Способ контактной стыковой сварки рельсов Советский патент 1990 года по МПК B23K11/04 B23K11/02 

Изобретение относится к контактной стыковой сварке и может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта путем соединения между собой рельсов разного профиля.

Цель изобретения - обеспечение качественной и надежной сварки рельсов разных профилей способом контактной стыковои сварки, а также повышение производительности труда.

Сущность предлагаемого способа контактной стыковой сварки рельсов разных профилей заключается в следующем.

Для обеспечения возможности контактной стыковой сварки рельсов разных профилей, при сохранении высокого качества и надежности сварных стыков, предлагаемый способ предусматривает до операции предварительной механической обработки концов свариваемых рельсов на рельсе большого профиля формовку участка, соответствующего профилю свариваемого рельса меньшего профиля. Для этого на конце рельса большего профиля формуют участок, соответствующий рельсу малого профиля на длине зоны оплавления и осадки при последующей сварке, для чего производят локальный нагрев, например, индукционный конца рельса большего профиля с градиентом распределения температуры по высоте рельса, причем подошву и прилегающую к ней часть шейки нагревают до ковочной температуры, а температуру головки рельса не доводят до температуры разупрочнения металла рельса (480°С). Затем производят одностороннюю осадку рельса на участке нагрева со стороны подошвы к головке рельса до высоты рельса меньшего профиля, не деформируя при этом головку рельса. Затем выполняют предварительную механическую обработку концов свариваемых рельсов, разогрев свариваемых концов, их осадку и последующую термическую и механическую обработку стыка. С целью повышения производительности труда при использовании рельсов повышенной твердости участок, соответствующий рельсу малого профиля, формуют в средней части рельса большого профиля на удвоенной длине, при этом головку рельса нагревают в средней части на длине, соизмеримой с шириной реза до температуры нормализации и после односторонней осадки рельса на участке нагрева, разрезают его на две части.

Локальный нагрев участка большего профиля может быть осуществлен с помощью индуктора, контактным нагревом или другими способами.

При нагреве рельса для формирования участка, соответствующего рельсу меньшего профиля, на длине зоны оплавления и осадки при последующей сварке, обеспечивают градиент распределения температуры по сечению и длине рельса. Нагрев подошвы и прилегающей к ней части шейки производят до ковочных температур (порядка 850-950°С). При этом шейку нагревают примерно до половины высоты. Головка рельса нагревается за счет теплопроводности и ее температура не должна пре5

вышать 480°С, чтобы не происходило снижение твердости металла. Здесь нужно учитывать, что при осадке головка рельса не подвергается деформации, а используется как упор, так как необходимо произвес- ти одностороннюю осадку со стороны подошвы рельса. При осадке подвергается деформации преимущественно шейка рельса, в меньшей степени подошва.

0 Для возможности разрезки рельсов механическим способом, что позволяет разрезать их без повреждений, а особенно при сварке новых закаленных рельсов или старогодных закаленных и термически не упрочненных рельсов, имеющих повышенную твердость металла в результате закалки и наклепа в эксплуатации,нагревают головку рельса на ограниченной длине, соизмеримой с шириной реза последующего разреза, до температуры нормализации 800-900°С,

0 чтобы произвести отпуск закаленного рельса в месте последующего разреза. Длина этой зоны с одной стороны ограничена шириной реза, а с другой - должна быть ограничена зоной оплавления и осадки от последующей сварки, так как при бо.- лее широкой зоне отпуска после сварки в районе стыка могут остаться участки разупрочнения металла. Такая технология позволяет произвести опрессовку на удвоенной длине и создать одновременно после разо резки заготовки для изготовления двух переходных рельсов.

После опрессовки зачищают рельс от излишков металла, выравнивают головки рельт сов по поверхности катан ия и производят сварку. Затем производят термомеханичес5 кую обработку стыков.

Пример. Для апробации способа сварены рельсы типов Р65 и Р50 (массой в среднем 65 и 50 кг/м и площадью поперечного сечения 83 и 66 см2). Рельс типа Р65 нагревают с помощью щелевых индукторов

0 с магнитопроводами на длине порядка 30 мм в подошве до 900°С и в прилегающей части шейки. Далее по высоте шейки температура плавно уменьшалась и в головке по всей длине нагреваемой части рельса по поверхности катания составляла 470°С. Только на середине нагреваемого участка головки рельса на длине порядка 60 мм температура достигает 850°С.

Нагрев проводят на индукционной установке типа ИТ-100/2,4 в течение 300 с. За0 тем плавной подачей давления со стороны подошвы с помощью пресса разогретый до ковочных температур металл шейки рельса большего профиля осаждают до размера по высоте меньшего профиля с уменьшением по высоте на 28 мм, соответствующей разнице высоты рельсов типов Р65 и Р50. При этом головка рельса не деформируется, а используется как опора. Деформации подвергается преимущественно шейка рельса, а

5

5

в меньшей степени и подошва. Затем производят разрезку рельса ножовочными пилами.

Образовавшиеся наплывы выдавленного металла удаляют механической обработкой. Затем производят стыкование с рельсом типа Р50 с выравниванием их по поверхности катания и боковой рабочей грани и на контактной машине типа К-190 производят контактную стыковую сварку. Параметры сварки: мощность 200 кВт; время 225 с1 удельное давление прессования 5 кгс/мм2.

Для обеспечения надежности и высокой эксплуатационной стойкости рельсы в месте сварных стыков подвергают термообработке путем нагрева по всему сечению на индукционной установке типа ИТ-100/2,4 в течение 220 с до 850°С и охлаждения металла головки водовоздушной смесью в течение 70 с со скоростью 5-10°С/с до 300°С (после самоотпуска 450°С). Подошву и шейку охлаждают на воздухе.

Испытания сварных рельсов переходного профиля типов Р65/Р50 производят на статический поперечный изгиб. Расстояние между опорами составляет 1 м. Нагрузку прикладывают по середине в месте сварного стыка. Стрела прогиба превышает 30 мм, а разрушающая нагрузка более 105 и 95 тс при изгибе с растяжением в подошве и головке соответственно, что выше показателей пластичности и прочности сварных однопрофильных рельсов типа Р50.

Предлагаемый способ позволяет использовать метод контактной стыковой сварки для сварки рельсов разных профилей со всеми присущими этому методу преимуществами.

Способ обеспечивает качественную и надежную сварку, прочность сварных стыков, эксплуатационную надежность рельсов, обеспечивает однородность качества стыков при соединении рельсов разных профилей. Контактная сварка обеспечивает наибольшую производительность, позволяет применить механизацию и автоматизацию работ.

Рельсы сваренные предлагаемым способом, могут работать в различных эксплуа0

тационных и климатических условиях без ограничения скорости движения поездов. Формула изобретения

1.Способ контактной стыковкой сварки рельсов, включающий операцию предварительной механической обработки, разогрев свариваемых концов, осадку и последующую термомеханическую обработку стыков, отличающийся тем, что, с целью обеспечения качественной и надежной сварки рельсов разных профилей, перед предварительной механической обработкой на рельсе большего профиля на длине, равной длине зоны оплавления и осадки при последующей сварке, формуют участок, соответствующий

5 рельсу малого профиля, для чего производят локальный нагрев рельса большего профиля с градиентом распределения температуры по высоте рельса, причем подошву и прилегающую к ней часть шейки нагревают до ковочных температур, а головку рельса - до температур, не превышающих температуру разупрочнения металла рельса, затем производят одностороннюю осадку рельса на участке нагрева со стороны подошвы до высоты рельса меньше5 го профиля.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда при использовании рельсов повышенной твердости, участок, соответствующий рельсу малого профиля, формуют в

0 средней части рельса большего профиля на удвоенной длине зоны оплавления и осадки, при этом головку рельса в средней части участка нагревают до температуры нормализации и после односторонней осадки рельса на участке нагрева со стороны подошвы до высоты рельса меньшего профиля разрезают его на две части, при этом длину участка, нагреваемого до температуры нормализации, устанавливают равной ширине реза.

Q 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что локальный нагрев участка рельса большего профиля производят с помощью индуктора.

Изобретение относится к контакной стыковой сварке и может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта путем соединения между собой рельсов разного профиля. Цель изобретения - обеспечение качественной и надежной сварки рельсов разных профилей, а также повышение производительности труда. Способ включает операцию формовки на конце рельса большего профиля участка, соответствующего рельсу малого профиля на длине зоны оплавления и осадки при последующей сварке. Производят локальный нагрев рельса большего профиля с градиентом распределения температуры по высоте рельса. При этом подушву и прилегаюшую к ней часть шейки рельса нагревают до ковочных температур, а головку рельса нагревают до температуры, не превышающей температуру разупрочнения металла рельса. Производят одностороннюю осадку рельса на участке нагрева со стороны подошвы до высоты рельса меньшего профиля. Осуществляют предварительную механическую обработку концов свариваемых рельсов, их разогрев, осадку и последующую термомеханическую обработку стыка. Для повышения производительности труда при использовании рельсов повышенной твердости участок, соответствующий рельсу малого профиля, формируют в средней части рельса большего профиля на удвоенной длине. При этом головку рельса в средней части участка нагревают до температуры нормализации и после односторонней осадки рельса на участке нагрева со стороны подошвы до высоты рельса меньшего профиля разрезают его на две части. Длина нагреваемого до температуры нормализации участка соизмерима с шириной реза. За счет этого получают сразу две заготовки для сварки двух стыков рельсов разных профилей. Локальный нагрев участка рельса большего профиля производят с помощью индуктора. 2 з.п.ф-лы.