СПОСОБ СВАРКИ РЕЛЬСОВ ДАВЛЕНИЕМ С ПОДОГРЕВОМ Российский патент 2006 года по МПК B23K20/00 

Изобретение относится к сварке давлением и может быть использовано при соединении стыков железнодорожных, трамвайных и других транспортных рельсов.

Известен способ термитной сварки рельсов. Справочник по сварке, М., ГНТИ машиностроения, 1961, том 2, стр.363-370.

Недостатки способа - низкие качество сварного соединения и производительность процесса, высокая трудоемкость, в связи с чем применяется незначительно.

В промышленности при сварке стыков рельсов в плети применяется только контактная электросварка. Способ высокопроизводительный, но имеет свои недостатки. При выдавливании расплавленного металла по окончании нагрева из зоны стыка он удаляется не полностью. Оставшиеся в стыке частицы сгоревшего металла снижают качество сварного соединения. Кроме того, изгиб волокон проката при сжатии и последующем удалении грата создают опасную зону концентрации напряжений в зоне стыка, что может привести к образованию и развитию трещин в зоне сварки. Поэтому стрела изгиба сваренного рельса в зоне стыка (на 1 м) не выше 12-15 мм. Все это снижает срок эксплуатации рельсов, а значит, и безопасность движения поездов. При данном способе сгорает значительное количество металла (до 50 мм на один стык), который после сварки необходимо удалить.

Известен способ сварки давлением с подогревом по А.С.№1804986, В 23 К 20/00, В 23 К 31/02, 30.03.1993, при котором торцы свариваемых труб механически обрабатывают, стыкуют, прикладывают сжимающее усилие, производят индукционный нагрев стыка и при достижении температуры сварки прикладывают дополнительное давление.

Однако указанный способ применяется для сварки изделий с одинаковым сечением по контуру (трубы, круглые заготовки).

Для сварки изделий с развитым сечением, таких как рельсы, данный способ не может быть использован из-за невозможности равномерного введения энергии по всему сечению и значительного усиления в зоне стыка по полосе катания рельса.

Наиболее близким аналогом является способ сварки рельсов давлением с подогревом, раскрытый в книге: ШАРОВ И.Ф. и др. Оборудование для сварки рельсов, М., Всесоюзное издательско-полиграфическое объединение министерства путей сообщения, 1963, с.99-100. Согласно данному способу нагрев в процессе сварки осуществляют пламенем горелки. Недостатками способа являются наличие утолщения на сварном стыке, которое необходимо механически удалить, недостаточное качество сварного соединения, а также невозможность обеспечения равномерного введения тепла по всему контуру стыка.

Задачей изобретения является повышение качества и экономия металла при сварке рельсов давлением с подогревом.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе сварки рельсов давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку их торцов, соединяют их встык, центрируют, прикладывают сжимающее усилие и производят нагрев стыка, в соответствии с предлагаемым способом нагрев стыка производят до температуры сварки, равной 0,8-0,9 температуры плавления, с использованием индуктора, форма которого обеспечивает образование различного зазора по контуру рельса, а после отключения нагрева производят дополнительный нагрев импульсами до температуры сварки.

При осуществлении способа сварки торцы подлежащих сварке рельсов механически (например, фрезерованием) обрабатываются. Затем рельсы закрепляются в сварочной машине, центрируются по поверхности катания колеса и сжимаются с определенным усилием. Производят индукционный нагрев зоны петлевым индуктором до температуры 0,8-0,9 температуры плавления. Для равномерности нагрева стыка применяется индуктор сложной формы с различным зазором по контуру рельса. В процессе нагрева под воздействием сжимающего усилия и линейного расширения металла происходит смятие микронеровностей на свариваемых поверхностях и уплотнение стыка. Интенсифицируются диффузионные процессы. Для выравнивания температуры нагрева по сечению стыка, а следовательно, и повышения качества после достижения температуры сварки производятся дополнительные импульсы нагрева. Количество и длительность импульсов и пауз зависят от типа рельса, т.е. от его геометрических размеров.

После окончания процесса сварки соединение не имеет грата, а значит, искажения прокатных волокон, что исключает образование концентраторов напряжений. Кроме того, экономится металл. Все это повышает срок эксплуатации рельсов и безопасность движения поездов.

Пример.

Сваривались рельсы типа Р65. Перед сваркой стыки обоих рельсов фрезеровались одновременно. Рельсы стыковались в сварочной установке и центрировались по линии катания колеса. Прикладывалось давление. Затем производился индукционный нагрев зоны стыка. После достижения температуры сварки нагрев отключался на 2 с, а затем производилось три дополнительных импульса нагрева до температуры сварки.

Полученные сварные соединения имели механические свойства, равноценные основному металлу. Стрела прогиба составляла 25 мм при нагрузке по головке рельса 267 т.

Данный способ сварки рельсов давлением с подогревом применяется в массовом производстве.

Изобретение может быть использовано при соединении стыков железнодорожных, трамвайных и других транспортных рельсов. Производят механическую обработку торцов, соединяют их встык и центрируют. Затем прикладывают сжимающее усилие и производят индукционный нагрев стыка до температуры 0,8-0,9 температуры плавления. Используют индуктор сложной формы с различным зазором по контуру рельса. При достижении температуры сварки производят дополнительные импульсы нагрева до той же температуры. Способ обеспечивает повышение качества соединения рельсов и экономию металла.

Способ сварки рельсов давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку их торцов, соединяют их встык, центрируют, прикладывают сжимающее усилие и производят нагрев стыка, отличающийся тем, что нагрев стыка производят до температуры сварки, равной 0,8-0,9 температуры плавления, с использованием индуктора, форма которого обеспечивает образование различного зазора по контуру рельса, а после отключения нагрева производят дополнительный нагрев импульсами до температуры сварки.