Способы сварки рельсов (Электроконтактная, электродуговая, газопрессовая и алюмотермитная сварка)

7.  СПОСОБЫ СВАРКИ РЕЛЬСОВ

7.1.  Общие положения

Опыт эксплуатации бесстыкового пути на отечественных и зарубежных железных дорогах выявил не только его высокую технико-экономическую эффективность, но и «слабое» место этой прогрессивной конструкции, каким является уравнительные пролеты. В их зоне из-за рельсовых стыков наблюдается более высокое по сравнению со средней частью плети динамическое воздействие подвижного состава на путь, быстрее возникают расстройства, интенсивнее накапливаются остаточные деформации. В итоге происходит повышенный выход из строя рельсов, скреплений, железобетонных шпал, образуются выплески. Специалистами различных научно- исследовательских институтов предпринималось много попыток усовершенствовать уравнительные пролеты. Наиболее кардинальной мерой, на данный момент, считается сокращение числа уравнительных пролетов за счет увеличения длины плетей. При увеличении средней длины плети до 1500 м возможно уменьшение количества уравнительных пролетов более чем на 60 %, а при увеличении до 5000 м – дополнительно еще на 20 – 25 %. Объяснением того, что в свое время на железных дорогах многих стран и в России в частности, приступили к удлинению сварных рельсовых плетей, может послужить стремление избавиться от стыков. При укладке плетей бесстыкового пути до длин блок-участка или перегона, не обойтись без использования современных сварных технологий, позволяющих создать непрерывную поверхность катания (особенно на скоростных линиях), а так же осуществлять вварку стрелочных переводов в рельсовые плети.           

В настоящее время на железных дорогах Российской Федерации нашли распространение следующие виды сварки:

-  электроконтактная ;

-  газопрессовая;

-  электродуговая;

-  термитная.

Обычно при сварке плетей в длинные и сверх длинные плети наиболее часто применяют 2 из них: алюмотермитный и электроконтактный.

         Разные способы сварки рельсов значительно отличаются по технико-экономическим данным. Важнейшими показателями являются: механические свойства и постоянство качества стыков, эксплуатационная стойкость и стоимость сварных рельсов, производительность и трудоемкость процесса, механизация и автоматизация работ.

Механические характеристики сварных рельсов позволяют судить о качестве и прочности стыков при статическом, динамическом и циклическом нагружениях, которые определяются путем испытаний стандартных и натурных образцов. Прочность сварного стыка относительно целого рельса представлена в табл.7.1.

Таблица 7.1

Наименование соединения	Прочность относительно целого рельса, %	Примечание
Болтовое	35 - 40	-
Электроконтактная сварка	95 - 110	Основной вид сварки в России, Японии
Электродуговая сварка	55 - 70	Используется на менее ответственных путях
Газопрессовая сварка	90 - 100	Основной вид сварки в США. В России широкого применения не получил.
Алюмотермитная сварка	65 - 70	Основной вид сварки в странах Европы. В России рекомендован для вварки стрелочных переводов в рельсовые плети, для сварки менее ответственных путей.

7.2.  Электроконтактная сварка

Элек­троконтактный способ сварки осно­ван на нагреве свариваемых торцов рельсов электрической дугой, соз­даваемой током большой силы и низкого напряжения. Сварка рельсов электроконтактным способом производится автоматизированными стыковыми электрическими контакт­но-сварочными машинами. В стаци­онарных условиях сварка осущест­вляется на сварочных машинах МСГР-500, МС-5002 и К-190 (рис.1.1), К-190М, К-190П, МСР-6301; в пути - машинами ПРСМ, оборудованными контактными  головками  К-155, К-255, К-355. Современная путевая рельсосварочная самоходная машина ПРСМ - 4 предназначена для сварки электроконтактным способом стыков железнодорожных рельсов (рис.1.2). Сварка рельсов может производиться как лежащих в пути, непосредственно по которому передвигается машина, так и рельсов, уложенных вдоль этого пути, внутри или снаружи колеи, на расстоянии 2600 мм от оси пути. Данная машина может использоваться с взаимозаменяемыми контактными головками различных типов (К-155, К-255 и другие). Техническая характеристика машины ПРСМ-4 представлена в табл.1.2.

Электроконтактный способ сварки рельсов осуществляется методом непрерывного оплавления рельсовых концов (машины К-190, К-355) или методом прерывистого их подогрева (машины МСГР-500).

Рис.7.1:   Сварочная ма­шина К-190:

1-станина; 2 -подъемные ро­лики; 3- неподвижная колон­на;

4, 7-гидравлические прес­сы (в колоннах); 5 -крепление штоков; 6-штоки;

8-подвижная колонна.

                     

                    Рис.7.2:   Машина путевая рельсосварочная самоходная ПРСМ-4                                          

                                          Таблица 7.2                                     

Наименование параметра	Показатель
Ширина колеи, мм	12
Производительность, стыков/ч.	6400 - 10000
Скорость передвижения, км/ч: cамоходом          в составе поезда	80  100
Масса прицепной единицы, т	90
Нагрузка от колеса на рельсы, кН	195
База, мм	7000
Мощность дизель-генератора, кВт	200
Напряжение тока, В	400
Частота тока, Гц	50
Машинное время сварки рельса сечением 8200 мм2, с	185
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота (в транспортном положении)	13300  3030  3715
Масса, т	36

Процесс сварки непрерывным оплавлением происходит следующим образом. После сближения зажимов сварочной машины с рельсовыми концами через точки контакта сва­риваемых торцов рельсов проходит сварочный ток. Поскольку из-за шероховатости металла площадь точечных соприкосновений весьма мала, то омическое сопротивление контакта и сила тока очень велики.

Следствием этого является превра­щение «твердых» контактов из-за их разогрева, плавления и испарения в «мостики» жидкого металла. Под­держание такого процесса осущест­вляется постоянным сближением за­жимов сварочной машины и при­водит к равномерному разогреву всей площади поверхности сварки. Скорость сближения зажимов сва­рочной машины должна соответ­ствовать скорости оплавления рель­совых концов. При достижении рель­совыми концами необходимого теп­лового сопряжения процесс их не­прерывного оплавления автоматиче­ски переходит в следующую стадию сварки - осадку. При осадке мгновен­но в несколько раз увеличивается скорость сближения рельсов, вклю­чается сварочный ток, с оплавленых поверхностей выжимается жидкий металл и происходит собственно сварка торцов рельсов, находящихся в пластическом состоянии. В месте сварки образуется сварной шов, подлежащий в дальнейшем механической и термической обработке.

Таким образом, процесс сварки непрерывным оплавлением включает: стадию нагрева, осуществляемую в процессе непрерывного оплавления; стадию осадки, в результате которой происходит сварка; стадию остывания сваренных рельсов на воздухе вне машины.