Оборудование для термитной сварки рельс

Обновлено: 28.09.2024

Процесс SkV применяется для сварки железнодорожных рельсов типа Р65 и Р50. Особенностью этого процесса является быстрый (не более 2 минут) предварительный подогрев и возможность проведения сварочных работ при температуре окружающего воздуха до минус 5°С .

Последовательность основных операций процесса следующая :

1. Подготовка зазора и рельсов в зоне стыка.

Со стыка снимаются накладки, а рельсы в зоне стыка очищаются от грязи и ржавчины. Рельсовые скрепления ослабляются на трех шпалах справа и слева от стыка, при этом на ближних к стыку шпалах – полностью снимаются.

Концы рельсов отрезаются рельсорезом абразивно-отрезным диском так, чтобы величина сварочного зазора составила 24- 26 мм .

При соответствующем разрешении резку концов рельса можно осуществлять газовым резаком пропан-кислородной смесью по шаблону.

2. Выравнивание концов рельсов

Выравнивание концов рельсов производится при помощи упорных клиньев по метровой линейке специальным измерительным клином.

Рельсы выравниваются в двух плоскостях, причем по вертикали устанавливается необходимое превышение концов рельсов для компенсации термической усадки шва и создания припуска для последующей шлифовки.

Окончание этой операции – подогрев концов рельса в зоне стыка до температуры ~50 0 С для удаления влаги.

3. Установка литейных форм.

На рельсе закрепляется специальное зажимное приспособление, литейные формы устанавливаются в металлические формодержатели и с помощью кронштейнов фиксируются на зазоре.

По контуру рельса формы затем уплотняются раствором из огнеупорного песка, а по бокам формодержателей навешиваются чашки для сбора шлака.

В завершении этой операции на головку рельсов по бокам форм одеваются защитные крышки.

4. Установка тигля.

На специальный кронштейн навешивается тигель, в который устанавливается тигельная пробка и засыпается термитная порция.

Тигель может быть как многоразовый (показан на фотографии), так и одноразовый. Сверху на крышку тигля возможна установка дымового фильтра (не показан) в стальном коническом корпусе, значительно снижающего задымление рабочей зоны и препятствующего разлетанию искр по сторонам.

5. Короткий предварительный подогрев.

Перед началом термитной реакции осуществляется короткий предварительный подогрев концов рельсов. Эта операция проводится пропан-кислородной смесью с помощью специальной горелки. При этом время подогрева зависит от профиля рельса :

- для рельса Р50 оно составляет 1,5-2 минуты;

- для рельса Р65 соответственно 2-2,5 минуты.

6. Термитная реакция и заливка форм.

Немедленно после окончания подогрева горелка вынимается из формы и термитная смесь поджигается при помощи специального запала.

После завершения термитной реакции (через 20-25 секунд) на дне тигля автоматически открывается тигельная пробка и происходит выпуск жидкой термитной стали в литейную форму.

В процессе заливки расплавленной термитной стали в зазор концы рельсов проплавляются и свариваются.

7. Снятие грата.

После окончания заливки сталь в форме выдерживается в течение 3,5…4 минуты для полного завершения процессов кристаллизации.

По окончании указанного времени снимаются формодержатели, зажимное приспособление, удаляется верх форм, а грат срезается по поверхности качения головки рельса и боковой грани при помощи гратоснимателя с комплектом специальных ножей.

8. Шлифовка стыка.

Шлифовка стыка по поверхности катания и боковым граням головки рельса выполняется шлифовальной машиной в два приема :

- черновая шлифовка, проводимая сразу же после снятия грата *;

- чистовая шлифовка, проводимая после остывания стыка и затяжки рельсовых скреплений.

* После черновой шлифовки стыка допускается движение (пропуск) поездов со скоростью не более 25 км/ч .

9. Ультразвуковая дефектоскопия

После чистовой шлифовки и полного остывания стыка проводится контроль качества сварного шва переносным ультразвуковым дефектоскопом в соответствии с действующими правилами ПР 07.41-2006.

Особенности алюминотермитной сварки в тоннелях метрополитена.

Для выполнения требований, изложенных в этих документах, технологией предусмотрено применение специального дымового фильтра в стальном коническом корпусе, который может использоваться как с одноразовым тиглем (см. фото), так и с многоразовым тиглем. Фильтр значительно снижает задымление рабочей зоны и не допускает разлетание искр при термитной реакции.

В остальном технологический процесс алюминотермитной сварки рельсов в тоннелях метрополитена идентичен вышеизложенному процессу для железных дорог.

Технология термитной сварки, подготовка нужной смеси

Сварочные процессы при работе с металлами являются неотъемлемой составляющей. При этом привычные для нас режимы сварки, включающие в себя ручную дуговую и полуавтоматическую сварку, не всегда уместны, да и не всегда выполнимы. При соединении металлических конструкций больших габаритов требуется создание особых условий, а нередко такая необходимость возникает вне населенных пунктов. Естественно, об источниках питания, инверторах и газовом оборудовании речи быть не может. Единственным возможным вариантом является термитная сварка.

