Сварка рельсовых стыков электродами

Обновлено: 25.04.2024

Отдельные элементы ВСП необходимо надежно соединять между собой. И сегодня мы рассмотрим классическое решение по созданию единой магистрали – в фокусе внимания сварка железнодорожных рельсов: она выигрывает у сборной технологии, так как не дает стыков, снижающих скорость перемещения транспорта. Поэтому подробно разберемся, какими методами ее можно осуществлять и что за особенности есть у каждого из них. На основе этого вы сможете определить, чем воспользоваться в случае с вашей ЖД-линией.

Общие сведения

Этот вид обеспечения целостности полотна известен и применяется уже очень давно, пользуется стабильной популярностью и считается классическим решением, но до сих пор ведутся работы по его совершенствованию. Периодически внедряются инновационные решения, призванные убыстрить сварку, а также удешевить ее без ухудшения конечного результата.

Почему до сих пор нет какой-то единой технологии, которая была бы оптимальной? Потому что есть ограничения, возникающие при производстве рельсов: их специально делают из высокопрочных металлов, чтобы они дольше служили. И чем надежнее элемент ВСП, тем хуже он поддается контролируемому нагреву и пластическому деформированию.

Если же повысить твердость прокатного изделия сверх меры, его будет сложнее соединить с такими же конструкциями, укладываемыми в колею. Поэтому и производители двутавровых балок не экспериментируют, и ответственные подрядчики, привыкшие делать магистрали на совесть, придерживаются четко установленных стандартов, в частности, ГОСТа 103-76.

Свойства свариваемости

Решить описанную выше проблему, то есть обеспечить высокое качество стыка при сравнительно малых затратах времени и сил, позволяет правильный выбор электродов. Хорошие варианты (из тех, что постоянно есть в продаже и стоят сравнительно недорого) – это УОНИ из серий 13/45 и 13/55, которые подходят даже для ответственных объектов или усиленных конструкций.

Хотя еще важнее правильно выбрать метод и в процессе его реализации придерживаться норм и требований, прописанных в межгосударственном стандарте 103-76. Это позволит упростить работы, которые и так проводятся с не самыми благоприятными исходными данными.

Особенности сварки рельсовых стыков

Мы уже выяснили, что профили для укладки в колею выполняют из особо прочного металла, а именно из высокоуглеродистой стали. Это материал, у которого есть своя специфика термообработки: превышение температуры воздействия обернется внутренними напряжениями, появлением трещин и других мелких дефектов, способных стать причиной аварии.

Чтобы обеспечить достаточное качество шва и одновременно минимизировать вероятность возникновения микроповреждений, при соединении двух элементов ВСП необходимо соблюдать следующие правила:

Пользоваться именно профессиональным оборудованием – как наиболее точным, производительным и безопасным в своем классе.

Ответственно подойти к покупке расходников (мы уже упоминали о важности тех же электродов).

В обязательном порядке применять флюсы (там, где они необходимы) и другие вспомогательные средства припоя.

Придерживаться оптимального режима работы, выбранного ранее (особенности каждого мы еще рассмотрим).

Уделить внимание постобработке шва, а дальше проверить его соответствующими приборами на предмет целостности.

В процессе эксплуатации колеи сварные плети необходимо периодически осматривать на предмет микроповреждений, чтобы своевременно предупредить более значительные разрушения.

Виды рельсов

Химический сплав металлоконструкции, укладываемой на шпалы, играет важную роль. Согласно ГОСТам, он должен быть строго определенным для каждого профиля, и следующая таблица поможет понять, что же используется.

Алюминотермитная сварка железнодорожных стыков

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.

Электроды для сварки железнодорожных рельс

Сварочные Материалы

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

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

«Рельсовые» электроды

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

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

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

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

Подготовка электрода к сварке

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

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

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

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

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

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

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

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

Сварка рельс

В железнодорожной отрасли и в строительстве применяется техника, которая перемещается по рельсам. Как правило, она имеет достаточно большой вес, а соответственно металл сталкивается с большими нагрузками. Чтобы изделия смогли выдержать все сложности эксплуатации, сварка рельс должна происходить в точности с предписанными технологиями, так как это сложный процесс. С одной стороны, проблем добавляет большой диаметр изделий, которые не позволяет проварить их на всю глубину, что обеспечило бы более высокое качество. С другой стороны, сварное соединение всегда будет самым слабым местом конструкции и его необходимо усиливать.

Сварка рельсовых стыков может проходить как в ручную, так и в автоматическом режиме. После нее всегда требуется проводить обработку материала, чтобы достичь гладкой поверхности. Таким образом, для качественного проведения процесса требуется:

Использовать профессиональную технику;
Необходимо выбрать подходящие расходные материалы;
Обеспечить лучшие условия свариваемости благодаря флюсам и прочим средствам;
Соблюдать точные режимы сварки;
Тщательно обработать полученное соединение, чтобы рельсы были пригодны к эксплуатации.

Свойства свариваемости

Над проблемой, которую представляет собой сварка крановых рельсов, а также прочих их разновидностей, люди работают достаточно давно. Ведь сами изделия производятся из упрочненной стали, которая зачастую обрабатывается механическим путем. Любая обработка на упрочнение добавляет сложности к свариваемости и к любым другим термическим обработкам. Тем не менее, современные технологии позволяют добиться приемлемых результатов. Одним из самых доступных вариантов среди электродов, которые можно свободно найти в продаже, являются УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55. Это изделия для работы с ответственными сооружениями, мощными каркасами из металлоконструкций, а также они подходят и для рельс. Но это далеко не единственный метод, хотя и самый простой из всех возможных.

Сварка крановых рельсов

Сварка рельсов пути производится по ГОСТ 103-76. Сюда входит несколько методов, которые отличаются принципом действия, сложностью, используемой техникой и прочими нюансами. Каждый из них по-своему помогает бороться с плохой свариваемостью изделий. Также их выбор зависит от вида самих рельс, которые должны будут поддаться будущему ремонту.

Виды

Железнодорожные промышленные – применяются для относительно коротких участков путей на различных предприятиях. Это ширококолейные варианты, для которых используются марки РП75, РП65 и РП50.
Железнодорожные для узкой колеи – используются в подземных шахтах и узкоколейной железной дороге. Здесь применяют такие марки как Р24, Р18, Р11 и Р8.
Рудничные для проводников в шахтах – применяются при создании бесстыкового и звеньевого пути широкой колеи. Также применяются и для стрелочных переводов. Здесь используются марки Р43, Р38 и Р33.
Рамные – используются для строительства пересечений и соединений на пути. Здесь нужна марка РР65.
Крановые – служат для создания путей прохождения строительного крана на площадках. Тут могут быть такие марки как, КР140, КР120, КР100, КР80 и КР70.
Остряковые – служат для верхнего строения в ж/д пути. Из них делают стрелочные переводы, круговые опорные устройства и прочее. Здесь пригодны марки ОР75, ОР65, ОР50 и ОР43.
Железнодорожные – стандартные изделия для создания бесстыкового и звеньевого основного пути для ж/д транспорта. Тут применяются марки Р75, Р65 и Р50.
Трамвайные с желобом – используются для создания путей прохождения трамваев. Здесь применяются марки Т62 и Т58.
Контррельсовые – используются в верхних конструкциях ж/д пути. Это могут быть марки РК75, РК65 и РК50.
Усиковые – из них изготавливаются крестовины, у которых непрерывная поверхность качения. Марка УР65.

Способы сварки рельсов

Существуют различные методы сварки рельсов, которые используются в наше время. Среди них стоит выделить основные:

Электродуговая сварка рельсов вручную – самый простой и доступный метод. Она подходит для соединения стыков и плетей. Изделия располагаются с небольшим зазором, который постепенно заполняется расплавленным металлом. Здесь используется переменный или постоянной род тока.

Электродуговая сварка рельсов вручную

Одной из разновидностей предыдущего варианта является ванный метод. Для этого используется специальная ванночка, которая задерживает стекание расплавленного материала. Торцы предварительно перпендикулярно своей оси обрезаются. Монтаж осуществляется без перелома. Зазор между изделиями должен быть около 1,5 см. В этот зазор помещается электрод, который расплавляется под силой тока и сваривается с основным материалом.

Ванная сварка рельс

Термитная сварка железнодорожных рельс основана на химической реакции окиси железа и алюминия. При их контакте и под воздействием температуры более двух тысяч градусов, сталь приобретает огнеустойчивую форму. Она идентична форме самого рельса. Это давний метод, который применяется уже более сотни лет.

Газопрессовая сварка подкрановых рельсов предполагает не полное расплавление, так как температура рабочего процесса не достигает точки плавления металла. сварка рельсовых плетей здесь достигается за счет высокого давления. Качество соединения оказывается достаточно высоким, а структура его получается очень однородной. Здесь необходимо плотная стыковка концов изделия. На рельсорезном станке ножовка прорезает торцы двух изделий, что помогает максимально очистить стыковочную поверхность. Перед соединением торцы обрабатываются четыреххлористым углеродом. Далее идет нагрев и зажатие заготовок при помощи гидравлического пресса.

Газопрессовая сварка рельс

Режимы

Для получения качественного соединения нужно придерживаться соответствующих режимов. Для каждой марки изделий нужны свои параметры, так как они обладают различными свойствами. Здесь приведены наиболее часто используемые варианты:

Читайте также: