СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ Российский патент 2011 года по МПК B23K23/00 B23K101/26 B21D26/06 

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 сварного шва по сравнению с твердостью основного металла и образование в сварном шве пор и инородных включений.

Известен 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, 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 (20-50)% со скоростью охлаждения (7-11)°С/сек до температуры (Мн+100)°С-Мн°С, затем на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса грат и шлаковые наплывы (Патент РФ №2349433, МПК: В23К 23/00, В23К 101/26, C21D 9/50. Способ алюминотермитной сварки рельсов, авторов Бондаренко А.А., Маерова Г.Р. и др., опубл. 10.11.2008 г.).

Недостатком способа является низкая твердость сварного шва, которая уступает твердости основного металла.

Данное техническое решение взято в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение твердости в зоне стыка за счет упрочнения прямой ударной волной под углом 90° с давлением 15-28 ГПа.

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, 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 (20-50)% со скоростью охлаждения (7-11)°С/сек до температуры (Мн+100)°С-Мн°С, после чего на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса грат и шлаковые наплывы, а затем производят упрочнение прямой ударной волной под углом 90° с давлением 15-28 ГПа.

Все это повышает твердость сварного шва на (10-20) ед. НВ.

Результаты испытания сведены в таблицу.

Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 (в зоне сварного шва) при различных технологиях сварки Способ сварки Твердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВ Способ алюминотермитной сварки (прототип по патенту №2349433) 340 Способ алюминотермитной сварки (по предлагаемому техническому решению) 350-360

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 воздушно-водяной смесью с содержанием воды (20-50)% со скоростью охлаждения (7-11)°С/сек до температуры (Мн+100)°С-Мн°С, после чего на воздухе. Удаляют с головки сваренного рельса грат и шлаковые наплывы. Затем производят упрочнение прямой ударной волной под углом 90° с давлением 15-28 ГПа.

Упрочнение прямой ударной волной под углом 90° с давлением 15-28 ГПа обеспечивает создание дислокационной структуры сварного шва с повышенной твердостью.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить твердость в зоне сварного шва на 10-20 ед. НВ, увеличить срок службы сварных стыков рельсов на 10-20%, что соответствует снижению трудозатрат на 1 км содержания пути на 10-15%. Предлагаемый способ повышает износостойкость и долговечность сварных стыков, надежность и безопасность эксплуатации бесстыкового пути и позволяет проводить ремонт рельсов в полевых условиях, что дает значительную экономию материальных затрат.

Изобретение может быть использовано при сварке рельсов бесстыкового пути в полевых условиях. Концы рельсов устанавливают с образованием между их торцами сварочного зазора. В зоне сварочного зазора размещают разъемную форму и устанавливают над формой реакционный тигель с дозой алюминотермитного состава. Нагревают концы рельсов и разъемную форму до заданной температуры и разогревают состав до образования расплавленного металла. Расплавленный металл подают из реакционного тигля в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части. Последние порции расплавленного металла подают в пространство над головками рельсов и выдерживают расплавленный металл до затвердения и образования сварного шва. Проводят охлаждение сварного шва воздушно-водяной смесью до температуры (Мн+100)°С - Мн°С и затем на воздухе. После удаления с головки сваренного рельса грата и шлаковых наплывов производят упрочнение прямой ударной волной под углом 90° с давлением 15-28 ГПа. Способ позволяет проводить ремонт рельсов в полевых условиях, обеспечивающий повышение износостойкости и долговечности сварных стыков, что обусловливает надежность и безопасность эксплуатации бесстыкового пути. 1 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, 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 20-50% со скоростью охлаждения 7-11°С/с до температуры (Мн+100)°С - Мн°С, после чего охлаждают на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса грат и шлаковые наплывы, отличающийся тем, что после удаления с головки сваренного рельса грата и шлаковых наплывов производят упрочнение сварного шва прямой ударной волной под углом 90° с давлением 15-28 ГПа.