Способ контактной стыковой сварки рельсов


B23K101/26 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2641586:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта. После предварительной механической обработки осуществляют разогрев свариваемых концов рельсов и осадку. После осадки производят выдержку 5÷15 секунд, затем через сварной стык пропускают переменный электрический ток 2÷4 импульсами длительностью 0,5÷220 секунд с интервалами 10÷40 секунд при плотности тока 2÷40 А/мм2. Способ сварки обеспечивает требуемую микроструктуру и механические свойства сварного соединения без дополнительной термообработки, исключение дефектов в сварном шве и околошовной зоне, а также снижение длительности процесса соединения рельсов. 1 табл.

 

Изобретение относится к контактной стыковой сварке и может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта путем соединения рельсов.

Известен способ контактно-стыковой сварки оплавлением, при котором вначале на свариваемые детали подают напряжение от сварочного трансформатора, а затем их сближают с заданной скоростью. При соприкосновении происходит оплавление торцов деталей, после чего производят осадку [1].

Существенным недостатком данного способа является процесс нагрева, который не обеспечивает в ряде случаев требуемою структуру и качество свариваемых изделий. При длительном нагреве увеличивается линейная величина зоны термического влияния (ЗТВ), что приводит к снижению конструкционной прочности сварного стыка. При быстром нагреве сварного стыка происходит интенсивное охлаждение ЗТВ с формированием высокопрочного слоя со структурой мартенсита, что в дальнейшем приводит к образованию дефектов в сварных стыках - трещин, приводящих к хрупкому излому рельса.

Известен способ стыковой сварки оплавлением изделий замкнутой формы, преимущественно звеньев цепей, при котором в контуре звена аккумулируют упругие усилия и осуществляют предварительный подогрев с саморегулированием его длительности путем управления циклом замыкания-пауза, при котором в момент протекания импульса тока подогрева свариваемые торцы останавливают и снова приводят в соприкосновение после образования между свариваемыми торцами зазора [2].

Существенным техническим недостатком данного способа является используемый предварительный подогрев, при котором нет возможности точного регулирования структуры металла шва после сварки, при этом требуется дополнительная послесварочная термообработка, значительно увеличивающая стоимость процесса термообработки.

Известен также способ термической обработки сварных стыков объемно-закаленных рельсов в составе путевых рельсосварочных машин в пути, в котором нагревают сечение рельса в зоне сварного шва до 850-900°С и принудительно охлаждают головку с одновременным охлаждением шейки и подошвы естественным путем на воздухе, в котором при термообработке сварных стыков рельсов в составе путевых рельсосварочных машин в пути для упрочнения металла головки сварного стыка рельсов применяют поток воздуха с давлением 0,5-0,8 МПа и расходом 0,08-0,15 м3/с, подаваемый в течении не менее 180 с со скоростями 60-200 м/с на поверхность рельса через ряд отверстий диаметром 2 мм каждое и с суммарной площадью 0,0008-0,0011 м2, объемом 0,002-0,003 м3, установленного на расстоянии не более 10 мм между поверхностью головки рельса и плоскостью нижней панели с отверстиями [3].

Существенным недостатком данного способа является высокая стоимость процесса, связанная с дополнительной операцией термообработки после сварки с использованием дорогостоящего оборудования.

Известен также способ термообработки рабочей поверхности головки рельса непосредственно на путях без демонтажа рельсов, включающий обработку рабочей поверхности головки рельса посредством передвижного устройства непосредственно на путях без демонтажа рельсов, при котором обработку осуществляют электроконтактным нагревом с пропусканием электрического тока через контактные элементы, прижимаемые к обрабатываемой поверхности под давлением, с последующим охлаждением зоны нагрева, причем обработку осуществляют на участках рабочей поверхности головки рельса при достижении критического износа поверхностного слоя рельса, составляющего 1,5…2,0 мм и имеющего мартенситную структуру, при этом электроконтактный нагрев рабочей поверхности головки рельса осуществляют до температуры закаливания 850°C и охлаждают водой с температурой 18-20°C, а перед термообработкой проводят коррекцию рабочей поверхности головки рельса шлифованием [4].

Существенными недостатками данного способа являются:

- использование дополнительного оборудования для обеспечения требуемой структуры при термообработке после сварки,

- значительная длительность операции термообработки,

- высокая стоимость процесса сварки и термообработки.

Известен способ контактной стыковой сварки, при котором оплавление свариваемых торцов производится путем пропускания через них постоянного тока от основного источника, причем между торцами возбуждают регулируемую дугу от дополнительного источника постоянного тока с повышенным напряжением холостого хода, который подключают параллельно основному источнику [5].

