Алюминотермитная сварка рельсов. Технология выполнения работ.

Процесс сварки рельсов можно осуществлять несколькими способами: электродуговой , газопрессовной, алюминотермитной сваркой. Последняя технология является наиболее популярной и считается очень эффективной, хотя метод контактного соединения также часто применяется. Алюминотермитная сварка рельсов предполагает использование специального прибора — воспламенителя. За счет однопорционного заряда увеличивается температурный режим (до 1000°С), который подходит для расплавления всех видов рельсов.

Сварка рельсовых стыков – процесс непростой, требующий максимальной концентрации и внимательности. Поскольку в материале полотна находится очень много углерода, то он считается трудносвариваемым металлом. Допуская недочеты в создании сварного шва рельсов, можно получить трещины на соединении. О том, в чем суть такого вида сварки рассмотрим в этой статье.

Содержание статьи

Что представляет собой алюмотермитная сварка?

Метод состоит в следующем: специальный порошок помещается в специальную металлическую конструкцию, которая находится над стыком двух участков полотна, подвергающегося сварке, а затем этот порошок плавится. Предназначение порошка заключается в том, что он надежно и прочно соединяет основной материал и таким образом, микроструктура шва становится очень вязкой. Подобные стыки делаются очень быстро и со временем они не проседают, что свидетельствует об их высоком качестве.

Порошок, выступающий в роли связующего звена в термитной сварке рельс, состоит из 23% алюминиевой крошки и 77% оксида железа. Структура порошка мелкодисперсная, размер гранул – 0,5 мм. Технология базируется на способности металла восстанавливаться в окислах алюминия. Однако, как уже отмечалось, это может произойти только при высоком тепмературной режиме, поэтому и применяется запал, посредством которого смесь поджигается. Именно этот процесс позволяет превратить оксид железа в чистый металл.

На участке используется заливочная форма, благодаря которой сплав направляется в место стыка.

Обратите внимание! Очень важно, чтобы образовалась герметичная конструкция, именно поэтому созданы специальные различные формы под разные конфигурации рельс.

Если после выполнения работы, вы найдете какие-то зазоры и щели, то от них нужно избавиться, для этого используется термостойкая обмазка. Благодаря своей жидкой консистенции она затекает в участок стыкового соединения и заполняет свободное пространство. В итоге на поверхности образуется шлак.

Процесс создания сварного шва рельсов должен производиться с обязательным уплотнением стыка, когда он находится еще горячим. Для этого необходимо обзавестись прессами. По завершению работы шлак надо отбить молотком, а сам шов надо отшлифовать специальной машинкой и болгаркой.

Достоинства и недостатки

Алюминотермитная сварка рельс очень часто применяется на практике, ее широкая популярность обусловлена рядом плюсов, которые выделяются при использовании данного метода:

• Процесс осуществляется очень быстро (не более 30 минут). Несколько опытных сварщиков могут за 1 час создать 10-12 швов.
• Сварочные работы могут не нуждаются в привязке к стационарным источникам электроэнергии.
• Все необходимые детали и инструменты можно приобрести в любом строительном магазине.
• Чтобы качественно сварить рельсу в принципе не нужно специального образования, достаточно несколько раз потренироваться, чтобы соединение получилось прочным и надежным.
• При точном соблюдении правил выполнения технологии по созданию шва, в конечном итоге вы получите соединение, которое будет выдерживать сильные нагрузки.
• При условии, что применяется хорошая техника, процесс считается абсолютно безопасным для людей, выполняющих работу.
• Термитная сварка рельс не требует строгой привязки к населенному пункту, можно осуществлять и на поле.

Несмотря на большое количество преимуществ, как и любые другие технологии, сварочные работы, основанные на применении алюминотермия, имеют свои недостатки, о которых нельзя не упомянуть:

• Поскольку используемый порошок является легковоспламеняемым, в обращении с ним следует быть предельно осторожным.
• Чтобы в конечном итоге получить качественный шов, надо особое внимание уделить подготовке и выполнить ее детально.
• Проследите за тем, чтобы техника была исправной.
• Нужно быть очень внимательным, поскольку если в горящую емкость попадет вода, то металл разбрызгается.

Оборудование

Алюминотермитная сварка должна производиться только при наличии всех необходимых элементов: бочка, порошок, заглушка, форма, которая выполнена в соответствии с конфигурацией рельс, обмазочное вещество, необходимое для герметизации стыка, шлифовальная машинка, зубило, молоток, лопатка из металла (нужна для забора горящего шлака), горелка (посредством ее изначально надо разогреть металл).

Последовательность работ:

Подготовительный этап

Существенную роль в том, как сварить шов рельс, играет подготовка, которая предполагает следующие действия: возле стыка надо ослабить крепления рельс, а те которые расположены на участке соединения и вовсе надо снять. Далее при помощи горелки рельсы нагреваются, а также очищаются от ржавчины. На следующем этапе, при помощи клиньев, их надо выпрямить как горизонтально, так и вертикально. Ставить рельсы нужно соблюдая зазор в 2,5 мм, далее к ним подводится резак.

Выравнивание

Изначально надо избавиться от прокладок всех креплений, на их места устанавливаются клинья, используя молоток их нужно подогнать до требуемого состояния. Затем надо проверить насколько точно уложены рельсы, для этого используйте метровую линейку.

Установка

На этом этапе важно подобрать нужную герметичную форму, далее горелку надо поставить по середине на том участке, где предположительно появится шов. Также нужно выполнить и герметизацию зазоров, для этого форму надо максимально плотно прижать к шву, также здесь используется шпатель, который обеспечивает чистую грань между швом и песком.

Нагрев и сварка

Предварительный прогрев рельс производится горелкой при следующих параметрах: давление пропана – 1,5 бар, давление кислорода – 5 бар. Пламя подается на протяжение 1,5 – 2 минут. Когда прогрев завершен, горелка убирается, вставляется сердечник и поворачивается тигель. Затем на месте предполагаемого стыка устанавливается специальная бочка, наполненная зарядом. Для того, чтобы поджечь заряд применяет запал с высокой температурой, затем жидкий металл помещается в форму и выдерживается 4-5 минут.

Шлифовка и контроль качества

По окончанию процедуры, стык обрабатывается по краям до гладкого состояния: пока он горячий срезаются наплывы.

Далее, используя абразивные инструменты надо отшлифовать шов. Чтобы проверить качество нужны линейка и щуп. Важно, чтобы все было максимально прямолинейным. Качество шва проверяется по статичности изгиба, все осуществляется при помощи измерительных инструментов.

Выводы

Процесс алюминотермитной сварки достаточно безопасный. Лучше, чтобы работу выполнял сварщик с опытом. Выполняя такую технологию, как алюмотермитная сварка, соблюдайте правила эксплуатации железных дорог. Специалисты должны быть обязательно в спецодежде, защитных очках и перчатках.

[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]

Алюминотермитная сварка рельсов — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Процесс алюминотермитной сварки рельсов

Алюминотермитная сварка рельсов (полное название: Сварка рельсов алюминотермитная методом промежуточного литья) — процесс, основанный на алюминотермии, при котором используются химические реакции восстановления железа из оксидов, эти реакции сопровождаются выделением тепла и получением расплавленного металла требуемого химического состава.

Алюминотермическая реакция:

2Al + Cr₂О₃ = Al₂О₃ + 2Cr

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃

Для сварки применяется термит, расфасованный определенными порциями. Работу выполняет бригада из двух-трех человек. Общий вес используемого оборудования не превышает 350—400 кг.

При выполнении сварки и сопутствующих технологических операций используются автономные источники энергии.

На протяжении всего периода существования железных дорог велись поиски конструкций рельсовых стыков, которые обеспечили бы такую же надежность пути в местах соединения рельсов, как и вне стыков. Стыки остаются основными возбудителями динамических, а нередко и ударных воздействий подвижного состава на путь. Регулярные динамические нагрузки на рельсовый стык приводят к интенсивному износу как ходовых частей подвижного состава, так и к дефектам рельсов, а в долгосрочном периоде к просадкам в балласте и болезням земляного полотна. Затраты труда на содержание стыков достигают 20 % всех затрат на текущее содержание пути.

Чтобы сократить число рельсовых стыков в пути, десятилетиями стремились увеличить стандартную длину рельсов. Коренное решение проблемы рельсового стыка воплотилось в так называемом бесстыковом пути, благодаря которому число стыков сокращается в десятки, а при непрерывной сварке рельсов на перегонах, станциях и в пределах стрелочных переводов, в тысячи раз.

Сама мысль о алюминотермитной реакции происходит из второй половины XVIII века. Французский ученый Антуан Лоран Лавуазье описал принцип экзотермической реакции, практическое внедрение которой в своей эпохе он не мог предполагать.

Русский физико-химик Николай Николаевич Бекетов в 60-х годах 19 века показал, что при высоких температурах алюминий восстанавливает металлы из их оксидов. Позднее эти опыты послужили отправной точкой для возникновения алюминотермии.

В 1895 году немецкий химик, профессор Ганс Гольдшмидт (Elektro-Thermit GmbH & Co. KG; Германия) после десяти лет испытаний практического использования реакций Лавуазье и Бекетова получает первый патент на сварку стальных профилей, в том числе профилей железнодорожного рельса.

В сравнении с другими видами сварки рельсов[править | править код]

На сегодняшний день существует два основных способа стыковой сварки рельсов:

Алюминотермитная сварка рельсов имеет ряд преимуществ перед контактной сваркой: она не требует сложного дорогостоящего оборудования, большого количества рабочих, продолжительных перерывов в движении поездов. Кроме того она может применяться при сварке на стрелочных переводах. Процесс сварки одного рельсового стыка занимает около 50 минут, а благодаря возможности работы нескольких бригад одновременно, можно добиться большей производительности в «окно». Например, за двухчасовое «окно» силами трех бригад можно изготовить до 12 стыков.

Технология алюминотермитной сварки рельсов

К надежности и прочности соединения рельсов предъявляются высокие требования, соблюдение которых не могут обеспечить классические способы. Поэтому при прокладке или ремонте железнодорожных путей применяют специальные технологии. Самой удобной и эффективной из них признана алюминотермитная сварка.

Что такое алюминотермитная сварка

Сущность алюминотермической технологии основана на восстановлении железа из оксидов при взаимодействии с окислами алюминия. Протекание реакции сопровождается выделением тепла, достаточного для плавления металла.  Для алюминотермитной технологии используют смесь (термит), состоящую из 23% измельченного алюминия и 77% железной окалины. Чтобы характеристики шва были близкими к параметрам материала рельсов, в порошок добавляют легирующие элементы и частички стали.

Смесь засыпают в тигель, установленный над стыком. Для начала реакции восстановления порошок нагревают до 1000⁰С воспламенителем с однопорционным зарядом. После поджигания в результате химического взаимодействия ингредиентов температура смеси поднимается до 2400⁰C, восстановленное железо плавится, стекая вниз, заполняет зазор стыка. Для повышения надежности соединения алюминотермитная сварка завершается уплотнением шва специальным прессом.

Достоинства и недостатки

Популярность технологии объясняется тем, что алюмотермитная сварка обладает следующими преимуществами по сравнению с другими способами:

1. Высокая скорость проведения работы. Полный цикл создания соединения занимает не больше получаса. Бригада, используя метод разделения труда, может за час наложить 10 -12 швов. Это возможно если один выполняет подготовку и переходит к следующему стыку, другой проводит сварку, третий обрабатывает соединение
2. Нет привязки к стационарным источникам электропитания, что позволяет использовать алюминотермитную технологию в полевых условиях.
3. Не требуются дорогие материалы и сложное оборудование, поэтому сокращаются затраты на обслуживание железнодорожных путей. Все необходимое есть в магазинах стройматериалов.
4. Снижается износ колес вагонов, локомотивов.
5. Улучшается плавность хода составов.
6. Чтобы освоить алюминотермитную технологию, достаточно провести 2 — 3 сварки.

К недостаткам алюминотермической технологии относятся:

• легкая воспламеняемость термита требует осторожного обращения при хранении, транспортировке, применении;
• трудоемкость подготовительных мероприятий;
• невозможность применения технологии при температуре ниже +5⁰C;
• при попадании воды в зажженную смесь происходит активное разбрызгивание металла, поэтому в дождливую погоду нужно устанавливать навес.

Применяемое оборудование и материалы

Для проведения алюминотермитной сварки рельсов нужно приготовить:

• бочку с термитом, закрытую заглушкой;
• форму в соответствии с профилем рельсов;
• если вместо бочки применяется развесочная смесь, потребуется тигель из тугоплавкого материала;
• пресс для сжатия шва;
• шлифовальную машинку;
• молоток, зубило;
• металлическую лопатку для снятия горящего шлака;
• газовую горелку для предварительного нагрева.

Из расходных материалов потребуется:

• мелкодисперсный термит с гранулами не более 0,5 мм;
• термостойкая паста для заделывания трещин и щелей;
• пропан и кислород для горелки в баллонах.

Процесс алюминотермитной сварки рельсов

Перед началом работы нужно убедиться, что термита достаточного для полного заполнения стыка, иначе придется все переделывать. Технология алюмотермитной сварки жд стыков выполняется поэтапно в строгой последовательности.

Подготовительные работы

На участках рельсов, расположенных рядом со стыком, снимают крепления к шпалам, а дальние ослабляют. Это необходимо для того, чтобы они не мешали при установке и для снятия напряжения металла. Участки возле стыка нагревают горелкой, очищают от ржавчины. Затем рельсы выставляют так, чтобы между торцами было расстояние 25 мм.

Расстояние между торцами рельсов выдерживают 25мм

Выравнивание рельсов

Далее на всех креплениях убирают прокладки, заменяя их клиньями с обеих сторон. Чтобы соединение выдерживало нагрузку от проходящих жд составов без деформаций, рельсы должны быть прямолинейными по горизонтали и вертикали. Предварительную установку делают на глазок. Затем, подбивая клинья молотком, добиваются необходимого положения. Для контроля к поверхностям рельсов прикладывают метровую металлическую линейку.

Установка форм

Ориентируясь по измерителю, устанавливают зажимное устройство на нужном расстоянии от стыка. Накладывают форму, оставшиеся щели замазывают термостойкой пастой. Сверху устанавливают подставку с воронкой, над которой размещают бочку с термитом. При использовании развесной смеси потребуется тигель. Горелку крепят по центру соединения чуть выше оси рельсов.

Форма для алюминотермитной сварки рельсов

Нагрев и сварка

Для предварительного подогрева места соединения на горелку подают пропан под давлением 1,5 Бар и кислород 0,5 Бар. Через 1,5 — 2 минуты горелку гасят, убирают. Если к качеству шва не предъявляются повышенные требования, эту процедуру можно пропустить. После поджигания термитной смеси специальным запалом, расплавленный металл начинает стекать внутрь формы. В это время (20 — 30 сек) нельзя изменять положение тигля. После опорожнения его снимают, а также крышки и поддоны для шлака. Форму разбирают через 4 минуты, когда завершится кристаллизация металла.

Шлифовка и контроль качества

После окончания алюминотермитной сварки стык обрабатывают с боков и сверху, чтобы рельсовое полотно было гладким. Место соединения в течение 10 минут прогревают горелкой, после чего зубилом или болгаркой удаляют наплывы. Окончательную шлифовку проводят абразивными инструментами после остывания, контролируя процесс щупом и линейкой. Качество выполненного соединения проверяют методом статичного изгиба по подошве или головке рельса. Ход испытаний контролируют по измерительным приборам.

Несмотря на высокие температуры, возникающие при выполнении алюминотермитного соединения рельсов, технология не считается опасной. Непосредственно сваркой должен заниматься опытный рабочий. Все члены бригады должны быть обеспечены спецодеждой из негорючей ткани, защитными очками, сигнальными жилетами.

Технология алюминотермитной сварка рельсов и рельсовых стыков

При сварке рельсов используются различные технологии, но не все из них удобно применять в полевых условиях. Алюминотермитная сварка рельсов является достаточно удобным и эффективным методом для данной цели. В ней используется специальное устройство, которым является воспламенитель. Он производит повышение температуры благодаря однопорционному заряду. Это не требует наличия источника электроэнергии рядом и позволяет достигать значений до 1000 градусов, что подходит для плавления практически всех видов рельсов. Реакция происходит в течение всего 20 секунд. В это время происходит образование жидкого шлака и металла, которые поднимаются наверх.

Алюминотермитная сварка рельсов

Когда происходит выпуск, то жидкий металл вытекает из тигеля и попадает в форму. Когда он достигает пределов сердечника, то начинает равномерно растекаться в свободное пространство зазора. В это же время действует нагреватель рельс, который расплавляет их концы. Таким образом и происходит термитная сварка рельс, когда молекулы одного материала перетекают в другое. Данным способом может проводиться сваривание закаленных сортов металла, которые обладают объемной поверхностью. Также возможен вариант соединения упрочненных и неупрочненных разновидностей.

Термитная сварка рельс

Во время данного процесса используются термиты высокой прочности, которые могут выдерживать нагрузку до 1200 кН/мм. Если работа ведется с неупрочненным металлом, то достаточно прочности в 900 кН/мм. Данное оборудование не рекомендуется использовать при низких температурах, поэтому, технология алюминотермитной сварки рельсов не позволяет проводить данный процесс при менее, чем +5 градусов Цельсия.

Преимущества

• Позволяет проводить работы вдали от стационарных источников электричества;
• Относительно быстро проводит разогрев, а соответственно и сам процесс сваривания проходит быстрее;
• Достаточно безопасен для специалистов, если используется качественная техника.

Недостатки

• Является очень узкоспециализированным методом;
• Требует тщательной подготовки для достижения высококачественного результата;
• Необходимо использование специальной техники, имеющей высокую крепость.

Оборудование

• Зажимное универсальное устройство;
• Измеритель расстояния;
• Седло горелки;
• Газовый и кислородный регулятор с манометром;
• Запорный кран;
• Резак;
• Газовая горелка.

Используемые материалы

Для формирования шва необходимо использовать один сердечник и две формы. Форма определяется согласно маркированному профилю самих рельс. Чтобы закрепить тигель, понадобиться тигельная пробка. Она располагается в трубе, где также содержится песок, служащий для герметизации. Здесь еще потребуется пробойник и аппликатор.

На аппликаторе установлен магнит. Он помогает удерживать пробку, устанавливаемую в горловину тигеля. Когда аппликатор удаляется, термитная смесь засыпается в соответствующую емкость. Воспламенитель поднимает температуру до заданного зарядом предела. Смесь воспламеняется и начинается химическая реакция. Окись железа под воздействием высокой температуры и алюминия превращается в железо в чистом виде. Благодаря наличию дополнительных примесей можно получить сталь высокого качества. Окисленный алюминий способствует поднятию расплавленного шлака вверх. В это время температура реакции повышается до 2400 градусов. После окончания реакция шлак и сталь выпускаются через горловину тигеля.

Подготовка рельсов

Подготовка металла под сварку здесь играет очень важную роль. Для этого сначала ослабляются крепления рельс возле стыка, а те, которые находятся на месте сваривания полностью снимаются. Рельсы нагреваются и счищают с них ржавчину. Поверхность чистится до гладкого состояния. Затем, при помощи клиньев, изделия выпрямляются горизонтально и вертикально. Рельсы ставятся с зазором в 2,5 см и к ним подводится резак. Резка проходит в три основных этапа, на каждом из которых отрезается часть изделия и поверхность зачищается от шлака.

Выравнивание рельсов

Такая сварка рельс требует точной прямолинейности, так как по этому пути будут ходить тяжелые составы. Первым делом удаляются прокладки креплений. Вместо них ставятся клинья по обеим сторонам. Сначала все устанавливается на глаз, а затем подгоняется ударами молотка до нужного состояния. Точность положения рельса проверяется метровой металлической линейкой. Чтобы компенсировать усадку шва делают небольшой зазор равный около 1 мм.

Выравнивание рельсов

Установка и герметизация форм

Алюминотермитная сварка рельсовых стыков должна проводиться при герметичных формах. Ориентируясь на измеритель, зажимное устройство следует поставить на требуемом расстоянии. Горелка ставится по центру будущего шва непосредственно над осью рельса.

Герметизация форм рельсов

Герметизация зазоров происходит при помощи шпателя, который обеспечивает чистую грань между швом и песком. Чтобы это было максимально плотно, нужно форму прижимать к шву. Затем нужно проверить подгонку сердечника и запереть головку рельса крышками.

Предварительный нагрев и сварка

Давление пропана устанавливается на 1,5 Бар, а кислорода на 5 Бар. С такими параметрами проводится предварительный прогрев и последующая просушка сердечника. Подача пламени осуществляется не более 2 минут. После этого горелка снимается, вставляется сердечник и поворачивается тигель. Для поджога заряда используется запал с высокой температурой горения. Через несколько секунд жидкий металл заливается в форму. В это время тигель должен быть в стабильном положении. Когда вся масса выльется, тигель снимается вместе с крышками и шлаковыми поддонами. Для полной кристаллизации нужно выдержать около 4 минут времени.

Заключительная шлифовка и окончательные операции

После сваривания стык должен быть обработан по боковым поверхностям и поверхности катания до гладкого состояния. Это осуществляется путем срезки наплывов в горячем состоянии. Для этого производится нагрев горелкой, который длится около 10 минут, а затем поверхность обрабатывается механическим путем.

Стык при алюминотермитной сварки рельсов

На завершающем этапе проводится шлифовка абразивными инструментами. Для контроля качества обработки используется щуп и линейка. Следует добиться того, чтобы бы все был прямолинейным. Максимальное отклонение от заданных размеров составляет не более 1 мм.

Контроль качества

Здесь требуется проверить правильность проверки каждой технологической операции. Качество соединения определяется проверкой на статичный изгиб. Это может быть растяжение по подошве или головке изделия. Опытные образцы могут доводиться до излома. Контроль во время выполнения процедур проводится измерительными инструментами.

Меры безопасности

Алюминотермитная сварка рельсов это относительно безопасный рабочий процесс. Работу должен выполнять квалифицированный сварщик-термист. Во время проведения работ следует придерживаться правил эксплуатации железных дорог. Работники должны иметь и использовать спецодежду и защитные очки. У них должны быть диэлектрические перчатки, сигнальные жилеты и изолированные инструменты.

описание, оборудование, преимущества и недостатки – Определенных деталей и элементов на Svarka.guru

Сварка рельсовых стыков представляется собой технологический процесс, который может выполняться разными методами. Классические способы соединения металлических деталей считаются не уместным, так как после выполнения работ получается ненадёжный шов для рельсового полотна. В этом случае наиболее эффективной является алюмотермитная сварка.

Что представляет собой алюмотермитный метод?

Алюминотермитная сварка представляет собой технологию соединения рельс.

Он подразумевает под собой использование специальной соединительной смеси. Она засыпается в металлическую конструкцию устанавливаемую над местом соединения. Порошок попадает на рабочую поверхность, плавится, создают надёжное соединение. Есть два варианта проведения работ:

• Стыковой путь.
• Бесстыковой путь.

Во время выполнения работ, используется термитная смесь. Она состоит из 77% оксида железа и 23% алюминиевой крошки. Однако, рабочее вещество не создаст прочный шов без сильного разогрева. Для этого применяется запал, который разогревает смесь. Алюминотермитная сварка рельсов должна проводиться по томному соблюдению технологии.

По завершению создания шва, шлак, выступающие части, наплывы зачищаются с помощью болгарки. Сварщик проверяет целостность соединения. Если есть зазоры, щели, трещины, он замазывает их термостойкой обмазкой.

Для создания надёжного шва, который выдержит большие нагрузки, используются специальные прессы. С их помощью проводиться процесс уплотнения соединительной смеси.

Что входит в состав смеси?

Термитные используются не только для сварки рельс. Им применят при тепловом воздействии на различные поверхности, детонаторном эффекте, изготовлении пиротехнических изделий. В зависимости от того, где используется термит, выбирают состав смеси.

Алюмотермитная сварка жд стыков выполняется с помощью ферроалюминиевого состава. Он включает в себя такие компоненты как оксид железа (металлические опилки), алюминий. Процентное соотношение компонентов – 75%/25%. При это количество активных веществ может изменяться +-3%.

Важно! Сварка рельс выполняется смесью алюминия и железа. Оба компонента входят в состав мелкими опилками. Чтобы ускорить процесс горения соединительного состава, алюминий добавляется в форме пудры.

Как приготовить термитную самостоятельно?

Смесь для алюмотермитной сварки можно изготовить в домашних условиях. Для этого требуется подготовить два компонента:

• Алюминий.
• Железо.

Оба компонента должны представлять собой мелкие опилки. Чем меньше их фракция, тем лучше получится готовая смесь. Этапы приготовления термита:

1. В металлической емкости смешать 4 части железных опилок, 2 части алюминиевой пудры.
2. Тщательно перемешать компоненты между собой. От процесса перемешивания зависит то, насколько качественным будет готовый состав.
3. Дополнительно смесь должна быть насыщена катализатором. Он изготавливается из жженой марганцовки. Требуется добавить пятую часть этого вещества в состав.

Готовую смесь просушить. Поджигается она с помощью магниевой ленты. Перевозить, хранить термит можно используя металлические емкости.

Достоинства и недостатки

У любой технологии соединения металлических деталей есть сильные и слабые стороны. К преимуществам относятся:

• Высокая скорость выполнения работ. При достаточном опыте, качественной соединительной смеси, правильном оборудовании сварщик сделает надёжный шов менее чем за полчаса.
• Оборудование, инструменты можно купить в строительных магазинах.
• Для освоения техники достаточно попробовать метод алюмотермитной сварки 2-3 раза.

Недостатки:

• Требуется аккуратно работать с оборудованием для сварки, термитом. Связанно это с тем, что смесь легко воспламеняется.
• Технология узкоспециализированная. Не подходит для соединения большинства металлических конструкций.
• Необходимо крайне аккуратно хранить, транспортировать, применять термит.

Если же рабочая смесь загорелась, потушить её не получится. Вода только разбрызгает горящую массу вокруг.

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, При сварке термитным способом образуются остаточные растягивающие напряжения, близкие к пределу текучести материала, а сам сварной шов, кроме того, является концентратором напряжений

Оборудование

Для проведения работ требуется подготовить оборудование. К нему относится:

1. Газовая горелка для нагрева деталей.
2. Бочка.
3. Заглушка.
4. Болгарка или шлифовальная машинка.
5. Молоток.
6. Металлическая лопатка.

Дополнительно понадобится запорный кран, зажимное универсальное устройство.

Используемые материалы

Помимо оборудования необходимо подготовить расходные материалы. Это термитная смесь, обмазочный состав для заделывания трещин, щелей. Помимо них нужны две формы, аппликатор, сердечник, пробойник.

Последовательность работ

Перед тем как приступать к проведению соединительных работ, требуется узнать теоритически как сваривать рельсы, а затем попробовать метод на практике. Технология представляет собой несколько этапов, которые должны идти строго друг за другом.

Подготовительный этап

В первую очередь требуется провести подготовку соединяемых деталей. Для этого рельсы разжимаются из креплений, нагреваются до определённой температуры, зачищаются от ржавчины. Поверхность должна быть гладкой. Далее рельсы устанавливаются напротив друг друга чтобы зазор не превышал 2,5 см.

Выравнивание

Во время проведения алюмотермитной сварки, требуется придерживаться точной прямолинейности. Связанно это с тем, что рельсы будут подвергаться огромной нагрузке при хождении груженых составов. Прокладки на креплениях заменяются на клинья. Далее рабочие молотками подбивают рельсы до нужного положения. Прямолинейность проверяется металлической линейкой. Допустимы зазор – 1 мм.

Установка и герметизация форм

Важно проводить соединительные работы используя герметичную форму. Зажимное устройство с помощью измерителя устанавливается на нужное расстояние от будущего шва. Горелку устанавливают по центру соединения.

