Алюминотермитная сварка рельсов технология

Содержание

Алюминотермитная сварка

Алюминотермитная сварка рельсов технология

Процесс сварки рельсов можно осуществлять несколькими способами: электродуговой , газопрессовной, алюминотермитной сваркой. Последняя технология является наиболее популярной и считается очень эффективной, хотя метод контактного соединения также часто применяется. Алюминотермитная сварка рельсов предполагает использование специального прибора — воспламенителя. За счет однопорционного заряда увеличивается температурный режим (до 1000°С), который подходит для расплавления всех видов рельсов.

Сварка рельсовых стыков – процесс непростой, требующий максимальной концентрации и внимательности. Поскольку в материале полотна находится очень много углерода, то он считается трудносвариваемым металлом. Допуская недочеты в создании сварного шва рельсов, можно получить трещины на соединении. О том, в чем суть такого вида сварки рассмотрим в этой статье.

Что представляет собой алюмотермитная сварка?

Метод состоит в следующем: специальный порошок помещается в специальную металлическую конструкцию, которая находится над стыком двух участков полотна, подвергающегося сварке, а затем этот порошок плавится. Предназначение порошка заключается в том, что он надежно и прочно соединяет основной материал и таким образом, микроструктура шва становится очень вязкой. Подобные стыки делаются очень быстро и со временем они не проседают, что свидетельствует об их высоком качестве.

Порошок, выступающий в роли связующего звена в термитной сварке рельс, состоит из 23% алюминиевой крошки и 77% оксида железа. Структура порошка мелкодисперсная, размер гранул – 0,5 мм. Технология базируется на способности металла восстанавливаться в окислах алюминия. Однако, как уже отмечалось, это может произойти только при высоком тепмературной режиме, поэтому и применяется запал, посредством которого смесь поджигается. Именно этот процесс позволяет превратить оксид железа в чистый металл.

На участке используется заливочная форма, благодаря которой сплав направляется в место стыка.

Обратите внимание! Очень важно, чтобы образовалась герметичная конструкция, именно поэтому созданы специальные различные формы под разные конфигурации рельс.

Если после выполнения работы, вы найдете какие-то зазоры и щели, то от них нужно избавиться, для этого используется термостойкая обмазка. Благодаря своей жидкой консистенции она затекает в участок стыкового соединения и заполняет свободное пространство. В итоге на поверхности образуется шлак.

Процесс создания сварного шва рельсов должен производиться с обязательным уплотнением стыка, когда он находится еще горячим. Для этого необходимо обзавестись прессами. По завершению работы шлак надо отбить молотком, а сам шов надо отшлифовать специальной машинкой и болгаркой.

Достоинства и недостатки

Алюминотермитная сварка рельс очень часто применяется на практике, ее широкая популярность обусловлена рядом плюсов, которые выделяются при использовании данного метода:

  • Процесс осуществляется очень быстро (не более 30 минут). Несколько опытных сварщиков могут за 1 час создать 10-12 швов.
  • Сварочные работы могут не нуждаются в привязке к стационарным источникам электроэнергии.
  • Все необходимые детали и инструменты можно приобрести в любом строительном магазине.
  • Чтобы качественно сварить рельсу в принципе не нужно специального образования, достаточно несколько раз потренироваться, чтобы соединение получилось прочным и надежным.
  • При точном соблюдении правил выполнения технологии по созданию шва, в конечном итоге вы получите соединение, которое будет выдерживать сильные нагрузки.
  • При условии, что применяется хорошая техника, процесс считается абсолютно безопасным для людей, выполняющих работу.
  • Термитная сварка рельс не требует строгой привязки к населенному пункту, можно осуществлять и на поле.

Несмотря на большое количество преимуществ, как и любые другие технологии, сварочные работы, основанные на применении алюминотермия, имеют свои недостатки, о которых нельзя не упомянуть:

  • Поскольку используемый порошок является легковоспламеняемым, в обращении с ним следует быть предельно осторожным.
  • Чтобы в конечном итоге получить качественный шов, надо особое внимание уделить подготовке и выполнить ее детально.
  • Проследите за тем, чтобы техника была исправной.
  • Нужно быть очень внимательным, поскольку если в горящую емкость попадет вода, то металл разбрызгается.