Существенным недостатком данного способа является:

- удорожание процесса сварки в связи с использование для сварки оборудования для постоянного тока, в отличие от менее дорогостоящего оборудования для переменного тока.

Известен выбранный в качестве прототипа способ контактной стыковой сварки рельсов, включающий операцию предварительной механической обработки, разогрев свариваемых концов, осадку и последующую термомеханическую обработку стыков, при котором для обеспечения качественной и надежной сварки рельсов разных профилей перед предварительной механической обработки на рельсе большего профиля на длине, равной длине зоны оплавления и осадки при последующей сварке, формируют участок, соответствующий рельсу малого профиля, для чего производят локальный нагрев рельса большого профиля с градиентом распределения температуры по высоте рельса, причем подошву и прилегающую к ней часть шейки нагревают до ковочных температур, а головку рельса - до температур, не превышающих температуру разупрочнения металла рельса, затем производят одностороннюю осадку рельса на участке нагрева со стороны подошвы до высоты рельса меньшего профиля [6].

Существенными недостатками данного способа являются:

- использование дополнительного оборудования для обеспечения требуемой микроструктуры и исключения дефектов макроструктуры для термообработки после сварки,

- значительная длительность операции термообработки,

- высокая стоимость процесса термообработки.

Техническими результатами изобретения являются:

- обеспечение требуемой микроструктуры при сварке за счет предложенного оборудования;

- исключение дефектов в сварном шве и околошовной зоне за счет оптимизации режимов термообработки;

- снижение стоимости и длительности процесса сварки и термообработки за счет уменьшения затрат на оборудование, необходимого для термообработки сварного шва после сварки.

Для достижения этого предлагается способ контактной стыковой сварки рельсов, включающий операцию предварительной механической обработки, разогрев свариваемых концов, осадку и последующую термомеханическую обработку стыков, отличающийся тем, что сварку проводят при силе тока 6000÷32000 А, плотности тока 1÷3,87 А/мм2, напряжении 4-10 В и усилии осадки 450÷800 кН, после осадки производят выдержку 5÷15 секунд, после чего через сварной стык пропускают переменный электрический ток 2÷4 импульсами длительностью 0,5÷220 секунд с интервалами 10÷40 секунд при плотности тока 2÷40 А/мм2.

Заявляемые режимы подобраны опытным путем. Опыты проводили на сварочной машине МС-2008. При сварке использовали рельсы из стали 76ХСФ. Для сварки вырезались образцы из рельсов сечением 10 мм × 30 мм и длиной 90 мм. Сечение образцов выбиралось из условий возможности ведения процесса сварки непрерывным оплавлением на машине МС-2008. В первую очередь производили подбор оптимальных режимов исходя из рекомендованного режима, приведенного в техническом описании и инструкции по эксплуатации сварочной машины. Показатели подобраны опытным путем: при значениях силы тока, превышающих 32000 А, либо при токе менее 6000 А, при напряжении, превышающем 10 В, либо менее 6 В и значениях усилия осадки, превышающих 800 кН, либо при усилии менее 450 кН в металле шва наблюдается образование дефектов в виде раковин и трещин.

Исследование влияния различных термических циклов на структуру металла шва заключалось в том, что сварка образцов производилась на заявляемых режимах, после чего осуществлялось регулируемое охлаждение по заданным режимам (таблица 1). В дальнейшем после визуального контроля образцы разрезались и производилось исследование микроструктуры сварного шва и зон термического влияния.

Длительность выдержки подобрана исходя из диаграммы распада аустенита рельсовой стали, таким образом, чтобы сварной стык остыл до значений температуры, при которой образуется необходимая структура металла шва. При значениях, превышающих 15 секунд, либо при выдержке менее 5 секунд в металле шва наблюдается образование недопустимой структуры - мартенсит. После операции выдержки через сварной стык пропускали 2-4 импульса переменного электрического тока. Количеством импульсов задается время, в течении которого поддерживается средняя температура сварного стыка, для формирования необходимой структуры при сварке. При этом длительность импульса определяется исходя из плотности тока, пропускаемого через сварной стык, и подобрана таким образом, чтобы температура сварного стыка не поднималась выше значений температур, при которых образуется необходимая структура, так если длительность превышала 1,5 секунды либо была менее 220 секунд (при плотности тока от 2 до 40 А/мм2) в металле шва наблюдается образование недопустимой структуры - мартенсит. Импульсы пропускания тока задавались с определенным интервалом. Длительность интервала подобранна таким образом, чтобы температура сварного стыка не опускалась ниже значений температур, при которых образуется необходимая нам структура металла шва, при значениях, превышающих 40 секунд, либо при длительности паузы менее 10 секунд в металле шва наблюдается образование недопустимой структуры - мартенсит. При значениях выше и ниже заявляемых пределов не удавалось обеспечить требуемую структуру металла шва и отсутствие дефектов сварки.

Источники информации

1. Оборудование для контактной сварки рельсов и его эксплуатация / С.А. Солодовников и др. / Академия наук Украинской СССР - Киев: Изд-во Наукова думка, 1974. - (с.8).

2. А.С. СССР №633689, B23K 11/04.

3. Патент РФ №2371535, E01B 31/18, C21D 9/04, 9/50.

4. Патент РФ №2556257, E01B 31/18, C21D 9/04, 9/40.

5. А.С. СССР №354955, B23K 11/04.

6. А.С. СССР №1563920, B23K 11/04, 11/02.

Способ контактной стыковой сварки рельсов, включающий операцию предварительной механической обработки, разогрев свариваемых концов рельсов и осадку, отличающийся тем, что после осадки производят выдержку 5÷15 секунд, а затем через сварной стык пропускают переменный электрический ток 2÷4 импульсами длительностью 0,5÷220 секунд с интервалами 10÷40 секунд при плотности тока 2÷40 А/мм2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при получении износостойких покрытий на деталях из углеродистых и низколегированных сталях, работающих в условиях абразивного износа.

Изобретение относится к стыковой сварке металлопродукции, в частности к сварке продольных швов труб большого диаметра, кольцевых швов трубопроводов, а также швов трубопроводных изделий (отводов, тройников и т.д).

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальным трубам, получаемым электрической контактной сваркой. Труба имеет химическую композицию, содержащую, в мас.%, С: от 0,03 до 0,59, Si: от 0,10 до 0,50, Mn: от 0,60 до 2,10, Al: от 0,01 до 0,35, Са: от 0,0001 до 0,0040, Cr: от 0,01 до 1,09, при этом содержание Si и содержание Mn удовлетворяют массовому отношению Mn/Si, находящемуся в диапазоне от 6,0 до 9,0, и остальное составляет Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве труб. Способ индукционной термической обработки сварного соединения бурильных труб включает нагрев под аустенизацию до температуры не более 970°С с выдержкой 15-30 с на 1 мм поперечного сечения сварного соединения, охлаждение и отпуск при температуре Aс1 ± 30°С с выдержкой, увеличенной до трёх раз по отношению к выдержке при аустенизации.

Изобретение относится к области термической обработки. Для увеличения долговечности рельса согласно настоящему изобретению устройство термической обработки для снятия напряжений рельса, который сварен, содержит катушку индукционного нагрева, которую размещают на боковой поверхности шейки рельса на расстоянии от центра сварного шва рельса от 20 до 300 мм в продольном направлении рельса.

Изобретение относится к способу лазерно-порошковой наплавки защитного покрытия на входную кромку рабочей лопатки паровой турбины из стали марки 13Х11Н2В2МФ-Ш, или 15Х11МФ-Ш, или 20X13.

Изобретение может быть использовано для соединения сваркой трением с перемешиванием деталей из дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов. Детали прижимают по линии соединения друг к другу и вводят вращающийся сварочный инструмент в зону соединения деталей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстостенным стальным трубам, которые могут быть использованы для бурения или транспортировки нефти и природного газа.
Изобретение может быть использовано для повышения технологических и эксплуатационных характеристик сварных конструкций и сложных деталей, изготовленных из термически упрочняемых алюминиевых сплавов, полученных сваркой трением с перемешиванием, в частности, при изготовлении различных конструкций для автомобильной промышленности, например для производства дисков автомобильных колес.

Изобретение относится к способу автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей из сплава на основе Ni-Cr и может быть использовано в производстве ЖРД.

Изобретение относится к области металлургии. Для получения желательной микроструктуры, имеющей улучшенные механические свойства, способ включает фазу активного охлаждения, на которой рельс быстро охлаждается от аустенитной температуры, а затем мягко охлаждается, чтобы поддерживать целевую температуру преобразования между определенными значениями обработки охлаждения, выполняемой посредством множества охлаждающих модулей (12.n), каждый охлаждающий модуль содержит множество средств распыления охлаждающей среды на рельс, причем способ отличается тем, что в течение фазы активного охлаждения каждое охлаждающее средство приводится в действие для управления скоростью охлаждения рельса, так что величина превращенного аустенита в рельсе не ниже чем 50% на поверхности рельса и не ниже чем 20% в сердцевине головки рельса.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству рельсов из перлитной стали. Сталь имеет химический состав, содержащий, в мас.%: С 0,71-0,82, Si 0,25-0,45, Mn 0,75-1,05, V 0,03-0,15, Р≤0,030, S≤0,035, Al≤0,040, Fe и неизбежные примеси – остальное.

Изобретение относится к системам для термической обработки рельсов. Система содержит охлаждающие приспособления (4), выполненные с возможностью распыления охлаждающей среды (8) на рельс и приспособления (18, 22, 28) для вертикального перемещения охлаждающих приспособлений (4) для регулирования положения охлаждающего приспособления (4) относительно рельса.

Изобретение относится к области термической обработки. Для увеличения долговечности рельса согласно настоящему изобретению устройство термической обработки для снятия напряжений рельса, который сварен, содержит катушку индукционного нагрева, которую размещают на боковой поверхности шейки рельса на расстоянии от центра сварного шва рельса от 20 до 300 мм в продольном направлении рельса.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке стального изделия, проката различной формы, в т.ч. листового проката, фасонного проката, в частности железнодорожных рельсов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к рельсу из низколегированной стали. Рельс из низколегированной стали, в котором структура стали в головке содержит 5-15% по объему феррита и многофазный бейнит, состоящий из верхнего и нижнего бейнита.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке рельсов, в том числе железнодорожных. Для равномерного распределения охлаждающей среды на поверхности рельса устройство содержит трубопроводы газа и воды, систему импульсной квазинепрерывной и/или непрерывной инжекции воды в газовый поток с импульсными инжекторами, охлаждающие модули, каждый из которых содержит коллектор с рассекателем для подачи охлаждающей среды одновременно на головку и подошву рельса, при этом трубопровод подачи газа сопряжен с каждым коллектором посредством переходного фланца с встроенным инжектором, выпускные отверстия которых направлены в трубопровод газа для формирования охлаждающей среды.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности. Для получения рельсов низкотемпературной надежности с перлитной микроструктурой, имеющих высокий уровень ударной вязкости и копровой прочности при отрицательных температурах, а также необходимый комплекс механических свойств при растяжении и низкий уровень остаточных напряжений, рельсы прокатывают на стане с универсальной группой клетей тандем при температуре нагрева под прокатку в интервале от 1100 до 1200°С, чистовую прокатку осуществляют в интервале температур 850-950°С, а ускоренное дифференцированное охлаждение по головке и подошве рельса осуществляют воздухом или воздухом с примесью воды от температуры 720-850°С со скоростью соответственно 1,5-6,0°С/с до температуры ≤ 620°С, при этом в каждом конкретном случае скорость охлаждения по головке отличается от скорости охлаждения по подошве.

Изобретение относится к области термической обработки сварных рельсовых стыков и может быть использовано на железнодорожном транспорте. Устройство для обработки сварного рельсового стыка содержит установочный зажимной и центрирующий узел для захвата головки рельса.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения гарантированного технического ресурса и выносливости подрельсовой зоны подкрановых балок с тяжелым 8К, 7К режимом работы мостовых кранов при интенсивной эксплуатации получают непрерывно-литую заготовку портальную в сечении из стали 35ГС, охлаждают её до температуры 950÷1050°C, по рольгангам поступательно транспортируют ее в клеть прокатного стана, всесторонне обжимают ее валками прокатного стана с четырех сторон и пластически деформируют портальное сечение до проектных размеров с суммарным коэффициентом вытяжки не менее 7,8, образуют из пары зеркальных Z-образных профилей единый, монолитный портальный профиль с единой главой и парой пят, причем площадь сечения главы и пары пят равны друг другу, режут готовый прокат на мерные длины, а при монтаже портального рельса на верхний пояс подкрановой балки пару пят рельса и верхний пояс подкрановой балки механизированно объединяют в единое целое фрикционными шпильками, с гарантией затягивают гайки шпилек гайковертом, образуют единый замкнутый портальный рельс с продольной полостью внутри, обладающий увеличенным моментом инерции кручения ∑ J К р Б л о к в 16,2÷10,6 раза, а моментом инерции изгиба J X Б л о к в 5,2÷6,4 раза по сравнению со стандартным рельсом по ГОСТ 4121-76.

Изобретение может быть использовано для контактной стыковой сварки оплавлением прутков или стержней, выполняемых на специализированных сварочных машинах, устанавливаемых в волочильном производстве для укрупнения бунтов проволоки или в строительстве при соединении арматурных стержней.

Изобретение может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта. После предварительной механической обработки осуществляют разогрев свариваемых концов рельсов и осадку. После осадки производят выдержку 5÷15 секунд, затем через сварной стык пропускают переменный электрический ток 2÷4 импульсами длительностью 0,5÷220 секунд с интервалами 10÷40 секунд при плотности тока 2÷40 Амм2. Способ сварки обеспечивает требуемую микроструктуру и механические свойства сварного соединения без дополнительной термообработки, исключение дефектов в сварном шве и околошовной зоне, а также снижение длительности процесса соединения рельсов. 1 табл.

Наверх