэтому и применяется запал, посредством которого смесь поджигается. Именно этот процесс позволяет превратить оксид железа в чистый металл.
На участке используется заливочная форма, благодаря которой сплав направляется в место стыка.
Обратите внимание! Очень важно, чтобы образовалась герметичная конструкция, именно поэтому созданы специальные различные формы под разные конфигурации рельс.
Если после выполнения работы, вы найдете какие-то зазоры и щели, то от них нужно избавиться, для этого используется термостойкая обмазка. Благодаря своей жидкой консистенции она затекает в участок стыкового соединения и заполняет свободное пространство. В итоге на поверхности образуется шлак.
Процесс создания сварного шва рельсов должен производиться с обязательным уплотнением стыка, когда он находится еще горячим. Для этого необходимо обзавестись прессами. По завершению работы шлак надо отбить молотком, а сам шов надо отшлифовать специальной машинкой и болгаркой.
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.
Достоинства и недостатки
Алюминотермитная сварка рельс очень часто применяется на практике, ее широкая популярность обусловлена рядом плюсов, которые выделяются при использовании данного метода:
- Процесс осуществляется очень быстро (не более 30 минут). Несколько опытных сварщиков могут за 1 час создать 10-12 швов.
- Сварочные работы могут не нуждаются в привязке к стационарным источникам электроэнергии.
- Все необходимые детали и инструменты можно приобрести в любом строительном магазине.
- Чтобы качественно сварить рельсу в принципе не нужно специального образования, достаточно несколько раз потренироваться, чтобы соединение получилось прочным и надежным.
- При точном соблюдении правил выполнения технологии по созданию шва, в конечном итоге вы получите соединение, которое будет выдерживать сильные нагрузки.
- При условии, что применяется хорошая техника, процесс считается абсолютно безопасным для людей, выполняющих работу.
- Термитная сварка рельс не требует строгой привязки к населенному пункту, можно осуществлять и на поле.
Несмотря на большое количество преимуществ, как и любые другие технологии, сварочные работы, основанные на применении алюминотермия, имеют свои недостатки, о которых нельзя не упомянуть:
- Поскольку используемый порошок является легковоспламеняемым, в обращении с ним следует быть предельно осторожным.
- Чтобы в конечном итоге получить качественный шов, надо особое внимание уделить подготовке и выполнить ее детально.
- Проследите за тем, чтобы техника была исправной.
- Нужно быть очень внимательным, поскольку если в горящую емкость попадет вода, то металл разбрызгается.
Алюмотермия
Для сварки рельсов по методу алюмотермии используют порошок алюминия и оксид железа РедО . Составьте термохимическое уравнение, если при образопании 1 кг железа выдадилось 6340 кДж теплоты. [c.35]
Алюмотермией получают феррованадий, феррониобий и ферротантал. Чистый металлический ванадий может быть попучен методом восстановления У Об кальцием в стальной бомбе. Образующиеся частицы металлического ванадия после промывки сплавляются в слиток в вакуумной печи. Полученный таким образом металл содержит до 99,9% ванадия и обладает хорошей пластичностью. Ниобий и тантал можно получить термическим разложением пентаиодидов или пентахлоридов при 2000 С или восстановлением металлическим натрием или калием. [c.371]
На этом свойстве А1 основан метод восстановления металлов (Сг, Мп, W, V и др.) из их оксидов — метод алюмотермии, открытый Н. Н. Бекетовым (1859). [c.277]
Относительно чистый хром получают методом алюмотермии [c.373]
Металлический алюминий служит в основном для производства сплавов. Сплавы алюминия менее устойчивы к коррозии из-за возникновения гальванических микроэлементов в местах включений примесей. Алюминий идет на производство кабелей, фольги, зеркал, серебристой краски. Способность алюминия восстанавливать металлы из оксидов при высоких температурах послужила основой метода алюмотермии, т. е. восстановления тугоплавких металлов, например хрома или марганца, из их оксидов [c.152]
По содержанию в земной коре хром относится к довольно распространенным элементам. Основной рудой хрома является Хромистый железняк РеО-СггОз. Элементарный хром можно получить методом алюмотермии из оксида хрома (III) [c.273]
Эксперимент 9.3. Проведение алюмотермии [c.145]
Алюмотермией называют реакции, протекающие между окислами металлов и алюминием, с образованием соответствующего свободного металла п окиси алюминия. Алюмотермией можно получить только те металлы, теплота образования окислов которых меньше теплоты образования окиси алюминия. Этим способом получают в промышленности такие металлы, как Сг, Мп, Т], [c.334]
Последовательность работ:
Подготовительный этап
Существенную роль в том, как сварить шов рельс, играет подготовка, которая предполагает следующие действия: возле стыка надо ослабить крепления рельс, а те которые расположены на участке соединения и вовсе надо снять. Далее при помощи горелки рельсы нагреваются, а также очищаются от ржавчины. На следующем этапе, при помощи клиньев, их надо выпрямить как горизонтально, так и вертикально. Ставить рельсы нужно соблюдая зазор в 2,5 мм, далее к ним подводится резак.
Выравнивание
Изначально надо избавиться от прокладок всех креплений, на их места устанавливаются клинья, используя молоток их нужно подогнать до требуемого состояния. Затем надо проверить насколько точно уложены рельсы, для этого используйте метровую линейку.
Установка
На этом этапе важно подобрать нужную герметичную форму, далее горелку надо поставить по середине на том участке, где предположительно появится шов. Также нужно выполнить и герметизацию зазоров, для этого форму надо максимально плотно прижать к шву, также здесь используется шпатель, который обеспечивает чистую грань между швом и песком.
Нагрев и сварка
Предварительный прогрев рельс производится горелкой при следующих параметрах: давление пропана – 1,5 бар, давление кислорода – 5 бар. Пламя подается на протяжение 1,5 – 2 минут. Когда прогрев завершен, горелка убирается, вставляется сердечник и поворачивается тигель. Затем на месте предполагаемого стыка устанавливается специальная бочка, наполненная зарядом. Для того, чтобы поджечь заряд применяет запал с высокой температурой, затем жидкий металл помещается в форму и выдерживается 4-5 минут.
Шлифовка и контроль качества
По окончанию процедуры, стык обрабатывается по краям до гладкого состояния: пока он горячий срезаются наплывы.
Далее, используя абразивные инструменты надо отшлифовать шов. Чтобы проверить качество нужны линейка и щуп. Важно, чтобы все было максимально прямолинейным. Качество шва проверяется по статичности изгиба, все осуществляется при помощи измерительных инструментов.
Алюминотермитная сварка рельсов: технология выполнения, оборудование, расходные материалы
Рельсы можно варить при помощи арочной сварки, методики газопресса, с применением алюминотермитной технологии. Последний метод работает, когда используют воспламенитель.
Подают заряд, который эквивалентный одной порции. Температура при этом увеличивается до показателей в 1000 градусов. Любые рельсы могут расплавиться при этих цифрах.
Алюминотермитная сварка рельсовых соединений считается сложной технологией. Она требует от мастера умений и внимательности. В материале есть много углеродистых соединений. Его сварка будет непростой.
Если отнестись к процессу без энтузиазма, то можно на выходе получить непрочное соединение. Могут быть многочисленные трещины, которые усложнят работу конструкции. В статье поговорим о том, что из себя представляет этот вид сварки.
Что такое алюминотермитная сварка
Порошок размещают в емкость из металла. Она расположен над границей двух частей холста. После этого порошок расплавляют. Рассыпчатая смесь необходима для того, чтобы получить прочное соединение базового металла.
Мелкие части шва станут вязкими, стыки при этом будут надежными. На протяжении десятков лет определили, что алюминотермитная сварка не проседает. Этот метод считается одним из наиболее эффективных.
Порошок, который связывает полотна, на четверть состоит из алюминиевого песка. В основной его части находится оксид железа. Гранулы по размерам не более 0.5 мм. Она мелкорассеянная, при этом податлива к любым действиям.
Металл может восстанавливаться в окислах материала. Но это возможно только в тех случаях, когда в работу вступает высокая температура. Необходимо поджигать смесь методом запала. Это приводит к тому, что оксид железа становится чистым сплавом.
На местах применяют заливочную емкость. Она направляет сплав в места алюминотермитной сварки. Герметичность конструкции играет важную роль. Разные виды рельс предполагают использование особой формы.
После того, как работа завершена, вы обнаружили зазоры или трещины? Необходимо их заделать при помощи термоустойчивой обмазки. Из-за того, что она жидкая, смесь поможет затечь во все труднодоступные места. Как итог – получится много лишнего шлака.
Нужно уплотнить соединение во время того, как оно не утратило высокую температуру. В этом помогут прессы. Когда работа закончена, от шлака избавляются при помощи молотка. Шлифовка стыков при помощи болгарки.
Плюсы и минусы
Этот метод применяется достаточно часто. Этому послужило то, что у него есть преимущества, которые по достоинству оценивают сварщики. Среди них выделяют такие:
- Быстрая скорость работы. Все этапы занимают не более получаса. При большом опыте за 60 минут можно обработать до десяти швов.
- Не используйте стационарную электрическую энергию. Это позволяет перемещать аппарат с места на место.
- Все части конструкции можно найти в одном месте. Они продаются в специализированных магазинах.
- Для получения ровного соединения не нужно иметь профессиональное образование. Нужно попробовать себя в сварочных работах несколько раз.
- Если не забывать о правилах работы и придерживаться всех технологий, можно получить прочный итоговый результат.
- Весь процесс не представляет опасности для работников, если применяется качественная техника и материалы.
- Сварочные работы можно проводить как дома, в цехах, так и на открытом поле.
Использование алюминотермитной сварки предполагает возникновение некоторых сложностей. Они могут быть такими:
- Порошок может легко поджечся, поэтому нужно вести себя с ним крайне осторожно.
- Подготовительные работы проводят тщательно и детально, чтобы не упустить важные нюансы.
- Техника, с которой вы будете работать, должна быть в рабочем состоянии. Проверьте ее исправность до начала сварки.
- Если в горячую посуду попадут капли жидкости, тогда вся смесь будет разбрызгана. Не допустите этого случая.
Установки
Алюминотермитная сварка возможна только если используете все рабочие элементы. Среди них выделяют такие:
- Бочка.
- Порошок.
- Пробка.
- Форма, которая отвечает рельсам.
- Жидкая обмазка.
- Устройство для полировки.
- Зубило.
- Молот.
- Металлическая лопата.
- Светоч.
Какие этапы работ существуют:
- Подготовка. От этого этапа будет зависеть, насколько прочным будет алюминотермитное сварочное соединение рельс. Первым делом в месте, которое находится возле стыка, сделайте более слабым рельсовое крепление. Снимите те, которые размещены в месте соединения. Горелка поднимет температуру рельс. Они станут чистыми и не будут содержать ржавчину. Клинья помогут выпрямить их в горизонтальном и вертикальном положениях. Оставляйте зазор в 2.5 мм и соединяйте рельсы с резаком.
- Сглаживание. Сначала уберите прокладки, которые размещены на соединениях. Вместо них поставьте клинья. Они прибиваются при помощи молотка. При помощи линейки проверьте точность установки рельс.
- Монтаж. Выберите необходимую непроницаемую форму. После этого горелка располагается посередине там, где вы хотите установить соединение. Обеспечьте герметичность стыков. При помощи шпателя прочно прижмите форму к соединениям. В результате вы получите плотное основание, расположенное между швом и смесью.
- Подогрев и металлообработка. Рельсы прогреваются при помощи горелки, когда соблюдены такие условия: пропановое давление составляет 1.5 бар, а кислородное не превышает 5 бар. Огонь проходит в течение 120 секунд. После того, как конструкция нагрелась, горелка больше не нужна. Нужно вставить стержень и повернуть сосуд. В том месте, где планируется алюминотермитная сварка, нужно поставить емкость, в которой будет заряд. Чтобы осуществить розжиг, необходимо брать хорошо прогретый запал. После этого металл в жидком состоянии оставляют в форме до пяти минут.
- Полировка. После завершения сварочных работ нужно отшлифовать конструкцию. Для проверки качества шва берут линейку и щуп. Измерительные приборы позволяют выявить, насколько высокое качество соединения получилось в итоге.
