СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
RECOVERY METHOD OF WORN SURFACES

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к технологии восстановления или упрочнения механизированной электродуговой наплавкой изношенных поверхностей железнодорожного рельсового пути без его снятия с полотна.
Железнодорожные рельсы в процессе эксплуатации (постоянной работы) испытывают значительные нагрузки, под действием которых происходит их изнашивание и появление локальных повреждений на поверхности катания. В результате эксплуатационных повреждений ежегодно заменяют большое количество рельсов или вырезают участки с пробоксовками. Это приводит к значительным потерям пропускной способности, росту эксплуатационных расходов.
При взаимодействии колеса-рельса локомотива, при трогании или торможении на поверхности головки рельса образуются зоны мартенсита. В процессе эксплуатации под воздействием подвижного состава в этих зонах образуются отслоения или выкрашивание рельсового металла.
Известен способ восстановления деталей, при котором на изношенную часть детали устанавливают и закрепляют сваркой предварительно сформированную оболочку, внешнюю часть которой формируют по конфигурации неизношенной части детали, а внутреннюю поверхность по конфигурации подготовленной к наплавке изношенной части детали, при этом для повышения качества и упрощения технологии оболочку выполняют составной и разной формы в зависимости от формы детали (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №789253, кл. B23K 9/04, 1979).
Однако применение такого способа требует больших трудозатрат по подготовке сформированной оболочки, при этом значительно усложняется технология восстановления наплавкой, а в ряде случаев способ практически не удается применить, особенно при восстановлении неравномерного износа на больших площадях по сечению и периметру.
Известен также способ наплавки деталей, используемый для восстановления режущих инструментов, при котором используют формирующее устройство большой теплопроводности в виде съемного медного водоохлаждаемого шаблона-кристаллизатора с внутренним отверстием, имеющим конфигурацию рабочей части наплавленного изделия (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1776511, кл. B23K 9/04, 1992).
Недостатком известного способа является то, что он практически не предназначен для наплавки поверхностей больших размеров с неравномерным износом.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому эффекту является выбранный в качестве прототипа способ восстановления изношенных поверхностей катания железнодорожного рельсового пути без снятия его с полотна, при котором осуществляют зачистку изношенной поверхности до чистого металла, ее нагрев и наплавку (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1348442, кл. B23P 6/00, опубл. 30.10.1987).
К недостаткам данного способа относится высокая трудоемкость восстановления, связанная с необходимостью осуществления механической обработки как необработанной, так и обработанной поверхности.
Технический результат, на решение которого направлено изобретение, состоит в повышении качества восстановления изношенных поверхностей за счет обеспечения электродуговой наплавки и последующей механической обработки восстановленной поверхности катания рельса, а также в повышении усталостной прочности изношенных поверхностей железнодорожного рельсового пути.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе восстановления изношенных поверхностей катания железнодорожного рельсового пути без снятия его с полотна, при котором осуществляют зачистку изношенной поверхности до чистого металла, ее нагрев и наплавку, нагрев зачищенного участка изношенной поверхности рельса осуществляют до температуры 400-450°С в течение 5-6 мин по всей длине и по обе стороны участка на величину технологических припусков, составляющую около 100 мм, а наплавку ведут электродуговым методом при рабочей температуре не ниже 350°С послойно на полную глубину изношенной поверхности с превышением номинального размера поверхности катания рельса на величину припуска на механическую обработку, при этом при снижении рабочей температуры осуществляют дополнительный нагрев наплавляемого участка изношенной поверхности рельса, после чего производят естественное охлаждение и механическую обработку восстановленной поверхности катания рельса.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.
Предложенный способ является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. он явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.
Предложенный способ восстановления изношенных поверхностей железнодорожного рельсового пути предусматривает восстановление пробоксовок длиной до 200 мм с глубиной до 8 мм и осуществляют следующим образом.
Восстановление механических дефектов типа пробоксовок, линейно протяженных изломов, сколов и т.д. на изношенной поверхности железнодорожного рельсового пути предлагается выполнять ручной электродуговой наплавкой штучными электродами, например НР-70, механизированными или автоматическими способами с применением порошковых проволок, например, Tubrodur OK 15.43 диаметром 1,6 мм.
Способ восстановления изношенных поверхностей, в данном случае рабочей поверхности катания железнодорожного рельсового пути без его снятия с полотна предусматривает зачистку поверхности зоны повреждения (механических дефектов) до чистого металла, дефектоскопию участков изношенной поверхности, нагрев и электродуговую наплавку участков изношенной поверхности, которую осуществляют с учетом необходимого припуска на механическую обработку.
Нагрев зачищенного участка изношенной поверхности рельса осуществляют до температуры 400-450°С в течение 5-6 мин с контролем температуры нагрева термопарой по всей длине и по обе стороны участка с механическим дефектом изношенной поверхности на величину линейных технологических припусков, величины которых составляют около 100 мм в каждую сторону от зоны повреждения рельса.
Электродуговую наплавку в зависимости от размеров повреждения осуществляют ручным, автоматическим или полуавтоматическим способом (в зависимости от величины износа поверхности в два или более слоя) и ведут с напряжением сварочной дуги 23-25 В при силе тока 110-140 А послойно на полную глубину изношенной поверхности при глубине износа до 8 мм с превышением номинального размера поверхности катания рельса на величину припуска на 0,7-1,5 мм и рабочей температуре не ниже 350°С, при снижении которой в процессе естественного остывания осуществляют дополнительный нагрев наплавляемого участка изношенной поверхности рельса до рабочей температуры, после чего производят естественное охлаждение и механическую обработку (шлифовку) восстановленной поверхности катания рельса.
Механизированная электродуговая наплавка обеспечивает высокую производительность при относительно низкой стоимости, а также высокое качество наплавочных работ, при этом наплавленный металл по своим механическим свойствам одинаков с металлом рельса.
Использование изобретения обеспечивает повышение качества восстановления изношенных поверхностей железнодорожного рельсового пути, а также повышение срока службы за счет увеличения износостойкости в 2-3 раза и усталостной прочности восстановленной поверхности до HRC 47-53.
Применение заявленного способа снижает высокие знакопеременные ударные нагрузки и сухой абразивный износ рабочей поверхности пути, резко сокращает сроки выполнения ремонтных работ железнодорожного рельсового пути без его снятия с полотна, исключает выкрашивание наплавленного металла и образование неровностей восстановленной поверхности катания рельса при длительной эксплуатации и исключении схода с рельсов тяжеловесного грузового и высоко скоростного пассажирского подвижного состава, обеспечивая пропуск 20-30 млн. т брутто груза без снижения балльности железнодорожного рельсового пути.