способ сварки рельсов давлением с подогревом

Формула изобретения

Способ сварки рельсов давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку их торцов, собирают встык соединяемые детали из стали, прикладывают сжимающее усилие и нагревают стык до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃ +400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки полученный сварной шов охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, и затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что после охлаждения воздушно-водяной смесью сварной шов упрочняют стальной дробью диаметром 0,6÷0,8 мм с давлением воздуха 0,7÷0,8 МПа.

Описание изобретения к патенту

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.

Известен способ сварки рельсов, включающий в себя механическую обработку торцов рельсов, их стыковку и нагрев стыка до температуры (Ас ₃+300)°С÷(Ас₃+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.

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 (Ас₃+300)°С÷(Ас ₃+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.

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 (Ас₃+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.