СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ

СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ


RU (11) 2119854 (13) C1

(51) 6 B23K23/00, B23K101:26, E01B11/52 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1998.10.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 97119033/02 
(22) Дата подачи заявки: 1997.11.25 
(45) Опубликовано: 1998.10.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2088390 C1, 27.08.97. SU 48528 A, 31.08.36. SU 1496965, A, 24.08.89. DE 4006071, A1, 29.08.91. US 3942579, A1, 30.03.76. 
(71) Имя заявителя: Карабанов Владимир Иосифович (RU) 
(72) Имя изобретателя: Яничко Штефан (SK); Грешова Марта (SK) 
(73) Имя патентообладателя: Карабанов Владимир Иосифович (RU) 

(54) СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКИ РЕЛЬСОВ 

Способ может быть использован при ремонте рельсов в полевых условиях. Устанавливают концы рельсов на одном уровне с образованием между их торцами сварного зазора. Размещают вокруг концов рельсов в зоне сварного зазора разъемную форму и уплотняют контакт разъемной формы с концами рельсов. Над формой устанавливают реакционный тигель с дозой алюминотермитного состава. Перед заливкой расплавленного сварного металла в разъемную форму осуществляют нагрев концов рельсов и разъемной формы до температуры свыше 1000oC до 1500oC. После заливки - выдержку его до затвердевания и образования сварного шва. В процессе заливки расплавленного сварного металла в разъемную форму заполняют им сварной зазор снизу вверх с подачей части расплавленного сварного металла в среднюю часть сварного зазора после заполнения его нижней части разъемной формы. В конце заливки осуществляют дополнительный нагрев головок концов рельсов и залитого в сварной зазор расплавленного сварного металла до температуры не ниже 800oC путем подачи последних порций расплавленного сварного металла в пространство над головками концов рельсов. После затвердевания расплавленного сварного металла удаляют с головки сваренного рельса прибыльную часть сварного шва. Способ позволяет повысить качество сварного соединения при производстве работ в полевых условиях. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области сварки, в частности, к способам алюмотермической сварки рельсов.

Известен способ алюмотермитной сварки рельсов, включающий установку концов рельсов на одном уровне с образованием между их торцами сварочного зазора, размещение вокруг концов рельсов в зоне сварочного зазора разъемной формы, уплотнение контакта разъемной формы с концами рельсов, установку над формой реакционного тигля, заполненного дозой алюминотермитного состава, нагрев концов рельсов и разъемной формы, поджигание дозы алюмотермического состава и разогрев его до образования расплавленного металла, подачу из реакционного тигля расплавленного металла в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части, выдержку расплавленного металла до затвердевания и образования сварного шва и последующее удаление с головки сваренного рельса прибыльной части сварного шва, причем нагрев концов рельсов и разъемной формы производят до температуры 800-1000oC, а в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму осуществляют дополнительный нагрев головок концов рельсов и залитого в сварочный зазор расплавленного металла до температуры не ниже 800oC путем подачи последних порций расплавленного металла в пространстве над головками концов рельсов (патент РФ N 2088390, кл. B 23 K 23/00, опублик. 27.08.97 г.)

Недостатком известного способа является недостаточное качество получаемого сварного шва при производстве работ в полевых условиях, особенно в зимнее время, когда скорость охлаждения достигает 50oC/с, поскольку происходит быстрое и неравномерное охлаждение расплавленного металла из-за большой разницы температур расплавленного металла, концов рельсов и разъемной формы, вследствие чего шлаки и газы, находящиеся в расплавленном металле не успевают выделиться в прибыльную часть сварного шва и остаются в металле сварного шва, ухудшая его структуру и механические свойства.

Задачей патентуемого изобретения является повышение качества получаемого сварного шва за счет уменьшения разницы температур расплавленного металла, концов рельсов и разъемной формы, и тем самым предотвращения быстрого и неравномерного охлаждения расплавленного металла и создания благоприятных условий для выделения шлаков и газов.

Указанная задача достигается тем, что в способе алюминотермитной сварки рельсов, включающем установку концов рельсов на одном уровне с образованием между их торцами сварочного зазора, размещение вокруг концов рельсов в зоне сварочного зазора разъемной формы, уплотнение контакта разъемной формы с концами рельсов, установку над формой реакционного тигля, заполненного дозой алюминотермитного состава, нагрев концов рельсов и разъемной формы, поджигание дозы алюминотермитного состава и разогрев его до образования расплавленного металла, подачу из реакционного тигля расплавленного металла в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части, дополнительный нагрев головок концов рельсов и залитого в сварочный зазор расплавленного металла до температуры не ниже 800oC в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму путем подачи последних порций расплавленного металла в пространстве над головками концов рельсов, выдержку расплавленного металла до затвердевания и образования сварного шва и последующее удаление с головки сваренного рельса прибыльной части сварного шва, в отличие от способа по прототипу, нагрев концов рельсов и разъемной формы перед подачей в нее расплавленного металла производят до температуры свыше 1000oC до 1500oC.

На фиг. 1 изображена разъемная форма; на фиг. 2 - поперечный разрез по линии А-А фиг. 1.

При осуществлении патентуемого способа используют разъемную форму, изображенную на фиг. 1. Разъемная форма 1 состоит из двух полуформ 2.

Полуформы 2 имеют боковой канал 3, сообщающий ее верхнее пространство 4 с нижним пространством 5. От бокового канала 3 отходит дополнительный канал 6, сообщающий боковой канал 3 со средней частью 7 полуформы 2 в области головок 8 рельса 9 и дополнительный канал 10, сообщающий боковой канал 3 с пространством 11 полуформы 2, расположенным выше головок 8 рельса 9. Сверху полуформы 2 закрываются литьевым мостиком 12, который размещают в полости 13 полуформ 2. Сбоку на одной из полуформ 2 закреплен ковш 14 для сбора шлаков из литейного желоба 15 полуформы 2.

Патентуемый способ осуществляется следующим образом.

Перед началом сварки рельсы 9 устанавливаются на одном уровне с перепадом по высоте не более 1 мм на длине 1 метра. В месте контакта рельсов между их торцами устанавливают сварной зазор 24-26 мм.

В месте сварного зазора размещается разъемная форма 1 таким образом, чтобы полуформы 2 были направлены по оси сварного зазора. Предварительно на одной полуформе 2 литейный желоб 15 заполняют мастикой, а на другой - убирают ослабленную стенку литейного желоба 15 для отвода шлака и прикрепляют ковш 14 для сбора шлака.

Место контакта формы 1 с рельсом 9 уплотняется формовочным материалом, в качестве которого может быть использован, например, материал на основе каолина и асбестовой ваты.

Нагрев концов рельсов и разъемной формы осуществляют с помощью газовой горелки.

Горелку с нормально отрегулированным пламенем устанавливают в зону сварки для предварительного нагрева концов рельсов 9, литьевого мостика 12 и самой формы 1. Продолжительность нагрева, например для рельса Р-65 при давлении пропана 3,5 бар и кислорода 1 бар составляет 7-10 минут. За это время концы рельсов нагревают до температуры 1000-1500oC.

Как показали эксперименты при производстве работ в полевых условиях, особенно в зимнее время, для получения качественного сварного шва и поддержания оптимального температурного режима не ниже 800oC наряду с заливкой расплавленного металла, в разъемную форму в три этапа - нижняя, средняя и затем верхняя часть разъемной формы над головками рельсов - необходимо также нагрев концов рельсов и разъемной формы осуществлять до температуры свыше 1000oC до 1500oC.

Нагрев концов рельса до температуры выше 1500oC нецелесообразен, поскольку может произойти частичное расплавление металла рельсов и потеря им исходных механических свойств, которыми он обладает после изготовления рельсов и, тем самым, не обеспечивается равнопрочность сварного соединения.

Нагрев концов рельса и разъемной формы до температуры ниже 1000oC не позволяет предотвратить быстрое охлаждение расплавленного металла, заливаемого в разъемную форму и, тем самым, обеспечить выделение из него шлаков и газов.

За одну минуту до конца нагрева концов 2 рельсов 9 и формы 1 нагревают литьевой мостик 12 формы 2 также до температуры 1000-1500oC, после чего его устанавливают в полости 13 формы 1 и от пламени горелки поджигают термитную спичку, от которой воспламеняется доза алюминотермитного состава в тигле (не показан), устанавливаемом над формой. После воспламенения дозы алюминотермитного состава протекают легирующие, рафинирующие и раскислительные реакции, в результате которых происходит его разогрев до образования расплавленного сварного металла и через 20-28 с производят автоматический выпуск расплавленного сварного металла из тигля в разъемную форму 1.

Выливающийся из тигля расплавленный сварной металла попадает на литьевой мостик 12 разъемной формы 1 и далее стекает по боковому каналу 3 в нижнее пространство 5 полуформы 2 разъемной формы 1 и поднимается вверх по разъемной форме 1 и сварному зазору, при этом образовавшиеся шлаки, попавшие вместе с расплавленным сварным металлом на литьевой мостик 12, отводятся через литейный желоб 15 в ковш 14 для сбора шлаков. После заполнения расплавленным сварным металлом нижней части разъемной формы 1 до уровня выхода в нее канала 6 расплавленный металл начинает заполнять разъемную форму 1, циркулируя из бокового канала 3 уже через канал 6 и далее вверх. Т.о. происходит заполнение расплавленным сварным металлом средней части разъемной формы 1 под уровнем головок 8 концов рельсов 9, и до выхода канала 10 в разъемную форму 1. Затем последние порции расплавленного сварного металла из бокового канала 3 проходят по каналу 10 в разъемную форму 1 в пространство над головками 8 концов рельсов 9. Т.к. последние порции расплавленного сварного металла, выходящие из тигля, являются самыми разогретыми (обладают наибольшей температурой), то после заливки их в пространство над головками 8 концов рельсов 9 происходит дополнительный нагрев головок 8 концов рельсов 9 и находящегося в сварном зазоре расплавленного сварного металла. Это позволяет поддерживать температуру не ниже 800oC.

При изменении физического состояния расплавленного сварного металла, заполняющего сварной зазор, дополнительный его нагрев от разогретых головок 8 концов рельсов 9 и от наиболее разогретых последних порций расплавленного сварного металла облегчает выделение газов и выплавление (удаление) шлаков из него. Этому способствует и предварительный нагрев концов рельсов и разъемной формы до температуры свыше 1000oC до 1500oC, поскольку позволяет длительное время поддерживать расплавленный металл в неструктурированном состоянии, особенно в зимнее время.

Благодаря этому газы и шлаки всплывают из расплавленного сварного металла заполняющего сварной зазор и переходят в прибыльную (наплавляемую) часть сварного шва, образующуюся над головками 8 концов рельсов 9, т.е. за пределами сварного зазора. Т.о. в прибыльной части сварного шва над головками концов рельсов концентрируются загрязнения и пузыри от выходящих газов, а металл сварного шва остается без каких-либо дефектов - в нем нет включений шлаков и пузырей газов.

Так осуществляется заливка разъемной формы в три этапа, начиная с нижней, затем средней и в конце - верхней части. Такое заполнение разъемной формы и сварного зазора металлом в сочетании с предварительным нагревом концов рельсов и формы до 1000-1500oC не допускает остывание расплавленного сварного металла и концов рельсов ниже оптимальных температур для прохождения процесса сварки, которые не должны снижаться ниже 800oC. Кроме того, циркуляция расплавленного сварного металла снизу вверх и дополнительный нагрев для поддержания температуры на оптимальном уровне позволяет беспрепятственно выделяться и выноситься шлакам и газам в верхнюю часть сварного зазора и далее за пределы формы по каналу 10 и по литейному желобу 15 в ковш 14, а не вышедшим за пределы формы 1 шлакам и газам накапливаться в пространстве 11 под литейным мостиком 12 и в прибыльной части сварного шва, а не в самом сварном шве.

Время кристаллизации металла сварного шва, в зависимости от величины дозы алюминотермитного состава температуры предварительного нагрева концов рельса и формы, а также от температуры окружающего воздуха, длится 4,5-7 минут.

После затвердевания металла сварного шва его прибыльная часть удаляется с головки сваренного рельса обрезным приспособлением (не показано), и затем поверхность сварного шва на головке рельса шлифуют до высоты приблизительно 1 мм над верхом головки рельса, а после полного остывания сварного шва (до температуры окружающей среды) отшлифовывают весь сварной шов на головке рельсы до размера головки рельсы с допуском 0,3 мм.

После зачистки сварного шва головки рельса очищают остальную часть сварного шва от остатков материала формы.

Получается качественное, сварное соединение рельсов в полевых условиях, особенно в зимнее время, что подтверждают результаты проведенных экспериментальных сварок. Проведенные сварки рельсов на железнодорожных путях показали, что получаются более прочные и долговечные сварные соединения рельсов, выдерживающие значительно большие нагрузки и в течение более длительного периода эксплуатации. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ алюминотермитной сварки рельсов, включающий установку концов рельсов на одном уровне с образованием между их торцами сварочного зазора, размещение вокруг концов рельсов в зоне сварочного зазора разъемной формы, уплотнение контакта разъемной формы с концами рельсов, установку над формой реакционного тигля, заполненного дозой алюминотермитного состава, нагрев концов рельсов и разъемной формы, поджигание дозы алюминотермитного состава и разогрев его до образования расплавленного металла, подачу из реакционного тигля расплавленного металла в среднюю часть разъемной формы после заполнения ее нижней части, дополнительный нагрев головок концов рельсов и залитого в сварочный зазор расплавленного металла до температуры не ниже 800oC в конце подачи расплавленного металла в разъемную форму путем подачи последних порций расплавленного металла в пространство над головками концов рельсов, выдержку расплавленного металла до затвердевания и образования сварного шва и последующее удаление с головки сваренного рельса прибыльной части сварного шва, отличающийся тем, что нагрев концов рельсов и разъемной формы перед подачей в нее расплавленного металла производят до температуры свыше 1000oC до 1500oC.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru