СПОСОБ СВАРКИ РЕЛЬСОВ ДАВЛЕНИЕМ С ПОДОГРЕВОМ Российский патент 2011 года по МПК B23K20/00 C21D7/06 C21D9/50 

Изобретение относится к области железнодорожной техники, а более конкретно к сварке рельсов.

Известен способ сварки давлением с подогревом, заключающийся в том, что первоначально производится механическая обработка торцов рельсов, соединение их встык и центрирование. Затем прикладывается сжимающее усилие и производится индукционный нагрев стыка до температуры 0,8-0,9 температуры плавления [Патент РФ №2285596 В23К 20/00, опуб. 20.10.2006 г. БИ №29 (ч.1) «Способ сварки рельсов давлением с подогревом» авторов Губарева А.В. и Лужина С.В.].

Недостатком этого способа является то, что в зоне сварного шва структура менее твердая, чем в основном металле.

Известен способ сварки рельсов, включающий в себя механическую обработку торцов рельсов, их стыковку и нагрев стыка до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃+400)°C с выдержкой при этой температуре для аустенизации зоны стыка, охлаждением стыка после осадки воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°C с последующим охлаждением воздухом до температуры окружающей среды [Патент РФ №2308363 В23К 20/02, опуб. 20.10.2007 г. БИ №29 (ч.1) «Способ сварки рельсов давлением с подогревом» авторов Бондаренко А.А. и Маерова Г.Р.].

Недостатком этого способа является то, что величина зерна определяется химическим составом и крупнее, чем в основном металле. Этот способ не позволяет получить достаточную твердость в сварном шве.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение твердости в зоне сварного стыка.

Технический результат достигается тем, что в способе сварки давлением с подогревом, при котором собирают встык соединяемые детали из стали, нагревают стык и прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, причем нагрев стыка производят до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, упрочняют дробью и охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. В качестве рабочего тела применяют стальные шарики диаметром 0,6…0,8 мм с давлением воздуха 0,7…0,8 МПа.

Применение стальных шариков обеспечивает формирование мелкозернистой дислокационной структуры, следствием чего является повышение твердости в зоне сварного стыка.

Для подтверждения данного заключения были проведены экспериментальные исследования.

Результаты испытания сведены в таблицы.

Таблица 1 Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом Способ сварки Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ Нагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН Сварка давлением с подогревом (по патенту №2308363) 355 2235 350 2222 346 2210

Таблица 2 Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом упрочнением дробью при постоянном диаметре дроби Способ сварки Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ Нагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому способу) d=0,8 мм Р=0,4 МПа Р=0,6 МПа Р=0,7 МПа Р=0,8 МПа Р=1 МПа 358 360 363 362 359 2235 357 357 358 358 357 2222 354 355 355 355 354 2210  

Таблица 3 Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом с упрочнением дробью при постоянном давлении воздуха Способ Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ Нагрузка сварки   разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому способу) Р=0,7 МПа d=0,5…0,6 мм d=0,6…0,7 мм d=0,7…0,8 мм d=0,8…0,9 мм d=0,9…1 мм 358 361 363 359 358 2235 357 357 358 358 356 2222 354 355 356 355 353 2210

Таблица 4 Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом и упрочнением дробью из различных материалов Способ сварки Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ Материал Нагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому способу 360-363 Сталь 2235 356-358 Чугун 2235 356-357 Олово 2235

Пример реализации способа.

Перед сваркой рельсов Р65 из стали М76 торцы механически обрабатывают. Рельсы стыкуют в сварочной установке, совмещают по периметру, выравнивают по рабочей грани поверхности катания. Затем проводят аустенизацию стыков. Например, производят индукционный нагрев при температуре (Ас₃+350)°С и выдерживают при этой температуре 15 с, затем к торцам прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, а после осадки стык охлаждают воздушно-водной смесью до температуры, как, например, (Мн+350)°С, упрочняют дробью, а затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. В качестве рабочего тела применяют стальные шарики диаметром 0,6…0,8 мм с давлением воздуха 0,7…0,8 МПа.

Предлагаемый способ сварки позволяет повысить прочность и твердость сварного шва на 5-10 единиц НВ, что способствует увеличению ресурса рельсов и безопасности движения поездов.

Изобретение относится к способу сварки рельсов давлением с подогревом. Соединяемые детали из стали собирают встык и прикладывают сжимающее усилие. Нагрев стыка производят до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка. После осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С и упрочняют дробью. Затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. В качестве рабочего тела при упрочнении применяют стальные шарики диаметром 0,6…0,8 мм с давлением воздуха 0,7…0,8 МПа. Техническим результатом является повышение твердости относительно основного материала рельса в зоне сварного шва. 4 табл.

Способ сварки рельсов давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку их торцов, собирают встык соединяемые детали из стали, прикладывают сжимающее усилие и нагревают стык до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки полученный сварной шов охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, и затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что после охлаждения воздушно-водяной смесью сварной шов упрочняют стальной дробью диаметром 0,6÷0,8 мм с давлением воздуха 0,7÷0,8 МПа.