Оборудование

Алюминотермитная сварка должна производиться только при наличии всех необходимых элементов: бочка, порошок, заглушка, форма, которая выполнена в соответствии с конфигурацией рельс, обмазочное вещество, необходимое для герметизации стыка, шлифовальная машинка, зубило, молоток, лопатка из металла (нужна для забора горящего шлака), горелка (посредством ее изначально надо разогреть металл).

Подготовительный этап

Существенную роль в том, как сварить шов рельс, играет подготовка, которая предполагает следующие действия: возле стыка надо ослабить крепления рельс, а те которые расположены на участке соединения и вовсе надо снять. Далее при помощи горелки рельсы нагреваются, а также очищаются от ржавчины. На следующем этапе, при помощи клиньев, их надо выпрямить как горизонтально, так и вертикально. Ставить рельсы нужно соблюдая зазор в 2,5 мм, далее к ним подводится резак.

Выравнивание

Изначально надо избавиться от прокладок всех креплений, на их места устанавливаются клинья, используя молоток их нужно подогнать до требуемого состояния. Затем надо проверить насколько точно уложены рельсы, для этого используйте метровую линейку.

Установка

На этом этапе важно подобрать нужную герметичную форму, далее горелку надо поставить по середине на том участке, где предположительно появится шов. Также нужно выполнить и герметизацию зазоров, для этого форму надо максимально плотно прижать к шву, также здесь используется шпатель, который обеспечивает чистую грань между швом и песком.

Нагрев и сварка

Предварительный прогрев рельс производится горелкой при следующих параметрах: давление пропана – 1,5 бар, давление кислорода – 5 бар. Пламя подается на протяжение 1,5 – 2 минут. Когда прогрев завершен, горелка убирается, вставляется сердечник и поворачивается тигель. Затем на месте предполагаемого стыка устанавливается специальная бочка, наполненная зарядом. Для того, чтобы поджечь заряд применяет запал с высокой температурой, затем жидкий металл помещается в форму и выдерживается 4-5 минут.

Шлифовка и контроль качества

По окончанию процедуры, стык обрабатывается по краям до гладкого состояния: пока он горячий срезаются наплывы.

Далее, используя абразивные инструменты надо отшлифовать шов. Чтобы проверить качество нужны линейка и щуп. Важно, чтобы все было максимально прямолинейным. Качество шва проверяется по статичности изгиба, все осуществляется при помощи измерительных инструментов.

Выводы

Процесс алюминотермитной сварки достаточно безопасный. Лучше, чтобы работу выполнял сварщик с опытом. Выполняя такую технологию, как алюмотермитная сварка, соблюдайте правила эксплуатации железных дорог. Специалисты должны быть обязательно в спецодежде, защитных очках и перчатках.

[Всего : 0    Средний: 0/5]

Источник: https://svarkaed.ru/svarka/izdeliya-i-konstruktsii/alyuminotermitnaya-svarka.html

Термитная сварка — особенности технологии, изготовление термита

Термитной сваркой называют такой способ сварки, когда для подогрева металла используется термитная смесь. Технология сварки состоит из следующих процессов:

  • «заформовывание» деталей, которые будут соединяться, огнеупорным материалом;
  • подогрев соединяемых деталей;
  • процесс расплавки термита;
  • залив расплавленного термита на место сварки.

Таким образом, металл из расплавленных деталей соединяется с термитом в жидком состоянии. Подобное соединение будет гарантировать прочность и надежность. В основном, данный вид сварки, в отличии от дуговой применяется для сплавки чугуна, стали, реставрации трещин, стыковки рельсов, а также труб.

Что входит в состав термитной смеси

Чаще всего используется железоалюминиевая термитная сварка: Fe2O3 = 75 %; Al = 25 % (такая смесь содержит в себе или прокаленную окалину, или железную руду). Такой состав используется, в основном, для сварки рельсов и много габаритных деталей. Воспламеняется данная смесь при температуре приблизительно 1300 °C, а шлак и железо, которые образуются, нагреваются до 2400 °C. Достаточно часто в железоалюминиевую смесь добавляют железную обсечку, легирующие присадки и флюсы. Данный процесс происходит в магнезитовом тигеле.

