СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ
PROCEDURE FOR ALUMINO-THERMAL RAIL WELDING

Изобретение относится к области машиностроения, к термитной сварке соединений, а конкретнее, к сварке рельсов с использованием алюминотермитной сварки.
Известен способ сварки рельсов, при котором устанавливают концы рельсов с образованием между их торцами сварочного зазора, размещают вокруг концов рельсов в зоне сварочного зазора разъемную форму, уплотняют контакт разъемной формы с концами рельсов, устанавливают над формой реакционный тигель, заполненный дозой алюминотермитного состава, нагревают концы рельсов и разъемную форму до температуры в диапазоне (1000-1500)°С, поджигают дозу алюминотермитного состава и разогревают его до образования расплавленного металла, подают из реакционного тигля расплавленный металл в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части, дополнительно нагревают концы рельсов и залитый в сварочный зазор расплавленный металл до температуры не ниже 800°С в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму путем подачи последних порций расплавленного металла в пространство над головками рельсов, выдерживают расплавленный металл до затвердевания и образования сварного шва, удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва, после чего затвердевший сварной шов и область, близлежащую к последнему, охлаждают струей сжатого воздуха до температуры (250-300)°С, затем - на воздухе [Патент РФ №2163184, В23К 23/00, C21D 9/50, опубл. 20.02.2001 г., БИ №5 (II ч.) «Способ алюминотермитной сварки рельсов» авторов Карабанова В.И., Ивакина Н.И. и др.].
Недостатком способа является низкая твердость сварного шва в результате того, что в зоне термического влияния формируется крупнозернистая дислокационная структура.
Известен способ сварки рельсов, при котором устанавливают концы рельсов с образованием между их торцами сварочного зазора, размещают на концах рельсов в зоне сварочного зазора разъемную форму, уплотняют контакт разъемной формы с концами рельсов, устанавливают над формой реакционный тигель, заполненный дозой алюминотермитного состава, нагревают концы рельсов и разъемную форму до температуры в диапазоне (1000-1500)°С, поджигают дозу алюминотермитного состава и разогревают его до образования расплавленного металла, подают из реакционного тигля расплавленный металл в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части, дополнительно нагревают концы рельсов и залитый в сварочный зазор расплавленный металл до температуры не ниже 800°С в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму путем подачи последних порций расплавленного металла в пространство над головками рельсов, выдерживают расплавленный металл до затвердения и образования сварного шва, охлаждают воздушно-водяной смесью с содержанием воды сварного шва, охлаждают воздушно-водяной смесью с содержанием воды (20-50)% со скоростью охлаждения (7-11)°/сек до температуры [(Мн+100)°С-Мн]°С, затем на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва. [Патент РФ №2349433, В23К 23/00, В23К 101/26, C21D 9/50, опубл. 20.03.2009 г., БИ №8 (III ч.) «Способ алюминотермитной сварки рельсов» авторов Бондаренко А.А., Маерова Г.Р. и др.].
Недостатком способа является низкая твердость относительно основного материала рельса.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение твердости относительно основного материала рельса в зоне сварного шва.
Технический результат достигается тем, что в способе алюминотермитной сварки рельсов, при котором устанавливают концы рельсов с образованием между их торцами сварочного зазора, размещают на концах рельсов в зоне сварочного зазора разъемную форму, уплотняют контакт разъемной формы с концами рельсов, устанавливают над формой реакционный тигель, заполненный дозой алюминотермитного состава, нагревают концы рельсов и разъемную форму до температуры в диапазоне (1000-1500)°С, поджигают дозу алюминотермитного состава и разогревают его до образования расплавленного металла, подают из реакционного тигля расплавленный металл в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части, нагревают концы рельсов и залитый в сварочный зазор расплавленный металл до температуры не ниже 800°С в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму путем подачи последних порций расплавленного металла в пространство над головками рельсов, выдерживают расплавленный металл до затвердения и образования сварного шва, охлаждают воздушно-водяной смесью с содержанием воды сварного шва, охлаждают воздушно-водяной смесью с содержанием воды (20-50)% со скоростью охлаждения (7-11)°/сек до температуры [(Мн+100)°С-Мн]°С, упрочняют стальной дробью диаметром 0,6-0,8 мм с давлением воздуха 0,7-0,8 МПа, затем охлаждают на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва.
Использование стальных шариков обеспечивает формирование мелкозернистой дислокационной структуры, следствием чего является повышение твердости в зоне сварного стыка на (55-65) ед. НВ.
Результаты испытания сведены в таблицы.
Таблица 1
Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 при алюминотермитной сварке рельсов
Способ сварки
Твердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВ
Способ алюминотермитной сварки (прототип по патенту №2349433)
340
Таблица 2
Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 при алюминотермитной сварке рельсов с упрочнением дробью при постоянном диаметре дроби
Способ сварки
Твердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВ
Алюминотермитная сварка рельсов (по предлагаемому способу)
d=0,7 мм
Р=0,4 МПа
Р=0,6 МПа
Р=0,7 МПа
Р=0,8 МПа
Р=1 МПа
395
399
405
403
401
Таблица 3
Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 при алюминотермитной сварке рельсов с упрочнением дробью при постоянном давлении воздуха
Способ сварки
Твердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВ
Алюминотермитная сварка рельсов (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
402
404
405
403
402
Таблица 4
Твердость объемно-закаленных рельсов типа Р65 при алюминотермитной сварке рельсов с упрочнением дробью из различных материалов
Способ сварки
Материал
Твердость рельсов в зоне сварного шва, ед. НВ
Алюминотермитная сварка рельсов (по предлагаемому способу
сталь
395-405
чугун
353-359
цинк
346-351
Пример реализации способа.
Например, сваривают рельсы типа Р65 из стали М 76. Перед сваркой торцы рельсов механически обрабатывают. Рельсы совмещают по периметру, нагревают и заливают алюминотермитную смесь. После размещают разъемную форму и реакционный тигель, производят нагрев торцевых концов рельсов и разъемной формы, осуществляют заливку алюминотермитной смеси, производят выдержку до затвердения, где в процессе заливки осуществляют дополнительный нагрев головок торцевых концов рельсов и расплавленного сварного металла. Затем стык охлаждают сначала хладагентом в виде воздушно-водяной смеси до температуры 330°С, упрочняют стальной дробью диаметром 0,6-0,8 мм с давлением воздуха 0,7-0,8 МПа, а затем охлаждают на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить твердость сварного шва на 55-65 ед. НВ и снизить брак в путевом хозяйстве. Предлагаемый способ увеличивает износостойкость и долговечность сварных швов, их надежность и срок службы на 15-20%.