Как выбрать электроды для сварки. Способы сварки рельсов (Электроконтактная, электродуговая, газопрессовая и алюмотермитная сварка) Сварка рельсовых стыков ванным способом

Реконструкция скоростного трамвая в Киеве продолжается уже не первый год. За годы независимости Украины перебои с финансированием стали доброй традицией, и этот объект не стал исключением: сроки уже не раз переносились.
По сути полностью завершены только участки от Гната Юры до Кольцевой дороги и ул. Старовокзальная с кусочком ул. Жилянской. Всё остальное всё также находится в стадии реконструкции.

В качестве примера - текущее состояние развязки на перекрестке ул. Гната Юры и просп. 50-летия Октября:

Подробный отчет с остальных участков приводить не буду, т.к. это тема отдельного поста, а расскажу лишь о сварке рельсов на перегоне между Политехом и Воздухофлотским просп., на которую мы с dfaw попали по наводке 81412 .

Дело клонилось к вечеру, и при подходе к точке выполнения работ сварщики завершали варить очередной стык:

Стык сварен, можно раскрывать форму:

Сварка выполняется электродуговым способом с закладным электродом (разработка института электросварки имени Патона (?)). Суть в том, что в стык вставляется электрод, на его конце зажигается электрическая дуга и начинается процесс сварки. Сварка выполняется специальной порошковой проволокой, при этом не требуется защитный газ или флюс.
Сварочный аппарат (над сваренным стыком хорошо видно электрод, а еще выше - катушку с проволокой):

Сваренный стык. Его еще предстоит отшлифовать:

Рельсы свариваются в достаточно длинные плети, и для того, чтобы они не изогнулись при нагреве в жаркий летний день, необходимо как-то компенсировать их удлинение. Существует ряд способов решения проблемы. Например, через определенное расстояние могут ставиться "выравнивающие" стыки - несколько обычных стыков между сварными участками. На железной дороге их легко можно услышать на слух - через определенные промежутки времени будет слышен перестук колес, а затем снова тихий ход. Еще один вариант решения проблемы расширения рельс - специальные тепловые стыки, такие как вот этот:

Теперь давайте поразглядываем процесс сварки стыков с самого начала. Перед началом работ торцы рельс зачищаются:

Затем начинают собирать форму, в которой будет вариться стык (чтобы сплав не растекался дальше стыка):

Над стыком устанавливается сварочный аппарат:

Собирается верхняя часть формы:

Выполняется регулировка положения сварочного аппарата, электрода:

И начинается процесс сварки:

Амперметр на сварочном аппарате показывает силу тока 263 А, и это не предел. Для сравнения: утюг или электрочайник мощностью 1 кВт порождает ток менее 5 А. Хотя чтобы полностью честным, следует отметить, что рабочее напряжение при сварке всего пару десятков вольт.

Процесс близится к завершению:

Еще один стык сварен. На весь процесс ушло около 30 мин.

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.

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. 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.

Сварка рельсовых стыков весьма востребована на сегодняшний день. Как известно, когда подвижной состав проходит сборные стыки, они начинают с высокой скоростью расстраиваться. При этом исчезает плавный ход, из-за чего разрушается верхнее покрытие железнодорожного пути. А данный вариант поможет исправить ситуацию.

Основные характеристики

Требуется прокладывать рельсовые пути, которые имеют сваренные стыки, на любых видах путей, в результате получается бесстыковой рельс.

Рельсовая нить разрывается именно в местах, где образован стык. Такой разрыв, даже при установке стыковых накладок, оказывает большое влияние на жесткость конструкции, начинают увеличиваться просадки.

В результате при прохождении подвижного состава рельсового стыка колесо ударяется о головку торца принимающего рельса. Из-за многочисленных ударов в стыковые соединения начинает быстро изнашиваться ходовая часть вагонов, а также уложенных рельсов. За счет сильных ударов колесной пары по набегающему рельсу появляется сколы рельсовых головок и их сминание. Обычно такие дефекты обнаруживаются в 60 см от места стыка. Рельсы начинают ломаться в болтовых отверстиях, изгибаются накладки, деформируются стыковые болты. Все перечисленные недостатки не касаются бесстыкового пути, причем он обладает несколькими положительными качествами:

• почти на 30% снижаются затраты на обслуживание рельсового пути;
• значительно экономится электроэнергия, снижается расход топлива примерно на 10%;
• увеличивается срок эксплуатации верхних путей,
• подвижной состав может работать намного дольше;
• пассажиры испытывают больший комфорт при движении поезда;
• становится надежнее работа автоблокировки и электроцепей.

За счет таких положительных качеств бесстыковой вариант был принят на вооружение всеми главными железнодорожными линиями в мире.

Иногда выбор определенного вида зависит от стоимости работ и производительности. Такой выбор влечет за собой появление в особо ответственных конструкциях сварочных соединений, качество которых находится на очень низком уровне.

Читайте также:

Вернуться к оглавлению

Чтобы получить отличное сварное соединение, требуется иметь материал с хорошей свариваемостью. В основном свариваемость характеризует свойства металла, существующую реакцию на сварочный процесс, а также способность получать такое сварочное соединение, которое будет отвечать всем заданным технологическим требованиям.

Когда детали выполнены из материала, свободно поддающегося сварочному процессу, с получением высококачественного шва особых условий не требуется. Но для деталей из плохо свариваемого материала требуются дополнительные технологические условия. Иногда применяется специальный вид сварки, который намного дороже и сложнее. Причем выполнение работ требует строгого соблюдения технологического процесса.

Сварка рельсов востребована на сегодняшний день так как рельсовая нить разрывается и быстро изнашиваться ходовая часть вагонов.

В состав стали для рельсов входит очень много углерода, почти 82%. Этот материал относится к группе материалов, имеющих плохую свариваемость. При сварке возможно появление трещин, что совершенно недопустимо на рельсах. В них концентрируется напряжение, которое может привести к разрушению стыкового соединения и крушению состава.

Сегодня известно два вида сварки рельсовых стыков:

• контактная;
• алюмотермитная.

Большое распространение получила , однако у нее есть несколько серьезных недостатков, ограничений, когда проводятся ремонтные работы железнодорожных путей:

• для сварки требуются специальные рельсосварочные машины, стоящие очень дорого;
• длительности доставки оборудования и его последующая эвакуация;
• для проведения работ необходимо задействовать многочисленные бригады;
• за неимением большого количества времени, приходится постоянно выполнять работу без соблюдения технологического процесса, в результате чего стык получается очень низкого качества;
• невозможно выполнить сварку стыка прямо в том месте, где переводятся стрелки.

Контактная сварка стыков проигрывает алюминотермитной сварке рельсов. Для нее необходимо иметь:

• сложное и очень дорогое оборудование;
• многочисленную бригаду;
• перерывы при движении поездов.

Алюминотермитная сварка рельсов делается очень быстро. На операцию уходит примерно полминуты. Если считать подготовительные работы и завершающую обработку сварочного шва, требуется около 45 минут.

Надо сказать, что такая сварка позволяет одновременно сваривать несколько стыков, в результате сокращается время, затраченное на работу.

Для сварки стыка необходимо три человека. Их обучение проходит в самые короткие сроки. Масса применяемого оборудования достигает 350 кг. Для проведения сварочных работ, когда используется алюмотермитная сварка и проводятся другие специальные операции, применяются автономные источники подачи топлива.

Чтобы проводить алюминотермитную сварку рельсов, инженерами было создано переносное миниатюрное оборудование, которое может функционировать в автономном режиме прямо в полу.

Технологи смогли подобрать определенный состав термитного раствора и его зернистость. Это помогло добиться термитной реакции, при которой не возникает взрывов, не наблюдается затухания и поддерживается самая оптимальная скорость и нужная температура всех материалов, участвующих в реакции.

Алюминотермитная сварка состоит из нескольких основных технологических шагов:

• начального высокотемпературного подогрева;
• окончательной сварки рельсов.

При осуществлении монтажа, а также ремонтных работах на железнодорожном полотне, крановых установках, и других условиях, где применяются рельсы, используется особая технология сваривания. Так как в описываемых условиях необходима особая прочность, а также стойкость к различного рода нагрузкам, то сварка железнодорожных рельсов относится к отдельной категории сварки.

Электродуговая сварка

Стоит отметить, что одним из самых распространенных методов, который применяется при сварке рельсовых плетей и стыков рельс, является электродуговая сварка. В данном случае рельсы укладываются в необходимом положении, а пространство между их стыками послойно постепенно заполняется необходимым сварочным материалом. Последний расплавляется от температуры дугового разряда. Для сварки торцов железнодорожных рельсов данным способом может применяться переменный ток, поступающий от трансформатора или же постоянный ток, получаемый от мобильного сварочного агрегата.

Самым оптимальным вариантом является ванный метод. При этом концы рельсов, предварительно обрезанные перпендикулярно их продольной оси, монтируются без перелома. При этом в профиле должно быть возвышение от 3 до 5 миллиметров. В такой позиции рельсы должны быть закреплены с зазором от 14 до 16 мм.

Между торцов железнодорожных рельсов вводится электрод, через который пропускается ток 300-350 ампер. В итоге, расплавленный метал электрода заполняет зазор между торцами, равномерно по всему сечению.

Для исключения растекания металла используются различные методы закрывания зазора между рельсами. После сваривания место работы шлифуется по всему периметру.

Термитная сварка

Технология данного типа сварки заключается в реакции, которая возникает при контакте окиси железа и алюминия. Сталь, которая возникает в описываемых условиях при температурах более 2000 градусов, должна заливаться в огнеустойчивую форму, которая полностью идентична геометрии самого рельса.

Термитная технология была открыта еще в 1896 году известным профессором Гансом Гольдшмидтом. По сути термитная технология представляет собой восстановление железа из окиси с использованием алюминия. При этом термитная реакция характеризуется выделением большого количества тепла.