Технология

В качестве расходного материала при соединении деталей выступает специальная порошковая смесь, куда входят такие элементы, как алюминий, магний и окислы железа. Эти порошки называются термитами. При их сгорании выделяется энергия. Этой энергии достаточно, чтобы перевести кромки соединяемых деталей в полужидкое состояние. Происходит смешивание металла с материалом смеси и последующая кристаллизация.

Для осуществления процесса сварки на первоначальном этапе необходимо поджечь смесь. Температура ее возгорания достигает 1350°C градусов. Разработано несколько эффективных способов поджога. Указанной температуры можно достичь получением электрического разряда, взрывом пиропатрона или горением специального шнура.

При горении термита температура внутри смеси повышается до 2400-2700°C градусов. Большинство металлов имеют температуру плавления, ниже этого значения.

В данной технологии примечательно то, что для горения не нужно поступление атмосферного кислорода. Окислителя вполне достаточно внутри самой смеси. При необходимости можно вести термитную сварку в среде инертного газа.

Применение

Если в качестве термита используется алюминиевая пудра, то процедура сварки представляет собой наплавление на торцы деталей. Она подходит для соединения заготовок из чугуна и прочих хрупких сплавов. В отрасли железнодорожного транспорта термитная сварка востребована при ремонте или соединении рельсов. В ГОСТ Р 57181-2016 прописаны все требования к сварочному процессу. Термитная сварка применяется в машиностроении, она незаменима при производстве гребных винтов для морского транспорта или коленчатых валов автомобилей.

Применение данный вид сварки нашел и на металлообрабатывающих предприятиях. Часто приходится ремонтировать прокатные станы, роторные валы, различные прессы или ковши. Все перечисленное считается крупногабаритным оборудованием, поэтому возможен только один тип сварки. Необходимо подчеркнуть, что именно благодаря сгоранию термита возможно качественное соединение проводов на линиях электропередачи и связи. В данном случае применяются составы, содержащие магний.

Существует классификация, в которой выделяется два вида термитной сварки, это муфельная и тигельная. Они используются, в зависимости от поставленных внешних условий. Тигельную сварку чаще всего называют алюминотермитной и применяют при соединении элементов заземляющих контуров, а также прочих металлоконструкций, требующих ремонта методом наплавки. В состав термита входит алюминиевый порошок и окисел железа. Примерное соотношение пропорции — 23 к 70. При сгорании состава образуется окалина, которая в расплавленном виде соединяет детали.

Важным достоинством алюмотермитной сварки является возможность соединять заготовки из чугуна без заметных стыков. Но алюминиевые детали соединяют другим способом – муфельной сваркой. По причине испарения алюминия при высоких температурах в муфельной сварке в качестве термита используется магний. Расплавленный состав впитывается в поверхности, не растекаясь по ним. Но при работе с алюминием необходимо удалять окисную пленку. Для этого следует добавлять специальный флюс.

Существует четыре способа ведения термитной сварки.

Первый способ характерен соединением встык. Но предварительно торцы деталей обрабатываются и зачищаются. Чтобы избежать деформации от неравномерного нагрева металла, свариваемые участки оборачиваются термоизоляционной пленкой. После сгорания термита образовавшийся жидкий металл, находящийся в тигле, выливается в оставленный между заготовками зазор. После этого заготовки прижимаются друг к другу и стыкуются.
Промежуточное литье считается менее затратным и технологически более легким. Расплавленный металл из тигля выливается в зазор. При этом детали не подготавливаются предварительно, что существенно упрощает процесс.
Комбинированная сварка характерна тем, что сочетает в себе технологию соединения встык и промежуточного литья. Обычно она используется при сварке рельсов. Торцы заготовок зачищаются, а между ними помещается пластинка из металла. После заливки сплава рельсы прижимаются друг к другу. При возможности шов по периметру повторно обваривается.
Метод дуплекс подразумевает последующую спрессовку заготовок после заливки сплава.

Составы

Как было уже указано выше, железоалюминиевая термитная сварка стала наиболее популярной. Основная масса термита представлена оксидом железа. Алюминия в смеси всего 25%, но можно встретить в составе и дополнительные компоненты. Добавляют флюс, легирующие присадки и железную обсечку. Горение термита и плавление смеси происходит магнезитовом тигле. Помимо алюминия возможно комбинирование следующих элементов:

Магний (31%) и оксид железа (69%).
Кальций (43%) и оксид железа (57%).
Титан (31%) и оксид железа (69%).
Кремний (21%) и оксид железа (79%).

В зависимости от области применения сварки, готовятся различные виды смесей. Железная окалина и алюминиевый порошок дают элементарную смесь. Необходимо строго соблюдать пропорции. Для соединения и ремонта на железной дороге создается специальный рельсовый состав. При алюминотермитной сварке в шихту вводится стальной наполнитель, который состоит из ферромарганца и графитной стружки. Легированные стали соединяются с помощью особого состава. В нем присутствуют присадки из ферротитана или феррованадия.

Чугунные изделия, как правило, к сварке предъявляют особые требования. Так, в составе термита для чугуна в обязательном порядке должен присутствовать кремний. При соблюдении технологии можно получить достаточно качественное и прочное соединение. Марганец в таких присадках не применяется.

Алюминотермитная сварка рельсов

Всю процедуру можно условно поделить на отдельные этапы. Сначала рассчитывают общее выделившееся количество теплоты. Его должно быть достаточно для процесса сварки. Подбирают оптимальный состав термитной шихты. Смесь должна быть равномерной по составу. Любым доступным способом обеспечивают поджиг смеси. Необходимо достичь температуры 1350°C градусов.

В дальнейшем происходит повышение температуры в термитной шихте. Расплавленный металл из термита получается за 20-30 секунд. Его масса составляет примерно половину от массы смеси. Остальная половина приходится на шлак. Металл осядет на дне тигля, а шлак, в силу меньшей плотности, всплывет наверх.

Сложность ремонта рельсов состоит в том, что все работы приходится выполнять в полевых условиях. Рельсосварочный аппарат достаточно массивен, однако его использование – единственная возможность провести ремонтные работы. На первом шаге следует подготовить торцы. Они должны быть ровными, а зазор между ними составляет 2-3 см. Свариваемые элементы выравниваются и фиксируются в одном положении. После установки огнеупорной формы осуществляется сама сварка.

Каждый сварщик желает получить качественный результат. В отличие от ручной дуговой сварки, термитная сварка требует точных расчетов. Необходимо правильно выбрать общее количество порошка, чтобы образовавшийся металл полностью заполнил зазор. В приготовлении смеси важно тщательно перемешать все составляющие. Первоначальный старт процесса должен происходить при температуре 1400°C градусов. Более низкие значения не приведут к возгоранию термита.

Оборудование

Технология проведения термитной сварки на первый взгляд кажется элементарной. Тем не менее, она предусматривает тщательную подготовку и наличие необходимых инструментов и оборудования. Термит засыпается в тигель, он должен быть выполнен из тугоплавкого материала, например, из керамики. Тигель оборудован специальным устройством, позволяющим слить расплавленный металл.

Чтобы отливка получилась аккуратной и соответствовала свободному пространству, изготавливаются матрицы и формы. В некоторых случаях их можно использовать повторно, но зачастую формы являются одноразовыми. Специальная глиняная обмазка не позволит металлу растекаться по поверхности.

Важным моментом при термитной сварке является обеспечение неподвижности заготовок, их фиксация. Она осуществляется различными устройствами и приспособлениями, в число которых входят тиски или струбцины. Инструмент для обработки поверхностей зависит от типа металла и степени его загрязненности. Обычно работают абразивным кругом или металлической щеткой.

После термитной сварки могут потребоваться дополнительные работы. В арсенале сварщика должен присутствовать кислородный резак, горелка и ножовка по металлу.

Достоинства и недостатки метода

При помощи термитной сварки есть возможность без применения дорогостоящего оборудования сваривать черные и цветные металлы. По сравнению с другими способами сварки данную технологию выгодно отличает целый ряд качеств.

Термитная сварка характерна меньшей затратностью в плане времени. Если учесть массивность свариваемых деталей, то эта выгода порой является определяющей.
Качество швов достигает высокой степени, так как происходит частичное проплавление металла заготовок. Помимо этого, шов получается достаточно эстетичным и аккуратным.
Следует также отметить относительно невысокую трудоемкость работ.
От сварщика требуется определенное мастерство, но оно касается, скорее, подготовительного этапа и приготовления смеси. Сам же процесс сварки особых навыков не требует, в отличие от сварки электродом.
Доступность и низкая стоимость расходных материалов позволит существенно сэкономить финансы и упростить задачу.
Сварочное оборудование можно использовать вдали от населенных пунктов.

При этом установка для термитной сварки считается достаточно опасной. Необходимо соблюдать меры предосторожности при ее использовании. Важно помнить, что термиты считаются горючими смесями. Нельзя допускать попадание в шихту жидкостей, так как это может привести к взрыву.

Термитная сварка не получила такого распространения, как дуговая, зато в некоторых случаях является незаменимой. В мелких мастерских ремонт осуществляется при помощи термитного карандаша. Начинающему мастеру сначала следует освоить этот инструмент, а уже затем приступать к изучению настоящего оборудования.

Как осуществляется сварка рельсов, какие применяются методы

Прочное соединение материалов — актуальный вопрос современности. Не каждая обработка способна обеспечить прочное и долговечное скрепление. Не каждая, но сварочная технология положительно зарекомендована в данном вопросе. Прочно соединить детали, выполняющие несущую функцию, под силу именно сварочным работам. Рельсы также относятся к несущим элементам, а сварка рельсовых стыков является сложным и кропотливым процессом. Рассмотрим его подробнее.

Общие сведения

Несмотря на то, что соединение стыков рельс при помощи сварки известно давно, проблема облегчения и ускорения работы актуальна до сих пор. Одной из причин стало то, что рельсы производят из металла повышенной прочности, плохо поддающегося сварке. Любая попытка дополнительного упрочнения или термообработки увеличивает риск ухудшения качества соединения стыка. Поэтому важно соблюдать технологию сваривания, следовать установленным правилам и ГОСТу 103-76.

Осуществить сварку рельсов можно множеством способов, но основными считаются:

электроконтактный;
алюмотермический;
электродуговой;
газопрессовый.

Каждый способ имеет свою технику выполнения, зависит от различных факторов, поэтому стоит рассмотреть их по отдельности.

Электроконтактный метод

Этот тип обработки рельсовых стыков известен еще со времен СССР, где часто применялся для изготовления рельсов. Пригоден он и для ремонта, кроме стрелочных участков.

Суть контактной обработки состоит в сильном нагреве стыка током низкого напряжения, в процессе которого происходит расплавление свариваемых краев образовавшейся электрической дугой.

Для качественного сварного соединения путем электроконтактной обработки требуется большое количество времени и специальные автоматические сварочные комплексы (например, МС-5002, К-90). Такие агрегаты весьма громоздкие, но, несмотря на габариты, самостоятельно передвигаются по ремонтируемому участку, осуществляя сварку рельсов.

Из положительных моментов стоит отметить, что свариваемые поверхности практически не требуют предварительной подготовки. Все манипуляции по подготовке осуществляются вышеозначенными сварочными механизмами.

Электродуговой вариант

В данный период электродуговая сварка рельсов наиболее распространена среди применяемых технологий. Причина в том, что этот тип обработки совмещает:

простое и доступное оборудование;
легкость выполнения;
качественные швы.

Данные характеристики позволяют сваривать как стыки рельсовых плетей, так и поврежденные участки.

Перед началом работы необходима предварительная зачистка и шлифовка краев свариваемых изделий — это улучшит итоговое качество соединения. Обязательна укладка с зазором между деталями — это облегчит проваривание стыков.

Расстояние между торцами рельсов послойно проваривается (заполняется) металлом электродов, расплавляют который при помощи высокой температуры образующейся в момент работы дуги. Функционирует полуавтомат от источника постоянного или переменного тока.

«Ванный» способ

Известен своей эффективностью и «ванный» способ дуговой сварки. В этом случае на путь монтируется специальная «ванночка», а торцы рельсовых плетей обрезают перпендикулярно основной оси и укладывают в «ванну». Зазор между стыками рельсов не должен превышать 16 мм. Допустима неровность поверхности 3-5 мм, но не более. Проваривают пространство между стыками плавким электродом, по которому пропускается электрический ток мощностью 300-350 ампер.

Чтобы во время сварки расплавленный металл не вытек за пределы «ванночки» ставят специальные ограждения. По окончании процесса швы проверяют на качество и шлифуют по всему периметру.

Термитная сварка

Соединение рельсовых нитей путем термитной обработки востребовано не менее, чем другие способы сварки рельсов. Метод основан на восстанавливающей реакции, образующейся при контакте алюминия и окиси железа. Происходит весь процесс довольно быстро, но при тысячных температурах (не менее 2000°С). Такой тип сварки известен еще как алюминотермитный.

Для проведения термитной обработки торцевые части плетей зачищают и укладывают ванну (форму), повторяющую рельсовую геометрию. Полученное во время реакции восстановленное железо заполняет форму, выталкивая шлак наверх. По окончании процесса такой шлак легко счистить, не разрушая структуру шва.

Смесь для проведения термитной сварки состоит из:

алюминиевого порошка;
окиси металла (чаще железа);
запальной смеси (не всегда);
легирующих добавок;
демпфирующих частиц.

Легирующие добавки наряду с тормозящими частицами добавляют в термитную смесь для придания сварному соединению требуемой прочности и устойчивости к механическим воздействиям. Высокое качество шва значительно снижает износ участка и реже требует ремонта.

Воспламенение термитной смеси происходит при температуре около 1300°С градусов, при наличии запальной составляющей — 800°С градусов. В процессе горения, а это всего лишь несколько секунд, выделяется большое количество тепла, поэтому такую сварку часто называют алюмотермической.

Термитная обработка позволяет соединять различные типы рельсовых плетей, независимо от их плотности:

поверхностно — закаленные;
объемно — закаленные;
не обработанные термически.

Полученное в результате алюминотермитной сварки соединение обладает высокой прочностью, что широко применяется при постройке магистралей для высокоскоростных поездов.

