Термитная сварка рельс на железной дороге

Обновлено: 24.01.2025

ГОСТ Р 57181-2016

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СВАРКА РЕЛЬСОВ ТЕРМИТНАЯ

Thermite welding of rails.Technological process

Дата введения 2017-06-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом "СНАГА"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 210 "Технологическое обеспечение создания и производства изделий"

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Февраль 2020 г.

6 Настоящий стандарт может быть применен на добровольной основе для соблюдения требований технических регламентов

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает основные требования к технологии выполнения сварных соединений рельсов различных типов и назначения термитной сваркой.

Настоящий стандарт содержит общие рекомендации и определения для термитной сварки рельсов железнодорожных, трамвайных желобчатого типа и других типов для городского электротранспорта.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2.312 Единая система конструкторской документации. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений

ГОСТ 12.0.003 Система стандартов безопасности труда. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация

ГОСТ 12.0.004 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения

ГОСТ 12.1.004 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.2.003 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 166 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 427 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 4121 Рельсы крановые. Технические условия

ГОСТ 15108 Гидроприводы объемные, пневмоприводы и смазочные системы. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

ГОСТ 15150 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 15467 Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения

ГОСТ 19200 Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов

ГОСТ 21014 Прокат черных металлов. Термины и определения дефектов поверхности

ГОСТ 23279 Сетки арматурные сварные для железобетонных конструкций и изделий. Общие технические условия

ГОСТ 23829 Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения

ГОСТ Р ИСО 857-1 Сварка и родственные процессы. Процессы сварки металлов. Термины и определения

ГОСТ Р ИСО 4063 Сварка и родственные процессы. Перечень и условные обозначения процессов

ГОСТ Р ИСО 5817 Сварка. Сварные соединения из стали, никеля, титана и их сплавов, полученные сваркой плавлением (исключая лучевые способы сварки). Уровни качества

ГОСТ Р ИСО 6520-1 Сварка и родственные процессы. Классификация дефектов геометрии и сплошности в металлических материалах. Часть 1. Сварка плавлением

ГОСТ Р ИСО 17659 Сварка. Термины многоязычные для сварных соединений с иллюстрациями

ГОСТ Р 51045 Рельсы для путей промышленного железнодорожного транспорта. Общие технические условия

ГОСТ Р 51685 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия

ГОСТ Р 55941 Рельсы трамвайные желобчатые. Технические условия

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

термитная сварка: Сварка заливкой жидкого металла между свариваемыми кромками, при которой используют энергию экзотермической реакции смеси оксидов металла и измельченного алюминиевого порошка, в результате чего образуется расплавленный присадочный металл.

технологическое оборудование: Средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическая оснастка.

стыковое соединение: Тип соединения, при котором детали лежат в одной плоскости и примыкают друг к другу торцовыми поверхностями.

дефект: Каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.

температура предварительного подогрева : Температура деталей в зоне сварки непосредственно перед сварочной операцией.

зазор: Кратчайшее расстояние между кромками собранных для сварки деталей.

зона термического влияния при сварке: Участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке или наплавке.

свариваемость: Металлический материал считается поддающимся сварке до установленной степени при данных процессах и для данной цели, когда сваркой достигается металлическая целостность при соответствующем технологическом процессе, чтобы свариваемые детали отвечали техническим требованиям как в отношении их собственных качеств, так и в отношении их влияния на конструкцию, которую они образуют.

условия сварки: Условия, при которых осуществляют сварку; они включают в себя факторы окружающей среды (например, погоду), стресс и эргономические факторы (например, шум, жару, стесненные условия работы) и факторы, относящиеся к заготовкам (например, основной металл, форма разделки, положение шва в пространстве).

[ГОСТ Р ИСО 857-2009*, статья 5.2.2]

* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: ГОСТ Р ИСО 857-1-2009. - Примечание изготовителя базы данных.

3.10 технологический процесс: Организованный процесс изготовления продукции (изделий) или оказания услуг заданного качества, состоящий из отдельных технологических операций, выполняемых людьми с применением материально-технических средств в соответствии с определенной технологией.

3.11 технологическая операция: Законченное технологическое действие по изменению формы или состояния (структуры) объекта воздействия, предусмотренное определенной технологией.

3.12 сварочные материалы: Все материалы, такие как присадочные материалы, литейный компонент, газ, форма, паста и другие, расходуемые в процессе сварки и способствующие формированию сварного шва.

3.13 облив: Часть литого металла сварного шва, выступающая над видимой поверхностью соединяемых деталей, определяемая в месте наибольшей выпуклости.

3.14 заказчик: Организация, ответственная за установление для сварного изделия технических требований, требований к качеству и приемочных процедур, отвечающих настоящему стандарту.

3.15 производитель работ: Организация, которая использует сварку для изготовления сварных стыков рельсов или их обслуживание (включая ремонт).

3.16 производитель сварочных материалов: Организация, которая производит сварочные материалы.

3.17 производитель сварочного оборудования: Организация, которая производит сварочное оборудование.

3.18 национальный орган по безопасности: Государственный орган, ответственный за установление или согласование требований безопасности путей: железных дорог, городского хозяйства и специальных эксплуатирующих организаций.

3.19 аттестация: Доказательство после обучения профессиональных знаний, умения и опыта персонала, необходимых для выполнения требуемых заданий.

3.20 квалифицированный специалист: Специалист, имеющий свидетельство об обучении, профессиональных знаниях, умении и допуск к проведению работ.

3.21 приемочный орган: Организация, ответственная за приемку продукции.

Термитная сварка рельс на железной дороге

ГОСТ Р 57179-2016

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СВАРКА РЕЛЬСОВ ТЕРМИТНАЯ

Методика испытаний и контроля качества

Thermite welding of rails. Methods of testing and quality control

Предисловие

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 210 "Технологическое обеспечение создания и производства изделий"

4 Настоящий стандарт может быть применен на добровольной основе для соблюдения требований технических регламентов

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2019 г.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает основные требования к методам испытаний и контроля качества сварных соединений рельсов, выполненных термитной сваркой.

2 Нормативные ссылки

ГОСТ ISO 9001 Системы менеджмента качества. Требования

ГОСТ 2.111 Единая система конструкторской документации. Нормоконтроль

ГОСТ 8.417 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин

ГОСТ 12.2.003 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ 12.3.002 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 25.507 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытания на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. Общие требования

ГОСТ 1763 (ИСО 3887-77) Сталь. Методы определения глубины обезуглероженного слоя

ГОСТ 1778 (ИСО 4967-79) Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений

ГОСТ 2999 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу

ГОСТ 5639 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна

ГОСТ 5640 Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты

ГОСТ 6996 (ИСО 4136-89, ИСО 5173-81, ИСО 5177-81) Сварные соединения. Методы определения механических свойств

ГОСТ 7564 Прокат. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний

ГОСТ 8233 Сталь. Эталоны микроструктуры

ГОСТ 9012 (ИСО 410-82, ИСО 6506-81) Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю

ГОСТ 9454 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах

ГОСТ 10243 Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры

ГОСТ 10708 Копры маятниковые. Технические условия

ГОСТ 11878 Сталь аустенитная. Методы определения содержания ферритной фазы в прутках

ГОСТ 16350 Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей

ГОСТ 16504 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ Р 15.301 Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство

ГОСТ Р ИСО 857-1 Сварка и родственные процессы. Словарь. Часть 1. Процессы сварки металлов. Термины и определения

ГОСТ Р ИСО 17659 Сварка. Термины многоязычные для сварных соединений

ГОСТ Р 54153 Сталь. Метод атомно-эмиссионного спектрального анализа

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на котором дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

3.5 заказчик: Организация, ответственная за установление для сварного изделия технических требований, требований к качеству и приемочных процедур, отвечающих требованиям настоящего стандарта.

3.6 производитель работ: Организация, которая использует сварку для изготовления сварных стыков рельсов или их обслуживание (включая ремонт).

3.7 национальный орган по безопасности: Государственный орган, ответственный за установление или согласование требований безопасности путей: железных дорог, городского хозяйства, и специальных эксплуатирующих организаций.

3.8 аттестация: Доказательство после обучения профессиональных знаний, умения и опыта персонала, необходимых для выполнения требуемых заданий.

3.9 квалифицированный специалист: Специалист, имеющий свидетельство об обучении, профессиональных знаниях, умениях и допуск к проведению работ.

3.10 приемочный орган: Организация, ответственная за приемку продукции.

Примечание - Приемочный орган организации может быть частью организации заказчика или независимой организацией, назначенной или одобренной заказчиком.

3.11 производственный сварной образец: Макет или образец сварных соединений, предназначенный для подтверждения квалификации сварщика или приемлемости технологии выполнения сварного соединения.

3.12 значение критической температуры: Температура окружающей среды, ниже которой запрещается проведение сварочных работ.

Термитная сварка

Разнообразные способы сварки металлов широко используются на производстве. Самые востребованные виды сваривания — это электродуговой (трансформатором, инвертором, полуавтоматом) и газовый (пропан-кислородным и ацетилен-кислородным пламенем). Но эти методы могут оказаться малоэффективными из-за отсутствия линии электропередач вблизи рабочего места. Газовая сварка имеет недостаточную температуру нагрева для соединения толстых сторон металла, таких как рельсы. Для решения этой задачи был разработан термит. Это порошок с определенным составом. Как работает термитная сварка рельс на железной дороге? В чем ее преимущества и недостатки?

История возникновения и суть сварки

Изобретению термитной сварки способствовала необходимость в разработке метода соединения металлов без участия громоздкого оборудования. В то же время температура нагрева сторон должна быть достаточно высокой, чтобы проплавить толстые стороны материалов и образовать крепкое соединение.

Бекетов Н.Н. открыл явление называемое алюминотермия. Это процесс, при котором металл восстанавливается благодаря окислам алюминия. Для этого алюминиевую стружку смешивают с оксидом железа. Полученную смесь доводят до температуры 3000 градусов, вследствие чего образовывается сталь и шлак.

Ученый Гольдшмидт впервые смог воплотить эту идею на практике сваривания. Он использовал два металлических бруска, зазор между которыми заполнил горящим термитным порошком. Образовался монолитный шов приемлемого качества, а шлак всплыл на поверхность и разошёлся по сторонам. При этом его отделение было довольно свободным.

Что такое термитная сварка на деле, легко понять после ознакомления с видео. В настоящее время применяют 23% алюминиевой крошки и 77% окиси железа. Грануляция состава не превышает пол миллиметра в диаметре. Поджиг осуществляется специальным запалом. Благодаря горению происходит химическая реакция, высвобождающая большое количество тепла. При этом оксид железа преобразовывается в чистый металл, а второй компонент образует окислы и составляет шлак.

Применение

Сварочный метод получил широкое применение благодаря своей автономности и несложном оборудовании. Им можно соединять чугун, сталь, и некоторое алюминиевые детали. Благодаря дозированию порошка регулируется количество выделенного тепла и ширина стыка. Это нашло отображения и в более тонких сварочных работах по соединению проводов.

Автономность метода позволяет использовать его на любом расстоянии от населенного пункта. Особенно часто он применяется для сварки железнодорожных путей. Высокая температура обеспечивает достаточный прогрев зоны стыка, а образованный сплав выдерживает повышенные нагрузки при эксплуатации. Если три бригады будут работать параллельно, то за 50 минут они смогут выполнить 12 соединений термитной сваркой. Это важный показатель, который позволяет не останавливать движение поездов на длительное время.

Достоинства и недостатки

Термитная сварка обладает рядом преимуществ перед электродуговым методом, а именно:

быстрота выполнения работ;
доступные комплектующие, которые продаются свободно в специализированных магазинах;
простота выполнения соединения, не требующая предварительного длительного обучения рабочего;
отсутствие необходимости в электроэнергии или громоздких газовых баллонах;
крепкий шов, устойчивый к усилию на излом и разрыв.

Несмотря на данные преимущества, термитный метод сваривания имеет и несколько негативных факторов, которые важно учитывать при проведении работ. Во-первых, смесь легко воспламеняется, что требует осторожности при перевозке или подготовительных процессах. Потушить случайно зажженную емкость с порошком будет уже невозможно, а моментально повышающаяся температура способна создать пожар, если окажется на горючих материалах.

Во-вторых, нельзя допускать попадание воды или иных жидкостей на горящую термитную смесь. Если определенный объем воды прольется в зону плавления порошка, то это может привести к взрыву и разбрызгиванию состава. Перед применением метода сваривания важно пройти подготовку и соблюдать инструкции по технике безопасности.

Процесс на деле

Технология сваривания железнодорожных рельс происходит следующим образом:

Два конца рельс выставляются одинаково по вертикали и горизонтали торцами напротив друг друга. Между наим оставляется зазор для заполнения в 25 мм. Для этого вставляется специальная пластина соответствующей толщины.
Обе стороны зажимаются небольшими захватами или струбцинами.
Место соединения выкладывается огнеупорными пластинами для направления горячего потока точно между рельсами. Небольшие щели между формой и металлом замазываются пастой.
На форму устанавливается тигель — маленькая емкость с термитным порошком. Либо накладывается воронка-лейка сверху которой ставится магазинная бочка со смесью.
Термит поджигается запальным карандашом через верхнее отверстие в бочке или тигле.
Горение длится около 30 секунд. Возрастающая температура плавит нижнюю заглушку, и смесь вытекает в форму. Происходит заполнение последней и создание соединения. Высокая температура содействует хорошему сплавления железа и основного металла. Шлак вытекает на землю или в специальные карманы приспособления.
После окончания горения убираются карманы, тигель и форма.
Соединение обжимается прессом для полного формирования. В таком состоянии изделие находится около 5 минут.
Выполняется отбитие наплывов шлака, которое производится постукиванием молотка.
Шов на рельсах шлифуется на рабочих сторонах, чтобы на участке не было выступов. Поверхность неприкасаемая с колесами поезда оставляется без шлифовки.

Оборудование

Для реализации термитного метода сваривания необходимо определенное оборудование:

отливочная форма, способствующая заполнению пространства между рельсами;
керамический тигель и заглушка из плавящегося материала для заполнения емкости и слива расплавленного средства;
пресс для уплотнения соединения;
подставка для тигля;
обмазочная паста;
болгарка со шлифовальными кругами;
молоток;
лопатка для удаления шлака с карманов.

Для защиты рабочего от высокой температуры необходим костюм из плотной ткани.

Благодаря автономности и быстроте выполнения, термитная сварка широко используется в аварийных и плановых ремонтах железнодорожных путей. Применяя вышеизложенные рекомендации можно создать качественное соединение и в бытовых целях.

Термитная сварка рельсов

Термитная сварка рельсов, технология сварки рельсов термитом. Алюмотермитная сварка — это процесс сварки металлических деталей жидким металлом заданного химического состава, получаемого в результате алюминотермической реакции.

Сущность реакции заключается в способности алюминия восстанавливать окислы металлов с большим выделением тепла, в результате чего изменяется потенциальное состояние энергии и рекристаллизация компонентов, участвующих в процессе:

где: Q – теплота в реакции;

U₁ — U₂ — изменение энергетического состояния материалов;

А — работа порекристаллизации компонентов.

Большое количество тепла, которое выделяется при термитной реакции, длительное время сохраняет металл в жидком состоянии и дает возможность использовать его для технологических целей.

Термитный процесс с железо-алюминиевым составом протекает в соответствии со следующей зависимостью:

где: M₁ — металл, стоящий левее в ряду напряжений химических элементов Al;

M₂ — металл, стоящий правее в ряду напряжений Fe;

Q — теплота реакции.

Для зажигания термитных смесей употребляют легковоспламеняемые составы, которые при горении развивают температуру, превышающую 1500°.

Для этого используется переходной состав, загорающийся при 150—200°, который вызывает загорание второго состава с температурным барьером в 400—600°. Этот состав при своем горении перекрывает температурный барьер начала термитной реакции.

На этом принципе основывается конструкция термитных спичек, выпускаемых нашей промышленностью (рис. 1).

Концы отобранных под термитную сварку рельсов не должны иметь отклонений от оси в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Торцы и концы рельсов должны быть зачищены до металлического блеска не менее чем на 50 мм. Для этого используют круглую стальную проволочную щетку, которую устанавливают на вал электрошлифовальной машины. Если последняя отсутствует, можно применить ручную стальную проволочную щетку.

Особенно тщательно следует зачищать нижнюю поверхность подошвы и место сопряжения шейки с головкой рельса. Если на зачищаемой поверхности окажется трудноудаляемая окалина. необходимо пользоваться напильником, а в отдельных случаях зубилом с молотком.

Если концы рельсов покрыты маслом, мазутом и т. п., их следует обжечь пламенем горелки бензоподогревателя или паяльной лампы.

Уложенные на шпалах рельсы стыкуются, одновременно производится предварительная рихтовка их. Затем, выдерживая зазор 12—14 мм между торцами рельсов, проводят контрольную рихтовку. Для этого применяют клинья из твердых пород дерева или металла.

Регулируя положение клиньев, которые подбиваются под подошву рельсов, тщательно совмещают профили последних.

Используя эти же клинья и специальную стальную линейку длиной 1 м, необходимо произвести завышение места сварки на 1,5—2 мм, так как в противном случае стык после сварки окажется заниженным.

Проверка величины такого завышения осуществляется линейкой со штифтами 1,5 мм на концах.

Термитная сварка рельсов, технология сварки рельсов термитом

Самым распространенным способом термитной сварки стыков рельсов является способ промежуточного литья.

Принципиально схема сварки этим способом проста (рис. 1.1).

При установке рельсов под сварку между торцами стыка выдерживается зазор, равный толщине шейки рельса. Свариваемые поверхности должны быть параллельными.

Обрезка рельсов под сварку (если в этом есть необходимость) может выполняться механическим способом. Величина зазора между торцами рельсов оказывает большое влияние на качество сварки.

Применение меньших зазоров выгодно, так как это сокращает расход термита. Однако использование неоправданно узких зазоров изменяет характер кристаллизации металла в сварном шве и металл в верхней части шва может затвердевать раньше, чем успеют выйти газы из нижних слоев.

Это может при вести к появлению газовой пористости в сварном шве. При сварке способом промежуточного литья термитный металл полностью заполняет зазор между торцами рельсов по всему сечению.

Он является не только мощным теплоносителем, но и расплавляя торцы рельсов, при затвердевании образует сплошное сварное соединение.

Полноценное сварное соединение получается лишь в том случае, если пропускается избыточное количество жидкого металла который, омывая свариваемые поверхности рельсов, равномерно оплавляет их и обеспечивает хороший провар металла.

Поэтому при конструировании сварного стыка необходимо предусмотреть такое размещение прибыльной части и системы подвода металла чтобы потоки жидкой стали омывали всю площадь свариваемого сечения.

Прибыльная часть служит питателем для заполнения жидким металлом мест, образующихся в процессе усадки металла.

Головка рельсового стыка вследствие частичного расплавления ее термитным металлом теряет механические свойства, приданные ей в процессе прокатки.

Это обстоятельство должно быть учтено при конструировании форм, чтобы уменьшить величину этого прослабления головки рельсов.

Предварительный подогрев стыка перед термитная сварка рельсов является важной технологической операцией, от которой в значительной степени зависит качество сварного соединения.

Подогрев может производиться любым горючим газом, причем температура подогрева должна быть не менее 850—900°.

Предварительный подогрев перед термитная сварка рельсов необходим для того, чтобы создать наиболее благоприятные условия для заливки перегретой жидкой стали, уменьшить температурный перепад между жидкой сталью и сварной зоной, сократить расход термита, повысить качество сварки и устранить газовую пористость в сечении облива, которая может возникнуть от присутствия влаги в сварочной зоне.

Алюмо термитная сварка рельсов, технология сварки рельсов

В ходе предварительного подогрева стыка огнеупоры вследствие их меньшей, чем у металла, теплопроводности, нагреваются до более высокой температуры.

Поэтому расплавленный металл в зоне, прилегающей к огнеупорам, меньше охлаждается, более длительное время сохраняет текучесть и вследствие этого легко перемещается и питает шов по всему периметру облива.

Большое значение имеет конфигурация облива.

Применяющаяся сегментообразная форма облива не всегда обеспечивает получение качественного стыка, поэтому при отработке оптимальных параметров конфигурации облива необходимо помнить, что резкие переходы между обливом и рельсом являются источником значительных напряжений, которые в эксплуатационных условиях могут привести к разрушению стыка.

Каждая вновь конструируемая модель облива должна отрабатываться путем пробной сварки стыков рельсов с последующим их исследованием.

Сжигание термита для термитная сварка рельсов следует производить только в горячем ошлакованном тигле.

Применение непрогретого тигля недопустимо по следующим причинам:

1) футеровка тиглей обладает высокой гигроскопичностью и активно усваивает атмосферную влагу, поэтому при сжигании термита в таком тигле термитный металл будет насыщаться водородом;

2) холодная футеровка поглощает большое количество тепла, выделяемого в ходе термитной реакции; этим нарушается расчетный тепловой баланс процесса сварки;

3) футеровка ввиду ее загрязнения различными примесями, не обладающими высокой огнеупорностью, может быть источником дополнительных вредных включений в термитном металле.

Поэтому, прежде чем пользоваться новым тиглем, его необходимо ошлаковать, т. е. сжечь в нем некоторое количество термита, достаточное для того, чтобы внутренняя поверхность футеровки покрылась шлаком не менее чем на 2/3 общей высоты тигля.

Детали и материалы, используемые для запорного устройства тигля (штепсель, асбестовый кружок и глинозем), перед применением нужно прокалить, а запорный гвоздь — прогреть.

Перед засыпкой термита в тигель его следует тщательно перемешать, так как алюминиевый порошок и железная окалина из-за значительной разницы в удельных весах в процессе транспортировки неравномерно распределяются.

Засыпая из бумажного пакета присадку в тигель, необходимо помнить, что если она находится в верхней части термита, то в ходе термитной реакции из-за большой активности процесса присадка почти полностью теряется (испаряется и переходит в шлак).

Если присадка находится в нижней части тигля, она полностью переходит в термитную сталь. В этом случае присадка полностью усваивается нижними слоями термитного металла.

Чтобы получить однородную по химическому составу термитную сталь, а также максимально уменьшить потери присадки, последнюю необходимо закладывать в тигель на 2/3 его высоты.

Поджигание термитной смеси можно произвести любым источником тепла, развивающим температуру свыше 1350°. На практике чаще всего пользуются термитными спичками, которые горят в любых атмосферных условиях.

Для воспламенения термитной шихты горящую спичку необходимо погрузить на 2/3 ее длины в термит. Горение термитной порции происходит весьма активно и продолжается 15—25 сек.

По окончании горения термита, что определяется прекращением бурления в тигле, необходимо дать выдержку 4—6 сек., чтобы закончилось отделение металла от шлака.

Затем следует быстро выбить запорное устройство тигля и выпустить жидкие продукты термитной реакции в форму.

В ходе термитной реакции нужно стремиться к возможно более точному определению момента выпуска термитного металла из тигля. Преждевременный выпуск не дает возможности закончиться процессу горения термита и последующему отделению металла от шлака.

Это ведет к загрязнению сварного стыка неметаллическими включениями и резко снижает прочность термитного металла.

Задержка выпуска термитной стали ведет к падению ее температуры, что может вызвать непровар в сварном стыке. По этой же причине может произойти застывание металла в нижней части тигля. Такой тигель следует осторожно снять со стойки до полного его остывания.

Через 2,5—3,5 мин. после заливки термитного металла снимают форму, удаляют технологические утолщения: прибыльную часть, литниковую и выпорную системы стыка.

Затем очищают сварной стык от пригара формовочной земли и шлифуют абразивным кругом рабочие поверхности рельсов.

Усталостная прочность сварных рельсовых стыков значительно повышается при шлифовке. Особенно тщательно следует шлифовать поверхность катания и рабочей грани. Рельсовый стык необходимо шлифовать вдоль рельса.

Рельсовые стыки, сваренные термитом, следует располагать только на весу. Расстояние между обливом и осями прилегающих шпал не должно превышать 250 мм.

При укладке в путь старогодных рельсов нельзя менять положение рабочей внутренней грани головки. Состояние пути является одним из важных факторов, определяющих эксплуатационную надежность сварных рельсовых стыков.

Неисправности пути — просадки, перекосы, изношенные шпалы и пр.—в зоне сварных рельсовых стыков резко увеличивают динамическое воздействие на последние со стороны проходящего подвижного состава и преждевременно выводят их из строя.

Многим известен такой вид сварки, как электродуговая и газовая. Они широко применяются как на производстве, так и в строительстве. Но термитная сварка мало кому известна. Поэтому речь пойдет о ней. Благодаря использованию термитной сварки, получаются, ничем не хуже по качеству соединения, как при электро или газосварке, притом не требуется источник электропитания или газовые баллоны.

Сферы применения

Термитную сварку на сегодняшний день используют для сваривания чугуна, электрических и телефонных коммуникаций, труб, частей двигателя и так далее. Особо часто термит используют для сваривания железнодорожных рельсов. Соединения получаются достаточно надёжные. Место ремонта может быть на любом участке дороги, даже в несколько сот километров от населенного пункта.

Появление термитной сварки было обусловлено необходимостью стыкового соединения металлов без использования громоздкого оборудования и наличия электросети. Поэтому в 1859 г. Бекетов Н. Н. обнаружил способ, в основе которого лежит алюминотермия ― процесс получения металла восстановлением их окислов алюминия. Он определил, что смесь порошка алюминия и оксида железа, горя при 3000° C, превращаются в сталь и шлак.

В 1898 г. исследователь из Германии Гольдшмидт, впервые применил термитную сварку на практике, соединив два железных бруска. Сделал он это, образовав форму вокруг места стыка и засыпав его термитным порошком. Сгорев, термитный порошок превратился в расплавленное железо, соединив таким образом два металлических бруска. При этом шлак всплывал на поверхность и мог свободно отделиться.

С того времени состав термита практически не изменился. Чаще всего термит имеет в своём составе опилки алюминия ― 23%, и окись железа― 77%. Фракция порошка составляет ― 0,5 мм. В момент поджига порошка, возникает химическая реакция, благодаря которой выделяется много тепла. Плавясь, окись железа переходит в чистое железо, а расплавленный алюминий окисляется.

Процесс сваривания рельсов термитом заключается в следующем:

обрезка рельс с двух сторон, чтобы промежуток между ними был 23 ― 25 мм. Притом они должны быть выставлены горизонтально и вертикально;
в зазор между рельсами вставляется пластина из углеродистой стали, для образования зазора;
стык рельсов зажимается прессом;
на место соединения монтируется огнеупорная форма, а стыки формы с рельсами, засыпаются песком, или замазываются специальной пастой;
поверх форм прикрепляется тигель (конус в виде лейки из огнеупорного материала) в котором первоначально сжигается термит. Расплавленный жидкий металл полученный в тигле, в последствии выливают в форму на стыке рельс;
термит в тигле поджигается термитным карандашом, после чего происходит горение основной смеси 20 ― 30 секунд;
снизу в воронке тигля установлена заглушка, которая расправляется и освобождает проход жидкому металлу в форму. Сталь и шлак заполняя форму, образуют соединительный шов, притом шлак частично вытесняется наружу в специальные чаши, прикрепленные сбоку тигля;
горячая сталь заливаемая в форму, проплавляет торцы рельс. После, убирается тигель, и форма сжимается прессом;
форму снимают, и пока металл ещё горячий, удаляют его избыток;
получившийся шов, тщательно шлифуют до образования однородной плоскости с рельсой.

Термитные карандаши

В продаже можно найти термитные карандаши. Это кусок проволоки состоящей из углеродистой стали, диаметром до 5 мм. На неё наносят термитную смесь перемешанную с клеем. С одной стороны карандаша имеется место для запала. Что-то вроде бертолетового шнура, но нанесенного в виде дорожки на сам карандаш. Карандаш вставляют в держатель ― как для электросварки, ― и поджигают верхнюю часть. Когда огонь доходит до основного состава на другом конце карандаша, происходит запал термита. Сварку необходимо производить с защитным щитком и рукавицами. Этот же карандаш применяется для поджига основной смеси в тигле. Его поджигают и бросают в тигель с термитной смесью.

Кроме карандашей, существуют ещё термитные шашки и патроны. По принципу работы они схожи с термитным карандашом.

Достоинства термитной сварки

крепкое и надежное сварочное соединение с высокой стойкостью к разрушению;
технология сварки отличается простотой и доступностью, что предполагает ее использование как в промышленности, так и в быту;
самый оптимальный вариант сварки при аварийных ситуациях.

Недостатки

высокое поглощение влаги;
смесь из-за способности воспламенятся, считается пожароопасной, что требует бережного отношения и хранения;
попадание влаги на термитную шашку приводит к образованию взрыва;
неспособность контролировать процесс горения термита.

Оборудование для термитной сварки рельс

вольфрамовый или керамический тигель с плавящейся заглушкой, и приспособленный для слива жидкого металла в форму;
отливочные формы для придания расплавленному металлу формы рельсов;
пресс для сжатия форм после заливки металла;
дополнительное оборудование: подставка для тигля, термометр, горелка;
дополнительные материалы и инструменты: болгарка, шлифовальные круги, кувалда, зубило, металлическая щётка, термостойкая одежда, рукавицы, защитные очки для глаз и другое.

Условия для сварки рельс термитом

Чтобы соединение при процессе сварки получилось качественным и крепким, необходимо соблюдать следующие условия:

количество порошка термита необходимо просчитать столько, сколько нужно для заполнения металлом формы вокруг рельса;
важно, чтобы смесь шихты была тщательно измельчена и перемешана;
температура горения зажигательного элемента (шашка, карандаш), как катализатора поджига основной смеси, должна быть не менее 1400°C.

Несмотря на свои незначительные недостатки, термитная сварка может с успехом конкурировать по безопасности и качеству с такими сварками, как электродуговая и газовая. Например, газовая взрывоопасна, а электрическая не исключает поражение электротоком. Да и многое в этих видах сварок напрямую зависит от квалификации самого сварщика. В термитной же, большую роль играет качество смеси и сохранение технологии, а остальное получится само ― собой.

Читайте также: