СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ Российский патент 2009 года по МПК B23K23/00 B23K101/26 C21D9/50 

Изобретение относится к области машиностроения, к термитной сварке соединений, а конкретнее к сварке рельсов с использованием алюминотермитной сварки.

Известен способ алюминотермитной сварки, заключающийся в выносе на путь металлической воронки, засыпании в нее 4-7 кг особой порошкообразной металлизированной смеси и поджигании ее. Она в расплавленном состоянии заполняет зазор, закрытый своеобразными профилями, предназначенными для наполнения его жидким металлом. После «схватывания» стыка формы снимают и специальным оборудованием срезают грат и шлаковые наплавы расплавленного металла с головки рельсов. [Журнал «Путь и путевое хозяйство», №2, 2005, стр.23].

Недостатком этого способа является понижение твердости и получение в сварном шве пор и инородных включений.

Известен способ сварки рельсов, при котором устанавливают концы рельсов с образованием между их торцами сварочного зазора, размещают вокруг концов рельсов в зоне сварочного зазора разъемную форму, уплотняют контакт разъемной формы с концами рельсов, устанавливают над формой реакционный тигель, заполненный дозой алюминотермитного состава, нагревают концы рельсов и разъемную форму до температуры в диапазоне (1000-1500)°С, поджигают дозу алюминотермитного состава и разогревают его до образования расплавленного металла, подают из реакционного тигля расплавленный металл в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части, дополнительно нагревают концы рельсов и залитый в сварочный зазор расплавленный металл до температуры не ниже 800°С в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму путем подачи последних порций расплавленного металла в пространство над головками рельсов, выдерживают расплавленный металл до затвердевания и образования сварного шва, удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва, после чего затвердевший сварной шов и область, близлежащую к последнему, охлаждают струей сжатого воздуха до температуры (250-300)°С, затем - на воздухе (Патент РФ 2163184 С1, 20.02.2001, В23К 23/00, С21D 9/50).

Недостатком способа является низкая твердость сварного шва. Снижение физико-механических свойств обусловлено медленным охлаждением зоны сварного стыка.

Данное техническое решение взято в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение твердости в зоне стыка за счет формирования мелкодисперсной структуры металла.

Технический результат достигается тем, что в способе алюминотермитной сварки рельсов, при котором устанавливают концы рельсов с образованием между их торцами сварочного зазора, размещают на концах рельсов в зоне сварочного зазора разъемную форму, уплотняют контакт разъемной формы с концами рельсов, устанавливают над формой реакционный тигель, заполненный дозой алюминотермитного состава, нагревают концы рельсов и разъемную форму до температуры в диапазоне (1000-1500)°С, поджигают дозу алюминотермитного состава и разогревают его до образования расплавленного металла, подают из реакционного тигля расплавленный металл в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части, дополнительно нагревают концы рельсов и залитый в сварочный зазор расплавленный металл до температуры не ниже 800°С в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму путем подачи последних порций расплавленного металла в пространство над головками рельсов, выдерживают расплавленный металл до затвердения и образования сварного шва, охлаждают воздушно-водяной смесью с содержанием воды сварного шва, охлаждают воздушно-водяной смесью с содержанием воды (20-50)% со скоростью охлаждения (7-11)°/сек до температуры (Мн+100)°С-Мн°С, затем на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва.

Все это повышает твердость сварного шва на (60-70) ед. НВ.

Результат испытания сведены в табл.1 и 2.

Таблица 1Характеристики сварного шва при охлаждении хладагентами с различным содержанием влагиПроцент влаги в хладагенте, %Время, секСтруктура, зернистость, балл2011Сорбит, 9309Сорбит, 9-10507Сорбит, 10Таблица 2Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 (в зоне сварного шва) при различных технологиях сваркиСпособ сваркиТвердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВСпособ алюминотермитной сварки (по патенту №2163184)275Способ алюминотермитной сварки (по предлагаемому техническому решению)340

Пример реализации способа.

Например, сваривают рельсы типа Р65 из стали М 76. Перед сваркой торцы рельсов механически обрабатывают. Рельсы совмещают по периметру, нагревают и заливают алюминотермитную смесь. После размещают разъемную форму и реакционный тигель, производят нагрев торцевых концов рельсов и разъемной формы, осуществляют заливку алюминотермитной смеси, производят выдержку до затвердения, где в процессе заливки осуществляют дополнительный нагрев головок торцевых концов рельсов и расплавленного сварного металла. Затем стык охлаждают сначала хладагентом в виде воздушно-водяной смеси до температуры 330°С, после чего на воздухе.

Преимуществом хладагента в виде воздушно-водяной смеси по сравнению с воздухом является способность ускоренного охлаждения сварного шва до температуры, превышающей начало образования мартенсита, что обеспечивает образование структуры «сорбит», следствием чего и является повышение твердости сварного шва на 60-70 ед. НВ.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить твердость в зоне сварного шва и снизить брак в путевом хозяйстве, увеличить срок службы сварных стыков рельсов на 20%, что соответствует снижению трудозатрат на 1 км содержания пути на 25%. Предлагаемый способ обеспечивает надежность и безопасность эксплуатации бесстыкового пути, износостойкость и долговечность сварных стыков.

Способ может быть использован при ремонте рельсов в полевых условиях. Устанавливают концы рельсов на одном уровне с образованием между их торцами сварного зазора. Размечают над концами рельсов в зоне сварного зазора разъемную форму и уплотняют контакт разъемной формы с концами рельсов. Над формой устанавливают реакционный тигель с дозой алюминотермитного состава. Перед заливкой расплавленного сварного метала в разъемную форму осуществляют нагрев концов рельсов и разъемной формы до температуры от 1000° до 1500°С. В процессе заливки расплавленного сварного метала в разъемную форму заполняют им сварной зазор снизу вверх с подачей части расплавленного сварного метала в среднюю часть сварного зазора после заполнения нижней части разъемной формы. В конце заливки осуществляется дополнительный нагрев головок концов рельсов и залитого в сварной зазор расплавленного сварного металла до температуры не ниже 800°С путем подачи полученных порций расплавленного сварного металла в пространство над головками концов рельсов. В качестве хладагента используют воздушно-водяную смесь с содержанием воды (20-50)%. Охлаждение проводят со скоростью (7-11)°С/сек до температуры [(Мн+100)-Мн]°С. пособ позволяет повысить качество сварного соединения при производстве работ в полевых условиях. 2 табл.

Способ алюминотермитной сварки рельсов, при котором устанавливают концы рельсов с образованием между их торцами сварочного зазора, размещают на концах рельсов в зоне сварочного зазора разъемную форму, уплотняют контакт разъемной формы с концами рельсов, устанавливают над формой реакционный тигель, заполненный дозой алюминотермитного состава, нагревают концы рельсов и разъемную форму до температуры в диапазоне (1000-1500)°С, поджигают дозу алюминотермитного состава и разогревают его до образования расплавленного металла, подают из реакционного тигля расплавленный металл в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части, дополнительно нагревают концы рельсов и залитый в сварочный зазор расплавленный металл до температуры не ниже 800°С в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму путем подачи последних порций расплавленного металла в пространство над головками рельсов, выдерживают расплавленный металл до затвердевания и образования сварного шва, охлаждают хладагентом, затем на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса грат и шлаковые наплывы, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют воздушно-водяную смесь с содержанием воды (20-50)%, при этом охлаждение проводят со скоростью (7-11)°С /с до температуры [(Мн+100)-Мн]°С.