Алюмінотермітне зварювання рейок

Особливості робіт

В процесі проектування і монтажу залізниці виникає головна проблема – як скріплювати стики? Місце скріплення стиків відчуває додаткове навантаження за рахунок ударної дії , тому так важливо їх правильно з’єднати. Для швидкісного руху усунення стикового з’єднання методом зварювання є першочерговим завданням. Позитивним результатом служать якісно прокладені шляхи, які будуть служити довгі роки і не вимагати ремонту.

Зварювання рейкових стиків – дуже відповідальна і непроста задача. Матеріал полотна містить велику кількість вуглецю, що відносить його до розряду важкозварювальних металів.

Протягом довгого часу велися пошуки конструкцій рейкових стиків, які забезпечили б таку ж надійність шляху в місцях з’єднання рейок, як і поза стиків.

Стики залишаються основними збудниками динамічних і ударних навантажень рухомого складу на шлях.

Регулярні динамічні навантаження на рейковий стик призводять до інтенсивного зносу як ходових частин рухомого складу, так і до зносу рейок, а в довгостроковій перспективі до осіданням залізничного полотна.

Стиковий шлях

Для скорочення рейкових стиків в дорозі, завжди прагнули збільшити стандартну довжину рейок. Рішення проблеми було знайдено в безстиковій колії , завдяки чому вдалося скоротити число стиків в десятки разів , а при зварюванні рейок на перегонах, станціях і в межах стрілочних переводів, в сотні разів.

Безстиковий шлях

безстикової шлях – це найбільш прогресивний тип залізничної колії. Він дозволяє:

виключити удари коліс об рейки під час перекочування через зазори через що значно знижується знос рейок і коліс
економити метал за рахунок зменшення кількості стикових скріплень;
виключити удари коліс об рейки під час перекочування через зазори через що значно знижується знос рейок і коліс;
зменшити зношування рейок і ходових частин рухомого складу;
скоротити вихід з ладу рейок по стикових дефектів;
знизити витрати на утримання і ремонт колії та рухомого складу.

В процесі укладання безстикової колії значно зменшується кількість стикових з’єднувачів для ділянок з автоблокуванням та електричною тягою поїздів. Відсутність стиків зменшує опір руху поїздів, що економить паливо для тепловозів або електричну енергію для електровозів. У безстикової колії поряд з пружними деформаціями, зникаючими після зняття навантаження, з’являються і поступово накопичуються залишкові деформації. Ці деформації проявляються як у вигляді зносу елементів залізничної колії, так і у вигляді спотворень обрисів рейкових ниток: осідань, перекосів і т.п.

З кожним проходять по шляху колесом рухомого складу посилюється як процес старіння шляху і зміни положення рейкових ниток, так і інтенсивність цього процесу. Наприклад, смятие решт рейок не зникає, а навпаки, поступово накопичується. Збільшується також знос і по довжині рейок. Таким чином, залишкові деформації елементів верхньої будови колії поступово накопичуються під впливом рухомих коліс. Інтенсивність наростання залишкових деформацій визначається грузонапряженностью лінії і швидкостями руху поїздів.

Всі ці залишкові деформації рано чи пізно призводять до виходу з ладу частини рейкової нитки.

В результаті залізнична колія приходить в непридатність. Змінити цілу пліть маючи дефектну ділянку шляху було б безглуздою витівкою, тому дефектну ділянку шляху вирізають і на її місце ставиться «рубок» рейки, який утворює в колись цілій рейці 2 стика.

Звідси виникає питання : як в мінімально короткі терміни і з мінімальними витратами відновити цілісність рейкової нитки, і ось тут на допомогу приходить алюмінотермітне зварювання рейок, яке можна здійснювати в польових умовах.

Алюмінотермітне зварювання – це процес, заснований на алюминотермії, в якому використовуються хімічні реакції відновлення заліза з оксидів, ці реакції супроводжуються виділенням тепла і отриманням розплавленого металу необхідного хімічного складу.

Алюмінотермітна реакція

2Al + Cr2О3 = Al2О3 + 2Cr

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

Ці реакції супроводжуються виділенням тепла і отриманням розплавленого металу необхідного хімічного складу. Для зварювання застосовується терміт. Роботу виконує бригада з двох-трьох чоловік.

Переваги і недоліки

Алюмінотермітне зварювання дуже часто застосовується на практиці, через що отримало широке поширення, яке обумовлено низкою переваг:

Процес зварювання займає не більше півгодини;
Термітне зварювання можна робити у "полі" без суворої прив'язки до населеного пункту;
Абсолютно безпечна для людей, що виконують роботу;
Не потребує прив'язки до стаціонарних джерел електроенергії;
Простота і доступність технології;
Відсутність складного технологічного обладнання;

Незважаючи на велику кількість переваг, алюмінотермітне зварювання, має і свої недоліки :

Етапи виконання робіт

Термітна сварка рейок

На рейку встановлюють стійку за допомогою якої, позиціонують пальник і тигель. Напівформи фіксують щодо стикового зазору так, щоб його центр збігся з вертикальною віссю ливарної форми, а самі напівформи прилягали один до одного без сходинок по периметру стику. Місце контакту ливарної форми з рейкою ущільнюють формувальної сумішшю.

Перед підігрівом проводять регулювання полум’я пальника до оптимального рівня. Після цього газовий пальник встановлюють на стійку і починають підігрів торців рейки.

До заливки форми розплавленим металом торці рейок в стику попередньо розігрівають до температури 1200-1250 ° C. Процес плавлення термитной суміші і випуск розплавленого металу в ливарну форму відбувається автоматично через 20-28 секунд після початку термитной реакції. До цього моменту підігріті кінці рейок встигають охолонути до 850-900 ° C.

Розплавлений метал надходить з тигля в форму і заповнює залишений між торцями рейок зазор. Іноді метал заливають через спеціальний литник. Поступово заповнюючи зазор і вільний простір між рейками і стінками форми, метал розплавляє дотичні з ним стінки рейок, а застигаючи, утворює з рейками одне ціле – зварене з’єднання. Витікаючий з тигля за металом шлак стікає по жолобу, залишаючи над металом лише шар невеликої товщини – цей шар шлаку оберігає термітний метал від швидкого охолодження, ніж сприяє більш вільному виділенню газів з рідкого металу і отримання більш щільного металу литого черевика.

Демонтаж стійки і ливарної форми проводять після кристалізації металу зварювального шва. Головку рейки очищають від піску металевою щіткою і за допомогою гідравлічного обрізного верстата в гарячому пластичному стані видаляють прибуткову частину зварного шва на голівці рейки, після чого робочу частину головки піддають шліфуванню.