Алюминий – не единственный металл, который применяют. Также используются следующие комбинации:

  • Mg (31 %) + Fe2O3 (69 %)
  • Ca (43 %) + Fe2O3 (57 %)
  • Ti (31 %) + Fe2O3 (69 %)
  • Si (21 %) + Fe2O3 (79 %)

Термитно-зажигательные составы:

  • Ba(NO3)2 (26 %) + Fe3O4 (50 %) + Al (24 %)
  • Ba(NO3)2  (37.5 %) + Al (26.5 %) + уголь (3 %) + связующие вещества типа шеллака (23 %)
  • Fe2O3 (21 %) + Al (13 %) + Ba(NO3)2  (44 %) + Ba(NO3)2  (6 %) + Mg или Fe (12 %) + связующие вещества (4 %)

Термическая сварка применяется для различных целей и для каждой из них подбирается определенный состав смеси. Наиболее распространенными среди них являются следующие виды:

  1. Элементарная смесь: железная окалина соединенная с порошком из алюминия в строгой химической пропорциональности;
  2. Смесь термита для соединения стыков в рельсах: такая процедура является более сложной. Алюминотермитная сварка рельсов заключается во введении в шихту наполнителя из стали. Такой наполнитель состоит из ферромарганца, графита (в виде стружки) и маленьких частей малоуглеродистого прутика или стружки такого же материала;
  3. Состав для соединения легированных сталей. Такая смесь отличается использованием присадки в виде ферротитана, феррованадия и других подобных материалов;
  4. Сварка термит, используемая для сварки чугунных деталей: в качестве присадки, как правило, используется кремний в большом количестве. С помощью данного раствора можно получить очень качественное соединение (при соблюдении правил процессов), это обосновывается выделением графита, как в сварочных, так и в переходных зонах. Такая реакция происходит из-за высокого содержания кремния в металле термита. Главное требование – полное исключение использования марганца;
  5. Состав для соединения высокомарганцовистых сталей: содержание данной смеси достаточно простое. Необходимо вводить ферромарганец (углерод и большое количество марганца), а также стружка чугуна в стехиометрическом соотношении;
  6. Специальные (особые) термиты – используются для всех других нужд (повторного дробления минералов), такие смеси называют пиротехническими.
Читайте также  Принцип работы полуавтоматической сварки

Рекомендуем!   Классификация сварных швов и соединений

Процесс алюминотермитной сварки

Данная технология сварки состоит из нескольких последовательных и взаимосвязанных процессов.

Для начала следует убедиться в том, что термитная шахта рассчитана досконально и в процессе сможет выделиться нужное тепло.  Это необходимо для расплавки и прогрева своими руками всех конечных продуктов реакции. В состав термитной шихты входят небольшие частицы порошка из алюминия и окислы железа.

Помимо состава из очень мелкого размера, все компоненты должны быть тщательно перемешанными. Для запуска химической реакции своими руками следует лишь дать толчок температурой в 1350 С. Подачи такой температуры достаточно в одной точке, а после тепловая реакция распространится на всю термитную шихту. Для образования полноценного металла достаточно 20-30 секунд. При чем, вес полученного металла будет меньше на 50% от всей термитной шихты, так как помимо металла образовывается шлак.

Тепло, при реакции будет затрачиваться не только на представленные реагенты, но и на другие расходные материалы (например, стенки тигля). Несмотря на это, тепла, которое будет выделяться, хватит для получения необходимого результата. При правильном соблюдении всех указанных рекомендаций, чистый металл опуститься на низ, а шлак всплывет. Это объясняется разницей в удельном весе представленных материалов.

Соединение рельс с помощью алюминотермитной сварки

Для сварки рельсов ванным способом, достаточно сложного процесса, может использоваться большое количество техник и методов, однако не все они подходят в условиях полевых работ.

Сварка рельсовых стыков алюминотемитом – предельно хорошо подходит для такого вида работ из-за эффективности и удобства. В данном процессе используют воспламенитель, который однопорционным зарядом поднимает температуру. Такой механизм не требует дополнительной электрической энергии, что является важным в полевых условиях. Результат реакции уже видно через 20 секунд: получение чистого металла и шлака своими руками.

Рекомендуем!   Как научиться варить электросваркой самостоятельно

Пошаговая технология сварки стыков рельс состоит из следующих этапов:

1. Подготовка торцов. Плотное прилегание стыков для данного вида сварки недопустимо.  Между рельсами необходимо выдержать зазор в 2-3 см.

2. Выравнивание.  Для формирование качественного шва соединяемые детали требуется выровнять

3. Установка формы из огнеупорного материала

Важно! Следует внимательно следит на правильностью установки формы и не допускать ее перекоса

Далее идет процесс нагрева места сварки и установки термитной смеси и ее поджог. Более наглядно демонстрация операций по сварке в реальных условиях представлена на данном видео:

Термитная сварка рельс на железной дороге достаточно сложный процесс. Желанным результатом каждого мастера является получение долговечного, прочного и качественного соединения. Для этого необходимо следовать таким совета

  • важным является точный расчет необходимых материалов, в отличие от электродуговой сварки. Следует подобрать такое количество порошка, которое нужно для заполнения формы около рельса;
  • смесь термической шихты следует измельчить и перемешать как можно тщательней;
  • подавать стоит температуру не менее 1400 С, в противном случае реакция не произойдет.

Как приготовить термитную самостоятельно

Для приготовления термитной смеси своими руками вам понадобится ржавчина и алюминиевая пудра. Ржавчину можно раздобыть в домашних условиях, если она влажная, то стоит высушить её с помощью плиты.

Затем следует превратить свою ржавчину в пудру и подогреть в металлическом сосуде. Изготовление термита своими руками требует небольших усилий и затрат.

Алюминиевую пудру (можно купить или добыть с помощью напильника из целого куска алюминия своими руками) необходимо добавить в железную окись. Пропорция ржавчины к алюминию будет 8 к 3.

Источник: https://svarkagid.ru/tehnologii/alyuminotermitnaya-svarka.html

Сварка рельсов: способы и их основные особенности

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 сваривания полученный стык 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.

Источник: http://GoodSvarka.ru/metalov/relsi/

Как сваривают рельсы

При проведении монтажных и ремонтных работ на участках железнодорожного полотна, а также в схожих условиях, связанных с прокладкой рельсовых ниток, применяются специальные технологии сварки.

Особенности технологий сварки рельсов выражаются в повышенных требованиях к эксплуатационной надёжности соединений, а также их устойчивости к механическим нагрузкам.

Основные методы

Сварка рельсовых стыков относится к разряду особо ответственных мероприятий, организация и проведение которых невозможны без привлечения оборудования и современных сварочных механизмов.

Основными видами сварочных технологий, применяемых при монтаже и ремонте рельсов, являются:

  • электроконтактная сварка;
  • электродуговой метод;
  • термитная обработка (алюминотермитная сварка рельсов);
  • современная газо-прессовая сварка.

Каждый из этих методов отличается определёнными достоинствами и недостатками. Для более полного ознакомления с ними рассмотрим каждый из перечисленных способов сварки более подробно.

Электроконтактный способ

Электроконтактный подход к соединению стыков рельсов основывается на их сильном нагреве и последующем расплаве посредством электрической дуги, которая формируется значительным по величине током низкого напряжения.

Для реализации метода используют специальные машинные комплексы, работающие в автоматическом режиме (МСГР-500, МС-5002 или К-190, например).

Подлежащие обработке рельсы перед началом сварки укладываются либо непосредственно на путях, либо же с небольшим смещением внутри ветки или снаружи колеи (на удалении порядка 260 сантиметров от её оси).

Читайте также  Индукционная сварка своими руками

При этом сам сварочный механизм перемещается по восстанавливаемой нитке, то есть представляет собой самоходную рельсосварочную станцию.

В процессе её работы используются сменные контактные головки различного типа, обеспечивающие необходимые режимы сварки (непрерывное оплавление или прерывистый разогрев контактов).

Электродуговой метод

Дуговая бесконтактная сварка относится к наиболее распространенным методикам, применяемым при сопряжении стыков рельсовых ниток.

Согласно этому подходу рельсы сначала укладывают с небольшим зазором, после чего их концы проваривают металлом электродов, расплавляемых посредством дугового разряда. Этот вид бесконтактной сварки не нуждается в приложении избыточного осадочного давления и реализуется с помощью переменного или постоянного токов, поступающих от передвижной сварочной станции.

Наиболее эффективным способом реализации дуговой сварки рельс является так называемый «ванный» метод, согласно которому заранее обрезанные поперёк продольной оси рельсы укладываются строго по линии путей с небольшим возвышением и с зазором приблизительно 14-16 миллиметров.

Между торцами уложенных таким образом рельсовых заготовок вводится рабочий электрод с последующим пропусканием через него тока порядка 300-350 ампер.

В результате такого воздействия расплавленная масса равномерно растекается по зазору и полностью заполняет его. Для предотвращения её стекания наружу зазор между рельсами закрывается специальными блокирующими ограждениями. По завершении сварки образовавшиеся швы шлифуются по всей площади стыка.

Термитная обработка

Алюминотермитная технология проверена временем.. В основу применения термитной сварки рельс заложена восстанавливающая реакция, происходящая при контакте основания (алюминия) с ещё одой составляющей – окисью железа.

Возникающий в результате этого металл (восстановленное железо) при рабочих температурах порядка 2000 градусов заливается в специальную огнеустойчивую форму, совпадающую с геометрией свариваемых рельсов.

Указанная реакция сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии.

Сваривать рельсы по термитному методу начали очень давно (с середины 19-го века), однако уже с тех пор этот вид сварки из-за применения алюминия стал называться алюминотермитным.

Важно отметить, что описываемая химическая реакция после поджога специального высокотемпературного горючего (термита) длится лишь несколько секунд.

Помимо двух рассмотренных составляющих (окиси железа и алюминия) в состав рабочей сварной смеси вводятся легирующие добавки и мелкие стальные частицы, слегка тормозящие или демпфирующие протекающий процесс. Добавки необходимы для того, чтобы сталь в зоне сварки приобрела требуемые качества и параметры, характерные для большинства рельсовых изделий.

При рассмотрении особенностей этого вида сварочного процесса следует отметить, что по завершении реакции общая химическая масса разделяется на две фракции: жидкий металл и лёгкий шлак, всплывающий в верхнюю часть формы.

Термитаня технология позволяет сочленять между собой следующие виды путевых изделий:

  • поверхностно-закалённые рельсовые заготовки;
  • объёмно-закалённые стыкующиеся части рельс,
  • не прошедшие специальную термическую обработку рельсы в любых комбинациях.

Данный вид сварки обеспечивает выполнение требований основных стандартов, предъявляемых к высокоскоростным рельсовым магистралям, в части соблюдения нормативов сварочных технологий.

Газопрессовой способ

Эта технология сварки основывается на соединении металлических стыков рельс при относительно низких температурах (заметно ниже границы плавления), но при достаточно высоком давлении.

К основным преимуществам газопрессового метода следует отнести однородность структуры материала в зоне сварки, а также высокую прочность получаемого сочленения.

Благодаря перечисленным достоинствам, этим методом можно эффективно «варить» даже очень тяжёлые и габаритные железнодорожные изделия. Перед сваркой концы таких рельсов плотно пристыкуются один к другому, после чего посредством специального инструмента (рельсорезного станка с дисковой пилой или механической ножовки) осуществляется одновременный их рез.

В результате подготовительных операций обеспечивается требуемая плотность прилегания торцевых частей рельсов с высокой чистотой металлического сопряжения.

Помимо этого, непосредственно перед самим свариванием торцы обрабатываются дихлорэтаном или четыреххлористым углеродом. На этапе подготовки рельс к сварке их концы нагреваются до необходимой температуры посредством специальных комбинированных горелок, обеспечивающих получение достаточной температуры.

После тщательного разогрева концы рельсов зажимаются посредством гидравлического пресса особой конструкции и продолжают разогреваться до 1200 градусов.

В процессе сварки корпуса горелок слегка смещаются относительно обрабатываемого стыка (совершают небольшие колебательные движения). Частота таких периодических перемещений, как правило, не превышает 50-ти колебаний в одну минуту.

Одновременно с этими перемещениями газовой горелки рельсы сжимаются гидравлическим прессом с усилием от 10-ти до 13-ти тонн, точное значение которых определяется путём специальных расчетов. По результатам такой обработки свариваемый металл в месте стыка осаждается примерно на 20 миллиметров.

Для реализации описанной технологической цепочки применяется специальное газопрессовое оборудование (универсальные станки).

По завершении всего комплекса газосварочных операций готовый стык тщательно зачищается от шлаков, а затем приводится к нормальному виду (говорят, что осуществляется его «нормализация»).

Итак, рассмотренные ключевые методики сварки рельсовых стыков применяются в соответствие с техническими требованиями и условиями проведения ремонтно-восстановительных мероприятий.

Из всех подходов особо выделяется алюмотермитная сварка, как максимально отвечающая современным требованиям к бесконтактному восстановлению рельсов или прокладке железнодорожных веток. Именно термитный способ наиболее часто применяется при сооружении и ремонте современных транспортных магистралей.

Источник: https://svaring.com/welding/detali/svarka-rels

Особенности алюминотермитной сварки

Алюминотермитная сварка не столь распространена, как контактная. Однако, этот способ сварочных работ имеет ряд существенных преимуществ. К ним можно отнести следующие.

  1. Требует минимальных трудозатрат. Для выполнения сварочных работ алюминотермитным способом требуется минимальное количество рабочих рук. Справится с данной работой способна бригада, состоящая из 3 человек.
  2. Для выполнения алюминотермитной сварки не требуется сложного оборудования. А вес используемого составляет до 400 кг.
  3. Данный способ осуществления сварочных работ значительно быстрее по сравнению с контактным методом сварки. Продолжительность сварки для одного стыка рельс занимает меньше часа.
  4. Для осуществления алюминитермитной сварки применяется порошкообразное сочетание алюминия, железной окалины и магния, которое расфасовано определенным образом. Элементы, которые требуют нагревания, заформовывают материалом, устойчивым к воздействию высоких температур. Затем осуществляется нагрев этих деталей. При помощи электродуги или запала зажигают термит и разогревают до жидкого состояния. Расплавленный металл заливают на место, требующее сварки.
  5. Сварочные работы с использованием термита осуществляются с использованием автономных источников электропитания.

В результате правильно осуществленной алюминотермитной сварки получается довольно надежное соединение. Применяется этот вид сварочных работ для соединения стальных и чугунных изделий.

Алюминитермитная сварка для стыковки рельсов

Наиболее часто сварочные работы с помощью термита на основе алюминия используют при проведении железнодорожных работ. Обусловлено это преимуществами данного способа сварки.

Алюминотремитная сварка рельсов помогает оперативно изготовить стыки без продолжительного перерыва в движении поездов. Так, например, бригада из 3 человек за два часа способна сварить 3 рельсовых соединения. Оперативность проведения ремонтных и сварочных работ крайне важна при организации движения на железных дорог.

Но более важным фактором является надежность соединений. Алюминотермитная сварка рельсов наилучшим образом обеспечивает прочность стыков.

Таким образом, сочетая в себе наиболее важные факторы, надежность и оперативность, сварка при помощи термита на основе алюминия является наиболее подходящим способом для изготовления стыков рельс. Потому данный способ проведения сварочных работ широко применятся именно на железных дорогах России. Важно, что такая сварка может применятся даже при ремонте и стыковки стрелочных переводов. Ну и, конечно же, на перегонах основной части пути.

Преимущества использования алюминотермитной сварки рельсов

По мимо описанных выше особенностей и преимуществ, сварочные работы алюминиевым термитом имеют ряд существенных преимуществ относительно применения именно для обслуживания железных дорог. Таковыми являются следующие:

  1. Значительное сокращение расходов на содержание и обслуживание железнодорожного пути.
  2. Сокращение интенсивности износа. Это касается колес поездов и другого подвижного состава. А также самих стыков рельс.
  3. Предотвращает появление дефектов на окончаниях рельс.
  4. Обеспечивает плавность и скорость хода подвижного состава.
  5. Гарантия устанавливается по количеству пропущенного по рельсам груза. Она предусматривает пропуск общей массой до 120 милионнов тонн брутто для рельсов Р65. Гарантия имеет ограничения по времени – не более 5 лет использования.

Технология сварки рельс алюминотермитным способом и осуществление контроля качества

Сварка на основе алюминотермитного способа является бесшовной. Происходит этот процесс при помощи перетекания молекул одного вещества в другое.

Для осуществления алюминтермитных сварочных работ имспользуется специальное оборудование – воспламинитель. При помощи однопорционного заряда происходит повышение температуры до 1 тыс. градусов. Такая температура является подходящей для того, чтобы расплавить большинство видов рельс. Эта процедура занимает менее полминуты, около 20 секунд. При этом образуется металл в жидком виде и шлаки, которые поднимаются к верху.

Далее расплавленная металлическая масса перетекает в форму. При достижении пределов сердечника металл растекается равномерным слоем. При этом нагревательный элемент разогревает окончания рельс. Жидкий металл растекаясь, заполняет люфт разогретых рельс.

Алюминотермитные сварочные работы подходят даже для рельс из закаленного металла, упроченных и неупроченных видов.

Для качественного выполнения работ потребуется операционный аудит, т.е. за правильностью проведения сварки необходимо следить на всех без исключения этапах. Производить операцию по свариванию рельс должен профессиональный сварщик-термист при наличии защитной и сигнальной экипировки.

Алюминотермитный способ сварки включает в себя следующие этапы

  1. Проведение подготовительных работ. Рельсы на месте сварки должны быть полностью зачищены от грязи и ржавчины, а соединительные элементы должны быть удалены. Крепления, которые расположены рядом со свариваемым элементом ослабляются, поверхность рельсов должна быть гладкой. Затем элементы требуют выпрямления до горизонтального или вертикального положения. Сами рельсы ставятся с соблюдением зазора в 2,5 см.

    При помощи резака рельсы режут с последующим очищением от шлака.

  2. Выравнивание рельсов. В целях обеспечения безопасности и прочности сварки рельсы требуется выпрямить. Для этого вначале устанавливаются клинья с обеих сторон рельс взамен удаленным прокладкам креплений. При помощи металлической линейки длиной в 1 метр осуществляется контроль точности положения рельсы. С целью компенсации шовной усадки допускается люфт, который не превышает 1 мм.

  3. Проведение установки форм и их герметизации. На должном расстоянии устанавливается зажимающее устройство. Определяет его позицию измеритель. Поверх оси рельс, в центре предполагаемого шва, устанавливается горелка. Шпателем проводится герметизация, который плотно прижимают, тем самым обеспечивая тонкую грань между песком и металлом. Головка рельсов запирается крышками.
  4. Нагревание, металл и сварка.

    Сердечник сварочного оборудования требует дополнительного прогрева и просушки. Осуществляется это при помощи газа-пропана с давлением равным 1,5 бара и кислорода с уровнем давления равным 5 Барам. Затем начинается подача пламени на металл рельс, которая происходит не дольше 120 секунд. Осуществляется это при помощи горелки. После прогрева рельс, она снимается. На ее место должен быть установлен сердечник. После этого осуществляется поворот тигеля.

    Необходимо зажечь однопорционный заряд с целью осуществления сварочных работ. Для этого используют запал с высоким уровнем температуры. Пока металл плавится, необходимо чтобы тигель достиг стабильного положения. После чего расплавленный металл заливают в форму. После того, как он полностью перетечет в зазор, удаляют тигель с поддонами для шлака и крышками. Далее начинается процесс отвердения металла, длительностью около четырех минут.

  5. Финальные операции и процесс шлифовки. Для безопасности передвигающихся по рельсам составов и долговечности стыка, он должен быть гладким. Требуется его шлифовка по бокам и поверхности катания. Для этого наплывы в течение 10 минут разогревают при помощи горелки до горячего состояния. Затем механическим путем происходит срез излишков металла.

    По завершению данной процедуры при помощи инструментов абразивного типа выполняют шлифовку металла до прямолинейного состояния. Правильность шлифовки определяется при помощи металлической линейки и щупа. Допустимо отклонение от требуемого размера в пределах до 1 мм.

  6. Проверка качественности сварки. Для этого требуется провести испытание статичного изгиба. Здесь допустимо применение растяжения по головке изделия или его подошве.

    Также опытные образцы могут доводится до излома.

При правильно выполненной алюминетермитной сварки, качественный стык будет обеспечивать долговечность рельс и колес подвижных составов при минимальных временных и финансовых затратах на проведение ремонта и обслуживания железнодорожного пути.

Источник: http://themechanic.ru/alumotermitnaja-svarka

алюминотермитная сварка рельсовых стыков

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?

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.

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).

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.

Поделись с друзьями

2

Источник: https://svarkalegko.com/tehonology/alyuminotermitnaya-svarka.html

Понравилась статья? Поделить с друзьями: