СТЫКОВ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ рельсов в пути — КиберПедия
Технологическая инструкция
По ультразвуковому контролю
СТЫКОВ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ рельсов в пути
ТИ 07.96-2011
(взамен ТИ 07.22-2000)
Москва
Предисловие
РАЗРАБОТАНА
Федеральным государственным унитарным предприятием «Научно-исследовательский институт мостов и дефектоскопии Федерального агентства железнодорожного транспорта»
РАЗРАБОТЧИКИ Гурвич А.К., Николаев С.В., Рукавчук Ю.П.,
Этинген И.З.
СОДЕРЖАНИЕ
| Область применения | ||
| Нормативные ссылки | ||
| Обозначения и сокращения | ||
| Основные термины и определения | ||
| Общие положения | ||
| Оборудование, материалы и вспомогательные приспособления | ||
| Подготовка к контролю | ||
| Проведение приемочного контроля стыков алюминотермитной сварки рельсов | ||
| Проведение эксплуатационного контроля стыков алюминотермитной сварки рельсов | ||
| Оценка качества и оформление результатов контроля | ||
| Требования безопасности | ||
| Приложение А. Рабочий журнал регистрации результатов УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов | ||
| Приложение Б. Карта дефектного стыка алюминотермитной сварки рельсов |
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящая «Технологическая инструкция по ультразвуковому контролю стыков алюминотермитной сварки рельсов в пути» (далее — ТИ) распространяется на неразрушающий контроль (НК) ультразвуковым методом стыков рельсов типа Р50, Р65, Р75 по ГОСТ Р 51685, сваренных в пути алюминотермитным способом в соответствии с ТУ 0921-127-01124323-2005.
Настоящей ТИ предусмотрены:
— приемочный ультразвуковой контроль (УЗК) стыков алюминотермитной сварки рельсов;
— эксплуатационный УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов;
Настоящая ТИ устанавливает:
— общие требования к средствам контроля и персоналу, проводящему НК;
— перечень средств контроля, материалов и вспомогательных приспособлений;
— порядок подготовки средств контроля и стыка алюминотермитной сварки рельсов к контролю;
— порядок проведения приемочного и эксплуатационного УЗК;
— требования к оформлению результатов контроля и оценке качества по результатам УЗК;
— требования по техническому обслуживанию средств УЗК и безопасности при проведении УЗК.
С вводом в действие настоящей ТИ утрачивают силу ПР 07.41-2006 «Правила контроля стыков алюминотермитной сварки рельсов в пути».
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
При разработке настоящей ТИ использованы следующие нормативные документы:
ГОСТ 12.0.004-90 Организация обучения безопасности труда. Общие положения
ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования
ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические
ГОСТ 982-80 Масло трансформаторное. Технические требования
ГОСТ 14782-86 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые
ГОСТ 18576-96 Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые
ГОСТ 23829-85 Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения
ГОСТ Р 51685-2000 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия
ТУ 0921-127-01124323-2005 Сварка рельсов алюминотермитная методом промежуточного литья
Изменение №2 ТУ 0921-127-01124323-2005 Извещение об изменении. Сварка рельсов алюминотермитным методом промежуточного литья
НТД/ЦП-3-93 Признаки дефектных и остродефектных рельсов, Москва «Транспорт» 1993 г.
Инструкция по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ (№ ЦП-485, утвержденная 28.07.97 г.)
Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации (№ ЦД-206, утвержденная 02.10.93 г.)
Инструкция по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации (№ ЦРБ-176, утвержденная 26.04.93 г.)
Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации(№ ЦРБ-162, утвержденная 26.04.93 г.)
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АСД– автоматическая сигнализация дефекта;
ДР– дефектный рельс;
И– излучатель ультразвуковых колебаний;
М– мертвая зона;
НК– неразрушающий контроль;
ОДР– остродефектный рельс;
П– приемник ультразвуковых колебаний;
ПЭП– пьезоэлектрический преобразователь;
РС ПЭП– раздельно — совмещенный пьезоэлектрический преобразователь;
СО– стандартный образец;
ТУ– технические условия;
УЗК– ультразвуковой контроль;
α– угол ввода ультразвуковых колебаний в металл (угол ввода луча), град.;
b– ширина облива стыка алюминотермитной сварки рельса, мм;
h– высота рельса, мм;
В– ширина головки рельса, мм;
Кдэ –коэффициент выявляемости дефекта при эхо-методе,
Кдэ = ½Uдэ½ — ½Uо½, дБ;
Кдз –коэффициент выявляемости дефекта при зеркальном методе,
Кдз = ½Uдз½ — ½Uо½, дБ;
Ку –условная чувствительность, дБ;
Кэ – эквивалентная чувствительность, дБ;
Uдэ – показание значения усиления приемника дефектоскопа при измерении амплитуды максимального эхо-сигнала от дефекта, дБ;
Uдз – показание значения усиления приемника дефектоскопа при измерении максимальной амплитуды зеркально отраженного сигнала от дефекта, дБ;
Uо – показание значения усиления приемника дефектоскопа при измерении амплитуды опорного сигнала (опорный уровень чувствительности), дБ;
Uу —показание значения усиления приемника при настройке дефектоскопа на условную чувствительность Ку, Uу = Uо + Ку, дБ;
Uэ –показание значения усиления приемника при настройке дефектоскопа на эквивалентную чувствительность Кэ, Uэ = Uо + Кэ, дБ;
H– показание дефектоскопа глубины расположения выявленного дефекта, мм;
L– показание дефектоскопа расстояния от точки выхода луча из ПЭП до выявленного дефекта, мм;
ΔL –условная протяженность выявленного дефекта, мм;
ΔХ –условная ширина выявленного дефекта, мм.
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящей ТИ применены следующие термины с соответствующими определениями:
4.1коэффициент выявляемости дефекта при эхо-методе: Коэффициент, соответствующий отношению максимальной амплитуды эхо-сигнала от дефекта к максимальной амплитуде эхо-сигнала от цилиндрического отверстия диаметром 6 мм на глубине 44 мм в стандартном образце СО-2 по ГОСТ 14782 (или СО-3Р по ГОСТ 18576).
[ГОСТ 18576]
4.2 мертвая зона:Неконтролируемая зона, прилегающая к поверхности ввода ультразвуковых колебаний.
[ГОСТ 23829]
4.3 поверхность ввода: Поверхность объекта контроля, через которую вводятся упругие колебания.
[ГОСТ 23829]
4.4 точка выхода луча ПЭП: Точка пересечения акустической оси преобразователя с его рабочей поверхностью.
[ГОСТ 23829]
4.5 угол ввода луча:Угол между нормалью к поверхности, на которой установлен преобразователь, и линией, соединяющей центр цилиндрического отражателя с точкой выхода луча при установке преобразователя в положение, при котором амплитуда эхо-сигнала от отражателя наибольшая.
[ГОСТ 14782]
4.6 условная протяженность дефекта:Размер, соответствующий длине зоны в миллиметрах между крайними положениями наклонного преобразователя, перемещаемого вдоль плоскости, ориентированной перпендикулярно плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности дефектоскопа.
[ГОСТ 18576]
4.7 условная ширина дефекта:Размер, соответствующий длине зоны в миллиметрах между крайними положениями наклонного преобразователя, перемещаемого в плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности дефектоскопа.
[ГОСТ 18576]
4.8 автоматическая сигнализация дефекта:
Автоматическая сигнализация регистрации эхо-сигнала, амплитуда которого выше заданного опорного уровня.4.9 коэффициент выявляемости дефекта при зеркальном методе: Коэффициент, соответствующий отношению максимальной амплитуды сигнала, зеркально отраженного от дефекта к максимальной амплитуде прошедшего сигнала на бездефектном участке рельса в соответствующей зоне контроля.
4.10 опорный отражатель:Отражатель, используемый при настройке чувствительности дефектоскопа (цилиндрическое отверстие в СО-3Р диаметром 6 мм, искусственный отражатель в образце из материала с заданными свойствами или в образце контролируемых объектов, отражающая поверхность контролируемого объекта).
4.11 опорный уровень чувствительности:Значение усиления, при котором сигнал от опорного отражателя находится на уровне срабатывания АСД.
4.12 сканирование: Процесс контроля посредством перемещения преобразователя по поверхности.
4.13 стык алюминотермитной сварки рельсов: Участок рельса в области алюминотермитной сварки протяженностью 20 мм в обе стороны от края облива сварного стыка.
4.14 условная чувствительность контроля эхо-метода: Чувствительность, выражаемая разностью в децибелах между значением усиления при данной настройке дефектоскопа и значением усиления при опорном уровне чувствительности, при котором амплитуда эхо-сигнала от эталонного отражателя диаметром 6 мм на глубине 44 мм в СО-3Р по ГОСТ 18576 находится на уровне срабатывания АСД.
4.15 эквивалентная чувствительность контроля: Чувствитель-ность, выражаемая разностью в децибелах между значением усиления при данной настройке дефектоскопа и значением усиления при опорном уровне чувствительности, при котором амплитуда эхо-сигнала от отражающей поверхности контролируемого рельса находится на уровне срабатывания АСД.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
5.1 УЗК применяют для выявления дефектов типа пор, шлаковых включений, непроваров и трещин в сварных стыках рельсов, образовавшихся при сварке или развившихся в процессе эксплуатации в головке, в шейке и подошве (соответственно коды: 26.4, 56.4 и 66.4).
5.2 При УЗК используют:
— эхо-метод для выявления внутренних дефектов по всему сечению сварного стыка;
— зеркальный метод для выявления несплавлений торца рельса с металлом шва в области головки, шейки и продолжения ее в подошву.
Примечания
1 Дефекты сварки могут быть не выявлены, если они расположены у поверхности катания головки рельса на глубине до 3 мм (рисунок 1).
2 При УЗК сварных стыков рельсов, имеющих болтовые отверстия в концевых участках на расстоянии менее 330 мм от торцов рельсов, зеркальный метод контроля стыков в области шейки и ее продолжения в подошву не применяют, поэтому выявление непроваров в этих зонах не гарантируется.
Рисунок 1 — Зона стыка алюминотермитной сварки рельсов, в пределах которой должно быть обеспечено прозвучивание при УЗК
5.3 При УЗК сварных стыков рельсов применяют схемы прозвучивания в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1 — Схемы прозвучивания УЗК при проведении приемочного и эксплуатационного контроля
| Вид контроля | Схема прозвучивания | |||
| РС ПЭП с α=0° с пов-ти катания, эхо- метод | ПЭП с α=70° по всему сечению (кроме подошвы снизу), эхо-метод | Два ПЭП с α=45° с боковых поверхнос- тей головки, зеркальный метод | Два ПЭП с α=45° с пов-ти катания, зеркальный метод | |
| Приемочный: — УЗК стыков алюмино-термитной сварки рельсов, в концевых участках которых болтовые отверстия располагаются на расстоянии менее 330 мм от торца рельса; — УЗК стыков алюмино-термитной сварки рельсов, в концевых участках которых болтовые отверстия располагаются на расстоянии 330 мм и более от торца рельса | + + | + + | + + | - + |
| Эксплуатационный | + | + | - | - |
5.4 Концевые участки рельсов длиной 300 мм, подлежащие алюминотермитной сварке, должны быть проверены переносными дефектоскопами по методике вторичного контроля рельсов или при сплошном контроле рельсов съемными дефектоскопами с регистраторами не более чем за 10 дней до производства сварочных работ.
5.5 Приемочный УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов осуществляют при отсутствии на них предохранительных накладок, при температуре металла в области сварного стыка не более плюс 60 °С и при температуре окружающего воздуха не ниже плюс 5 °С.
5.6 Стыки алюминотермитной сварки рельсов подвергают УЗК после обрезки прибыльной части сварного шва, удаления литниковой системы и механической обработки в области поверхности катания и боковых поверхностей головки в соответствии с требованиями ТУ 0921-127-01124323-2005
5.7 На время проведения УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов со снятыми предохранительными накладками разрешается пропуск поездов со скоростью не более 40 км/час.
5.8 К контролю стыков алюминотермитной сварки с оценкой их качества по результатам НК допускаются операторы не ниже 6-го разряда, имеющие опыт работы по контролю стыков электроконтактной сварки рельсов не менее 1 года, прошедшие специальное практическое обучение по УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов и получившие документ установленного образца, изучившие ТУ 0921-127-01124323-2005 и данную ТИ.
5.9 Приемочный УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов выполняют операторы дистанции пути.
5.10 УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов выполняет бригада из двух операторов, один из которых приказом начальника дистанции пути назначается руководителем бригады.
5.11 Ответственность за выполнение и оформление результатов контроля в соответствии с требованиями ТИ возлагается на оператора, непосредственно проводившего контроль.
5.12 Обеспечение контролепригодности и подготовка сварных стыков к контролю в условиях эксплуатации (снятие, при необходимости, клеммных болтов, очистка от грязи, мазута, балласта) не входят в обязанности оператора, а осуществляются монтерами дистанции пути.
5.13 Ответственность за организацию УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов возлагается на начальника дистанции пути.
ПОДГОТОВКА К КОНТРОЛЮ
7.1 Провести подготовку дефектоскопа:
а) выполнить внешний осмотр дефектоскопа;
б) проверить работоспособность ПЭП и техническое состояние соединительных кабелей, устранить замеченные неисправности;
в) настроить (проверить) значения основных параметров контроля на соответствие требованиям таблицы 2.
Таблица 2 — Значения основных параметров УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов
| Тип ПЭП | Метод контроля | Угол ввода α, град. | Условная чувствительн. Ку, дБ | Эквивалент. чувствительн. Кэ, дБ | Мертвая зона М, мм |
| П112-2,5 | эхо | - | £3 | ||
| П121-2,5-45 | зеркальн | 45±2 | - | - | |
| П121-2,5-70 | эхо | 70-3 | - | £3 |
Примечание – Если измеренное значение угла ввода луча не соответствует требуемому, то ПЭП необходимо изъять из эксплуатации.
Результаты проверки основных параметров контроля занести в Рабочий журнал (Приложение А).
Примечания
1 Угол ввода и мертвую зону необходимо проверять, а условную и эквивалентную чувствительность настраивать ежедневно перед проведением УЗК и в случае замены ПЭП в соответствии с Таблицей 2.
2 Эквивалентную чувствительность эхо-метода для ПЭП с углом ввода a=0°необходимо настраивать по донному сигналу от подошвы рельса на бездефектном участке вне области сварного стыка.
3 Условную чувствительность эхо-метода для ПЭП с углом ввода a=70° необходимо настраивать по отверстию диаметром 6 мм, расположенному в СО-3Р на глубине 44 мм.
4 Эквивалентную чувствительность зеркального метода при контроле стыков алюминотермитной сварки в области головки рельса двумя ПЭП с углами ввода a=45° необходимо настраивать при установке ПЭП на противоположные боковые поверхности головки рельса вне зоны сварного стыка в положения, соответствующие максимальной амплитуде прошедшего (опорного) сигнала (рисунок 2).
Рисунок 2 — Схема расположения ПЭП П121-2,5-45° при настройке на эквивалентную чувствительность для контроля сварного стыка зеркальным методом в области головки рельса
5 Эквивалентную чувствительность зеркального метода для контроля стыков алюминотермитной сварки в области шейки и подошвы рельса двумя ПЭП с углами ввода a=45° необходимо настраивать при установке ПЭП на поверхность катания головки рельса навстречу друг другу в положения, соответствующие максимальной амплитуде донного (опорного) сигнала (рисунок 3).
Рисунок 3 — Схема расположения ПЭП П121-2,5-45° при настройке на эквивалентную чувствительность для контроля сварного стыка в области шейки зеркальным методом
7.2 Провести визуальный осмотр стыков алюминотермитной сварки рельсов: осмотр качества обработки и очистки поверхностей рельса в области сварного стыка; осмотр с целью поиска в области сварного стыка возможных трещин, непроваров, раковин и шлаковых включений, выходящих на поверхность.
7.3 Проверить выполнение требований контролепригодности стыков алюминотермитной сварки рельсов.
7.3.1 Температура металла в зоне сварного стыка должна быть не выше плюс 60 °С.
7.3.2 Стыки алюминотермитной сварки рельсов считаются контролепригодными, если:
— облив стыка в области поверхности катания и боковых поверхностей головки механически обработан в соответствии с требованиями ТУ 0921-127-01124323-2005;
— ширина облива в области шейки и подошвы не превышает 85 мм;
— на поверхностях шейки и перьев подошвы в пределах 300 мм от облива отсутствуют остатки литниковой системы, брызги металла, грязь.
Примечание — Стыки алюминотермитной сварки рельсов, в концевых участках которых болтовые отверстия располагаются на расстоянии менее 330 мм от торца рельса, являются контроленепригодными в области шейки для зеркального метода контроля.
7.4 Подготовить поверхности сварного стыка к УЗК: с помощью металлической щетки, шабера и ветоши очистить контролируемые поверхности рельса в пределах 300 мм от центра сварного стыка.
7.5 При удовлетворительном состоянии поверхностей рельса в области сварного стыка протереть их ветошью и покрыть слоем контактирующей жидкости.
В качестве контактирующей жидкости может быть использовано трансформаторное масло ГОСТ 982-80 или любое минеральное масло без механических включений, вязкость которого должна подбираться с учетом температуры окружающего воздуха и металла контролируемых рельсов.
Примечание – Средний расход контактирующей жидкости для обеспечения акустического контакта при УЗК одного стыка алюминотермитной сварки рельсов составляет не более 200 мл.
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СТЫКОВ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ И ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНТРОЛЯ
10.1 Результаты контроля сварного стыка заносят в Рабочий журнал (Приложение А). Результаты контроля каждого дефектного стыка дополнительно отображают в Карте дефектного стыка (Приложение Б).
10.2 Рельсы со стыками алюминотермитной сварки, в которых обнаружены дефекты в соответствии с НТД/ЦП-3-93 относят к ДР или ОДР, подлежащим замене.
10.3 При обнаружении ОДР:
а) руководитель бригады операторов, осуществлявших УЗК, заполняет уведомление установленной формы и вручает его сопровождающему дорожному мастеру или бригадиру пути под роспись. Контроль замены ОДР осуществляет начальник (мастер) цеха (участка) дефектоскопии и диспетчер дистанции пути;
б) при обнаружении излома рельса сопровождающий дорожный мастер или бригадир пути и руководитель бригады операторов в соответствии с ЦП-485 обязаны принять меры по ограждению опасного места до прибытия ремонтной бригады.
10.4 До замены ОДР допускается пропуск поездов в соответствии с НТД/ЦП-3-93 и ТУ-0921-127-01124323-2005.
10.5 Маркировка обнаруженных ДР и ОДР осуществляется в соответствии с НТД/ЦП-3-93.
10.6 Рабочие журналы результатов УЗК хранятся в дистанции пути не менее 5 лет
ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
11.1 Все виды работ при подготовке и проведении УЗК должны проводиться при соблюдении правил техники безопасности, промышленной санитарии и пожарной безопасности.
11.2 К выполнению УЗК могут быть допущены операторы, прошедшие обучение и инструктаж по безопасности труда в соответствии с
ГОСТ 12.0.004-90.
11.3 При работе в пути бригаду операторов, выполняющих УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов, сопровождает(ют) сигналист(ы), а также дорожный мастер или бригадир пути, который перед началом работы должен обеспечить:
— проведение необходимого инструктажа по охране труда с обязательным разъяснением маршрута и порядка следования к месту проведения работ;
— ограждение бригады операторов во время работ по контролю сварных стыков рельсов в пути.
11.4 Сигналист(ы) ведет(ут) наблюдение за приближением поездов и предупреждает(ют) о них дорожного мастера или бригадира пути.
11.5 Рядом с бригадой операторов, выполняющих УЗК сварных стыков рельсов, должен находиться дорожный мастер или бригадир пути, в обязанности которого также входит наблюдение за сигналами, подаваемыми сигналистами и предупреждении операторов о приближении поезда.
11.6 Размещение, хранение, транспортирование и использование дефектоскопических и вспомогательных материалов и отходов производства должно проводиться с соблюдением требований защиты от пожаров по ГОСТ 12.1.004-91.
11.7 Использованная ветошь должна собираться в металлический ящик с крышкой и отправляться на утилизацию.
11.8 При проведении работ по УЗК сварных стыков рельсов оператор должен соблюдать требования: «Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ», «Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации», «Инструкции по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации», «Инструкции по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации».
И.о. директора Федерального государственного
унитарного предприятия «Научно-исследовательский
институт мостов и дефектоскопии Федерального
агентства железнодорожного транспорта» Г.Я.Дымкин
Зав. отделом УЗД А.В.Шевелев
Ответственный исполнитель
Зав. лабораторией И.З.Этинген
Исполнители:
Главный научный сотрудник А.К.Гурвич
Научный сотрудник С.В.Николаев
Младший научный сотрудник Ю.П.Рукавчук
Приложение А (обязательное)
КАРТА ДЕФЕКТНОГО СТЫКА
Технологическая инструкция
По ультразвуковому контролю
СТЫКОВ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ рельсов в пути
ТИ 07.96-2011
(взамен ТИ 07.22-2000)
Москва
Предисловие
РАЗРАБОТАНА
Федеральным государственным унитарным предприятием «Научно-исследовательский институт мостов и дефектоскопии Федерального агентства железнодорожного транспорта»
РАЗРАБОТЧИКИ Гурвич А.К., Николаев С.В., Рукавчук Ю.П.,
Этинген И.З.
СОДЕРЖАНИЕ
| Область применения | ||
| Нормативные ссылки | ||
| Обозначения и сокращения | ||
| Основные термины и определения | ||
| Общие положения | ||
| Оборудование, материалы и вспомогательные приспособления | ||
| Подготовка к контролю | ||
| Проведение приемочного контроля стыков алюминотермитной сварки рельсов | ||
| Проведение эксплуатационного контроля стыков алюминотермитной сварки рельсов | ||
| Оценка качества и оформление результатов контроля | ||
| Требования безопасности | ||
| Приложение А. Рабочий журнал регистрации результатов УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов | ||
| Приложение Б. Карта дефектного стыка алюминотермитной сварки рельсов |
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящая «Технологическая инструкция по ультразвуковому контролю стыков алюминотермитной сварки рельсов в пути» (далее — ТИ) распространяется на неразрушающий контроль (НК) ультразвуковым методом стыков рельсов типа Р50, Р65, Р75 по ГОСТ Р 51685, сваренных в пути алюминотермитным способом в соответствии с ТУ 0921-127-01124323-2005.
Настоящей ТИ предусмотрены:
— приемочный ультразвуковой контроль (УЗК) стыков алюминотермитной сварки рельсов;
— эксплуатационный УЗК стыков алюминотермитной сварки рельсов;
Настоящая ТИ устанавливает:
— общие требования к средствам контроля и персоналу, проводящему НК;
— перечень средств контроля, материалов и вспомогательных приспособлений;
— порядок подготовки средств контроля и стыка алюминотермитной сварки рельсов к контролю;
— порядок проведения приемочного и эксплуатационного УЗК;
— требования к оформлению результатов контроля и оценке качества по результатам УЗК;
— требования по техническому обслуживанию средств УЗК и безопасности при проведении УЗК.
С вводом в действие настоящей ТИ утрачивают силу ПР 07.41-2006 «Правила контроля стыков алюминотермитной сварки рельсов в пути».
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
При разработке настоящей ТИ использованы следующие нормативные документы:
ГОСТ 12.0.004-90 Организация обучения безопасности труда. Общие положения
ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования
ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические
ГОСТ 982-80 Масло трансформаторное. Технические требования
ГОСТ 14782-86 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые
ГОСТ 18576-96 Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые
ГОСТ 23829-85 Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения
ГОСТ Р 51685-2000 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия
ТУ 0921-127-01124323-2005 Сварка рельсов алюминотермитная методом промежуточного литья
Изменение №2 ТУ 0921-127-01124323-2005 Извещение об изменении. Сварка рельсов алюминотермитным методом промежуточного литья
НТД/ЦП-3-93 Признаки дефектных и остродефектных рельсов, Москва «Транспорт» 1993 г.
Инструкция по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ (№ ЦП-485, утвержденная 28.07.97 г.)
Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации (№ ЦД-206, утвержденная 02.10.93 г.)
Инструкция по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации (№ ЦРБ-176, утвержденная 26.04.93 г.)
Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации(№ ЦРБ-162, утвержденная 26.04.93 г.)
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АСД– автоматическая сигнализация дефекта;
ДР– дефектный рельс;
И– излучатель ультразвуковых колебаний;
М– мертвая зона;
НК– неразрушающий контроль;
ОДР– остродефектный рельс;
П– приемник ультразвуковых колебаний;
ПЭП– пьезоэлектрический преобразователь;
РС ПЭП– раздельно — совмещенный пьезоэлектрический преобразователь;
СО– стандартный образец;
ТУ– технические условия;
УЗК– ультразвуковой контроль;
α– угол ввода ультразвуковых колебаний в металл (угол ввода луча), град.;
b– ширина облива стыка алюминотермитной сварки рельса, мм;
h– высота рельса, мм;
В– ширина головки рельса, мм;
Кдэ –коэффициент выявляемости дефекта при эхо-методе,
Кдэ = ½Uдэ½ — ½Uо½, дБ;
Кдз –коэффициент выявляемости дефекта при зеркальном методе,
Кдз = ½Uдз½ — ½Uо½, дБ;
Ку –условная чувствительность, дБ;
Кэ – эквивалентная чувствительность, дБ;
Uдэ – показание значения усиления приемника дефектоскопа при измерении амплитуды максимального эхо-сигнала от дефекта, дБ;
Uдз – показание значения усиления приемника дефектоскопа при измерении максимальной амплитуды зеркально отраженного сигнала от дефекта, дБ;
Uо – показание значения усиления приемника дефектоскопа при измерении амплитуды опорного сигнала (опорный уровень чувствительности), дБ;
Uу —показание значения усиления приемника при настройке дефектоскопа на условную чувствительность Ку, Uу = Uо + Ку, дБ;
Uэ –показание значения усиления приемника при настройке дефектоскопа на эквивалентную чувствительность Кэ, Uэ = Uо + Кэ, дБ;
H– показание дефектоскопа глубины расположения выявленного дефекта, мм;
L– показание дефектоскопа расстояния от точки выхода луча из ПЭП до выявленного дефекта, мм;
ΔL –условная протяженность выявленного дефекта, мм;
ΔХ –условная ширина выявленного дефекта, мм.
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящей ТИ применены следующие термины с соответствующими определениями:
4.1коэффициент выявляемости дефекта при эхо-методе: Коэффициент, соответствующий отношению максимальной амплитуды эхо-сигнала от дефекта к максимальной амплитуде эхо-сигнала от цилиндрического отверстия диаметром 6 мм на глубине 44 мм в стандартном образце СО-2 по ГОСТ 14782 (или СО-3Р по ГОСТ 18576).
[ГОСТ 18576]
4.2 мертвая зона:Неконтролируемая зона, прилегающая к поверхности ввода ультразвуковых колебаний.
[ГОСТ 23829]
4.3 поверхность ввода: Поверхность объекта контроля, через которую вводятся упругие колебания.
[ГОСТ 23829]
4.4 точка выхода луча ПЭП: Точка пересечения акустической оси преобразователя с его рабочей поверхностью.
[ГОСТ 23829]
4.5 угол ввода луча:Угол между нормалью к поверхности, на которой установлен преобразователь, и линией, соединяющей центр цилиндрического отражателя с точкой выхода луча при установке преобразователя в положение, при котором амплитуда эхо-сигнала от отражателя наибольшая.
[ГОСТ 14782]
4.6 условная протяженность дефекта:Размер, соответствующий длине зоны в миллиметрах между крайними положениями наклонного преобразователя, перемещаемого вдоль плоскости, ориентированной перпендикулярно плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности дефектоскопа.
[ГОСТ 18576]
4.7 условная ширина дефекта:Размер, соответствующий длине зоны в миллиметрах между крайними положениями наклонного преобразователя, перемещаемого в плоскости падения ультразвуковой волны, в пределах которой фиксируют сигнал от дефекта при заданной условной чувствительности дефектоскопа.
[ГОСТ 18576]
4.8 автоматическая сигнализация дефекта: Автоматическая сигнализация регистрации эхо-сигнала, амплитуда которого выше заданного опорного уровня.
4.9 коэффициент выявляемости дефекта при зеркальном методе: Коэффициент, соответствующий отношению максимальной амплитуды сигнала, зеркально отраженного от дефекта к максимальной амплитуде прошедшего сигнала на бездефектном участке рельса в соответствующей зоне контроля.
4.10 опорный отражатель:Отражатель, используемый при настройке чувствительности дефектоскопа (цилиндрическое отверстие в СО-3Р диаметром 6 мм, искусственный отражатель в образце из материала с заданными свойствами или в образце контролируемых объектов, отражающая поверхность контролируемого объекта).
4.11 опорный уровень чувствительности:Значение усиления, при котором сигнал от опорного отражателя находится на уровне срабатывания АСД.
4.12 сканирование: Процесс контроля посредством перемещения преобразователя по поверхности.
4.13 стык алюминотермитной сварки рельсов: Участок рельса в области алюминотермитной сварки протяженностью 20 мм в обе стороны от края облива сварного стыка.
4.14 условная чувствительность контроля эхо-метода: Чувствительность, выражаемая разностью в децибелах между значением усиления при данной настройке дефектоскопа и значением усиления при опорном уровне чувствительности, при котором амплитуда эхо-сигнала от эталонного отражателя диаметром 6 мм на глубине 44 мм в СО-3Р по ГОСТ 18576 находится на уровне срабатывания АСД.
4.15 эквивалентная чувствительность контроля: Чувствитель-ность, выражаемая разностью в децибелах между значением усиления при данной настройке дефектоскопа и значением усиления при опорном уровне чувствительности, при котором амплитуда эхо-сигнала от отражающей поверхности контролируемого рельса находится на уровне срабатывания АСД.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
5.1 УЗК применяют для выявления дефектов типа пор, шлаковых включений, непроваров и трещин в сварных стыках рельсов, образовавшихся при сварке или развившихся в процессе эксплуатации в головке, в шейке и подошве (соответственно коды: 26.4, 56.4 и 66.4).
5.2 При УЗК используют:
— эхо-метод для выявления внутренних дефектов по всему сечению сварного стыка;
— зеркальный метод для выявления несплавлений торца рельса с металлом шва в области головки, шейки и продолжения ее в подошву.
Примечания
1 Дефекты сварки могут быть не выявлены, если они расположены у поверхности катания головки рельса на глубине до 3 мм (рисунок 1).
2 При УЗК сварных стыков рельсов, имеющих болтовые отверстия в концевых участках на расстоянии менее 330 мм от торцов рельсов, зеркальный метод контроля стыков в области шейки и ее продолжения в подошву не применяют, поэтому выявление непроваров в этих зонах не гарантируется.
Рисунок 1 — Зона стыка алюминотермитной сварки рельсов, в пределах которой должно быть обеспечено прозвучивание при УЗК
5.3 При УЗК сварных стыков рельсов применяют схемы прозвучивания в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1 — Схемы прозвучивания УЗК при проведении приемочного и эксплуатационного контроля
Алюминотермитная сварка рельсов (Технология производства, контроль качества алюминотермитной сварки. Гарантийные условия и требования безопасности) (Раздел дипломной работы)
1. АЛЮМИНОТЕРМИТНАЯ СВАРКА РЕЛЬСОВ
Используя воспламенитель при температуре свыше 1000 °С, реакция термитной порции происходит в течение 20 секунд, образуется жидкий металл и жидкий шлак, который всплывает наверх.
При выпуске жидкий металл течёт из тигеля в форму, а, достигнув сердечника, растекается равномерно по обеим сторонам зазора. Во время этого процесса сталь нагревает рельсы, оплавляет их концы и сваривает, в конце процесса заливки шлак низкой плотности вытекает из тигеля, заполняя верхнюю часть формы и шлаковые лотки.
Допускается сварка закаленных (объемно или поверхностно) рельсов, примыкающих к стрелочным переводам, с термически не упроченными рельсами.
Алюминотермитная сварка рельсов типа Р65 осуществляется по технологии фирм «Электро-Термит» (Германия) и «Снага» (Словакия) с использованием оборудования, оснастки, алюминотермитной смеси (далее «термит»), огнеупоров и формовочных материалов, поставляемых этими фирмами.
При сварке объемно закаленных рельсов с рельсами, имеющими поверхностную закалку или поверхностно закаленных рельсов между собой, применяется термит повышенной прочности марки 1200 (с временным сопротивлением литого металла 1200 кН/мм2).
При сварке термически не упрочненных рельсов применяется термит обычной прочности марки 900 (с временным сопротивлением литого металла 900кН/мм2).
Производство работ по алюминотермитной сварке может быть допущено только по разрешению Департамента пути и сооружений МПС по заявкам дорог с указанием станции и объемов сварочных работ с разбивкой по классам путей.
Алюминотермитная сварка должна выполняться при температуре воздуха +5°С и выше.
Настоящие указания распространяются на алюмотермитную сварку рельсов типа Р65 с поверхностной закалкой и термически не упрочненных в пределах стрелочных переводов по прямому и боковому направлению, уложенных в главных, приемо-отправочных, станционных и горочных путях.
1.1. Технология производства алюминотермитной сварки рельсов
1.1.1. Специальное оборудование для алюминотермитной сварки
Для алюминотермитной сварки используют следующее оборудование:
— измеритель расстояния
— универсальное зажимное устройство
— седло горелки
Работы по сварке рельсов производятся на закрытом для движения поездов стрелочном переводе.
При помощи более широкой части измерителя происходит измерение зазоров, затем определяется расстояние между зажимным устройством и сварочным зазором. Теперь измеритель расстояния используется для установки нагревателя горелки на требуемую высоту. Горелка устанавливается над центром оси рельса, а так же по центру зазора. После этого на рельсе крепится формовочный башмак с формой. Необходимо гарантировать точное и центральное положение формы по отношению к зазору, крепление башмака на рельс осуществляется зазорным винтом. Вторая часть формы аккуратно устанавливается на противоположной стороне и закрепляется с таким же усилием.
Перед сваркой необходимо обязательно проверить положение сердечника. При сварке швов в кривых, где путь обычно с уклоном, сердечник подпиливается в своей верхней части напильником, это необходимо для того, чтобы расплавленная сталь могла протечь равномерно по грубой горизонтальной поверхности в зазоре. В шлаковых лотках находится шлак, который в конце плавки высыпается из тигеля по обеим сторонам рельса.
Держатель тигеля и тигель с крышкой, крепятся с помощью универсального зажимного устройства в точном положении для отливки.
1.1.2. Специальное оборудование для предварительного нагрева и резки рельсов
Используют следующее оборудование для предварительного нагрева и резки рельсов:
— газовая горелка
— резак
— запорные краны
— кислородный и газовый регуляторы с манометром
Перед тем как зажечь горелку необходимо открыть сначала кислородный кран при давлении кислорода 5 Бар и только затем кран для пропана настолько, чтобы произвести зажигание, пламя при этом должно быть небольшим. Давление пропана должно быть 1,5 Бара.
При установке направляющей резака на рельс, необходимо отметить ширину зазора с помощью измерителя расстояний. После этого необходимо зафиксировать резак по отметке и установить направляющую резака. Затем необходимо откорректировать окончательное положение режущего устройства.
1.1.3. Используемые материалы
После заполнения мешка термитной смесью на задней стороне мешка проставляются технические данные в определённом квадрате. Данные должны точно соответствовать маркировкам на рельсах, которые необходимо сварить. Расшифровку маркировки можно получить в справочнике.
Для каждого шва необходимо две формы и один сердечник. Правильность выбора формы подтверждается маркировкой профиля рельса и процесса сварки на установке. Для закрывания тигеля используется тигельная пробка, которая находится в трубке вместе с песком для герметизации. Также используется аппликатор и пробойник.
Магнит на аппликаторе удерживает на месте пробку, когда она вставлена в горловину тигеля. После удаления аппликтора термитная смесь засыпается в тигель.
Используемый воспламенитель доводит температуру до 1000°С, при достижении этой температуры термитная смесь воспламеняется. В процессе химической реакции окись железа с помощью алюминия превращается в чистое железо, специальные добавки смеси расплавляются, произведя сталь нужного качества. Алюминий окисляется и образует шлак, который благодаря более низкой плотности поднимается наверх. Температура во время реакции составляет более 2400 °С. После прохождения реакции и некоторого времени ожидания, сталь и шлак из тигеля выпускаются автоматически через пробку в горловине тигеля.
1.1.4. Подготовка рельсов в зоне стыка
Прежде всего, необходимо ослабить рельсовые скрепления по обеим сторонам стыка. Скрепление непосредственно примыкающие к стыку снимаются полностью, так как они помешают проведению работ. Подготавливается горелка для предварительного прогрева рельсовых плетей. После нагрева ржавчина с плети и грязь удаляются с помощью скорщетки. Особенно это важно в зоне стыка. Тщательная очистка необходима для того, чтобы при использовании горелки поверхность для резки была гладкой. Теперь концы рельсов выправляются горизонтально и вертикально с помощью клиньев. Необходимо постоянно контролировать эту операцию с помощью линейки.
Алюминотермитная сварка рельсов
Применение ее в России для первых сварочных работ по соединению рельсового полотна в 1915 году — для трамвайных рельсов, в 1925 году — для железнодорожных, позволило выполнить сварной шов одновременно по всему поперечному сечению рельса и получить достаточно высокое для того времени качество. Однако внедрение на железнодорожном транспорте стыковой контактной сварки, хорошо зарекомендовавшей себя при получении длинных рельсовых плетей в стационарных условиях и на перегонах, сильно сузила круг ее применения в Советском Союзе. Но времена изменяются и «забытое старое» вновь становится «новым». В странах западной Европы и Америке этот способ завоевал очень большую популярность — им сваривают стыки не только в районе стрелочных переводов, но и на перегонах основного пути.
Рельсовый стык представляет собой место, в котором происходит «разрыв» рельсовой нити, что, несмотря на стыковые накладки, уменьшает жесткость и увеличивает просадки. Это приводит к тому, что при движении подвижного состава через стык происходит удар колеса о головку принимающего конца рельса. Толчки и удары в стыках приводят к интенсивному износу как ходовых частей подвижного состава, так и самих рельсов. В результате ударов колеса о набегающий рельс происходят смятие и сколы головки рельсов в зоне стыка на расстоянии 60 — 80 мм от стыкового зазора, изломы рельсов по болтовым отверстиям, изломы накладок и стыковых болтов. Бесстыковой путь лишен указанных недостатков и, кроме того, имеет ряд преимуществ:
на 30 — 40% уменьшаются затраты на текущее содержание пути,
на 8 — 10% снижается основное удельное сопротивление движению поездов и в связи с этим экономится топливо и электроэнергия на тягу,
увеличиваются сроки службы верхнего строения пути, а также подвижного состава за счет снижения количества ударов колес вагонов и локомотивов в месте стыка рельсовых плетей,
улучшаются условия комфортабельности проезда пассажиров,
повышается надежность работы электрических рельсовых цепей автоблокировки и т.п.
Благодаря этим и другим преимуществам бесстыковой вариант верхнего строения пути стал основным на главных линиях во всем мире.
Сварные швы в вагонах, локомотивах, рельсах и машинах различного назначения, применяемых на транспорте, являются наиболее повреждаемыми местами в процессе эксплуатации. Это связано с характерными особенностями сварных соединений. В сварном шве и околошовной зоне после сварки изменяются механические свойства, образуются остаточные растягивающие напряжения, близкие к пределу текучести материала, а сам сварной шов, кроме того, является концентратором напряжений.
В ряде случаев при выборе того или иного способа сварки руководствуются лишь его производительностью и стоимостью выполняемых работ, что приводит к появлению в ответственных конструкциях сварных соединений низкого качества. На получение качественного сварного соединения большое влияние оказывает свариваемость материала, из которого изготовлены соединяемые детали. Свариваемость — комплексная характеристика металла, характеризующая его реакцию на физикохимическое воздействие процесса сварки и способность образовывать сварное соединение, отвечающее заданным эксплуатационным требованиям.
Если для деталей из хорошо сваривающихся материалов качественное сварное соединение получается при любом способе сварки, то для деталей из удовлетворительно сваривающихся материалов требуется усложнение технологии или применение специального способа, как правило, более сложного и дорогого. Еще большие проблемы возникают при сварке деталей из плохо сваривающихся материалов. Для получения качественного сварного соединения из таких материалов необходимо существенно усложнить технологию сварки и строго ее соблюдать. К сожалению не все об этом знают и, принимая решение о внедрении сварной конструкции в производство, часто не уделяют достаточного внимания технологии ее изготовления и ремонта.
Рельсовая сталь содержит большое количество углерода (0,690,82%) и относится к группе плохо сваривающихся материалов, которые при сварке склонны к образованию трещин. Трещины в таких конструктивных элементах как рельсы недопустимы, т.к., являясь концентраторами напряжений, могут в любой момент привести к разрушению стыка и крушению.
В настоящее время стыковая сварка рельсов осуществляется двумя видами: стыковая контактная сварка и сварка алюминотермитным способом.
При изготовлении в стационарных условиях на рельсосварочных предприятиях рельсовых плетей длиной 650800 м контактная сварка позволяет получать хорошее качество сварных стыков при высокой производительности и достаточно низкой себестоимости.
Несмотря на широкое распространение, стыковая контактная сварка имеет ряд недостатков и ограничений при проведении ремонтных работ рельсового пути:
необходимы дорогостоящие путевые рельсосварочные машины,
продолжительные окна для их доставки на место сварки и последующей эвакуации,
требуется достаточно большая бригада рабочих,
дефицит рабочего времени в ряде случаев заставляет нарушать технологический процесс, что приводит к получению сварного стыка невысокого качества,
невозможность сварки стыков в районе стрелочных переводов.
Алюминотермитная сварка рельсов имеет ряд преимуществ перед стыковой контактной сваркой при использовании путевых рельсосварочных машин: она не требует сложного дорогостоящего оборудования, большого количества рабочих, продолжительных перерывов в движении поездов. Непосредственно процесс сварки термитом рельсового стыка занимает 28–30 секунд, а вместе с подготовкой и этапом окончательной обработки сварного шва — не более 45 минут. Причем на одном стрелочном переводе одновременно может выполняться сварка нескольких стыков, что сокращает общее время выполняемых работ. Заварку стыка рельсов выполняет бригада из трех человек, обучение которых осуществляется в короткие сроки. Общий вес используемого оборудования не превышает 350–400 кг. При выполнении сварки и сопутствующих технологических операций используются автономные источники энергии. Для проведения алюминотермитной сварки рельсов был разработан специальный комплект малогабаритного переносного оборудования, способного работать автономно в полевых условиях. Подобраны состав и зернистость термитной смеси, что обеспечивает протекание термитной реакции без взрывов и затухания с наиболее благоприятной скоростью и требуемой температурой продуктов реакции.
Термитная сварка основана на процессе выделения большого количества теплоты, проходящем при сгорании термита — особой смеси, состоящей из порошкообразного металлического алюминия, окислов железа и специальных добавок, улучшающих термитный металл. Получаемая теплота (при сгорании термита развивается температура до 3000°С) используется для получения термитного металла и расплавления им кромок свариваемых частей изделия.
Процесс алюминотермитной сварки включает две основные технологические операции: предварительный высокотемпературный подогрев и непосредственно сварку рельсов. Подогрев производится специальной многопламенной горелкой на протяжении 7–9 минут. Момент завершения этапа предварительного подогрева контролируется визуально и поэтому зависит от квалификации сварщика, выполняющего подогрев. Проведение предварительного высокотемпературного подогрева является важной технологической особенностью алюминотермитной сварки рельсов, т.к. исключает несплавления, образование закалочных структур, уменьшает величину остаточных напряжений в сварном шве и околошовной зоне и предотвращает образование трещин.
После этапа подогрева следует этап сварки, на котором производится воспламенение термитной смеси, протекает реакция горения термита и происходит автоматический выпуск расплавленного термитного металла в межстыковой зазор рельсов. В результате многочисленных экспериментальных исследований было установлено, что основными технологическими параметрами, оказывающими влияние на качество получаемого сварного соединения, являются: длительность предварительного подогрева и тепловая мощность газового пламени.
Как и при любом виде сварки, технология алюминотермитной сварки должна строго соблюдаться. Это связано с тем, что локальный неравномерный разогрев металла до высоких температур приводит к образованию в месте нагрева значительных остаточных напряжений, являющихся одной из основных причин зарождения и развития трещин. Для повышения трещиностойкости в технологическом процессе сварки рельсов предусмотрены специальные операции, позволяющие понизить уровень остаточных напряжений, повысить прочность сварного стыка и его работоспособность.
Для получения бесстыкового пути алюминотермитным способом могут быть использованы как новые, так и старогодные рельсы, термически упрочненные и не упрочненные, мартеновского и бессемеровского производства, предназначенные для укладки на станционных, подъездных и прочих железнодорожных путях, в том числе стрелочных переводах. Однако рельсы, подлежащие сварке между собой, должны быть одного типа и одинаковой группы годности.
С 1996 г. по технологии ЗАО «СНАГА» было сварено свыше 150 тыс. стыков на магистральных путях в главном ходу и на скоростных участках в разных климатических зонах на железных дорогах ОАО «РЖД». При этом подтверждены высокие прочностные характеристики сваренных стыков. Однако из этого большого количества сваренных стыков были выявлены те, которые не соответствовали необходимому качеству. Проведенная экспертиза показала, что выявленные дефекты в стыках, сваренных алюминотермитным способом, возникли изза нарушения или несоблюдения технологии сварки. Основной причиной нарушения технологии является то, что к данным работам допускаются работники, не прошедшие аттестацию в соответствии с требованиями к данной специальности или аттестованные некомпетентными в данной области лицами. Учитывая, что создание бесстыкового пути связанно с безопасностью движения поездов, обучение, повышение квалификации и аттестация сварщиков термитной сварки должны проводиться организациями, имеющими лицензию на данный вид деятельности.
В заключение необходимо отметить, что пока не будет уделяться должного внимания вопросам подготовки квалифицированных сварщиков, в том числе ИТР, и строгому соблюдению технологии сварки, — избежать брака будет невозможно, следовательно, зарождение и развитие трещин в конструкциях при эксплуатации будет происходить раньше предусмотренного срока.
Н.Н. Воронин, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой
«Технология сварки, материаловедение, износостойкость деталей машин», МИИТ
Н.Н. Прохоров,
д.т.н., профессор кафедры «Металлургия сварочного производства», МГВМИ
О.Н. Трынкова, ассистент кафедры «Инновационные технологии», МИИТ
ООО «ГТ-АТС»: Процесс SkV
Процесс SkV применяется для сварки железнодорожных рельсов типа Р65 и Р50. Особенностью этого процесса является быстрый (не более 2 минут) предварительный подогрев и возможность проведения сварочных работ при температуре окружающего воздуха до минус 5°С.
Последовательность основных операций процесса следующая :
1. Подготовка зазора и рельсов в зоне стыка. Со стыка снимаются накладки, а рельсы в зоне стыка очищаются от грязи и ржавчины. Рельсовые скрепления ослабляются на трех шпалах справа и слева от стыка, при этом на ближних к стыку шпалах – полностью снимаются. Концы рельсов отрезаются рельсорезом абразивно-отрезным диском так, чтобы величина сварочного зазора составила 24- 26 мм . При соответствующем разрешении резку концов рельса можно осуществлять газовым резаком пропан-кислородной смесью по шаблону. | |
2. Выравнивание концов рельсов Выравнивание концов рельсов производится при помощи упорных клиньев по метровой линейке специальным измерительным клином. Рельсы выравниваются в двух плоскостях, причем по вертикали устанавливается необходимое превышение концов рельсов для компенсации термической усадки шва и создания припуска для последующей шлифовки. Окончание этой операции – подогрев концов рельса в зоне стыка до температуры ~50 0С для удаления влаги. | |
3. Установка литейных форм. На рельсе закрепляется специальное зажимное приспособление, литейные формы устанавливаются в металлические формодержатели и с помощью кронштейнов фиксируются на зазоре. По контуру рельса формы затем уплотняются раствором из огнеупорного песка, а по бокам формодержателей навешиваются чашки для сбора шлака. В завершении этой операции на головку рельсов по бокам форм одеваются защитные крышки. | |
4. Установка тигля. На специальный кронштейн навешивается тигель, в который устанавливается тигельная пробка и засыпается термитная порция. Тигель может быть как многоразовый (показан на фотографии), так и одноразовый. Сверху на крышку тигля возможна установка дымового фильтра (не показан) в стальном коническом корпусе, значительно снижающего задымление рабочей зоны и препятствующего разлетанию искр по сторонам. | |
5. Короткий предварительный подогрев. Перед началом термитной реакции осуществляется короткий предварительный подогрев концов рельсов. Эта операция проводится пропан-кислородной смесью с помощью специальной горелки. При этом время подогрева зависит от профиля рельса :— для рельса Р50 оно составляет 1,5-2 минуты; — для рельса Р65 соответственно 2-2,5 минуты. | |
6. Термитная реакция и заливка форм. Немедленно после окончания подогрева горелка вынимается из формы и термитная смесь поджигается при помощи специального запала. После завершения термитной реакции (через 20-25 секунд) на дне тигля автоматически открывается тигельная пробка и происходит выпуск жидкой термитной стали в литейную форму. В процессе заливки расплавленной термитной стали в зазор концы рельсов проплавляются и свариваются. | |
7. Снятие грата. После окончания заливки сталь в форме выдерживается в течение 3,5…4 минуты для полного завершения процессов кристаллизации. По окончании указанного времени снимаются формодержатели, зажимное приспособление, удаляется верх форм, а грат срезается по поверхности качения головки рельса и боковой грани при помощи гратоснимателя с комплектом специальных ножей. | |
8. Шлифовка стыка. Шлифовка стыка по поверхности катания и боковым граням головки рельса выполняется шлифовальной машиной в два приема : — черновая шлифовка, проводимая сразу же после снятия грата *; — чистовая шлифовка, проводимая после остывания стыка и затяжки рельсовых скреплений. * После черновой шлифовки стыка допускается движение (пропуск) поездов со скоростью не более 25 км/ч . | |
9. Ультразвуковая дефектоскопия После чистовой шлифовки и полного остывания стыка проводится контроль качества сварного шва переносным ультразвуковым дефектоскопом в соответствии с действующими правилами ПР 07.41-2006. |
Особенности алюминотермитной сварки в тоннелях метрополитена.
Применяемая нами технология SkV позволяет производить термитную сварку рельсов в тоннелях метрополитена и полностью отвечает требованиям Технических указаний «Алюминотермитная сварка рельсов метрополитена», «Инструкции по обеспечению безопасности при производстве рельсосварочных работ алюминотермитным способом в тоннелях метрополитена» №18-03.00-04 и ППБО 147 «Правила пожарной безопасности на метрополитенах». Для выполнения требований, изложенных в этих документах, технологией предусмотрено применение специального дымового фильтра в стальном коническом корпусе, который может использоваться как с одноразовым тиглем (см. фото), так и с многоразовым тиглем. Фильтр значительно снижает задымление рабочей зоны и не допускает разлетание искр при термитной реакции. В остальном технологический процесс алюминотермитной сварки рельсов в тоннелях метрополитена идентичен вышеизложенному процессу для железных дорог. |
Алюминотермитная сварка рельсов (Технология производства, контроль качества алюминотермитной сварки. Гарантийные условия и требования безопасности) (Раздел дипломной работы), страница 3
Через несколько секунд по мере прохождения реакции восстановления и легирования железоуглеродистого сплава запорное устройство тигля автоматически открывается, и жидкий металл заливается в форму по сечению рельса. Пока порция термитной смеси находится в процессе горения, тигель должен находиться в стабильном положении над формой. После того как жидкий металл вылился, снимается тигель, шлаковые поддоны и рельсовые крышки. Для протекания процесса кристаллизации металла сварного шва необходима выдержка во времени до снятия форм в течение 3-4 минут.
В течение следующих 3-4 минут нужно подготовиться к следующим операциям. Подготовить гидравлический резак и установить его направляющую с допуском 2 мм.
После истечения 3-4 минут с момента окончания выпуска стали из тигля, нужно осторожно снять башмаки. Следует оберегаться наклона, так как это вызовет повреждение формы и приведёт к утечке полужидкой стали. Сама форма отпиливается пилой по линии шлака, чтобы получить ровный срез. После пропила верхняя часть формы удаляется.
Через 5 минут после окончания выпуска стали, литник на головке рельса срезается гидравлическим резаком.
Теперь нужно очистить ходовую поверхность молотком и проволочной щёткой для подготовки к предварительной шлифовке. Вся шлифовка выполняется шлифовальной машиной. Ходовая поверхность и грани рельса шлифуются первыми, чтобы можно было скорей открыть путь для движения.
Клинья оставляют под рельсом до окончания предварительной шлифовки и снимают только после достаточного охлаждения места сварки.
1.1.9. Заключительная шлифовка и
окончательные операции
Освобожденный от полуформ сварной стык должен быть обработан по поверхности катания и боковым граням головки рельса путем срезки грата и литников в горячем состоянии механизированным способом.
После этого сварные стыки рельсовых элементов стрелочных переводов путей 1, 2 и 3 классов подвергаются нагреву подошвы рельса в течение 11 мин. газопламенными горелками для нормализации металла (светло-красный цвет). Затем производится механическая обработка сварного стыка по поверхности катания и боковым граням головки рельса абразивным инструментом в два этапа. После первого этапа грубой шлифовки допускается пропуск поездов по стыку со скоростями до 25 км/ч.
Приблизительно через один час после ошлифовки термическая сварка достаточно охладилась и можно начинать заключительную шлифовку.
Окончательная шлифовка производится после остывания стыка абразивным инструментом чашечной формы. Качество обработки поверхности катания контролируется с помощью линейки и щупа. Остальная приливная часть профиля сварного рельсового стыка должна быть зачищена стальной щеткой от остатков песчаной формовочной смеси.
Сначала восстанавливается первоначальное состояние пути, для этого вставляются рельсовые прокладки, а затем окончательно закрепляются рельсовые скрепления.
Весь шлак, а так же другие ненужные материалы должны быть убраны в мусорный контейнер.
Заключительная шлифовка требует большого внимания и должна контролироваться постоянно путём измерения. Высота шлифовальной головки регулируется при помощи ручного колеса. В России линейка для измерения имеет длину 1 метр и размещается в ходовой поверхности после уборки шлифовочного мусора.
Согласно техническим условиям в России обработанная поверхность катания и боковые грани головки рельса в месте сварки должны быть прямолинейными. Местные неровности на длине 1 м в месте сварки после абразивной обработки допускаются величиной не более:
— 0,2 мм для участков пути со скоростями движения поездов свыше 120 км/ч по направлению вверх и в горизонтальной плоскости
— 0,3 мм для других категорий путей по направлению вверх и горизонтальной плоскости
При этом центр линейки прикладывается к центру сварного шва. Прогибы вниз (седловины) в сварных стыках не допускаются
При шлифовке боковой грани головки рельса так же требуется большая осторожность, поскольку шлифовальные допуски имеют ещё меньшую величину. Для проверки измерительная линейка ставится на боковую грань рельса. Расширение колеи допустимо максимум до 0,3 мм, сужение не допускается вовсе.
После механической обработки поверхности катания и боковых граней головки, для гарантии, что термическая сварка не имеет скрытых дефектов, сварные стыки контролируются ультразвуковым методом по инструкции, утвержденной Департаментом пути и сооружений МПС РФ.
До введения ультразвукового контроля сварных стыков на стрелочных переводах главных путей требуется установка на сварных стыках специальных накладок для предохранения от возможного разрушения в местах сварки.
Работы по алюминотермитной сварке рельсов должны производиться объединенной бригадой, в состав которой входит бригада монтеров пути в количестве 3-5 человек в зависимости от объемов работ, руководимая дорожным мастером, и группа специалистов-сварщиков, имеющих сертификаты от фирм «Электро-Термит» или «Снага», в составе 2-3 человек. Руководителем объединенной бригады является дорожный мастер. Ответственным за качество сварки и технику безопасности сварочных работ является руководитель группы сварщиков.
Твердость металла головки объемно и поверхностно закаленных и термически не упрочненных рельсов в зонах сварных стыков должна соответствовать твердости металла прокатных рельсов. Допускается снижение твердости в сварном стыке относительно нижней границы на 10%, а в переходных зонах до 15%.
Прочность и пластичность (величина прогиба) сварных рельсовых стыков при испытании натурных образцов рельсов Р65 на статический изгиб при пролете между опорами 1м должны иметь следующие величины:
— при нагружении на головку с растяжением в зоне подошвы рельса не менее 1500 кН и не менее 20 мм;
— при нагружении на подошву с растяжением в зоне головки
не менее 1250 кН и не менее 15 мм.
Испытания контрольных образцов рельсов, в том числе с контролем твердости в зоне сварного стыка, производятся перед началом алюминотермитной сварки рельсов в пути.
Алюминотермитная сварка рельсов (Технология производства, контроль качества алюминотермитной сварки. Гарантийные условия и требования безопасности) (Раздел дипломной работы), страница 2
Затем используют измеритель расстояний для измерения зазора. После этого устанавливается направляющая резака и проверяется её точное расположение. Нельзя производить резку пламенем без использования направляющей. Устанавливается достаточное давление кислорода 5 Бар.
Резка рельса производится в три этапа. Начинается резка с подошвы рельса и направляется вверх до конца головки рельса. Давление пропана 1,5 Бара. Перед резкой подошвы рельса на противоположной стороне обязательно необходимо удалить прилипший шлак, что позволит направлять горелку более удобно и сохранить поверхность резки гладкой. Последней режется головка рельса. Обрезанный кусок рельса удаляется молотком, после этого весь прилипший шлак необходимо удалить и тщательно очистить концы среза. Эта операция очень важна, поскольку шлак будет препятствовать качественной сварке концов рельсов. Аналогичный сварной зазор можно получить с помощью абразивных кругов и отрезной машины. Для окончательной ширины зазора используется измерительный клин.
При подготовке рельсов к сварке стыковой зазор между торцами устанавливается размером 25±1 мм по технологии фирмы «Электро-Термит» и 24±1 мм по технологии фирмы «Снага» путем отрезки излишней части рельса механическим способом. При этом расстояние от торца до края ближайшего болтового отверстия должно быть не менее 60 мм для всех категорий путей. Не допускается продольная сдвижка рельсов, нарушающая размеры конструкции стрелочного перевода.
1.1.5. Выравнивание рельсов
Точная прямолинейность рельсов при термитной сварке имеет огромное значение для движения составов по пути.
Для начала необходимо удалить прокладки из-под рельсовых скреплений, и поставить вместо них клинья с обеих сторон стыка. Приблизительно на глаз отрегулировать высоту рельсов. Для более точного выравнивания клинья между рельсами и скреплениями подбивают умеренными ударами молотка.
Для проверки точного положения рельса используют метровую линейку. Для компенсации просадки сварного шва при охлаждении делается предварительное возвышение концов рельсов с помощью клиньев. Зазор на длине пол метра по обеим сторонам стыка устанавливается равным 1,0-1,5 мм с каждого конца метровой линейки.
1.1.6. Установка и герметизация форм
Проверяется ширина зазора. Если зазор увеличился из-за снижения температуры рельса, следует равномерно нагреть рельс с помощью нагревательного устройства. Вследствие этого плеть удлиняется и правильность ширины зазора восстанавливается. Когда свариваемые рельсы находятся в условиях снижения температуры сварки нужно следить, чтобы рельсы, сжимаясь, не увеличивали зазор. После нагрева зазор снова восстановлен.
С помощью измерителя универсальное зажимное устройство устанавливается на нужном расстоянии. Необходимо проверить положение горелки по высоте для предварительного нагревания и установить по центру над осью рельса, а так же по центру над зазором.
После закрепления башмаков для форм необходимо защитить балласт с помощью лотка, который устанавливается под рельс. На сварочный зазор кладётся картонка, которая предохраняет от попадания песка в сварочный зазор при установке и герметизации форм. Зазоры между формой и рельсом герметизируются с помощью шпателя, который гарантирует чистую грань между песком и швом. Для уплотнения герметизирующего шва следует прижимать песок к форме для отливки. Затем устанавливаются шлаковые поддоны, а часть песка используют для защиты верхней части башмаков и формы от потока шлака. Следует проверить хорошо ли подогнан сердечник и закрыть головку рельса защитными металлическими крышками.
1.1.7. Подготовка тигля к работе
Используется пробойник, чтобы удалить остатки тигельной пробки и небольших частиц от предыдущей сварки. Используя горелку, нужно просушить тигель так, чтобы любая влага, которая могла там находиться, полностью, испарилась, так как она может вызвать очаговые поры при сварке.
После того как тигель просушен, необходимо вставить тигельную пробку и равномерно распределить песок вокруг защитной трубки. Перед засыпкой термита необходимо проверить маркировку на мешке и маркировку рельса. Поставляемые для сварки рельсов порции термита должны иметь маркировочные знаки, сертификат и защищающую от увлажнения упаковку, следует убедиться, что термитная смесь сухая и мешок не повреждён. Если что-то не так, то использование этой порции термита запрещается.
Далее необходимо поставить заправленный тигель на стержень зажимного устройства, повернуть и расположить его над центром формы. Следует проверить расстояние между дном тигеля и верхом формы, оно должно быть около 2 см.
1.1.8. Предварительный нагрев и сварка рельсов
Процесс предварительного нагрева и сварки требует точного соблюдения времени и непрерывности процесса. Для нагрева очень важно следующее:
— установить давление кислорода 5 Бар
— установить давление пропана 1,5 Бар
После постановки на стык и закрепления сухих песчаных полуформ с промазкой зазоров уплотняющим песком, производится предварительный нагрев концов рельсов и просушка сердечника в полости формы специальной газопламенной горелкой, установленной на универсальном зажимном устройстве. Подача пламени сверху продолжается в течение 2 минут по технологии фирмы «Электро-Термит» и в течение 9 минут по технологии фирмы «Снага». Высота сопла горелки от головки рельса 30-35 мм. При этом пламя должно выходить только через выходное отверстие и больше не откуда.
После завершения предварительного подогрева стыка горелка снимается. Далее необходимо вставить сердечник и повернуть тигель в рабочее положение над полостью формы. Фирма «Электро-Термит» использует порцию термита весом 11 кг и 9 кг фирма «Снага». Для того чтобы поджечь смесь вводится высокотемпературный запал.
Алюминотермитная сварка рельсов методом «Railtech international» (Раздел дипломной работы)
6. АЛЮМИНОТЕРМИТНАЯ СВАРКА РЕЛЬСОВ МЕТОДОМ
«RAILTECH INTERNATIONAL»
Французское промышленное объединение RAILTECH INTERNATIONAL («РЕЛЬТЕХ ИНТЕРНАЦИОНАЛ») — дочернее предприятие металлургической промышленной группы «ДЭЛАШО». «РЕЛЬТЕХ» сформировали в конце 80-х годов XX в. Его деятельность сосредоточена на решении проблем общественного рельсового транспорта, а также электротранспорта вообще. Наиболее важная область деятельности — алюминотермитная сварка рельсов. В ней оно передовой мировой поставщик, ежегодно обеспечивающий материалами изготовление около миллиона алюминотермитных сварных стыков. Около 40 % из них приходится на железные дороги Северной Америки, 40 % — Европы и 20 % — франкоговорящие страны Африки и юго-восточной Азии.
Во время Первой мировой войны технологии фирмы «ДЭЛАШО» использовали при производстве специальных износостойких сплавов сталей для обороны Франции. По окончании войны французские технологии, в частности сварка рельсовых профилей, стали развиваться собственным путем.
В мире установилось стабильное равновесие между внедрением и применением алюминотермитной и электроконтактной сварки. «РЕЛЬТЕХ ИНТЕРНАЦИОНАЛ» занимается обеими технологиями, не считая их конкурирующими. Полторы сотни рельсосварочных машин, выпущенных объединением, могут сваривать 10—25 млн. рельсовых стыков и крестовин.
«РЕЛЬТЕХ» самостоятельно производит и перевозит все материалы для алюминотермитной сварки: термитный порошок, предварительно изготовленные формы и пасту для уплотнения, тигли однократного и многократного применения, все прочие комплектующие для сварного шва, материалы и оснастку для обработки рельсов в пути.
Сварные стыковые соединения традиционно и успешно эксплуатируются на железных дорогах Канады и США, самых современных линиях высокоскоростного поезда ТЖВ во Франции, в тоннелях под проливом Ла-Манш, на Тайване, в Южной Корее и др.
В 1994 г. «РЕЛЬТЕХ ИНТЕРНАЦИОНАЛ» в Праге создало дочернее предприятие RAILTECH SLAVJANA («РЕЛЬТЕХ СЛАВЯН»), которое курирует ряд направлений промышленной деятельности объединения на территории Средней и Восточной Европы. Сложились хорошие отношения и с Россией.
Объединение с 1997 г. — член ОСЖД. «РЕЛЬТЕХ СЛАВЯНА» входит в Международную ассоциацию предприятий городского электротранспорта СНГ (МАП ГЭТ).
Технологии алюминотермитной сварки включают несколько основных процессов (QP, АР 25 и PLA). Способы QP (от английского «quick preheating» — «быстрый подогрев») и QP-CJ (аналогичный процесс с использованием тигля однократного применения) используют при номинальном зазоре между торцами рельсов 25 мм. Использование технологии QP-CJ опытным сварщиком сокращает время непосредственно сварки одного стыка почти на 25 % или 10—12 мин, а вес оборудования на 35 % (на 30 кг) меньше.
Вариант указанных технологических процессов для зазора 68 мм называется WGW (от английского «wide gap weld» — «сварка широкого зазора») и WGW-CJ. Они широко внедрены на Североамериканском континенте и в Австралии, отличаются большим тепловложением. На подогрев рельса Р65 уходит 6 мин при давлении кислорода около 2 бар и пропана около 0,5 бар. Вес порции около 15 кг. Форма на рельсе уплотняется при помощи предварительно изготовленной пасты, поставляемой в ведерках весом 10 кг, защищенной от промерзания и высыхания. Одно ведерко расходуется на четыре сварных стыка.
Упаковка для одного сварного стыка (коробка) содержит порцию термита, форму для литья, состоящую из трех частей, мостик формы и, в случае применения многократного тигля, также пробку для автоматического пуска.
Одноразовый тигель поставляется в особой упаковке. Он оснащен пробкой автоматического пуска.
У тигля многократного использования огнеупорной оболочки «футеровки» при нормальном обслуживании хватает на 20—30 реакций при сварке рельсов типа Р65. Опытные сварщики выполняют даже до 60 сварок с одной оболочкой.
Процессы QP/WGW и QP-CJ/WGW-CJ усовершенствованы в основном для трансконтинентальных линий Канады и США. Они предназначены для протяженных линий с большими расстояниями между населенными пунктами, где климатические условия и источники рабочей силы подчиняются многочисленным случайным факторам. Например, в Канаде до сегодняшнего дня сохранился метод подогрева при помощи не кислородо-пропановой смеси, а смеси бензина и воздуха.
Особенности технологий АР 25 и PLA такие:
— высокая чистота применяемых газов, необходимость постоянного и одинакового их качества, так как давление газовой смеси должно поддерживаться на постоянном нормативном уровне в течение всех сварочных работ;
— время подогрева определяет опытный сварщик-алюминотермист в зависимости от профиля соединяемых концов рельсов и состояния окружающей среды.
Методами АР 25 и PLA пользуются на тех железных дорогах Центральной Европы, где традиция алюминотермитной сварки никогда не прерывались и где в год надо сваривать примерно 2 стыка на 1 км пути (например, 22000 в Чешской республике и Венгрии, 12000 — в Словакии).
Технологические процессы QP-CJ и WGW-CJ благодаря их относительной простоте и высокой надежности внедряются на железных дорогах Российской Федерации.
Особое внимание уделяется тщательному выполнению всех операций квалифицированными сварщиками, их обучению применительно к реальным условиям работы. Дли российских специалистов составлены справочные пособия, фактически являющиеся технологическими картами для выполнения сварки в пути. Дипломы фирмы «РЕЛЬТЕХ ИНТЕРНАЦИОНАЛ» уже получили сварщики на Московской и Октябрьской дорогах.
Методы алюминотермитной сварки с нормальным и широким сварным швом успешно испытаны на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа. По стыкам с шириной шва 25 мм, спаренных термитом марки 1200, пропущено более 320 млн. т груза при осевых нагрузках 270—300 кН и скоростях движения 75 км/ч. По стыкам с широким «ремонтным» зазором 68 мм прошло более 100 млн. т.
На Московской дороге в 2002 г. методом QP-CJ сварили стыки на пяти стрелочных переводах. Выхода их из строя по причине дефектов и стыках не зафиксировано.
Рис. 4. Сварка стрелочного перевода.
В НИИМостов, г. Санкт-Петербург, разработана Инструкция по дефектоскопированию алюминотермитных сварных стыков, выполненных по технологии фирмы «РЕЛЬТЕХ ИНТЕРНАЦИОНАЛ». По новой Инструкции можно контролировать всю поверхность сварного шва шириной 25 и 68 мм. По технологии «РЕЛЬТЕХ» можно сваривать поверхностно или объемнозакаленные рельсы с повышенной твердостью, а также переходные рельсы разных типов.
Сварка с использование металла повышенной твердости применяется на основании требований, базирующихся на многолетнем опыте эксплуатации железных дорог, пользующихся легированными или закаленными рельсами. Твердость металла сварного шва решающим образом ограничивает длину колебания твердости в зоне термического влияния (до 68 мм). Во время эксплуатации в пути сварной шов повышенной твердости исключает появление дефектов в виде выработки и наплывов металла.