Предварительный нагрев и сварка

Предварительно требуется разогреть соединяемые рельсы. На 2 минуты включается подача пламени (пропан и кислород). Горелку требуется убрать, закрепить сердечник. Включается запал для возгорания рабочей смеси. Расплавленный металл переливается в подготовленную заранее форму. Четыре минуты достаточно для полной кристаллизации.

Шлифовка и контроль качества

Завершительным этапом работ является шлифовка шва. Перед эксплуатацией рельс, требуется сделать поверхность гладкой. Шов нагревается с помощью горелки в течении 10 минут. Горячие наплывы срезаются болгаркой. После остывания места соединения, выполняется шлифовка. Для этого применяются шлифовальные машины с абразивными кругами или лентами. Контроль качества представляет собой проверку на статичный изгиб.

Другие виды сварки рельс

Помимо алюмотермитной сварки, существуют другие технологии соединения рельс. К ним относятся:

1. Сварка электродами. Для того чтобы соединить рельсы данной технологией, требуется использовать электроды УОНИ. Перед проведением работ требуется прогреть расходные материалы в течении 2-ух часов при температуре в 400 градусов.
2. Электродуговая сварка. Соединяемые рельсы укладывают друг напротив друга. При это должен присутствовать зазор в 2 см. Концы рельс провариваются электродами. Расплавляются они дуговым разрядом.
3. Метод промежуточного литья. Подразумевает под собой процесс заполнения соединительного пространства расплавленной смесью металлов.

Выполняя работ по определённой технологии, требуется грамотно выбирать оборудование, расходные материалы.

Способы сварки рельсовых плетей

Технология представляет собой инновационный метод соединения рельс. Этапы проведения работы:

1. Рельсы устанавливаются напротив друг друга с промежутком.
2. Один из незакреплённых концов загибают пока не совпадут торцы.
3. Далее рельсы свариваются вместе.
4. Принудительно распрямляется стрела изгиба.

Используется данная технология для починки железнодорожного полотна.

Алюмотермитная сварка применяется для соединения рельс. С его помощью можно сделать надёжный шов, которые выдержит серьёзные нагрузки. Помимо этого можно использовать и другие технологии соединения, однако, классическая сварка не подходит для выполнения подобных работ.

Сваршик 4 разряда Михаил Васильевич Чернов 37 лет, стаж работы 14 лет:«При соединение рельс, требуется крайне внимательно относиться к выбору оборудования и термита. Некачественная смесь может стать причиной нарушения целостности железнодорожного полотна и как следствие катастрофы. Желательно использовать технологию промежуточного литья, так как она считается наиболее надёжной, долговечной».

технология выполнения, оборудование, расходные материалы

Рельсы можно варить при помощи арочной сварки, методики газопресса, с применением алюминотермитной технологии. Последний метод работает, когда используют воспламенитель.

Подают заряд, который эквивалентный одной порции. Температура при этом увеличивается до показателей в 1000 градусов. Любые рельсы могут расплавиться при этих цифрах.

Алюминотермитная сварка рельсовых соединений считается сложной технологией. Она требует от мастера умений и внимательности. В материале есть много углеродистых соединений. Его сварка будет непростой.

Если отнестись к процессу без энтузиазма, то можно на выходе получить непрочное соединение. Могут быть многочисленные трещины, которые усложнят работу конструкции. В статье поговорим о том, что из себя представляет этот вид сварки.

Содержание статьиПоказать

Что такое алюминотермитная сварка

Порошок размещают в емкость из металла. Она расположен над границей двух частей холста. После этого порошок расплавляют. Рассыпчатая смесь необходима для того, чтобы получить прочное соединение базового металла.

Мелкие части шва станут вязкими, стыки при этом будут надежными. На протяжении десятков лет определили, что алюминотермитная сварка не проседает. Этот метод считается одним из наиболее эффективных.

Порошок, который связывает полотна, на четверть состоит из алюминиевого песка. В основной его части находится оксид железа. Гранулы по размерам не более 0.5 мм. Она мелкорассеянная, при этом податлива к любым действиям.

Металл может восстанавливаться в окислах материала. Но это возможно только в тех случаях, когда в работу вступает высокая температура. Необходимо поджигать смесь методом запала. Это приводит к тому, что оксид железа становится чистым сплавом.

На местах применяют заливочную емкость. Она направляет сплав в места алюминотермитной сварки. Герметичность конструкции играет важную роль. Разные виды рельс предполагают использование особой формы.

После того, как работа завершена, вы обнаружили зазоры или трещины? Необходимо их заделать при помощи термоустойчивой обмазки. Из-за того, что она жидкая, смесь поможет затечь во все труднодоступные места. Как итог – получится много лишнего шлака.

Нужно уплотнить соединение во время того, как оно не утратило высокую температуру. В этом помогут прессы. Когда работа закончена, от шлака избавляются при помощи молотка. Шлифовка стыков при помощи болгарки.

Плюсы и минусы

Этот метод применяется достаточно часто. Этому послужило то, что у него есть преимущества, которые по достоинству оценивают сварщики. Среди них выделяют такие:

• Быстрая скорость работы. Все этапы занимают не более получаса. При большом опыте за 60 минут можно обработать до десяти швов.
• Не используйте стационарную электрическую энергию. Это позволяет перемещать аппарат с места на место.
• Все части конструкции можно найти в одном месте. Они продаются в специализированных магазинах.
• Для получения ровного соединения не нужно иметь профессиональное образование. Нужно попробовать себя в сварочных работах несколько раз.
• Если не забывать о правилах работы и придерживаться всех технологий, можно получить прочный итоговый результат.
• Весь процесс не представляет опасности для работников, если применяется качественная техника и материалы.
• Сварочные работы можно проводить как дома, в цехах, так и на открытом поле.

Использование алюминотермитной сварки предполагает возникновение некоторых сложностей. Они могут быть такими:

• Порошок может легко поджечся, поэтому нужно вести себя с ним крайне осторожно.
• Подготовительные работы проводят тщательно и детально, чтобы не упустить важные нюансы.
• Техника, с которой вы будете работать, должна быть в рабочем состоянии. Проверьте ее исправность до начала сварки.
• Если в горячую посуду попадут капли жидкости, тогда вся смесь будет разбрызгана. Не допустите этого случая.

Установки

Алюминотермитная сварка возможна только если используете все рабочие элементы. Среди них выделяют такие:

• Бочка.
• Порошок.
• Пробка.
• Форма, которая отвечает рельсам.
• Жидкая обмазка.
• Устройство для полировки.
• Зубило.
• Молот.
• Металлическая лопата.
• Светоч.

Какие этапы работ существуют:

1. Подготовка. От этого этапа будет зависеть, насколько прочным будет алюминотермитное сварочное соединение рельс. Первым делом в месте, которое находится возле стыка, сделайте более слабым рельсовое крепление. Снимите те, которые размещены в месте соединения. Горелка поднимет температуру рельс. Они станут чистыми и не будут содержать ржавчину. Клинья помогут выпрямить их в горизонтальном и вертикальном положениях. Оставляйте зазор в 2.5 мм и соединяйте рельсы с резаком.
2. Сглаживание. Сначала уберите прокладки, которые размещены на соединениях. Вместо них поставьте клинья. Они прибиваются при помощи молотка. При помощи линейки проверьте точность установки рельс.
3. Монтаж. Выберите необходимую непроницаемую форму. После этого горелка располагается посередине там, где вы хотите установить соединение. Обеспечьте герметичность стыков. При помощи шпателя прочно прижмите форму к соединениям. В результате вы получите плотное основание, расположенное между швом и смесью.
4. Подогрев и металлообработка. Рельсы прогреваются при помощи горелки, когда соблюдены такие условия: пропановое давление составляет 1.5 бар, а кислородное не превышает 5 бар. Огонь проходит в течение 120 секунд. После того, как конструкция нагрелась, горелка больше не нужна. Нужно вставить стержень и повернуть сосуд. В том месте, где планируется алюминотермитная сварка, нужно поставить емкость, в которой будет заряд. Чтобы осуществить розжиг, необходимо брать хорошо прогретый запал. После этого металл в жидком состоянии оставляют в форме до пяти минут.
5. Полировка. После завершения сварочных работ нужно отшлифовать конструкцию. Для проверки качества шва берут линейку и щуп. Измерительные приборы позволяют выявить, насколько высокое качество соединения получилось в итоге.

Подведем итоги

Сварочные работы при помощи алюминотермитной технологии не представляют опасности для мастера.

Но только в том случае, если вы работаете с проверенным оборудованием и придерживаетесь всех правил.

Огромным преимуществом будет 10-летний опыт. У сварщика всегда должна быть защитная спецодежда, маска, очки и перчатки. Это сделает процесс безопасным.

Алюминотермитная сварка рельсов

На протяжении всего периода существования железных дорог велись поиски конструкций рельсовых стыков, которые обеспечили бы такую же надежность пути в местах соединения рельсов, как и вне стыков. Стыки остаются основными возбудителями динамических, а нередко и ударных воздействий подвижного состава на путь. Регулярные динамические нагрузки на рельсовый стык приводят к интенсивному износу как ходовых частей подвижного состава, так и к дефектам рельсов, а в долгосрочном периоде к просадкам в балласте и болезням земляного полотна. Затраты труда на содержание стыков достигают 20 % всех затрат на текущее содержание пути.

Стыковой путь.

Чтобы сократить число рельсовых стыков в пути, десятилетиями стремились увеличить стандартную длину рельсов. Коренное решение проблемы рельсового стыка воплотилось в так называемом бесстыковом пути, благодаря которому число стыков сокращается в десятки, а при сварке рельсов на перегонах, станциях и в пределах стрелочных переводов, в тысячи раз.

Бесстыковой путь.

Бесстыковой путь является наиболее прогрессивным и совершенным типом железнодорожного пути. Он позволяет:

• исключаются удары колес о рельсы при перекатывании через зазоры в стыках и, следовательно, значительно снижается износ рельсов и колес; 
• экономить металл за счет уменьшения количества стыковых скреплений; 
• снизить динамическое воздействие на путь, возникающее в стыках; 
• уменьшить износ рельсов и ходовых частей подвижного состава; 
• сократить выход из строя рельсов по стыковым дефектам; 
• уменьшить сопротивление движению поездов; 
• снизить расходы на содержание и ремонт пути и подвижного состава.
  

С укладкой бесстыкового пути значительно уменьшается количество стыковых соединителей для участков с автоблокировкой и электрической тягой поездов. Отсутствие стыков уменьшает сопротивление движению поездов, что экономит топливо для тепловозов или электрическую энергию для электровозов. В бесстыковом пути наряду с упругими деформациями, исчезающими после снятия нагрузки, появляются и постепенно накапливаются остаточные деформации. Эти деформации проявляются как в виде износа элементов железнодорожного пути, так и в виде искажений очертаний рельсовых нитей: просадок, перекосов и т.п.

С каждым проходящим по пути колесом подвижного состава усиливается как процесс старения пути и изменения положения рельсовых нитей, так и интенсивность этого процесса. Например, смятие концов рельсов не исчезает, а наоборот, постепенно накапливается. Увеличивается также износ и по длине рельсов. Таким образом, остаточные деформации элементов верхнего строения пути постепенно накапливаются под воздействием движущихся колес. Интенсивность нарастания остаточных деформаций определяется грузонапряженностью линии и скоростями движения поездов.

Все эти остаточные деформации рано или поздно приводят к выходу из строя части рельсовой нити, которая выявляется передвижными средствами дефектоскопирования.

В результате нить протяженностью более 600 метров приходит в негодность. Сменить целую плеть имея дефект на протяжении 0,5 м было бы бессмысленным, поэтому дефектный участок пути вырезается и на его место ставиться «рубок» рельса который образует в некогда целом рельсе 2 стыка.

Возникает вопрос: как в минимально короткие сроки и с минимальными затратами восстановить целостность рельсовой нити, и вот тут на помощь приходит алюминотермитная сварка рельсов в полевых условиях.

Сама мысль о алюминотермитной реакции происходит из второй половины ХVIII века. Французский ученый Антуан Лоран Лавуазье описал принцип экзотермической реакции, практическое внедрение которой в своей эпохе он не мог предполагать.

История термитной сварки насчитывает уже около ста сорока лет. Начало этому процессу было положено еще в 1859 году Русским ученым Н.Н. Бекетовым, который впервые открыл алюминотермию и дал описание алюминотермитной реакции. Ее сущность – получение металлов и сплавов восстановлением их окислов алюминием. Поскольку реакция проходит с выделением большого количества тепла, ее и назвали термитной (от греческого слова therme — теплота).

Алюминотермитная сварка рельсов (полное название: Сварка рельсов алюминотермитная методом промежуточного литья) — процесс, основанный на алюминотермии, при котором используются химические реакции восстановления железа из оксидов, эти реакции сопровождаются выделением тепла и получением расплавленного металла требуемого химического состава.

Алюминотермическая реакция:

2Al + Cr2О3 = Al2О3 + 2Cr

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

Эти реакции сопровождаются выделением тепла и получением расплавленного металла требуемого химического состава. Для сварки применяется термит, расфасованный определенными порциями. Работу выполняет бригада из двух-трех человек. Общий вес используемого оборудования не превышает 350—400 кг.

При выполнении сварки и сопутствующих технологических операций используются автономные источники энергии.

Преимущества:

Свое развитие термитная сварка получила благодаря следующим позитивным факторам:

• Полная независимость от электроэнергии и газа; 
• Простота и доступность технологии; 
• Отсутствие сложного технологического оборудования; 
• Возможность выполнения работ в линейных или полевых условиях монтажным персоналом, работниками ремонтных и эксплуатационных служб.
  

Принципы работы:

Термитной сваркой называют способ сварки, использующий тепло сжигаемой специальной смеси. Смесь порошкообразная, в ее состав входят:

• Оксиды железа в виде железной окалины;
• Порошкообразный алюминий.
  

Термит на основе алюминия используется для соединения стальных и чугунных изделий.

Термит с использованием оксида железа называется железоалюминиевый. Горение его протекает при температуре в пределах 2700 градусов Ц, что вполне достаточно для плавления железосодержащих сплавов.

Термитная сварка рельсов

Сущность этого технологического процесса практически не меняется уже свыше сотни лет:

Тигель перед началом сварки дополнительно просушивают кислород — пропановым пламенем с избытком кислорода кольцевыми движениями по спирали до верхних краев тигля в течение 55 — 60 с.

Затем на рельсы устанавливают и закрепляют комбинированную стойку, с помощью которой позиционируют горелку и тигель. Полуформы фиксируют относительно стыкового зазора так, чтобы его центр совпал с вертикальной осью литейной формы, а сами полуформы прилегали друг к другу без ступенек по периметру стыковки. Место контакта литейной формы с рельсом уплотняют формовочной смесью.

Перед подогревом проводят регулировку пламени до нормального горения: на газовых редукторах – давление пропана 0,1 МПа и кислорода – 0,50 МПа. После этого газовую горелку устанавливают на комбинированную стойку и начинают подогрев торцов рельсов в стыке.

 

До заливки формы расплавленным металлом торцы рельсов в стыке предварительно разогревают до температуры 1200–1250°C. Процесс плавления термитной смеси и выпуск расплавленного металла в литейную форму происходят автоматически через 20–28 секунд после начала термитной реакции. К этому моменту подогретые концы рельсов успевают остыть до 850–900 °C.

Жидкий металл является одновременно источником тепла и присадочным материалом, соединяющим концы рельсов 1.

Расплавленный металл поступает из тигля в форму и заполняет оставленный между торцами рельсов зазор. Иногда металл заливают через специальный литник. Постепенно заполняя зазор и свободное пространство между рельсами и стенками формы, металл расплавляет соприкасающиеся с ним стенки рельсов, а застывая, образует с рельсами одно целое — сварное соединение. Вытекаюший из тигля за металлом шлак стекает по желобу, оставляя над металлом лишь слой небольшой толщины — этот слой шлака предохраняет термитный металл от быстрого остывания, чем способствует более свободному выделению газов из жидкого металла и получению более плотного металла литого башмака.

После выпуска термитного металла в литейную форму тигель переносят на вспомогательную стойку. Демонтаж комбинированной стойки и литейной формы проводят после кристаллизации металла сварного шва, которая в зависимости от массы порции термитной смеси, длится 3,0–3,5 мин. Затем головку рельса очищают от песка металлической щеткой и с помощью гидравлического обрезного станка в горячем пластическом состоянии удаляют прибыльную часть сварного шва на головке рельса, после чего рабочую часть головки подвергают шлифованию.

Ориентировочное время остывания составляет 90 — 20 мин в зависимости от температуры окружающего воздуха.