СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ Российский патент 2011 года по МПК B23K23/00 C21D7/06 C21D9/50 

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

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, В23К 23/00, C21D 9/50, опубл. 20.02.2001 г., БИ №5 (II ч.) «Способ алюминотермитной сварки рельсов» авторов Карабанова В.И., Ивакина Н.И. и др.].

Недостатком способа является низкая твердость сварного шва в результате того, что в зоне термического влияния формируется крупнозернистая дислокационная структура.

Известен способ 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. [Патент РФ №2349433, В23К 23/00, В23К 101/26, C21D 9/50, опубл. 20.03.2009 г., БИ №8 (III ч.) «Способ алюминотермитной сварки рельсов» авторов Бондаренко А.А., Маерова Г.Р. и др.].

Недостатком способа является низкая твердость относительно основного материала рельса.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение твердости относительно основного материала рельса в зоне сварного шва.

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 сварного шва, охлаждают воздушно-водяной смесью с содержанием воды (20-50)% со скоростью охлаждения (7-11)°/сек до температуры [(Мн+100)°С-Мн]°С, упрочняют стальной дробью диаметром 0,6-0,8 мм с давлением воздуха 0,7-0,8 МПа, затем охлаждают на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва.

Использование стальных шариков обеспечивает формирование мелкозернистой дислокационной структуры, следствием чего является повышение твердости в зоне сварного стыка на (55-65) ед. НВ.

Результаты испытания сведены в таблицы.

Таблица 1 Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 при алюминотермитной сварке рельсов Способ сварки Твердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВ Способ алюминотермитной сварки (прототип по патенту №2349433) 340

Таблица 2 Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 при алюминотермитной сварке рельсов с упрочнением дробью при постоянном диаметре дроби Способ сварки Твердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВ Алюминотермитная сварка рельсов (по предлагаемому способу) d=0,7 мм Р=0,4 МПа Р=0,6 МПа Р=0,7 МПа Р=0,8 МПа Р=1 МПа 395 399 405 403 401

Таблица 3 Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 при алюминотермитной сварке рельсов с упрочнением дробью при постоянном давлении воздуха Способ сварки Твердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВ Алюминотермитная сварка рельсов (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 402 404 405 403 402

Таблица 4 Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 при алюминотермитной сварке рельсов с упрочнением дробью из различных материалов Способ сварки Материал Твердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВ Алюминотермитная сварка рельсов (по предлагаемому способу сталь 395-405 чугун 353-359 цинк 346-351

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, упрочняют стальной дробью диаметром 0,6-0,8 мм с давлением воздуха 0,7-0,8 МПа, а затем охлаждают на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить твердость сварного шва на 55-65 ед. НВ и снизить брак в путевом хозяйстве. Предлагаемый способ увеличивает износостойкость и долговечность сварных швов, их надежность и срок службы на 15-20%.

Изобретение относится к способу алюминотермитной сварки рельсов. Способ включает размещение разъемной формы в зоне сварочного зазора и установку над ней реакционного тигля, заполненного дозой алюминотермитного состава. Затем осуществляют нагрев концов рельсов и разъемной формы до температуры (1000-1500)°С, после которого поджигают дозу алюминотермитного состава и разогревают его до образования расплавленного металла. Далее из реакционного тигля расплавленный металл подают в разъемную форму, а затем заливают его в сварочный зазор. Расплавленный металл выдерживают до затвердения и образования сварного шва. Охлаждают сварной шов воздушно-водяной смесью с содержанием воды (20-50)% со скоростью (7-11)°/сек до температуры [(Мн+100)°С-Мн]°С. Упрочняют стальной дробью диаметром 0,6-0,8 мм с давлением воздуха 0,7-0,8 МПа. Затем сварной шов охлаждают на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва. Техническим результатом является повышение твердости относительно основного материала рельса в зоне сварного шва. 4 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 затвердевания и образования сварного шва, охлаждают воздушно-водяной смесью с содержанием воды (20-50)% со скоростью охлаждения (7-11)°/с до температуры [(Мн+100)°С-Мн]°С, затем на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва, отличающийся тем, что после затвердевания и охлаждения воздушно-водяной смесью сварной шов упрочняют стальной дробью диаметром 0,6-0,8 мм с давлением воздуха 0,7-0,8 МПа.