алюминотермитная сварка рельсовых стыков

Алюминотермитная сварка

Сварка рельсовых стыков — очень ответственная и непростая задача. Материал полотна содержит большое количество углерода, что относит его к разряду трудносвариваемых металлов. Это проявляется в образовании трещин на шве, которые способствуют разрушению соединения. Дополнительно, концентрация напряжения на материале специфичной формы усложняет процесс создания прочного стыка. Вместо электродугового ручного метода была разработана альтернатива — алюминотермитная сварка рельсов. В чем ее суть и как это работает?

maxresdefault (18)

Основное предназначение метода

Рельсы — это сложная конструкция, обеспечивающая движение многотонных поездов на большой скорости. Для бесперебойного прохождения тяжелых составов требуется целостность дорожного полотна. Поэтому все рельсы нужно соединять между собой. Шпалы обеспечивают определенную амортизацию и устойчивость линии без просадок. Но плохо сваренные стыки могут причинить серьезный вред всей конструкции и проходящим поездам.

Сам процесс наложения шва на рельсовое полотно довольно проблематичен. Дуговая сварка не способна проплавить такую толщину без большого скоса кромок. Если производить глубокую разделку на торцах, то сваривание сторон займет много времени. Газовая сварка вообще не рассчитана на такую толщину металла. Еще одна сложность заключается в том, что если материал шва окажется недостаточно твердым, то произойдет смещение центрации и просадка одной из сторон стыка. Колесо движущегося состава, каждый раз проходя по этому месту, будет биться о выступающий борт. Постоянные удары в торец рельса приводят к быстрому разрушению полотна, остановке движения, и частым ремонтным работам.

Для самих поездов плохие стыки чреваты вредом для подвижной части. При регулярных ударах колесной пары о выступы начинают образовываться сколы на поверхности головок и их последующее сминание. Повышается вибрация при движении, а потеря баланса приводит к дальнейшему разрушению рельсов и ходовой части.

Если материал шва будет чрезмерно твердым, то постоянные нагрузки при многотонных поездах и внутреннее напряжение посодействуют самопроизвольному распаду металла соединения. Чтобы решить задачу по сварке рельсов, было проведено множество опытов. Бекетов Н.Н. выявил процесс, названный алюминотермия. Он позволяет качественно соединять рельсовые пути, с должной прочностью и необходимой вязкостью шва, обеспечивая движения тяжелых составов без просадок и трещин.

Описание алюминотермитной сварки

Чтобы соединения рельсов между собой было качественным, используется алюминотермитная сварка. Суть метода заключается в плавлении специального порошка, который засыпается между свариваемыми сторонами полотна. Он прочно связывает основной материал и делает структуру шва повышенной вязкости и сопротивлению на разрыв. Такие стыки рельсов не проседают со временем и выполняются за короткий срок.

В состав порошка входит два компонента: 23% алюминиевой крошки (откуда и взято название метода), и 77% оксида железа. Порошок имеет мелкодисперсную структуру, и максимальная величина гранул составляет 0,5 мм. Метод основан на способности металла к восстановлению в окислах алюминия. Но это возможно при очень высокой температуре. Поэтому используется запал, который поджигает смесь. Гранулы воспламеняются и температура доходит до 3000 градусов. Благодаря этому оксид железа способен преобразоваться в чистый металл.

На месте применяется заливочная форма, обеспечивающая попадание сплава в зону стыка. Важно создать герметичную конструкцию, поэтому были разработаны формы под разные конфигурации рельс. Остаточные щели заделываются термостойкой обмазкой. Жидкий состав затекает в место соединения, полностью заполняя свободное пространство. В процессе образовывается шлак, который являясь самым легким, всплывает на поверхности.

Рельсовый стык, будучи еще в горячем состоянии, нуждается в уплотнении, для усадки материала. Поэтому на месте работ используются прессы. После создания соединения убираются все приспособления и отбивается шлак молотком. Шов имеет грубые наплывы, поэтому нуждается в обработке шлифовальной машиной и болгаркой в труднодоступных местах.

Преимущества и недостатки

У алюминотермитной сварки рельсов существует несколько основных преимуществ:

  • Создание шва на рельсовом полотне занимает около 30 минут (со всеми подготовительными работами). Причем бригада может за 50 минут наложить около 12 швов. Это достигается за счет конвейеризации процесса: один рабочий выставляет рельсы и переходит на следующее место, второй устанавливает форму и создает стык, третий обрабатывает поверхность.
  • Основные комплектующие для алюминотермитной сварки можно купить в магазинах. Смесь продается в специальных бочках.
  • Процесс сварки относительно не сложен, и достаточно нескольких тренировок на практике, чтобы рабочий научился самостоятельно выполнять сварку.
  • Экономия электроэнергии, которая необходима только для запитки шлифовального оборудования.
  • Высокое качество шва, способное выдерживать большие нагрузки.
  • Возможность проводить сварочные работы вдали от населенных пунктов в полевых условиях.

Но у алюминотермитной сварки существуют и недостатки. Порошок относится к разряду легковоспламеняющихся средств, и требует осторожного обращения. Если в него случайно попал огонь, то потушить состав уже не возможно и расплавленный металл протечет в неподходящем месте, что приведет к ненужному расходу материала, и возможно, к пожару. Если в горящую емкость попадет вода, то это спровоцирует взрыв и разбрызгивание расплавленного материала. Для качественного соединения требуется предварительный подогрев сторон рельс пламенем горелки. Поэтому, несмотря на простоту самой сварки, подготовка и последующая обработка стыка требуют наличия баллонов и электричества.

Оборудование для сварки

Чтобы реализовать на месте сварку алюминотермитным методом потребуется следующее оборудование и материалы:

  • бочка с порошком и специальной заглушкой;
  • отливочная форма, соответствующая конструкции рельса;
  • в случае использования не бочки, а развесного порошка — тигель для засыпки состава и подставка под него;
  • обмазочная паста для герметизации стыка;
  • пресс для последующего уплотнения;
  • шлифовальная машинка;
  • молоток и зубило;
  • металлическая лопатка для забора горящего шлака из карманов приспособления;
  • горелка для предварительного подогрева (операцию можно провести и без нее, но с худшим результатом качества).

Поэтапное выполнение

Технология создания сварного шва на рельсовом полотне реализовывается в определенной последовательности. Сперва, снимаются ближайшие крепления на шпалах, и ослабляются дальние зажимы. Это позволит свободно установить стороны и убрать возможное напряжение в металле. Выставляются торцы рельс так, чтобы они находились на одинаковом уровне относительно друг друга со всех сторон. Перепады приведут к перегрузке на этом участке и быстрому разрушению. Между сторонами оставляется зазор в 25 мм для полноценного затекания расплавленного материала. Чтобы сохранить размер зазора при регулировочных движениях торцов, закладываются пластины соответствующей толщины.

Происходит фиксация полотна захватами или струбцинами, чтобы сохранить уровень и ровность линии. Накладывается форма, точно соответствующая изгибам по боковому рельефу рельс. Оставшиеся щели замазываются огнеупорной пастой. На стык устанавливается подставка с воронкой, сверху которой помещается емкость с порошком. Если он в развесном виде, то необходим тигель.

Алюминотермитная смесь поджигается специальным запалом, после чего расплавляется нижняя заглушка, и состав вытекает в форму. Заполняется соединение, после чего разбирается форма и отбивается шлак. Стык обрабатывается прессом для усадки и начинается шлифовальный процесс. Его обязательно провести на поверхности рельсового полотна соприкасаемого с ходовой частью поезда.

Сварка с применением алюминотермитного порошка позволяет прочно соединять рельсы. Это сохраняет целостность путей и колес подвижного состава. Она используется и на других видах стали, даже на соединении проводов. Простота применения и доступность материалов делают его удобным сварочным методом.

Понравилась статья ?
114 голосов
Поделись с друзьями
0
2
0
Похожие публикации
Комментарии
Игорь 09/06/2017
Такое чувство, что космический корабль во дворе собирают. До этого думал, что рельсы не сваривают.
Оставьте комментарий
Форма защищена с попомщью google invisible reCaptcha.