СПОСОБ СВАРКИ РЕЛЬСОВ ДАВЛЕНИЕМ С ПОДОГРЕВОМ
METHOD OF RAILS WELDING WITH PRESSURE AND HEATING

Изобретение относится к сварке давлением и может быть использовано при соединении стыков железнодорожных, трамвайных и других транспортных 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, МПК: В23К 20/00. «Способ сварки рельсов давлением с подогревом» авторов Губарева А.В. и Лужина С.В., опубл. 20.10.2006, БИ №29].
Недостатком этого способа является низкая прочность сварного шва за счет того, что в зоне сварного шва структура более крупнозернистая, чем в основном металле.
3
3
Известен способ сварки давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку торцов соединяемых деталей (рельсов), собирают встык соединяемые детали из стали, прикладывают сжимающее усилие и нагревают стык до температуры (Ас+300)°C÷(Ас+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°C÷(Мн+400)°C, а затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды [Патент РФ №2308363, МПК: В23К 20/02. «Способ сварки давлением с подогревом» авторов Бондаренко А.А., Маерова Г.Р. и др., опубл. 20.10.2007, БИ №29].
Недостатком этого способа является низкая прочность в зоне стыка за счет того, что величина зерна определяется химическим составом и крупнее, чем в основном металле. Этот способ не позволяет получить достаточную ударную вязкость в сварном шве и прочность.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение прочности и твердости в зоне стыка за счет образования мелкозернистой структуры, повышения ударной вязкости сварного стыка.
3
3
Технический результат достигается тем, что в способе сварки рельсов давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку их торцов, стыкуют рельсы, прикладывают сжимающее усилие и нагревают стык до температуры (Ас+300)°C÷(Ас+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°C ÷(Мн+400)°C, а затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды, причем после механической обработки торцы рельсов подвергают азотированию на глубину 0,05-0,1 мм.
Азотирование торцов рельсов обеспечивает образование мелкозернистой структуры (на 1-2 балла мельче) поверхностного слоя металла по сравнению со структурой основного материала. При уменьшении структуры металла повышается ударная вязкость в 1,5 раза и прочность на изгиб на 15-20%.
Пример реализации способа.
Например, сваривают рельсы Р65 из стали М76. Перед сваркой торцы рельсов механически обрабатывают и подвергают азотированию. 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)°C и выдерживают при этой температуре не менее 15 сек, затем к торцам прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, а после осадки стык охлаждают воздушно-водной смесью до температуры, как например (Мн+350)°C, а затем воздухом до температуры окружающей среды.
Результаты испытания сведены в таблицу.
Таблица
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при различных видах сварки
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 (прототип по патенту №2308363)
355
2235
350
2222
346
2210
Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому техническому решению)
365
2235
359
2222
355
2210
Предлагаемый способ сварки позволяет повысить прочность в зоне стыка, увеличить морозостойкость и ударную вязкость, что способствует увеличению срока службы рельсов и обеспечивает безопасность движения поездов.