Способ соединения деталей стрелки Советский патент 1993 года по МПК E01B11/44 

Фиг .

Изобретение относится к способу соединения деталей стрелок, состоящих из литой аустенитной высокомарганцовистой стали, таких, например, как крестовина и связанные с ней рельсы из марганцовистой стали с примыкающим к ним рельсом из углеродистой стали с применением промежуточной детали из низкоуглеродистой аустенитной стали,

Целью изобретения является достиже- ние длительной прочности и более равномерного распределения структуры во всей зоне сварки. Исключение термообработки после второй сварки со сталью нормального рельса должно при этом улучшить воспроиз- водимость прочностных свойств сварного соединения, причем одновременно должны достигаться лучшие величины прогиба и лучшие величины длительной прочности.

На фиг. 1 показана крестовина Пересе- чения с присоединенными нормальными рельсами из углеродистой стали квалитета U1С 860; на фиг. 2 - в увеличенном масштабе сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение по Б-Б на фиг. 1.

Крестовина 1 состоит из литой аустенитной высокомарганцовистой стали. К этой крестовине приварены нормальные рельсы 2 с промежуточным включением промежуточных деталей 3 за счет стыковой сварки оплавлением.

Промежуточные детали длиной около 500 мм зажимали в сварочной машине для стыковой сварки оплавлением. Промежуточные детали имеют изображенный на фиг, 3 профиль нормального рельса. Эти промежуточные детали длиной 500 мм сначала сваривают с нормальным рельсом 2 за счет стыковой сварки оплавлением, причем возникает сварной шов 4, изображенный на фиг. 2. Зону этого сварного шва 4 затем подвергают термообработке для того, чтобы устранить образование мартенсита. После этого промежуточные детали обрезают таким образом, что их длина, измеренная от сварного шва 4, составляет около 15 мм, после чего осуществляют вторую сварку равным образом за счет стыковой, сварки оплавлением с крестовиной 1. При сварке оплавляется от 5 до 10 мм длины промежу- точной детали, так что оставшаяся промежуточная деталь имеет минимальную длину 5 мм между сварным швом 4 и сварным швом 5, причем марганцовистая крестовина 1 через сварной шов 5 соединена с промежуточ- ной деталью.

Способ, согласно изобретению, состоит в основном в том, что используют промежуточную деталь из стабилизированной Nb и/или Ti малоуглеродистой аустенитной

стали, в частности хромоникелевой стали, вслед за первым сварным соединением осуществляют термеобработку, в частности диффузионный отжиг, при температуре между 350 и 1000°С. За счет того что используют промежуточную деталь из стабилизированной ниобием и/или титаном малоуглеродистой аустенитной стали, в частности хромоникелевой стали, снижается доля свободного углерода и ограничивается диффузия углерода, отрицательно воздействующая на механические характеристики сварного соединения. За счет того что вслед за этой первой стыковой сваркой оплавлением между углеродистой сталью рельса и промежуточной деталью осуществляют целенаправленную термообработку, достигается сглаживание различной концентрации полностью различных сплавов промежуточной детали и стали рельса за счет диффузии, причем одновременно не только достигается выравнивание концентраций в зоне сварки, но также вновь устраняется образованный при определенных обстоятельствах мартенсит. После обрезки промежуточной детали до необходимой минимальной длины для второго сварочного процесса соединение с деталью, состоящей излитой аустенитной высокомарганцовистой стали, соответственно рельсом из марганцовистой стали, вновь может происходить с помощью стыковой сварки оплавлением, причем здесь далее не требуется выдерживать никаких особых условий в отношении охлаждения. Второе сварное соединение может охлаждаться на воздухе, как это соответствует одной предпочтительной форме Осуществления, без того, чтобы это приводило к увеличению твердости в зоне первого сварного соединения. При осуществлении способа для всего сварного соединения получаются величины прогиба, которые до двух раз превышают величины прогиба, достижимые с помощью известных способов, причем одновременно без дополнительных мероприятий могли бы достигаться величины длительной прочности до 250 Н/мм2.

Термообработку предпочтительным образом осуществляют в течение промежутка времени от 2 до &ч, благодаря чему предотвращается образование мартенсита. Образование мартенсита даже при целенаправленном ведении способа во время первой сварки и, в частности, при замедленном охлаждении после первой сварки не может быть надежно исключено, причем за счёт целенаправленной термообработки помимо устранения образованного при определенных обстоятельствах мартенсита в самой значительной степени выравниваем

ся профиль концентрации химических элементов в зоне сварки, за счет чего получаются более высокие величины прочности и величины прогиба.

В особенно предпочтительном вариан- те способ термообработки осуществляют таким образом, что термообработку проводят за время от 2 до 5 ч, после чего производят охлаждение в спокойном воздухе.

На основании достижимой за счет термообработки гомогенизации распределения концентрации в зоне сварки после первой стыковой сварки оплавлением и на основании того, что образованный при определенных обстоятельствах мартенсит на- дежно устранен, вслед за вторым процессом сварки производят охлаждение в спокойном воздухе.

В качестве материала для промежуточной детали предпочтительно могут приме- няться стали квалитета ХЮОСгМГП 18 9, XIOCrNiTI 18 10, XIOCrNiNb 18 9 или XSCrNiNb 1810. Такого рода стабилизированные ниобием, соответственно титаном, стали имеют максимальное содержание уг- лерода 0,06 мас.%, причем титан, соответственно ниобий, для стабилизации используют в количестве, которое в случае титана соответствует по меньшей мере 5- кратному содержанию углерода ив случае ниобия - по меньшей мере 10-кратному содержанию углерода. В качестве особенно предпочтительной является промежуточная деталь состава:

С 0(06 макс

Сг 17,5

NI 9,5

Ti 5xC или Mb ЮхС,

остальное железо и обычные примеси желе- за.

При использовании предложенного, согласно изобретению, материала для промежуточной детали и соблюдении требуемых условий в отношении термообработки мо- жет быть полностью исключено образование трещин в зоне сварного соединения при стыковой сварке оплавлением, причем повышается надежность в отношении излома и достигаются более высокие величины длительной прочности, а также лучшие величины прогиба. Такого рода сварные соединения отвечают высоким требованиям к нагрузкам высокоскоростного железнодорожного сообщения.

С помощью предложенной, согласно изобретению, промежуточной детали были сварены крестовины стрелок из аустенит- ной высокомарганцовистой стали ориентировочного анализа: С - от 0,95 до 1,30;

марганец - от 11,5 до 14 - в литом, прокатанном или кованом состоянии, а также про- катанные рельсы из аустенитной высокомарганцовистой стали аналогичного ориентировочного анализа с аустенитными промежуточными деталями из стали состава: XIOCrNiNb 18 9, а также XIOCrNITi 18 9, равным образом в литом, преимущественно кованом или прокатанном состоянии, причем в случае стали рельсов использовались квалитеты нормальных рельсов в соответствии с U1C, соответственно рельсы с закаленной головкой. При этом первую сварку между углеродистой сталью рельса и промежуточной деталью осуществляли с промежуточной деталью длиной около 500 мм, после чего после первой стыковой сварки оплавлением промежуточную деталь, уже соединенную с нормальным рельсом, обрезали до длины от 8 до 20 мм для того, чтобы обеспечить то, что после второй сварки промежуточной детали с литой деталью из аустенитной высокомарганцовистой стали, соответственно рельсом из марганцовистой стали, останется эффективная длина промежуточной детали около 5 мм. Обусловленная стабилизацией аустенита за счет ниобия и/или титана во время первого сварочного процесса, осуществляемого при существенно более высоких температурах по сравнению с последующей термообработкой, диффузия углерода эффективно ограничена. Сравнение сварных соединений, полученных в соответствии с патентом Австрии № 350881 и предложенным способом, показало, что достигнуто существенное повышение величины прогиба с 18 до 35 мм. В ел ич и н ы дл ител ьной прочности удалось повысить с 200 до 250 Н/мм2. Одновременно удалось работать с меньшим вводом тепла, благодаря чему уменьшено образование трещин. Обычный до сих пор подогрев места сварки в сварочной машине за счет импульсов тока при использовании предложенного способа удалось исключить, благодаря чему также повышена экономичность. После второго сварного соединения предусмотренная термообработка позволяет существенно быстрее охладить зону сварки. В целом за счет ведения способа согласно изобретению получают более короткие времена сварки и более длительный срок службы сварного соединения. Формула изобретения 1. Способ соединения деталей стрелки, выполненных излитой аустенитной высоко- марганцовистой стали, преимущественно крестовины, и связанных с ней рельсов из марганцовистой стали с примыкающими к ним рельсами из углеродистой стали посредством промежуточных деталей из ниэ- коуглеродйстой аустенитной стали, состоящий в сварке промежуточных деталей с примыкающими рельсами, обрезке указанных деталей до длины менее 25 мм каждой и последующей сварке промежуточных деталей с крестовиной и связанными с ней рельсами, отличающийся тем, что используют промежуточную деталь из стабилизированной Mb и/или ТI малоуглероди- стой аустенитной стали, в частности хромоникелевой стали, и после указанной первой сварки осуществляют термообработку, в частности диффузионный отжиг, при 350 - 100°С.

.2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что термообработку проводят за 2-5 ч, после чего охлаждают на спокойном воздухе.

3. Способ по пп. 1 или 2, о т л и ч а ю- щ и и с я тем. что термообработку ведут в течение 3 ч при температуре 850°С.

4. Способ по пп. 1,2 или 3, отличающий с я тем, что после указанной второй

0

5

0

сварки ведут охлаждение на спокойном воздухе.

5. Способ по пп. 1-4, отличающий- с я тем, что в качестве материала для промежуточной детали используют сталь квали- тета ХЮСгМГП 18 9, XIOCrNINb 18 9, ХЮСгМГП 18 10 или XSCrNINb 18 10.

6. Способ по пп. 1-5, отличающий- с я тем, что используют сталь для промежуточной детали с содержанием ниобия по меньшей мере равным десятикратному содержанию углерода и содержанием титана по меньшей мере равным пятикратному содержанию углерода.

7. Способ по пп. 1-6, отличающий- с я тем, что сталь промежуточной детали характеризуется следующим составом:

С 0,06 макс

Сг 17,5

NI 9,5

ТГ 5хС или Mb 10xC,

остальное железо и обычные примеси железа.

2

Использование: относится к соединениям деталей стрелки, выполненных на литой аустенитной высокомарганцовистой стали, таких, например, как крестовины, связанные с ней рельсы из марганцовистой стали с примыкающим к ним рельсом из углеродистой стали с применением промежуточной детали из низкоуглеродистой аустенитной стали. Сущность изобретения: способ состоит в том, что сначала сваривают промежуточную деталь (3) с рельсом (2), после обрезки промежуточной детали (3) до длины менее 25 мм при втором процессе сварки сваривают промежуточную деталь (3) с крестовиной (1), выполненной из литой аустенитной высокомарганцовистой стали, и соответственно с рельсом из марганцовистой стали. При этом используют промежуточную деталь (3) из стабилизированной Mb или/и Т1 малоуглеродистой аустенитной стали, в частности хромоникелевой стали, и вслед за первым сварным соединением осуществляют термообработку, в частности диффузионный отжиг, при температуре между 350 и 1000°С. 6 з.п. ф-лы, 3 ил. Ё

Фаг. 2

f ZZ%Z%Zb

Редактор

Фиг,3

Составитель А. Петрухин Техред М. Моргентал

Корректор д. Мотыль