Термитная технология еще именуется алюминотермитная сварка рельсов, так как в ней применяется алюминий. Интересно, что термитная реакция происходит на протяжении всего нескольких секунд после поджигания термитной порции. Кроме окиси железа и алюминия,в состав данной смеси включаются частицы стали,демпфирующие реакцию,а также легирующие добавки. Последние служат для того, чтобы была получена сталь необходимого качества и параметров. Интересно, что в конце реакции осуществляется послойное разделение на жидкую сталь и легкий шлак, который оказывается сверху.

Термитная технология позволяет соединять между собой поверхностно-закаленные, объемно-закаленные, а также термически не упрочненные рельсы в любых комбинациях. Термитная сварка позволяет соответствовать высоким требованиям, которые сегодня выдвигаются к высокоскоростным магистралям и бесстыковым путям.

Газопрессовая сварка

Данная технологи основывается на соединении металлов при температуре, которая находится в пределах, ниже точки плавления, но при высоком давлении. Главные «плюсы» данной технологии:

• Однородная структура металла в области стыка железнодорожных рельсов;
• Высокое качество получаемого соединения.

Ввиду вышеописанных преимуществ, данный тип сварки очень эффективен при сварке тяжелых железнодорожных рельсов. Перед осуществлением собственно сварки, концы железнодорожных рельсов плотно приставляются друг к другу. При этом при помощи дисковой пилы рельсорезного станка или механической ножовкой осуществляется одновременное прорезывание торцов обеих рельсов. В итоге обеспечивается максимальная чистота металла, а также высокая плотность прилегания. Перед самим процессов сваривания торцы промываются четыреххлористым углеродом. Также дл я этих целей может применяться дихлорэтан. Подготовительный же этап перед непосредственно сваркой заключается в нагревании концов рельс, для которого применяются многопламенные горелки.

После этого концы рельсов должны быть зажаты при помощи гидравлического пресса с последующим нагревом до 1200 градусов при помощи все тех же многопламенных горелок. Последние осуществляют колебательные движения вдоль образованного стыка. Частота этих колебаний составляет 50 колебаний в минуту. Вместе с этим рельсы сжимаются с силой от 10 до 13 тонн, которая устанавливается специальными расчетами. В результате получается осадка около 20 мм. Для осуществления описываемых действий используются универсальные газопрессовые станки.

После завершения обрабатывается. После этого производится также его нормализация.

Итоги

Итак, существует три ключевые технологии сваривания рельсов. Каждая из них обладает собственными «плюсами» и «минусами». Однако стоит отметить, что алюмотермитная сварка максимально соответствует всем современным жесточайшим требованиям к бесстыковым железнодорожным путям. Потому ее применение полностью обоснованно при построении и ремонте современных магистралей.

Люди, которые ведут масштабное строительство или просто привыкли все делать мощно, то они, наверняка, сталкиваются с проблемой сваривания рельс. Сваривание рельс является проблемой, потому что они имеют большой диаметр и, как следствие, создают препятствия для комфортного сваривания. Поэтому для сваривания рельс Вам нужно использовать качественные электроды , которые позволяют Вам быть полностью уверенными в качестве сваренного изделия.

Одними из тех электродов, которые можно использовать для сваривания рельс, являются УОНИ 13/45 или УОНИ 13/55 . Да, действительно, сварочные электроды УОНИ являются прекрасным выбором для сваривания таких толстотелых конструкций как рельсы.

Электроды УОНИ используются для сваривания ответственных конструкций из металла, когда к металлическому шву предъявляются высокие требования по ударной вязкости . Многие профессиональные сварщики рекомендуют электроды УОНИ для сваривания конструкций, работающих под нагрузками, давлением и другими воздействиями факторов окружающей среды.

Сваривание электродами УОНИ позволяет обеспечить получение металла высокого качества, который имеет высокую устойчивость к образованию трещин и содержанием водорода. Сваривание электродами УОНИ можно производить во всех пространственных положениях . Для сваривания нужно использовать постоянный ток обратной полярности.

Материалом для изготовления сварочных электродов УОНИ является сварочная проволока Св-08А , которая полностью соответствует государственным стандартам , принятым в нашей стране. На поверхности покрытия сварочных электродов УОНИ допускаются небольшие трещины, которые могут быть на покрытии сварочного электрода. Однако если покрытие сварочного электрода сильно повреждено, то Вам нужно проверить, в каком месте Вы их храните, потому что из-за попадания влаги Вы можете испортить сварочный электрод .

В покрытия сварочных электродов УОНИ есть некоторые особенности, которые требуют обязательной прокалки перед использованием. Прокаливание электродов УОНИ производится при температуре от 350 до 400 градусов по Цельсию.

Прокалка электродов перед свариванием облегчает работу с ними и позволяет сделать сварочный шов, нанесенный ними, более прочным. Также прокалка или просушка электродов при указанной температуре позволяет сделать их менее восприимчивыми к влаге.

Как видите, использование сварочных электродов УОНИ позволяет производить сваривание высокого качества. Благодаря их высокому качеству и особенностям сваривания, Вы можете в краткие сроки начинать производить сваривание рельс.