Газопрессовая обработка

Данный способ тоже входит в число востребованных технологий сварки рельсовых стыков. Основан на использовании температур намного ниже границы плавления. Процесс осуществляется при высоком давлении, что обеспечивает однородность структуры и плотное и надежное стыковое соединение.

Для успешного выполнения работ необходима небольшая подготовка. Подготавливают рельсы к сварке при помощи специального оборудования — рельсорезного станка с дисковой пилой, механической ножовки. Рельсовые нити стыкуют между собой, после чего вертикально прорезают одновременно оба рельса. Такая обработка обеспечивает чистую отшлифовку свариваемых поверхностей, максимальную плотность прилегания и улучшает итоговое качество шва.

По окончании подготовки торцы рельсов можно промыть дихлорэтаном или четыреххлористым углеродом. Другой вариант промывки можно выполнить непосредственно в процессе сварки — для этого применяется треххлористый углерод.

Обработанные стыки прижимаются друг к другу при помощи гидравлического пресса и вдоль стыка нагреваются многопламенными горелками до 1200°С. В процессе нагрева рельсы продолжают сдавливаться, образуя усадку до 20 мм. Сила давления на рельсовые стыки во время нагрева составляет 10-13 тонн. Точное значение силы выполняется специальными расчетами.

Выполненное сварное соединение тщательно зачищают и шлифуют, то есть проводят нормализацию. Обработанный и остывший шов проверяют на качество при помощи различных приборов.

Рассмотренные технологии сварки рельсовых стыков соответствуют современным требованиям для создания прочного сварного соединения. Каждый тип обработки имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Разновидность применяемой методики зависит от типа рельсовых плетей, доступности и качества необходимого оборудования. Правильно подобранный способ, соблюдение условий обработки и мер безопасности гарантируют высокое качество итогового шва.

Термитная сварка рельсов

Многим известен такой вид сварки, как электродуговая и газовая. Они широко применяются как на производстве, так и в строительстве. Но термитная сварка мало кому известна. Поэтому речь пойдет о ней. Благодаря использованию термитной сварки, получаются, ничем не хуже по качеству соединения, как при электро или газосварке, притом не требуется источник электропитания или газовые баллоны.

Сферы применения

Термитную сварку на сегодняшний день используют для сваривания чугуна, электрических и телефонных коммуникаций, труб, частей двигателя и так далее. Особо часто термит используют для сваривания железнодорожных рельсов. Соединения получаются достаточно надёжные. Место ремонта может быть на любом участке дороги, даже в несколько сот километров от населенного пункта.

Появление термитной сварки было обусловлено необходимостью стыкового соединения металлов без использования громоздкого оборудования и наличия электросети. Поэтому в 1859 г. Бекетов Н. Н. обнаружил способ, в основе которого лежит алюминотермия ― процесс получения металла восстановлением их окислов алюминия. Он определил, что смесь порошка алюминия и оксида железа, горя при 3000° C, превращаются в сталь и шлак.

В 1898 г. исследователь из Германии Гольдшмидт, впервые применил термитную сварку на практике, соединив два железных бруска. Сделал он это, образовав форму вокруг места стыка и засыпав его термитным порошком. Сгорев, термитный порошок превратился в расплавленное железо, соединив таким образом два металлических бруска. При этом шлак всплывал на поверхность и мог свободно отделиться.

С того времени состав термита практически не изменился. Чаще всего термит имеет в своём составе опилки алюминия ― 23%, и окись железа― 77%. Фракция порошка составляет ― 0,5 мм. В момент поджига порошка, возникает химическая реакция, благодаря которой выделяется много тепла. Плавясь, окись железа переходит в чистое железо, а расплавленный алюминий окисляется.

Процесс сваривания рельсов термитом заключается в следующем:

обрезка рельс с двух сторон, чтобы промежуток между ними был 23 ― 25 мм. Притом они должны быть выставлены горизонтально и вертикально;
в зазор между рельсами вставляется пластина из углеродистой стали, для образования зазора;
стык рельсов зажимается прессом;
на место соединения монтируется огнеупорная форма, а стыки формы с рельсами, засыпаются песком, или замазываются специальной пастой;
поверх форм прикрепляется тигель (конус в виде лейки из огнеупорного материала) в котором первоначально сжигается термит. Расплавленный жидкий металл полученный в тигле, в последствии выливают в форму на стыке рельс;
термит в тигле поджигается термитным карандашом, после чего происходит горение основной смеси 20 ― 30 секунд;
снизу в воронке тигля установлена заглушка, которая расправляется и освобождает проход жидкому металлу в форму. Сталь и шлак заполняя форму, образуют соединительный шов, притом шлак частично вытесняется наружу в специальные чаши, прикрепленные сбоку тигля;
горячая сталь заливаемая в форму, проплавляет торцы рельс. После, убирается тигель, и форма сжимается прессом;
форму снимают, и пока металл ещё горячий, удаляют его избыток;
получившийся шов, тщательно шлифуют до образования однородной плоскости с рельсой.

Термитные карандаши

В продаже можно найти термитные карандаши. Это кусок проволоки состоящей из углеродистой стали, диаметром до 5 мм. На неё наносят термитную смесь перемешанную с клеем. С одной стороны карандаша имеется место для запала. Что-то вроде бертолетового шнура, но нанесенного в виде дорожки на сам карандаш. Карандаш вставляют в держатель ― как для электросварки, ― и поджигают верхнюю часть. Когда огонь доходит до основного состава на другом конце карандаша, происходит запал термита. Сварку необходимо производить с защитным щитком и рукавицами. Этот же карандаш применяется для поджига основной смеси в тигле. Его поджигают и бросают в тигель с термитной смесью.

Кроме карандашей, существуют ещё термитные шашки и патроны. По принципу работы они схожи с термитным карандашом.

Достоинства термитной сварки

крепкое и надежное сварочное соединение с высокой стойкостью к разрушению;
технология сварки отличается простотой и доступностью, что предполагает ее использование как в промышленности, так и в быту;
самый оптимальный вариант сварки при аварийных ситуациях.

Недостатки

высокое поглощение влаги;
смесь из-за способности воспламенятся, считается пожароопасной, что требует бережного отношения и хранения;
попадание влаги на термитную шашку приводит к образованию взрыва;
неспособность контролировать процесс горения термита.

Оборудование для термитной сварки рельс

вольфрамовый или керамический тигель с плавящейся заглушкой, и приспособленный для слива жидкого металла в форму;
отливочные формы для придания расплавленному металлу формы рельсов;
пресс для сжатия форм после заливки металла;
дополнительное оборудование: подставка для тигля, термометр, горелка;
дополнительные материалы и инструменты: болгарка, шлифовальные круги, кувалда, зубило, металлическая щётка, термостойкая одежда, рукавицы, защитные очки для глаз и другое.

Условия для сварки рельс термитом

Чтобы соединение при процессе сварки получилось качественным и крепким, необходимо соблюдать следующие условия:

количество порошка термита необходимо просчитать столько, сколько нужно для заполнения металлом формы вокруг рельса;
важно, чтобы смесь шихты была тщательно измельчена и перемешана;
температура горения зажигательного элемента (шашка, карандаш), как катализатора поджига основной смеси, должна быть не менее 1400°C.

Несмотря на свои незначительные недостатки, термитная сварка может с успехом конкурировать по безопасности и качеству с такими сварками, как электродуговая и газовая. Например, газовая взрывоопасна, а электрическая не исключает поражение электротоком. Да и многое в этих видах сварок напрямую зависит от квалификации самого сварщика. В термитной же, большую роль играет качество смеси и сохранение технологии, а остальное получится само ― собой.

Термитная сварка рельсов трамвайного пути методом промежуточного литья

Прежде чем приступить к подробному описанию технологического процесса термитной сварки рельсов трамвайного пути, целесообразно рассмотреть специфику данного вида работ и применяемых для его выполнения способов. Характерными особенностями рельсовых трамвайных путей выступают:

изготовление из очень прочного материала – высокоуглеродистой стали, одним из свойств которой является плохая свариваемость;
высокие требования к точности геометрических размеров конечного продукта, так как любые отклонения резко увеличивают вероятность аварии;
большая протяженность путей, результатом которой становится необходимость быстрого перемещения в процессе работы.

Следствием перечисленных особенностей рельсовых трамвайных путей становятся следующие требования к исполнителю работ по их монтажу:

специализированное профессиональное оборудование;
качественные комплектующие и расходные материалы;
жесткая система мер по контролю над качеством сварных швов и работы в целом.

Электроконтактная сварка

Технология широко применяется в различных сферах деятельности для соединения однотипных деталей. Применительно к монтажу рельсовых трамвайных путей принцип действия электроконтактной сварки выглядит следующим образом:

сначала стыки рельсов сильно нагреваются под воздействием электрической дуги;
результатом становится расплавление металла;
затем происходит стыковка отдельных элементов с образованием в месте соединения однородной массы

Производство работ происходит с применением мобильных машинных комплексов, выполняющих сварку в автоматическом режиме и передвигающихся по смонтированному участку пути. На подготовительном этапе рельсы укладываются в непосредственной близости от предполагаемого места размещения.

Основные достоинства технологии электроконтактной сварки трамвайного пути – универсальность, отменная производительность, серьезный уровень автоматизации рабочего процесса. В числе недостатков – высокая стоимость профессионального оборудования и существенные эксплуатационные расходы. В первую очередь, они необходимы для комплектования рельсосварочной станции дорогостоящими контактными головками разного типа в зависимости от требуемого режима сварки.

Рис. 1. ПРСМ-6 – популярная модель автоматизированной установки для сварки электроконтактным методом

Электродуговой метод

Электродуговая сварка бесконтактным способом, наряду с термитной, считается наиболее часто применяемой технологией монтажа трамвайных путей. Рабочий процесс ее практического использования выглядит следующим образом:

рельсы укладываются в месте расположения трамвайного пути;
между ними остается небольшой по размерам зазор;
концы рельсов соединяются между собой при помощи металла электродов, который расплавляется под действием электрической дуги.

Главное достоинство описываемого метода – отсутствие необходимости прилагать серьезные усилия при стыковке рельсов и доступная стоимость выполнения работ. Дополнительные и весьма немаловажные плюсы – возможность использования как стационарных, так и мобильных источников электроснабжения разной мощности.

Рис. 2. Сварка рельсового пути электродуговым способом

Наибольшее распространение получил так называемый ванный способ электродуговой сварки. В соответствии с его технологическим процессом, стык размещается в специальной герметичной емкости - ванне. Между рельсами остается зазор от 14 до 16 мм. Между торцами вертикально сверху помещается электрод. На него подается электрический ток, сила которого составляет около 350 А. В результате металл электрода расплавляется и равномерно распределяется внутри ванны, обеспечивая прочное надежное и долговечное соединение. Основным недостатком технологии выступает сравнительно невысокая производительность, которая объясняется серьезным уровнем трудозатрат.

Газопрессовая сварка

В данном случае применяется совершенно иной принцип соединения стыков рельсов трамвайного пути. Он предполагает сварку отдельных элементов в единую конструкцию при намного более низких температурах, исключающих плавление металла, под воздействием высокого давления. На подготовительном этапе происходит максимально плотное прижатие стыков рельсов друг к другу, которое достигается при помощи специального рельсорезного станка.

Затем место соединения обрабатывается четыреххлористым углеродом или дихлорэтаном, незначительно нагревается с применением комбинированной горелки и сильно сжимается с использованием гидравлического пресса. Воздействие давления с усилием около 10-13 тонн сопровождается разогревом стыка примерно до 1 200 градусов.

Такая технология позволяет получить еще более однородное и прочное соединение рельсов, чем описанные выше способы. Как следствие, чаще всего газопрессовая сварка применяется для монтажа путей, эксплуатация которых предполагаем самые высокие нагрузки, то есть железнодорожных. Основным недостатком метода является высокая стоимость, необходимость в узкоспециализированном дорогостоящем оборудовании и сравнительно низкая производительность.

Термитная (алюмотермитная) сварка

Каждый из перечисленных выше методом сварки рельсового трамвайного пути не лишен каких-либо существенных недостатков. Наиболее сбалансированным и отвечающим современным требованиям к качеству, стоимости и скорости выполнения монтажных работ справедливо считается термитный способ (другие его часто применяемые наименования – алюмотермитный или метод промежуточного литья).

В его основе лежит реакция, происходящая при контакте алюминия и окиси железа, которые входят в состав специального порошка – термита. Результатом реакции становится образование восстановленного железа. Она сопровождается выделением большого количества тепла, что ведет к дальнейшему нагреву металла до температуры примерно 2 000 градусов. После этого он заливается в специальную форму, которая размещается на стыке рельсов и совпадает с ними по форме. Использование в технологическом процессе термита на основе алюминия стало причиной появления названия сварки – термитная или алюмотермитная.

Рис. 3. Алюмотермитная сварка рельсового пути

Технология была разработана достаточно давно – в середине XIX века. Ее постоянное совершенствование в сочетании с разработкой нового более эффективного и производительного оборудования, а также впечатляющим набором достоинств сделали термитную сварку самым востребованным на данный момент способом монтажа и ремонта рельсовых трамвайных путей.

Технологические особенности, сфера применения и преимущества термитной сварки методом промежуточного литья

В настоящее время применяются 4 базовых метода термитной сварки. Каждый из них имеет характерные особенности и собственную область практического использования. В указанную цифру входят следующие способы выполнения сварочных работ:

соединение встык. Наиболее трудоемкая и сложная для практического применения технология;
способ промежуточного литья. Обладает комплексом достоинств, подробно описанных ниже;
комбинированная сварка. Предусматривает совмещение характерных особенностей двух указанных выше методов, комбинируя и их недостатки;
метод дуплекс. Отличительная особенность данного способа – дополнительная стадия технологического процесса, представляющая собой спрессовку заготовок после заливки сплава восстановленного железа.

Самой популярной и часто применяемой разновидностью термитной сварки заслуженно считается способ промежуточного литья. В большинстве случаев именно он имеется в виду, если речь идет о рассматриваемой технологии. Основными причинами востребованности метода следует считать три фактора:

сравнительно простой рабочий процесс;
длинный перечень достоинств, с лихвой компенсирующий небольшое количество недостатков;
универсальность в сочетании с широкой сферой практического применения;
наличие четких и детализированных стандартов, регламентирующих выполнение работ.

Для получения объективного и более глубокого представления об особенностях технологии, требуется подробно рассмотреть каждый из перечисленных факторов.

Схема технологического процесса

Традиционный метод термитной сварки рельсового пути способом промежуточного литья включает в себя следующие технологические этапы:

над стыком двух рельсов устанавливается специальная конструкция в виде емкости;
внутрь ее помещается специальный порошок - термит, на 23% состоящий на крошки алюминия и на 77% - из оксида железа. Он имеет мелкодисперсную структуру с размерами гранул около 0,5 мм;
непосредственно на стык монтируется герметичная заливочная форма, конфигурация которой совпадает с профилем рельс;
металлическая емкость нагревается до 1 000 градусов при помощи разового воздействия специального воспламенителя, запускающего алюмотермитную реакцию;
она протекает с выделением тепла, результатом чего становится дальнейший нагрев порошка до 2 000 градусов и перемещение получившегося расплава в заливочную форму;
под воздействием расплава торцы рельсов также сильно нагреваются, оплавляются, в результате чего в месте стыка создается однородная масса по всему сечению рельса;
постепенное охлаждение сварного шва сопровождается дополнительным уплотнением металла и выдавливанием шлака на поверхность;
завершающая стадия рабочего процесса – отбивка шлака и шлифовка сварного шва при помощи обычной болгарки или угловой шлифмашинки.

Преимущества и недостатки

Повсеместное применение алюмотермитной сварки в целом и конкретно метода промежуточного литья объясняется рядом серьезных преимуществ, которые достигаются при грамотном использовании технологии. Самыми впечатляющими из них являются такие:

высокая скорость ведения сварочных работ. Продолжительность технологического процесса составляет не более 25-30 минут. Как следствие – бригада сварщиков, укомплектованная необходимым оборудованием, способна выполнить 10-12 сварных швов в течение часа;
отсутствие привязки к стационарным источникам электроснабжения. Для выполнения работ используются мобильные установки, обладающие компактными размерами и работающие в автономном режиме. Общий вес необходимого оборудования редко превышает 350-400 кг;
сравнительно невысокие требования к квалификации исполнителей. Для грамотного практического применения описываемого способа сварки достаточно четко следовать пошаговой инструкции по выполнению работ и технологической схеме рабочего процесса;
высокий уровень безопасности, для обеспечения которого достаточно использовать исправное оборудование и выполнять общепринятые правила техники безопасности при проведении сварочных работ;
одинаковая эффективность как для монтажа нового рельсового пути, так и при ремонте существующего. Важный дополнительный плюс – отсутствие необходимости делать длительные перерывы в движении транспорта при выполнении ремонтных работ;
отменные эксплуатационные характеристики сварного шва. Они не уступают или даже превосходят аналогичные показатели, полученные при использовании альтернативных методов сварки, при заметно более высокой производительности и доступной стоимости производства монтажных работ.

К числу недостатков, характерных для термитной сварки рельсов трамвайного пути, следует отнести такие особенности технологии:

необходимость аккуратного и осторожного обращения с используемым в ходе работ порошком, который является легко воспламеняемым веществом;
для получения качественного шва требуется четкое выполнение схемы и последовательности производимых технологических операций;
обязательное условие для безопасного ведения сварочных работ – исключение возможности попадания в рабочие емкости воды, что приведет к разбрызгиванию металла.

Анализ приведенных выше списков достоинств и недостатков наглядно демонстрирует главную причину популярности и востребованности рассматриваемой технологии. Она заключается в сочетании хороших эксплуатационных свойств получаемого на выходе сварного шва с высокой производительностью и доступной стоимостью выполняемых монтажных работ. Очевидным и легко предсказуемым следствием настолько впечатляющего перечня достоинств технологии становится крайне обширная сфера применения термитной сварки в сегодняшних условиях.

Технические стандарты, регулирующие требования к проведению работ

Немаловажным достоинством термитной сварки рельсовых путей выступает наличие детально проработанного стандарта, четко регламентирующего требования к технологическому процессу и правила проведения сварочных работ. Речь в данном случае идет о национальном стандарте РФ – ГОСТ Р 57181-2016. Нормативный документ был введен в действие с 1 июня 2017 года и актуален до настоящего времени.

Положения стандарта содержат рекомендации в области грамотной организации работ по монтажу рельсовых путей любого типа – железнодорожных, трамвайных или для других разновидностей городского электротранспорта. Кроме того, стандарт дает основные определения терминам и понятиям, которые используются для описания технологии термитной сварки, а также устанавливает базовые методы контроля над качеством сварного шва.

О группе компаний

Группа компаний «АВИС медиа» один из старейших поставщиков сметных программ в России.

Группа компаний осуществляет продажу, внедрение и поддержку сметных программ, поставку необходимых сметно-нормативных баз.

Читайте также: