Способ сварки рельсов давлением с подогревом

Авторы патента:

Маёров Георгий Романович (RU)

Атапин Виталий Владимирович (RU)

Бондаренко Алексей Алексеевич (RU)

Колесников Евгений Игорьевич (RU)

C21D9/50 - для сварочных швов

C21D7/06 - путем дробеструйного наклепа и т.п.

B23K20 - Неэлектрические способы сварки с использованием ударного или другого давления с применением нагрева или без него, например нанесение покрытий или плакировка

Владельцы патента RU 2425738:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) (RU)

Изобретение относится к способу сварки рельсов давлением с подогревом. Соединяемые детали из стали собирают встык и прикладывают сжимающее усилие. Нагрев стыка производят до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка. После осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С и упрочняют дробью. Затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. В качестве рабочего тела при упрочнении применяют стальные шарики диаметром 0,6…0,8 мм с давлением воздуха 0,7…0,8 МПа. Техническим результатом является повышение твердости относительно основного материала рельса в зоне сварного шва. 4 табл.

Изобретение относится к области железнодорожной техники, а более конкретно к сварке рельсов.

Известен способ сварки давлением с подогревом, заключающийся в том, что первоначально производится механическая обработка торцов рельсов, соединение их встык и центрирование. Затем прикладывается сжимающее усилие и производится индукционный нагрев стыка до температуры 0,8-0,9 температуры плавления [Патент РФ №2285596 В23К 20/00, опуб. 20.10.2006 г. БИ №29 (ч.1) «Способ сварки рельсов давлением с подогревом» авторов Губарева А.В. и Лужина С.В.].

Недостатком этого способа является то, что в зоне сварного шва структура менее твердая, чем в основном металле.

Известен способ сварки рельсов, включающий в себя механическую обработку торцов рельсов, их стыковку и нагрев стыка до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃+400)°C с выдержкой при этой температуре для аустенизации зоны стыка, охлаждением стыка после осадки воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°C с последующим охлаждением воздухом до температуры окружающей среды [Патент РФ №2308363 В23К 20/02, опуб. 20.10.2007 г. БИ №29 (ч.1) «Способ сварки рельсов давлением с подогревом» авторов Бондаренко А.А. и Маерова Г.Р.].

Недостатком этого способа является то, что величина зерна определяется химическим составом и крупнее, чем в основном металле. Этот способ не позволяет получить достаточную твердость в сварном шве.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение твердости в зоне сварного стыка.

Технический результат достигается тем, что в способе сварки давлением с подогревом, при котором собирают встык соединяемые детали из стали, нагревают стык и прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, причем нагрев стыка производят до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, упрочняют дробью и охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. В качестве рабочего тела применяют стальные шарики диаметром 0,6…0,8 мм с давлением воздуха 0,7…0,8 МПа.

Применение стальных шариков обеспечивает формирование мелкозернистой дислокационной структуры, следствием чего является повышение твердости в зоне сварного стыка.

Для подтверждения данного заключения были проведены экспериментальные исследования.

Результаты испытания сведены в таблицы.

Таблица 1
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом
Способ сварки	Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ	Нагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН
Сварка давлением с подогревом (по патенту №2308363)	355	2235
Сварка давлением с подогревом (по патенту №2308363)	350	2222
346	2210

Таблица 2
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом упрочнением дробью при постоянном диаметре дроби
Способ сварки	Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ	Нагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН
Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому способу)	d=0,8 мм
	Р=0,4 МПа	Р=0,6 МПа	Р=0,7 МПа	Р=0,8 МПа	Р=1 МПа
	358	360	363	362	359	2235
	357	357	358	358	357	2222
354	355	355	355	354	2210

Таблица 3
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом с упрочнением дробью при постоянном давлении воздуха
Способ	Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ	Нагрузка
сварки		разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН
Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому способу)	Р=0,7 МПа
	d=0,5…0,6 мм	d=0,6…0,7 мм	d=0,7…0,8 мм	d=0,8…0,9 мм	d=0,9…1 мм
	358	361	363	359	358	2235
	357	357	358	358	356	2222
354	355	356	355	353	2210

Таблица 4
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при сварке давлением с подогревом и упрочнением дробью из различных материалов
Способ сварки	Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ	Материал	Нагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН
Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому способу	360-363	Сталь	2235
Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому способу	356-358	Чугун	2235
356-357	Олово	2235

Пример реализации способа.

Перед сваркой рельсов Р65 из стали М76 торцы механически обрабатывают. Рельсы стыкуют в сварочной установке, совмещают по периметру, выравнивают по рабочей грани поверхности катания. Затем проводят аустенизацию стыков. Например, производят индукционный нагрев при температуре (Ас₃+350)°С и выдерживают при этой температуре 15 с, затем к торцам прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, а после осадки стык охлаждают воздушно-водной смесью до температуры, как, например, (Мн+350)°С, упрочняют дробью, а затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. В качестве рабочего тела применяют стальные шарики диаметром 0,6…0,8 мм с давлением воздуха 0,7…0,8 МПа.

Предлагаемый способ сварки позволяет повысить прочность и твердость сварного шва на 5-10 единиц НВ, что способствует увеличению ресурса рельсов и безопасности движения поездов.

Способ сварки рельсов давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку их торцов, собирают встык соединяемые детали из стали, прикладывают сжимающее усилие и нагревают стык до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки полученный сварной шов охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, и затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что после охлаждения воздушно-водяной смесью сварной шов упрочняют стальной дробью диаметром 0,6÷0,8 мм с давлением воздуха 0,7÷0,8 МПа.

Изобретение относится к области технологии сварки, в частности к способу снятия остаточных напряжений, возникающих в детали в процессе сварки. .

Способ и устройство для термообработки сварных швов // 2413010

Изобретение относится к области термической обработки сварных швов. .

Способ и устройство термообработки рельсового стыка // 2411295

Изобретение относится к области обработки металлов и предназначено для термообработки, связанной с нормализацией структуры металла после сварки, в частности алюминотермитной сварки рельсов с промежуточным литьем.

Способ упрочнения дисперсионно-твердеющих сплавов // 2399684

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке дисперсионно-твердеющих сплавов, работающих в условиях низких и высоких температур и радиации.

Способ термической обработки сварных конструкций из алюминиевых сплавов и устройство для его осуществления // 2394934

Изобретение относится к области термической обработки металлов и сплавов, а именно к термообработке сварных конструкций из алюминиевых сплавов. .

Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций // 2394919

Изобретение относится к области обработки сварных металлоконструкций. .

Способ термической обработки сварных стыков рельсов // 2371535

Изобретение относится к термической обработке сварных соединений, например сварных стыков рельсов, и может быть использовано на железнодорожном транспорте в составе путевых рельсосварочных машин при производстве сварочных работ в пути.

Способ сварки труб печей пиролиза в процессе проведения ремонтных работ // 2361709

Изобретение относится к способам сварки труб печей пиролиза при проведении ремонтных работ и может быть использовано при ремонте трубопроводов, работающих при высоких температурах в науглероживающих атмосферах.

Способ алюминотермитной сварки рельсов // 2349433

Изобретение относится к области машиностроения, к термитной сварке соединений, а конкретнее к сварке рельсов с использованием алюминотермитной сварки. .

Способ лазерно-световой сварки стали // 2341361

Изобретение относится к способу лазерно-световой сварки стали и может найти применение в различных отраслях машиностроения. .

Способ упрочнения металлической детали и конструктивного элемента // 2413776

Изобретение относится к способу дробеструйного упрочнения металлической детали из легкого сплава и к конструктивному элементу, содержащему эту деталь. .

Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций // 2394919

Изобретение относится к области обработки сварных металлоконструкций. .

Способ упрочнения поверхности металлических изделий // 2385953

Изобретение относится к области машиностроения, авиаракетостроения. .

Способ поверхностного упрочнения // 2375465

Изобретение относится к области поверхностного упрочнения изделий, работающих в условиях изнашивания при высоких нагрузках, и может быть использовано в машиностроении.

Способ упрочнения деталей из конструкционных материалов // 2354715

Изобретение относится к области обработки стальных деталей поверхностным пластическим деформированием с использованием энергии ультразвуковых колебаний. .

Способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей // 2325450

Изобретение относится к области металлургиии и может быть использовано в автомобилестроении, судостроении и химическом машиностроении. .

Способ термической обработки деталей машин // 2297459

Изобретение относится к области термической обработки деталей машиностроения. .

Способ упрочнения поверхности металлических изделий // 2287020

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может быть использовано при изготовлении различных изделий. .

Способ ультразвуковой дробеструйной обработки кольцевых поверхностей больших размеров на тонких деталях // 2210602

Изобретение относится к способу "ультразвуковой" дробеструйной обработки, предназначенному для дробеструйной обработки кольцевых поверхностей больших размеров на относительно тонких деталях.

Способ отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей с наложением ультразвуковых крутильных колебаний // 2203789

Изобретение относится к методам чистовой обработки металлов давлением, в частности к методам чистовой отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей с применением ультразвуковых крутильных колебаний, прикладываемых к инструменту.

Устройство для орбитальной сварки трением // 2424884

Изобретение относится к орбитальной сварке трением и, в частности, к устройствам, сообщающим одной из свариваемых деталей орбитальное (круговое) движение. .