ГЛАВА VIII
СВАРКА И РЕМОНТ РЕЛЬСОВ
§ 43. МЕТОДЫ СВАРКИ РЕЛЬСОВ
Электроконтактная сварка
При электроконтактной сварке концы рельсов нагреваются электрической дугой, возникающей при пропуске через место сварки электрического тока большой силы и низкого напряжения.
Свариваемые рельсы закрепляют губками машины, и после электронагрева концов рельсов до температуры плавления металла сильно прижимают их один к другому при помощи специального устройства. После начала процесса осадки, когда торцы рельсов плотно соединяются, сварочный ток автоматически выключается и процесс сварки заканчивается.
Если процесс подогрева периодически прерывать, что обеспечивает более равномерный разогрев стыка по сечению и глубине, то такую стадию сварки называют сваркой с прерывистым подогревом. К моменту, когда торцы рельсов нагреются до пластического состояния, процесс сварки переводят во вторую стадию—непрерывного оплавления. При этом расплавленный и окисленный металл вытесняется из зазора, а чистый хорошо разогретый металл сваривается.
Первая рельсосварочная контактная машина (РСКМ-200) мощностью 200 кВА была создана в 1944 г., в последующие годы использовались машины мощностью 320 кВА (РСКМ-320, РСКМ-320У) с механическим приводом зажима и осадки. На этих машинах сваривались рельсы типа Р50 и более легкие. С внедрением рельсов тяжелых типов потребовались более мощные контактно-сварочные машины с широким диапазоном регулирования режимов сварки.
В 1958 г. была принята в эксплуатацию малая серия машин типа МСГР-500-3, а в 1960 г. началось серийное изготовление модернизированных машин модели МСГР-500-4, которая состоит из следующих основных узлов: станины, подвижной и неподвижной колонки с зажимами, регулирующего устройства, гидравлического привода, сварочного трансформатора, мощностью 500 кВА и шкафа управления.
Институтом электросварки им. акад. О. Е. Патона созданы стационарные машины типов К-190 и К-190П, работающие по методу непрерывного оплавления. Эти машины оборудованы регуляторами напряжения и скорости работы, что позволяет автоматически корректировать режим сварки в зависимости от хода процесса по заранее заданной программе.
Характеристики электроконтактных машин с автоматическим управлением приведены ниже.
Кроме стационарных агрегатов, созданы передвижные машины моделей К-155, К-255, К-255Л с подвесными рельсосварочными головками, предназначенные для сварки рельсов в полевых условиях.
Технические характеристики передвижных электроконтактных машин даны ниже.
Рис. 149. Передвижной рельсосварочный агрегат ПРСМ-1:
1 — сварочная головка К-155; 2— качающаяся рама; 3 — стрела; 4 — электротельфер; 5 — гидравлический цилиндр; 6 — машинное помещение; 7 —растяжка
Проектно-конструкторским бюро ЦНИИ МПС разработан подвижной рельсосварочный агрегат ПРСМ-1 на базе четырехосной платформы (рис. 149). На раме платформы установлены две П-образные качающиеся рамы со стрелой, которая может отклоняться в обе стороны на 350 мм от центрального положения. По нижним поясам балок стрелы перемещаются два электрических тельфера грузоподъемностью по 3 Т с подвешенными рельсосварочными машинами типа К-155.
Машины К-155 получают питание от электростанции мощностью 200 кВт, расположенной на конце платформы в закрытом помещении. Под полом платформы размещены три электрические лебедки, служащие для подтаскивания рельсов и перемещения агрегата от одного звена к другому.
В транспортном положении агрегат вписывается в габарит 1-Т, что допускает его продвижение в составе поезда с любой скоростью.
Прибывающие на сварку старогодные рельсы разгружают при помощи электрических самоходных тельферов на складе сырья, где их сортируют по износу. Затем рельсы очищают от грязи и подвергают правке в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
После этого рельсы проверяют дефектоскопом по всей длине, затем они поступают на станки для строжки и удаления наплывов и мелких выщербин на боковых гранях головок, вырезки дефектных мест и зачистки контактных поверхностей.
Затем рельсы комплектуют под сварку до заданной длины или в плети и подают на сварочную машину. После сварки обрабатывают сварные швы — обрубают грат и шлифуют швы по всему периметру.
Для повышения прочности рельсов выполняют термическую обработку сварных стыков.
Заключительной работой является мерная обрезка рельсов до заданной длины, сверление болтовых отверстий, снятие фасок на их гранях и проверка качества сварных стыков дефектоскопом.
Транспортируют рельсы от одной операции к другой в технологической последовательности по рольганговым электрифицированным линиям с дистанционным кнопочным управлением.
Газопрессовая сварка
Газопрессовая сварка обеспечивает соединение металла при температуре ниже точки плавления с приложением давления.
Основным достоинством газопрессовой сварки рельсов является высокое качество соединения и получение однородной структуры металла в зоне стыка, поэтому данный вид сварки особенно выгоден в применении к более тяжелым типам рельсов.
Перед сваркой торцы двух рельсов приставляют плотно один к другому и в месте стыка одновременно прорезают торцы обоих рельсов дисковой пилой на рельсорезном станке или при помощи механической ножовки, что обеспечивает плотность прилегания торцов и чистоту металла. Непосредственно перед сваркой торцы рельсов должны быть тщательно промыты четыреххлористым углеродом или дихлорэтаном. После проверки правильности сборки стыка, совпадения рабочих граней и отсутствия угла зажимают концы рельсов в зажимах гидравлического пресса. Затем нагревают рельсы до температуры 1 200° С системой многопламенных газовых горелок конструкции ЦНИИ МПС, совершающих колебательные движения вдоль стыка (50 колебаний в минуту). Одновременно рельсы сжимают с установленной расчетом силой (10—13 Т) до получения осадки заданной величины (около 20 мм).
Рис. 150. Газопрессовый сварочный станок СГП-8У
Для сварки рельсов применяют универсальные газопрессовые станки СГП-8У (рис. 150) с пневматическим управлением или специализированный станок типа МГП-9, который осуществляет сварку рельсов и срезку утолщения. Характеристика газопрессового станка СГП-8У приведена ниже:
Рис. 151. Схема технологического потока газопрессовой сварки новых рельсов: 1 — проверка и маркировка рельсов; 2 — склад новых рельсов; 3 — электророльганг; 4 — прорезные станки; 5 —сварочные машины; 6 — нормализационные станки; 7 —первичная шлифовка сварных стыков; 8— отделочная шлифовка рельсов; Р —роликовый транспортер; 10 — проверка качества сварки
После сваривания и срезки выдавленного металла и образовавшегося утолщения рельса производится шлифовка, а затем стык и прилегающую зону рельса подвергают нормализации.
Схема технологического потока при газопрессовой сварке новых рельсов в длинные плети для бесстыкового пути показана на рис. 151. Все процессы выполняют последовательно на двух поточных линиях. Готовая продукция поступает непосредственно на подвижной состав или на эстакаду.
Электродуговая сварка
При электродуговой сварке рельсы соединяют металлом электрода, который расплавляется от тепла дугового разряда.
Электродуговая сварка стыков не требует приложения осадочного давления. Для этой сварки используют переменный ток от трансформатора или постоянный ток от передвижного сварочного агрегата.
Лучшим способом электродуговой сварки является ванный способ, при котором концы рельсов, обрезанные перпендикулярно продольной оси, устанавливают без перелома в плане, а в профиле с возвышением на 3—5 мм, и в таком положении закрепляют с зазором 14—16 мм.
Между торцами вводят электрод, через который пропускают ток в 300—350 а. Расплавленный металл электрода заполняет зазор между торцами по всему сечению рельса.
Чтобы расплавленный металл электрода не растекался, применяют инвентарные медные формы, которыми закрывается зазор снизу и с боков.
Комплект форм состоит из трех нижних и двух боковых пластинок, устанавливаемых сначала при сварке подошвы (рис. 152, а), затем — при сварке шейки и головки рельса. Качество сварки заметно улучшается применением нижней изогнутой пластинки (рис. 152, б), обеспечивающей прогрев подошвы рельса. Сваренные стыки тщательно шлифуют по всему периметру рельса. Качество стыка, сваренного электродуговым способом, зависит от качества электродов и их обмазки, постоянства жидкого состояния металла до окончания процесса сварки, тщательности обработки шва.
Рис. 152. Схема установки медных форм для электродуговой сварки
Электродуговую сварку применяют только для рельсов, укладываемых на станционных путях, кроме главных и приемо-отправочных.
Термитная сварка
При термитной сварке рельсовые концы разогревают до необходимой температуры за счет тепла, выделяемого при горении термита.
Термит представляет собой механическую смесь порошкообразного алюминия (22,3%) и железной окалины (77,7%). Для увеличения выхода термитной стали и некоторого снижения температуры в термитную сталь добавляют железопроволочную обсечку (до 6% по весу).
Термит поджигают специальным запалом — термоспичкой, составленной из смеси магния, бертолетовой соли, серы и алюминиевого порошка, или электрической дугой (коротким замыканием тока). Термит горит 12—18 сек с выделением большого количества тепла (774 ккал). Химическая реакция горения протекает следующим образом:
В результате получается чистое железо и глинозем (шлак). При сгорании термита за счет кислорода, содержащегося в железной окалине, температура в момент сварки достигает 3 000—4 000 °C. Расплавленный металл собирается внизу тигля, а шлак как более легкий всплывает на поверхность.
Различают следующие способы термитной сварки рельсовых стыков: способ сварки «встык», способ промежуточного литья и комбинированный способ.
На сети дорог широкое применение получил способ промежуточного литья.
Перед сваркой этим способом концы рельсов должны быть ровно обрезаны рельсорезным станком и очищены по профилю на длине 50 мм от торцов. При сборке рельсы в стыке выравнивают по рабочему канту головок. Отклонение не должно превышать 0,5 мм на 1 м длины. Между торцами оставляют зазор в 10—12 мм, концы рельсов приподнимают для образования возвышения 1,5 мм при замере метровой линейкой у концов.
На стык устанавливают форму, состоящую из двух половинок, скрепляемых струбциной. Зазоры по линии сопряжения полуформ с рельсами промазывают формовочным составом. Затем стыки рельсов подогревают газовыми горелками до температуры 900 °C.
Термитный металл выпускается через дно тигеля в форму (рис. 153). Шлак 7, поступающий после термитного металла 2, сливается из верхней части формы в шлакоприемник.
Рис. 153. Схема термитной сварки по способу промежуточного литья
После остывания, снятия формы и удаления шлака шлифуют термитный металл по боковым и верхней поверхностям головки рельса. Рабочую поверхность рельсового стыка проклепывают и выглаживают при помощи гладилок.
Достоинством термитной сварки является возможность производства работ в полевых условиях и простота оборудования. К недостаткам относятся: малая прочность стыка (до 70% от целого сечения рельса на изгиб), относительно большая стоимость термитной смеси и низкая производительность (на одного работающего приходится в среднем 6 стыков, свариваемых за смену).