Алюминотермитная сварка рельсов

Сварка рельс может быть осуществлена различными способами. Наиболее популярной и эффективной считается алюминотермитная сварка. Этот метод обеспечивает надежность и прочность соединения рельсов, которые относятся к объектам повышенного значения. Алюминотермитная сварка рельсов может использоваться, как при их прокладке, так и при ремонте.

Способы сварки рельсов

Рельсы изготавливаются из высокоуглеродистых сталей, особенностью которых является плохая свариваемость. При выборе способа соединения рельсов необходимо учитывать химический состав сплавов, из которых изготовлены рельсы, их текучесть и пластичность. Выбирать надо из следующих имеющихся технологий:

• электродуговая;
• электроконтактная;
• алюмотермитная;
• газопрессовая.

Каждая технология имеет свои преимущества.

Наиболее привычным является электродуговой способ. Сварка рельсовых стыков электродами применяется следующим образом:

1. Подлежащие соединению концы рельс укладывают с небольшим зазором между ними величиной в несколько миллиметров.
2. Их концы проваривают электродами, расплавляемыми посредством температуры сварочной электрической дуги.
3. Расплав постепенно начнет заполнять весь стык.
4. После того, как окончательно закончится охлаждение сварной ванны, полученный стык подвергают зачистке, убирают окалину, поверхность рельса в месте стыка выравнивают.

Для получения тока, переменного или постоянного, используется передвижная сварочная станция. В качестве оборудования применяются трансформаторы, выпрямители и инверторы.

Предварительно необходимо решить вопрос, какими электродами варить рельсы. Диаметр у них должен быть размером приблизительно 5-6 миллиметров. Применяются электроды, имеющие основной вид покрытия. Среди электродов, выпускаемыми в нашей стране, можно порекомендовать УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55, а среди импортных – LB 52U. Перед тем, как сваривать рельсу встык электродами, необходимо подвергнуть их прокаливанию.

Разновидностью дугового способа, которую можно назвать удачной, является сварка рельс ванным способом. Он состоит в том, что у рельсов заранее обрезаются торцы. Затем их укладывают с небольшим зазором четко вдоль протяженности путей, но при небольшом поднятии. Между уложенными таким образом кусками рельс вводят электрод и пропускают ток величиной приблизительно 300-350 Ампер.

Образовавшаяся раскаленная масса начинает растекаться вдоль зазора, пока не заполнит его полностью. Это происходит постепенно и равномерно. Чтобы стекание не начинало происходить наружу, зазор ограждают блокираторами. Качественное соединение рельсов получается также при контактной сварке.

Сварка осуществляется в автоматическом режиме. Рельсы размещают поблизости с их постоянным местонахождением. Микроструктура стыкового контактного сварного шва рельсов должна по возможности соответствовать основному составу. К недостаткам контактной сварки можно отнести необходимость участия в этом процессе нескольких сварщиков, трудность доставки оборудования, длительность процесса, высокая стоимость оборудования.

Газопрессовой способ основан на соединении стыков рельс при более низких температурах, но при высоком давлении. Необходимо производить подготовительные операции, заключающиеся в тщательной обработке свариваемых концов рельс, чтобы обеспечить необходимую плотность прилегания.

Рельсы в ходе процесса сдавливают гидравлическим прессом со значительным усилием и разогревают горелкой до температуры 1200 градусов. К преимуществам этого метода относится однородность получаемого шва и его прочность, а к недостаткам не слишком высокую производительность. Газопрессовую сварку имеет смысл применять для ремонта железнодорожных путей, где нагрузка на рельсы имеет большое значение.

Суть алюминотермитного метода

Термитная сварка рельс относится к наиболее сбалансированным методам соединения стыков. Она отвечает современным требованиям к качеству швов на этом важном участке. Технология соединения рельсов таким способом предполагает использование особой смеси. Термитная смесь содержит 77% оксида железа, а остальные 23% приходятся на крошку из алюминия. Возможны небольшие отклонения в процентном составе.

Наличие слова “термитный” в названии метода свидетельствует о том, что при сваривании необходимо нагревание. Сильный разогрев будет способствовать образованию прочного надежного шва. Для того, чтобы приблизить состав смеси к параметрам свариваемого материала, в нее добавляют частички стали и легирующие элементы.

Сущность этой технологии заключается в том, что под воздействием окислов алюминия из оксидов происходит восстановление железа. Такая реакция сопровождается значительным выделением тепла, количество которого будет достаточным для того, чтобы металлические рельсы начали плавиться.

После разогрева металла до температуры 2000 градусов его заливают в особую форму, которую перед этим устанавливают на место стыка.

Существуют следующие варианты термитной сварки:

1. Соединение встык.
2. Промежуточное литье.
3. Комбинированный вид.
4. Дуплекс.

К наиболее простому и доступному способу относится метод с промежуточным литьем:

• над стыком устанавливают особую металлическую конструкцию, имеющую форму емкости;
• внутри емкости размещают смесь крошек алюминия и оксида железа;
• на стыке рельс, подлежащему соединению, производят установку заливочной формы, конфигурация которой должна совпадать с формой профиля рельс;
• при помощи воздействия воспламенителя емкость подвергается разогреву до температуры 1000 градусов;
• возникает алюмотермитная реакция, проходящая с выделением тепла, в результате чего смесь разогревается до температуры 2000 градусов;
• получившийся расплав переливается в заливочную форму;
• торцы рельс сильно разогреваются и оплавляются;
• при постепенном охлаждении происходит еще большее уплотнение, при котором шлак выдавливается наружу.

На финишной стадии необходимо произвести отбивание шлака молотком и отделку шва с помощью угловой шлифовальной машины или болгарки.

Алюмотермитная сварка обладает неоспоримыми преимуществами:

1. Высокая скорость процесса. Продолжительность сваривания одного стыка рельсов составляет не более получаса. В течение часа одной бригадой может быть выполнено более десятка соединений.
2. Не существует привязки к стационарным источникам тока. Мобильные установки имеют небольшие размеры с весом менее килограмма. Они осуществляют работу автономно.
3. Отсутствие повышенных требований к опыту и квалификации исполнителей. Достаточным является следование указаниям технологического процесса.
4. При использовании оборудования, находящегося в исправном состоянии, и соблюдением правил проведения сварочных работ степень безопасности можно назвать высокой.
5. Эффективность метода, как при прокладывании новых путей различного назначения, так и при ремонте уже имеющихся.
6. Отличные характеристики шва в области дальнейшей эксплуатации.
7. Высокая производительность.
8. Невысокая стоимость.

Необходимо следить за тем, чтобы в емкости не происходило попадание воды. Сварка рельсовых стыков алюминотермитным методом является гарантией безопасного движения транспортных средств.

Интересное видео