способ алюминотермитной сварки рельсов

Формула изобретения

Способ 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 затвердевания и образования сварного шва, охлаждают воздушно-водяной смесью с содержанием воды (20-50)% со скоростью охлаждения (7-11)°/с до температуры [(Мн+100)°С-Мн]°С, затем на воздухе и удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва, отличающийся тем, что после затвердевания и 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 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%.