СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЛИ УПРОЧНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ Российский патент 2020 года по МПК B23P6/00 E01B7/28 B23K9/04 B23K101/26 

Изобретение относится к технологии обработки методом электродуговой наплавки изношенных в процессе эксплуатации элементов железнодорожных стрелочных переводов, в частности рамных рельсов и остряков и упрочнения новых.

Известен способ восстановления стрелочного перевода (патент Российской Федерации №2382695, МПК В23Р 6/00, В23К 9/04, Е01 В 31/18), по которому осуществляют зачистку изношенной поверхности до чистого металла, ее нагрев и наплавку электродуговым методом послойно на полную глубину изношенной поверхности с превышением номинального размера поверхности катания рельсы на величину припуска па механическую обработку. При снижении рабочей температуры осуществляют дополнительный нагрев наплавляемого участка изношенной поверхности рельса. Затем производят естественное охлаждение и механическую обработку восстановленной поверхности рельса.

Недостатком известного способа является то, что наплавленный слой имеет неодинаковую толщину, пропорциональную износу, и в процессе эксплуатации участки с меньшей толщиной наплавленного слоя быстрее выходят из строя. Кроме того, дополнительные нагревы приводят к неоправданному перерасходу энергоресурсов и удорожают процесс.

Известен способ (патент UA 92114, МПК В23Р 6/00, В23К 9/04) восстановления изношенных поверхностей стрелочных переводов, при котором изношенную поверхность зачищают, нагревают, наплавляют электродуговым методом, после чего охлаждают и осуществляют механическую обработку восстановленной поверхности. На участке, где находится изношенная поверхность, фиксируют магнитный захват. Наплавку осуществляют периодическим поперечным обратно- поступательным перемещением сварочной тележки. Процесс контролируется модульным блоком микропроцессорного управления с цифровой обработкой сигналов, который поддерживает заданный режим.

Этот способ дает возможность увеличить качество и безопасность восстановления изношенных поверхностей стрелочных переводов, а также повысить срок их эксплуатации за счет увеличения износостойкости восстановленной поверхности.

Однако недостатками известного способа следует отметить недостаточную надежность восстановленных элементов из-за возникающих после наплавки значительных внутренних напряжений, которые вызывают деформацию, холодные трещины и, как следствие, возможен излом элементов стрелочных переводов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ (патент Российской Федерации №2675306, МПК В23Р 6/00, Е01В 7/28, В23К 9/04, В23К 101/26) восстановления из изношенных поверхностей стрелочных переводов, включающий нагрев, наплавку электродуговым способом изношенных поверхностей остряка и рамного рельса стрелочного перевода, последующее охлаждение и механическую обработку восстановленных поверхностей, при этом нагрев изношенных поверхностей остряка и рамного рельса осуществляют до расчетной температуры, которую поддерживают на протяжении всего времени наплавки, выполняю! многослойную наплавку путем наложения буферного слоя из материала, обладающего демпферным свойством, и износостойких слоев с выполнением проковки каждою слоя и его черновой механической обработки, а после наплавки весь наплавленный участок стрелочного перевода накрывают теплоизоляционным материалом для медленного охлаждения, при этом скорость охлаждения регулируют с помощью электрического нагревателя и контролируют на протяжении всего времени охлаждения, а затем выполняют чистовую механическую обработку и проводят дефектоскопию восстановленных поверхностей стрелочного перевода.

Недостатком этого способа является то, что буферный слой уменьшает толщину наплавленного износостойкого слоя, материал буферного слоя обладает низкой износостойкостью, и в процессе эксплуатации изнашивается быстрее основного материала рельса. Кроме того, износ рамного рельса и остряка неравномерный по толщине и при подготовке к наплавке зачищают тонкий поверхностный слой металла, повторяющий характер износа, вследствие чего толщина наплавленного слоя, также неодинакова по длине восстановленного участка. При последующей эксплуатации в местах с меньшей толщиной наплавленного металла, после его истирания происходит быстрый износ основного металла, который разупрочняется при наплавке и теряет износостойкость, что приводит к уменьшению срока службы стрелочного перевода.

В основу изобретения поставлена задача по улучшению качества, повышению надежности и увеличению срока эксплуатации элементов стрелочных переводов.

Эта задача решается за счет технического результата, который состоит в наплавке равномерного и максимально возможного по толщине упрочненного слоя, обеспечивающего увеличении износостойкости боковых рабочих поверхностей элементов стрелочных переводов, а также снижении внутренних напряжений термообработкой, без наплавки буферного слоя с малой износостойкостью.

Для достижения вышеуказанного результата в способе обработки изношенных поверхностей элементов стрелочных переводов, включающем подготовку изношенных поверхностей остряка и рамного рельса стрелочного перевода, их нагрев, многослойную наплавку электродуговым методом износостойкого металла с выполнением проковки каждого слоя и его черновой механической обработки, последующее охлаждение под укрытием из теплоизолирующего материала и механическую обработку наплавленных поверхностей в размер, перед наплавкой выполняют механическую обработку поверхностей, подлежащих наплавке, для равномерного снятия слоя металла с боковых рабочих поверхностей рамного рельса и остряка на глубину не менее толщины закаленного слоя, а после наплавки и механической обработки выполняют повторный нагрев наплавленного сектора до температуры отпуска и выдержку при этой температуре в течение времени, необходимого для снятия внутренних термических напряжений.

Для упрочнения элементов новых стрелочных переводов укачанным способом наплавляют и обрабатывают рабочие поверхности новых неизношенных рамного рельса и остряка

В результате сравнительного анализа, предлагаемого способа обработки изношенных поверхностей стрелочных переводов с прототипом установлено, что они имеют следующие общие признаки:

- подготовку поверхности;

- нагрев перед наплавкой;

послойную наплавку электродуговым методом с проковкой и механической

обработкой слоев;

охлаждение под слоем теплоизоляционного материала;

- механическую обработку наплавленных поверхностей в размер, а также отличительные признаки:

перед наплавкой изношенные боковые рабочие поверхности остряка и рамного рельса обрабатывают для равномерного снятия слоя металла на глубину не менее толщины закаленного слоя;

многослойную наплавку выполняют без наложения демпфирующею буферного слоя;

после наплавки и механической обработки выполняют повторный жирев наплавленного сектора до температуры отпуска с последующей выдержкой при данной температуре, достаточной для снятия внутренних термических напряжений;

- такую же последовательность операций применяют для упрочнения и повышения износостойкости новых рамных рельсов и остряков.

Таким образом, предлагаемый способ обработки изношенных поверхностей стрелочных переводов имеет новые операции, новую последовательность выполнения операций и новые условия.

Благодаря тому, что с обрабатываемых поверхностей перед наплавкой снимают равномерный слой металла на глубину не менее толщины закаленного слоя и не используют слой буферного материала, в результате наплавки получают равномерный утолщенный слой упрочненного материала с износостойкостью в 2,3 раза большей по сравнению с износостойкостью закаленного слоя нового рамного рельса и в 1,3 раза -нового остряка. За счет равномерной толщины наплавленного слоя износ при эксплуатации элементов стрелочных переводов, не достигает разупрочненного при наплавке основного металла и протекает значительно медленнее, что способствует повышению износостойкости и долговечности стрелочного перевода.

За счет того, что наплавленный сектор остряка и рамного рельса после наплавки и черновой обработки повторно нагревают и выдерживают заданное время перед охлаждением, снимаются внутренние термические напряжения и элементы стрелочных переводов можно восстанавливать без применения буферного слоя с низкой износостойкостью так как минимизация внутренних термических напряжений предотвращает образование трещин в восстановленных изделий.

С учетом того, что износостойкость наплавленных поверхностей превышает по своим характеристикам новые изделия, способ предлагается использовать и для повышения эксплуатационных качеств новых элементов стрелочных переводов.

Исключение из указанной совокупности признаков отличительного признака не обеспечивает поставленного технического результата.

Техническое решение имеет изобретательский уровень потому, что предлагаемая технология для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Заявляемое техническое решение не известно из уровня техники, поэтому оно является новым.

Заявляемое техническое решение промышленно применимо, так как его исполнение не представляет трудностей.

Таким образом, заявляемому решению может быть представлена правовая охрана потому, что оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

Сущность предложенного способа состоит в следующем.

Сначала проводят визуальный контроль и обмер изношенных участков элементов стрелочных переводов. Затем выполняют дефектоскопию на наличие внутренних дефектов и отбирают пригодные для наплавки элементы стрелочных переводов. После чего выполняют подготовку изношенных поверхностей элементов к наплавке. Производят механическую обработку изношенных участков боковых рабочих поверхностей рамного рельса и остряка с равномерным снятием слоя металла на глубину не менее толщины закаленного слоя.

Далее наплавляемые поверхности разбивают на сектора и нагреваю! до расчетной температуры. Эту температуру поддерживают па протяжении всею последующею процесса наплавки. Наплавку вышлифованных участков выполняют электродуговым методом и осуществляют ее многослойно. Наплавку рамного рельса и остряка осуществляют последовательно по секторам и выполняют основной самозащитной порошковой проволокой для ремонта и наплавки дефектных участков рельсовых путей или специальными наплавочными электродами с наложением горизонтальных валиков возвратно-ступенчатым способом. Также следует отметить, что наплавка остряка выполняется после наплавки соответствующего рамного рельса, а место его наплавки сначала изгибают и фиксируют по специальной схеме для исключения его деформации после окончания процесса наплавки.

Перед наплавкой каждого следующего валика ранее наплавленный металл зачищают от шлаков и проковывают, что упрочняет наплавленный слой и частично снимает внутренние напряжения, возникающие при наплавке. После наплавки каждого сектора выполняют предварительную черновую механическую обработку (шлифование «по горячему»).

После механической обработки наплавленный сектор повторно нагревают до температуры отпуска и выдерживают при этой температуре в течение времени, обеспечивающего снятие внутренних термических напряжений. Затем выполняют медленное охлаждение наплавленных секторов остряка и рамного рельса, под слоем термоволокна. При этом последовательно выполняют наплавку и термообработку следующих секторов. После охлаждения и обработки элементов производят их окончательную чистовую механическую обработку (шлифование) в размер.

На заключительном этапе обработки элементов стрелочных переводов выполняют контроль их геометрических размеров согласно техническим условиям, которые регламентируют их параметры, с помощью специальных измерительных инструментов. Наплавленные элементы должны быть проверены на наличие дефектов в зоне наплавки дефектоскопией.

Из всего вышеизложенного следует, что реализация способа обработки изношенных и упрочнения новых поверхностей элементов стрелочных переводов в соответствии с формулой изобретения увеличивает толщину упрочненного слоя с характеристиками, которые по данным лабораторных исследований в 2,3 раза превышают износостойкость нового рамного рельса ив 1,3 раза - нового остряка, а также исключает образование хрупких структур и минимизирует внутренние напряжения после наплавки, что улучшает качество, надежность и срок эксплуатации элементов стрелочных переводов.

Изобретение может быть использовано для восстановления изношенных элементов железнодорожных стрелочных переводов и упрочнения новых, а именно рамных рельсов и остряков. Выполняют механическую обработку с равномерным снятием слоя металла с боковой рабочей поверхности рамного рельса и остряка на глубину не менее толщины закаленного слоя. Выполняют нагрев обрабатываемого участка боковой рабочей поверхности и выполняют многослойную наплавку износостойким материалом. Выполняют проковку каждого наплавленного слоя и осуществляют черновую механическую обработку. Наплавку остряка выполняют после наплавки соответствующего рамного рельса. Выполняют повторный нагрев каждого наплавленного сектора до температуры отпуска и выдержку при этой температуре в течение времени, необходимого для снятия внутренних термических напряжений. Выполняют медленное охлаждение наплавленного участка под укрытием из теплоизолирующего материала. После чистовой механической обработки проводят дефектоскопию наплавленных поверхностей стрелочного перевода. Способ обеспечивает увеличение износостойкости и повышение долговечности обработанной поверхности изношенных или упрочненной поверхности новых элементов стрелочных переводов, устранение внутренних термических напряжений и улучшение структуры наплавленного слоя. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки элементов стрелочных переводов для восстановления и упрочнения их поверхностей, включающий предварительную механическую обработку поверхностей остряка и рамного рельса стрелочного перевода, разбивку обрабатываемых поверхностей на сектора, нагрев каждого сектора и многослойную наплавку износостойкого металла электродуговым методом с выполнением проковки каждого слоя, затем осуществляют черновую механическую обработку наплавленного сектора и последующее медленное охлаждение, а после завершения наплавки проводят окончательную механическую обработку наплавленных поверхностей, отличающийся тем, что предварительную механическую обработку выполняют путем полного равномерного удаления слоя металла с боковых рабочих поверхностей остряка и рамного рельса стрелочного перевода на глубину не менее толщины закаленного слоя, а после наплавки и черновой механической обработки каждого наплавленного сектора выполняют повторный нагрев наплавленного металла до температуры отпуска и выдержку при этой температуре в течение времени, необходимого для снятия внутренних термических напряжений.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обрабатывают изношенные рамные рельсы и остряки стрелочных переводов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обрабатывают новые рамные рельсы и остряки стрелочных переводов.