Алюмотермитная сварка жд стыков

Обновлено: 08.05.2024

К надежности и прочности соединения рельсов предъявляются высокие требования, соблюдение которых не могут обеспечить классические способы. Поэтому при прокладке или ремонте железнодорожных путей применяют специальные технологии. Самой удобной и эффективной из них признана алюминотермитная сварка.

Что такое алюминотермитная сварка

Сущность алюминотермической технологии основана на восстановлении железа из оксидов при взаимодействии с окислами алюминия. Протекание реакции сопровождается выделением тепла, достаточного для плавления металла. Для алюминотермитной технологии используют смесь (термит), состоящую из 23% измельченного алюминия и 77% железной окалины. Чтобы характеристики шва были близкими к параметрам материала рельсов, в порошок добавляют легирующие элементы и частички стали.

Смесь засыпают в тигель, установленный над стыком. Для начала реакции восстановления порошок нагревают до 1000⁰С воспламенителем с однопорционным зарядом. После поджигания в результате химического взаимодействия ингредиентов температура смеси поднимается до 2400⁰C, восстановленное железо плавится, стекая вниз, заполняет зазор стыка. Для повышения надежности соединения алюминотермитная сварка завершается уплотнением шва специальным прессом.

Достоинства и недостатки

Популярность технологии объясняется тем, что алюмотермитная сварка обладает следующими преимуществами по сравнению с другими способами:

Высокая скорость проведения работы. Полный цикл создания соединения занимает не больше получаса. Бригада, используя метод разделения труда, может за час наложить 10 -12 швов. Это возможно если один выполняет подготовку и переходит к следующему стыку, другой проводит сварку, третий обрабатывает соединение
Нет привязки к стационарным источникам электропитания, что позволяет использовать алюминотермитную технологию в полевых условиях.
Не требуются дорогие материалы и сложное оборудование, поэтому сокращаются затраты на обслуживание железнодорожных путей. Все необходимое есть в магазинах стройматериалов.
Снижается износ колес вагонов, локомотивов.
Улучшается плавность хода составов.
Чтобы освоить алюминотермитную технологию, достаточно провести 2 — 3 сварки.

К недостаткам алюминотермической технологии относятся:

легкая воспламеняемость термита требует осторожного обращения при хранении, транспортировке, применении;
трудоемкость подготовительных мероприятий;
невозможность применения технологии при температуре ниже +5⁰C;
при попадании воды в зажженную смесь происходит активное разбрызгивание металла, поэтому в дождливую погоду нужно устанавливать навес.

Применяемое оборудование и материалы

Для проведения алюминотермитной сварки рельсов нужно приготовить:

бочку с термитом, закрытую заглушкой;
форму в соответствии с профилем рельсов;
если вместо бочки применяется развесочная смесь, потребуется тигель из тугоплавкого материала;
пресс для сжатия шва;
шлифовальную машинку;
молоток, зубило;
металлическую лопатку для снятия горящего шлака;
газовую горелку для предварительного нагрева.

Из расходных материалов потребуется:

мелкодисперсный термит с гранулами не более 0,5 мм;
термостойкая паста для заделывания трещин и щелей;
пропан и кислород для горелки в баллонах.

Процесс алюминотермитной сварки рельсов

Перед началом работы нужно убедиться, что термита достаточного для полного заполнения стыка, иначе придется все переделывать. Технология алюмотермитной сварки жд стыков выполняется поэтапно в строгой последовательности.

Подготовительные работы

На участках рельсов, расположенных рядом со стыком, снимают крепления к шпалам, а дальние ослабляют. Это необходимо для того, чтобы они не мешали при установке и для снятия напряжения металла. Участки возле стыка нагревают горелкой, очищают от ржавчины. Затем рельсы выставляют так, чтобы между торцами было расстояние 25 мм.

Выравнивание рельсов

Далее на всех креплениях убирают прокладки, заменяя их клиньями с обеих сторон. Чтобы соединение выдерживало нагрузку от проходящих жд составов без деформаций, рельсы должны быть прямолинейными по горизонтали и вертикали. Предварительную установку делают на глазок. Затем, подбивая клинья молотком, добиваются необходимого положения. Для контроля к поверхностям рельсов прикладывают метровую металлическую линейку.

Установка форм

Ориентируясь по измерителю, устанавливают зажимное устройство на нужном расстоянии от стыка. Накладывают форму, оставшиеся щели замазывают термостойкой пастой. Сверху устанавливают подставку с воронкой, над которой размещают бочку с термитом. При использовании развесной смеси потребуется тигель. Горелку крепят по центру соединения чуть выше оси рельсов.

Нагрев и сварка

Для предварительного подогрева места соединения на горелку подают пропан под давлением 1,5 Бар и кислород 0,5 Бар. Через 1,5 — 2 минуты горелку гасят, убирают. Если к качеству шва не предъявляются повышенные требования, эту процедуру можно пропустить. После поджигания термитной смеси специальным запалом, расплавленный металл начинает стекать внутрь формы. В это время (20 — 30 сек) нельзя изменять положение тигля. После опорожнения его снимают, а также крышки и поддоны для шлака. Форму разбирают через 4 минуты, когда завершится кристаллизация металла.

Шлифовка и контроль качества

После окончания алюминотермитной сварки стык обрабатывают с боков и сверху, чтобы рельсовое полотно было гладким. Место соединения в течение 10 минут прогревают горелкой, после чего зубилом или болгаркой удаляют наплывы. Окончательную шлифовку проводят абразивными инструментами после остывания, контролируя процесс щупом и линейкой. Качество выполненного соединения проверяют методом статичного изгиба по подошве или головке рельса. Ход испытаний контролируют по измерительным приборам.

Несмотря на высокие температуры, возникающие при выполнении алюминотермитного соединения рельсов, технология не считается опасной. Непосредственно сваркой должен заниматься опытный рабочий. Все члены бригады должны быть обеспечены спецодеждой из негорючей ткани, защитными очками, сигнальными жилетами.

Как сваривают рельсы

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.

Особенности сваривания рельсов

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.

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. Сварку рельсов по алюмотермитной технологии 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.

Метод промежуточного литья для алюминотермитной сварки рельсов

Сварка рельсовых стыков представляется собой технологический процесс, который может выполняться разными методами. Классические способы соединения металлических деталей считаются не уместным, так как после выполнения работ получается ненадёжный шов для рельсового полотна. В этом случае наиболее эффективной является алюмотермитная сварка.

Что представляет собой алюмотермитный метод?

Алюминотермитная сварка представляет собой технологию соединения рельс. Он подразумевает под собой использование специальной соединительной смеси. Она засыпается в металлическую конструкцию устанавливаемую над местом соединения. Порошок попадает на рабочую поверхность, плавится, создают надёжное соединение. Есть два варианта проведения работ:

Во время выполнения работ, используется термитная смесь. Она состоит из 77% оксида железа и 23% алюминиевой крошки. Однако, рабочее вещество не создаст прочный шов без сильного разогрева. Для этого применяется запал, который разогревает смесь. Алюминотермитная сварка рельсов должна проводиться по томному соблюдению технологии.

По завершению создания шва, шлак, выступающие части, наплывы зачищаются с помощью болгарки. Сварщик проверяет целостность соединения. Если есть зазоры, щели, трещины, он замазывает их термостойкой обмазкой.

[stextbox создания надёжного шва, который выдержит большие нагрузки, используются специальные прессы. С их помощью проводиться процесс уплотнения соединительной смеси.[/stextbox]

Что входит в состав смеси?

Термитные используются не только для сварки рельс. Им применят при тепловом воздействии на различные поверхности, детонаторном эффекте, изготовлении пиротехнических изделий. В зависимости от того, где используется термит, выбирают состав смеси.

Алюмотермитная сварка жд стыков выполняется с помощью ферроалюминиевого состава. Он включает в себя такие компоненты как оксид железа (металлические опилки), алюминий. Процентное соотношение компонентов – 75%/25%. При это количество активных веществ может изменяться +-3%.

[stextbox Сварка рельс выполняется смесью алюминия и железа. Оба компонента входят в состав мелкими опилками. Чтобы ускорить процесс горения соединительного состава, алюминий добавляется в форме пудры.[/stextbox]

Как приготовить термитную самостоятельно?

Смесь для алюмотермитной сварки можно изготовить в домашних условиях. Для этого требуется подготовить два компонента:

Оба компонента должны представлять собой мелкие опилки. Чем меньше их фракция, тем лучше получится готовая смесь. Этапы приготовления термита:

В металлической емкости смешать 4 части железных опилок, 2 части алюминиевой пудры.
Тщательно перемешать компоненты между собой. От процесса перемешивания зависит то, насколько качественным будет готовый состав.
Дополнительно смесь должна быть насыщена катализатором. Он изготавливается из жженой марганцовки. Требуется добавить пятую часть этого вещества в состав.

Готовую смесь просушить. Поджигается она с помощью магниевой ленты. Перевозить, хранить термит можно используя металлические емкости.

У любой технологии соединения металлических деталей есть сильные и слабые стороны. К преимуществам относятся:

Высокая скорость выполнения работ. При достаточном опыте, качественной соединительной смеси, правильном оборудовании сварщик сделает надёжный шов менее чем за полчаса.
Оборудование, инструменты можно купить в строительных магазинах.
Для освоения техники достаточно попробовать метод алюмотермитной сварки 2-3 раза.

Требуется аккуратно работать с оборудованием для сварки, термитом. Связанно это с тем, что смесь легко воспламеняется.
Технология узкоспециализированная. Не подходит для соединения большинства металлических конструкций.
Необходимо крайне аккуратно хранить, транспортировать, применять термит.

[stextbox же рабочая смесь загорелась, потушить её не получится. Вода только разбрызгает горящую массу вокруг.[/stextbox]

Сварные швы в вагонах, локомотивах, рельсах и машинах различного назначения, применяемых на транспорте, являются наиболее повреждаемыми местами в процессе эксплуатации. Это связано с характерными особенностями сварных соединений. В сварном шве и околошовной зоне после сварки изменяются механические свойства, При сварке термитным способом образуются остаточные растягивающие напряжения, близкие к пределу текучести материала, а сам сварной шов, кроме того, является концентратором напряжений

Оборудование

Для проведения работ требуется подготовить оборудование. К нему относится:

Бочка.
Заглушка.
Болгарка или шлифовальная машинка.
Молоток.
Металлическая лопатка.

Дополнительно понадобится запорный кран, зажимное универсальное устройство.

Используемые материалы

Помимо оборудования необходимо подготовить расходные материалы. Это термитная смесь, обмазочный состав для заделывания трещин, щелей. Помимо них нужны две формы, аппликатор, сердечник, пробойник.

Последовательность работ

Перед тем как приступать к проведению соединительных работ, требуется узнать теоритически как сваривать рельсы, а затем попробовать метод на практике. Технология представляет собой несколько этапов, которые должны идти строго друг за другом.

Подготовительный этап

В первую очередь требуется провести подготовку соединяемых деталей. Для этого рельсы разжимаются из креплений, нагреваются до определённой температуры, зачищаются от ржавчины. Поверхность должна быть гладкой. Далее рельсы устанавливаются напротив друг друга чтобы зазор не превышал 2,5 см.

Выравнивание

Во время проведения алюмотермитной сварки, требуется придерживаться точной прямолинейности. Связанно это с тем, что рельсы будут подвергаться огромной нагрузке при хождении груженых составов. Прокладки на креплениях заменяются на клинья. Далее рабочие молотками подбивают рельсы до нужного положения. Прямолинейность проверяется металлической линейкой. Допустимы зазор – 1 мм.

Установка и герметизация форм

Важно проводить соединительные работы используя герметичную форму. Зажимное устройство с помощью измерителя устанавливается на нужное расстояние от будущего шва. Горелку устанавливают по центру соединения.

Предварительный нагрев и сварка

Предварительно требуется разогреть соединяемые рельсы. На 2 минуты включается подача пламени (пропан и кислород). Горелку требуется убрать, закрепить сердечник. Включается запал для возгорания рабочей смеси. Расплавленный металл переливается в подготовленную заранее форму. Четыре минуты достаточно для полной кристаллизации.

Завершительным этапом работ является шлифовка шва. Перед эксплуатацией рельс, требуется сделать поверхность гладкой. Шов нагревается с помощью горелки в течении 10 минут. Горячие наплывы срезаются болгаркой. После остывания места соединения, выполняется шлифовка. Для этого применяются шлифовальные машины с абразивными кругами или лентами. Контроль качества представляет собой проверку на статичный изгиб.

Другие виды сварки рельс

Помимо алюмотермитной сварки, существуют другие технологии соединения рельс. К ним относятся:

Сварка электродами. Для того чтобы соединить рельсы данной технологией, требуется использовать электроды УОНИ. Перед проведением работ требуется прогреть расходные материалы в течении 2-ух часов при температуре в 400 градусов. . Соединяемые рельсы укладывают друг напротив друга. При это должен присутствовать зазор в 2 см. Концы рельс провариваются электродами. Расплавляются они дуговым разрядом.
Метод промежуточного литья. Подразумевает под собой процесс заполнения соединительного пространства расплавленной смесью металлов.

Выполняя работ по определённой технологии, требуется грамотно выбирать оборудование, расходные материалы.

Способы сварки рельсовых плетей

Технология представляет собой инновационный метод соединения рельс. Этапы проведения работы:

Рельсы устанавливаются напротив друг друга с промежутком.
Один из незакреплённых концов загибают пока не совпадут торцы.
Далее рельсы свариваются вместе.
Принудительно распрямляется стрела изгиба.

Используется данная технология для починки железнодорожного полотна.

Алюмотермитная сварка применяется для соединения рельс. С его помощью можно сделать надёжный шов, которые выдержит серьёзные нагрузки. Помимо этого можно использовать и другие технологии соединения, однако, классическая сварка не подходит для выполнения подобных работ.

[stextbox 4 разряда Михаил Васильевич Чернов 37 лет, стаж работы 14 лет:«При соединение рельс, требуется крайне внимательно относиться к выбору оборудования и термита. Некачественная смесь может стать причиной нарушения целостности железнодорожного полотна и как следствие катастрофы. Желательно использовать технологию промежуточного литья, так как она считается наиболее надёжной, долговечной».[/stextbox]

Термитная сварка рельсов

Термитная сварка рельсов, технология сварки рельсов термитом. Алюмотермитная сварка — это процесс сварки металлических деталей жидким металлом заданного химического состава, получаемого в результате алюминотермической реакции.

Сущность реакции заключается в способности алюминия восстанавливать окислы металлов с большим выделением тепла, в результате чего изменяется потенциальное состояние энергии и рекристаллизация компонентов, участвующих в процессе:

где: Q – теплота в реакции;

U₁ — U₂ — изменение энергетического состояния материалов;

А — работа порекристаллизации компонентов.

Большое количество тепла, которое выделяется при термитной реакции, длительное время сохраняет металл в жидком состоянии и дает возможность использовать его для технологических целей.

Термитный процесс с железо-алюминиевым составом протекает в соответствии со следующей зависимостью:

где: M₁ — металл, стоящий левее в ряду напряжений химических элементов Al;

M₂ — металл, стоящий правее в ряду напряжений Fe;

Q — теплота реакции.

Для зажигания термитных смесей употребляют легковоспламеняемые составы, которые при горении развивают температуру, превышающую 1500°.

Для этого используется переходной состав, загорающийся при 150—200°, который вызывает загорание второго состава с температурным барьером в 400—600°. Этот состав при своем горении перекрывает температурный барьер начала термитной реакции.

На этом принципе основывается конструкция термитных спичек, выпускаемых нашей промышленностью (рис. 1).

Концы отобранных под термитную сварку рельсов не должны иметь отклонений от оси в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Торцы и концы рельсов должны быть зачищены до металлического блеска не менее чем на 50 мм. Для этого используют круглую стальную проволочную щетку, которую устанавливают на вал электрошлифовальной машины. Если последняя отсутствует, можно применить ручную стальную проволочную щетку.

Особенно тщательно следует зачищать нижнюю поверхность подошвы и место сопряжения шейки с головкой рельса. Если на зачищаемой поверхности окажется трудноудаляемая окалина. необходимо пользоваться напильником, а в отдельных случаях зубилом с молотком.

Если концы рельсов покрыты маслом, мазутом и т. п., их следует обжечь пламенем горелки бензоподогревателя или паяльной лампы.

Уложенные на шпалах рельсы стыкуются, одновременно производится предварительная рихтовка их. Затем, выдерживая зазор 12—14 мм между торцами рельсов, проводят контрольную рихтовку. Для этого применяют клинья из твердых пород дерева или металла.

Регулируя положение клиньев, которые подбиваются под подошву рельсов, тщательно совмещают профили последних.

Используя эти же клинья и специальную стальную линейку длиной 1 м, необходимо произвести завышение места сварки на 1,5—2 мм, так как в противном случае стык после сварки окажется заниженным.

Проверка величины такого завышения осуществляется линейкой со штифтами 1,5 мм на концах.

Термитная сварка рельсов, технология сварки рельсов термитом

Самым распространенным способом термитной сварки стыков рельсов является способ промежуточного литья.

Принципиально схема сварки этим способом проста (рис. 1.1).

При установке рельсов под сварку между торцами стыка выдерживается зазор, равный толщине шейки рельса. Свариваемые поверхности должны быть параллельными.

Обрезка рельсов под сварку (если в этом есть необходимость) может выполняться механическим способом. Величина зазора между торцами рельсов оказывает большое влияние на качество сварки.

Применение меньших зазоров выгодно, так как это сокращает расход термита. Однако использование неоправданно узких зазоров изменяет характер кристаллизации металла в сварном шве и металл в верхней части шва может затвердевать раньше, чем успеют выйти газы из нижних слоев.

Это может при вести к появлению газовой пористости в сварном шве. При сварке способом промежуточного литья термитный металл полностью заполняет зазор между торцами рельсов по всему сечению.

Он является не только мощным теплоносителем, но и расплавляя торцы рельсов, при затвердевании образует сплошное сварное соединение.

Полноценное сварное соединение получается лишь в том случае, если пропускается избыточное количество жидкого металла который, омывая свариваемые поверхности рельсов, равномерно оплавляет их и обеспечивает хороший провар металла.

Поэтому при конструировании сварного стыка необходимо предусмотреть такое размещение прибыльной части и системы подвода металла чтобы потоки жидкой стали омывали всю площадь свариваемого сечения.

Прибыльная часть служит питателем для заполнения жидким металлом мест, образующихся в процессе усадки металла.

Головка рельсового стыка вследствие частичного расплавления ее термитным металлом теряет механические свойства, приданные ей в процессе прокатки.

Это обстоятельство должно быть учтено при конструировании форм, чтобы уменьшить величину этого прослабления головки рельсов.

Предварительный подогрев стыка перед термитная сварка рельсов является важной технологической операцией, от которой в значительной степени зависит качество сварного соединения.

Подогрев может производиться любым горючим газом, причем температура подогрева должна быть не менее 850—900°.

Предварительный подогрев перед термитная сварка рельсов необходим для того, чтобы создать наиболее благоприятные условия для заливки перегретой жидкой стали, уменьшить температурный перепад между жидкой сталью и сварной зоной, сократить расход термита, повысить качество сварки и устранить газовую пористость в сечении облива, которая может возникнуть от присутствия влаги в сварочной зоне.

Алюмо термитная сварка рельсов, технология сварки рельсов

В ходе предварительного подогрева стыка огнеупоры вследствие их меньшей, чем у металла, теплопроводности, нагреваются до более высокой температуры.

Поэтому расплавленный металл в зоне, прилегающей к огнеупорам, меньше охлаждается, более длительное время сохраняет текучесть и вследствие этого легко перемещается и питает шов по всему периметру облива.

Большое значение имеет конфигурация облива.

Применяющаяся сегментообразная форма облива не всегда обеспечивает получение качественного стыка, поэтому при отработке оптимальных параметров конфигурации облива необходимо помнить, что резкие переходы между обливом и рельсом являются источником значительных напряжений, которые в эксплуатационных условиях могут привести к разрушению стыка.

Каждая вновь конструируемая модель облива должна отрабатываться путем пробной сварки стыков рельсов с последующим их исследованием.

Сжигание термита для термитная сварка рельсов следует производить только в горячем ошлакованном тигле.

Применение непрогретого тигля недопустимо по следующим причинам:

1) футеровка тиглей обладает высокой гигроскопичностью и активно усваивает атмосферную влагу, поэтому при сжигании термита в таком тигле термитный металл будет насыщаться водородом;

2) холодная футеровка поглощает большое количество тепла, выделяемого в ходе термитной реакции; этим нарушается расчетный тепловой баланс процесса сварки;

3) футеровка ввиду ее загрязнения различными примесями, не обладающими высокой огнеупорностью, может быть источником дополнительных вредных включений в термитном металле.

Поэтому, прежде чем пользоваться новым тиглем, его необходимо ошлаковать, т. е. сжечь в нем некоторое количество термита, достаточное для того, чтобы внутренняя поверхность футеровки покрылась шлаком не менее чем на 2/3 общей высоты тигля.

Детали и материалы, используемые для запорного устройства тигля (штепсель, асбестовый кружок и глинозем), перед применением нужно прокалить, а запорный гвоздь — прогреть.

Перед засыпкой термита в тигель его следует тщательно перемешать, так как алюминиевый порошок и железная окалина из-за значительной разницы в удельных весах в процессе транспортировки неравномерно распределяются.

Засыпая из бумажного пакета присадку в тигель, необходимо помнить, что если она находится в верхней части термита, то в ходе термитной реакции из-за большой активности процесса присадка почти полностью теряется (испаряется и переходит в шлак).

Если присадка находится в нижней части тигля, она полностью переходит в термитную сталь. В этом случае присадка полностью усваивается нижними слоями термитного металла.

Чтобы получить однородную по химическому составу термитную сталь, а также максимально уменьшить потери присадки, последнюю необходимо закладывать в тигель на 2/3 его высоты.

Поджигание термитной смеси можно произвести любым источником тепла, развивающим температуру свыше 1350°. На практике чаще всего пользуются термитными спичками, которые горят в любых атмосферных условиях.

Для воспламенения термитной шихты горящую спичку необходимо погрузить на 2/3 ее длины в термит. Горение термитной порции происходит весьма активно и продолжается 15—25 сек.

По окончании горения термита, что определяется прекращением бурления в тигле, необходимо дать выдержку 4—6 сек., чтобы закончилось отделение металла от шлака.

Затем следует быстро выбить запорное устройство тигля и выпустить жидкие продукты термитной реакции в форму.

В ходе термитной реакции нужно стремиться к возможно более точному определению момента выпуска термитного металла из тигля. Преждевременный выпуск не дает возможности закончиться процессу горения термита и последующему отделению металла от шлака.

Это ведет к загрязнению сварного стыка неметаллическими включениями и резко снижает прочность термитного металла.

Задержка выпуска термитной стали ведет к падению ее температуры, что может вызвать непровар в сварном стыке. По этой же причине может произойти застывание металла в нижней части тигля. Такой тигель следует осторожно снять со стойки до полного его остывания.

Через 2,5—3,5 мин. после заливки термитного металла снимают форму, удаляют технологические утолщения: прибыльную часть, литниковую и выпорную системы стыка.

Затем очищают сварной стык от пригара формовочной земли и шлифуют абразивным кругом рабочие поверхности рельсов.

Усталостная прочность сварных рельсовых стыков значительно повышается при шлифовке. Особенно тщательно следует шлифовать поверхность катания и рабочей грани. Рельсовый стык необходимо шлифовать вдоль рельса.

Рельсовые стыки, сваренные термитом, следует располагать только на весу. Расстояние между обливом и осями прилегающих шпал не должно превышать 250 мм.

При укладке в путь старогодных рельсов нельзя менять положение рабочей внутренней грани головки. Состояние пути является одним из важных факторов, определяющих эксплуатационную надежность сварных рельсовых стыков.

Неисправности пути — просадки, перекосы, изношенные шпалы и пр.—в зоне сварных рельсовых стыков резко увеличивают динамическое воздействие на последние со стороны проходящего подвижного состава и преждевременно выводят их из строя.

Алюминотермитная сварка

Процесс сварки рельсов можно осуществлять несколькими способами: электродуговой , газопрессовной, алюминотермитной сваркой. Последняя технология является наиболее популярной и считается очень эффективной, хотя метод контактного соединения также часто применяется. Алюминотермитная сварка рельсов предполагает использование специального прибора — воспламенителя. За счет однопорционного заряда увеличивается температурный режим (до 1000°С), который подходит для расплавления всех видов рельсов.

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.

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.

Алюминотермитная сварка должна производиться только при наличии всех необходимых элементов: бочка, порошок, заглушка, форма, которая выполнена в соответствии с конфигурацией рельс, обмазочное вещество, необходимое для герметизации стыка, шлифовальная машинка, зубило, молоток, лопатка из металла (нужна для забора горящего шлака), горелка (посредством ее изначально надо разогреть металл).

Последовательность работ:

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.

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.

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.

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.

Выводы

Процесс алюминотермитной сварки достаточно безопасный. Лучше, чтобы работу выполнял сварщик с опытом. Выполняя такую технологию, как алюмотермитная сварка, соблюдайте правила эксплуатации железных дорог. Специалисты должны быть обязательно в спецодежде, защитных очках и перчатках.

Читайте также: