СПОСОБ СВАРКИ РЕЛЬСОВ ДАВЛЕНИЕМ С ПОДОГРЕВОМ
RAILS PRESSURE WELDING WITH HEATING

Изобретение относится к области железнодорожной техники, а более конкретно к сварке 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 В23К 20/00, опуб. 20.10.2006 г. БИ №29 (ч.1) «Способ сварки рельсов давлением с подогревом» авторов Губарева А.В. и Лужина С.В.].
Недостатком этого способа является то, что в зоне сварного шва структура менее твердая, чем в основном металле.
3
3
Известен способ сварки рельсов, включающий в себя механическую обработку торцов рельсов, их стыковку и нагрев стыка до температуры (Ас+300)°С÷(Ас+400)°C с выдержкой при этой температуре для аустенизации зоны стыка, охлаждением стыка после осадки воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°C с последующим охлаждением воздухом до температуры окружающей среды [Патент РФ №2308363 В23К 20/02, опуб. 20.10.2007 г. БИ №29 (ч.1) «Способ сварки рельсов давлением с подогревом» авторов Бондаренко А.А. и Маерова Г.Р.].
Недостатком этого способа является то, что величина зерна определяется химическим составом и крупнее, чем в основном металле. Этот способ не позволяет получить достаточную твердость в сварном шве.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение твердости в зоне сварного стыка.
3
3
Технический результат достигается тем, что в способе сварки давлением с подогревом, при котором собирают встык соединяемые детали из стали, нагревают стык и прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, причем нагрев стыка производят до температуры (Ас+300)°С÷(Ас+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, упрочняют дробью и охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. В качестве рабочего тела применяют стальные шарики диаметром 0,6…0,8 мм с давлением воздуха 0,7…0,8 МПа.
Применение стальных шариков обеспечивает формирование мелкозернистой дислокационной структуры, следствием чего является повышение твердости в зоне сварного стыка.
Для подтверждения данного заключения были проведены экспериментальные исследования.
Результаты испытания сведены в таблицы.
Таблица 1
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом
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 (по патенту №2308363)
355
2235
350
2222
346
2210
Таблица 2
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом упрочнением дробью при постоянном диаметре дроби
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 (по предлагаемому способу)
d=0,8 мм
Р=0,4 МПа
Р=0,6 МПа
Р=0,7 МПа
Р=0,8 МПа
Р=1 МПа
358
360
363
362
359
2235
357
357
358
358
357
2222
354
355
355
355
354
2210
Таблица 3
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом с упрочнением дробью при постоянном давлении воздуха
Способ
Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ
Нагрузка
сварки
разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН
Сварка давлением с подогревом (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
358
361
363
359
358
2235
357
357
358
358
356
2222
354
355
356
355
353
2210
Таблица 4
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом и упрочнением дробью из различных материалов
Способ сварки
Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ
Материал
Нагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН
Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому способу
360-363
Сталь
2235
356-358
Чугун
2235
356-357
Олово
2235
Пример реализации способа.
3
Перед сваркой рельсов Р65 из стали М76 торцы механически обрабатывают. Рельсы стыкуют в сварочной установке, совмещают по периметру, выравнивают по рабочей грани поверхности катания. Затем проводят аустенизацию стыков. Например, производят индукционный нагрев при температуре (Ас+350)°С и выдерживают при этой температуре 15 с, затем к торцам прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, а после осадки стык охлаждают воздушно-водной смесью до температуры, как, например, (Мн+350)°С, упрочняют дробью, а затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. В качестве рабочего тела применяют стальные шарики диаметром 0,6…0,8 мм с давлением воздуха 0,7…0,8 МПа.
Предлагаемый способ сварки позволяет повысить прочность и твердость сварного шва на 5-10 единиц НВ, что способствует увеличению ресурса рельсов и безопасности движения поездов.