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 2725821:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении контактной стыковой сваркой длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта. После предварительной механической обработки производят разогрев свариваемых концов и их осадку. После осадки проводят выдержку в течение 160÷260 сек и затем пропускают переменный электрического ток 4÷6 импульсами длительностью 2÷6 сек с интервалами 10÷30 сек при плотности тока 2÷40 А/мм2. Изобретение обеспечивает требуемые физико-механические свойства сварного соединения при получении необходимой микроструктуры. Способ позволяет исключить дефекты в сварном шве и околошовной зоне при сварке. 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 (Оборудование для контактной сварки рельсов и его эксплуатация / С.А. Солодовников [и др.] / Академия наук Украинской СССР - Киев: Изд-во. Наукова думка, 1974. - 184 с.).

Существенным недостатком данного способа является процесс нагрева, который не обеспечивает в ряде случаев требуемою микроструктуру, механические свойства сварного шва и не исключает образование дефектов при сварке. 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, пор и раковин, приводящих к излому рельса.

Известен, выбранный в качестве прототипа, способ контактной стыковой сварки рельсов, включающий операцию предварительной механической обработки, разогрев свариваемых концов и осадку, при котором 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 (RU №2641586 МПК В23К 11/04; В23К 101/26; C21D 9/50; C21D 9/04, опубл. 18.01.2018).

Существенными недостатками данного способа являются:

- высокая отбраковка сварных стыков по физико-механическим свойствам: низкие значения стрелы прогиба и усилия изгиба при испытании сварного стыка рельса на статический трехточечный изгиб;

- широкая протяженность зоны термического влияния;

- высокая отбраковка по поверхностным дефектам: трещины, раковины, поры.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении требуемых физико-механических свойств, низкой протяженности зоны термического влияния и исключении дефектов в сварном шве и околошовной зоне.

Для решения существующей технической проблемы в известном способе контактной стыковой сварки рельсов, включающем предварительную механическую обработку свариваемых концов, их разогрев, осадку, выдержку, пропускание переменного электрического тока через сварной стык импульсами с интервалами 10÷30 секунд, при плотности тока 2÷40 А/мм2, согласно изобретению, после осадки производят выдержку в течение 160÷260 секунд, а переменный электрический ток через сварной стык пропускают 4÷6 импульсами длительностью 2÷6 секунд.

Технический результат, получаемый в результате использования изобретения, заключается:

- в обеспечении требуемых физико-механических свойств сварного соединения;

- в обеспечении требуемой зоны термического влияния и микроструктуры;

- в исключении дефектов в сварном шве и околошовной зоне при сварке.

Предлагаемый способ осуществлялся с помощью машины контактной стыковой сварки, обеспечивающей импульсный подогрев свариваемых стыков в пределах температуры, необходимой для образования заданной структуры, исходя из диаграммы изотермического распада аустенита, что позволило исключить дополнительную термообработку сварного соединения.

Заявляемые режимы подобраны опытным путем. Длительность выдержки подобрана также, исходя из опытных данных и диаграммы распада аустенита рельсовой стали, таким образом, чтобы сварной стык остыл до значений температуры, при которой образуется необходимая структура металла шва. При значениях, превышающих 260 секунд, либо при выдержке менее 160 секунд в металле шва наблюдается образование структур - мартенсита и троостита. При количестве импульсов больше 6, либо меньше 4 в металле шва наблюдается образование недопустимых структур - троостита, либо мартенсит. Количеством импульсов задается время, в течение которого поддерживается средняя температура сварного стыка необходимая для формирования требуемой структуры при сварке. При длительности импульса больше 6 секунд, либо меньше 2 секунд (при плотности тока от 2 до 40 А/мм2) в металле шва наблюдается образование недопустимых структур - троостита или мартенсита. Импульсы пропускания тока задавались с определенным интервалом. Длительность импульса определялась, исходя из плотности пропускаемого через сварной стык тока, и выбрана таким образом, чтобы температура сварного стыка не поднималась выше значений температур, требуемых для образования необходимой структуры. При значениях длительности интервала между импульсами, более 30 секунд, либо при длительности паузы менее 10 секунд в металле шва наблюдалось образование недопустимых структур - троостита и мартенсита. Длительность интервала подобранна таким образом, чтобы температура сварного стыка не опускалась ниже значений температур, при которых образуется необходимая структура металла шва. Структуры троостита и мартенсита приводят к появлению трещин в сварном шве, что снижает физико-механические свойства сварного соединения. При значениях выше и ниже заявляемых пределов не удавалось обеспечить требуемую структуру металла шва и отсутствие дефектов сварки.

Исследования проводили в условиях рельсосварочного предприятия на рельсосварочной машине МСР-6301.

В промышленных условиях сваривались по два полнопрофильных образца рельсов Р65, после чего проводили испытание стыков на трехточечный статический изгиб согласно СТО РЖД 1.08.002-2009 «Рельсы железнодорожные, сваренные электроконтактным способом». Испытания на статический изгиб проводили на прессе типа ПМС-320. Контрольные образцы испытывались после сварки и удаления грата в сварочной машине. При испытаниях на статический поперечный изгиб контрольный образец имел длину не менее 1200 мм со сварным стыком посередине. Нагрузку прикладывали в середине пролета контрольного образца в месте сварного стыка с расстоянием между опорами 1 м. В дальнейшем после визуального контроля сварных стыков полнопрофильных рельсов, последние разрезались, и производилось исследование микроструктуры сварного шва и зон термического влияния.

Испытание одного контрольного образца производили, с приложением нагрузки на головку (растяжение в подошве), второй контрольный образец нагружали на подошву (растяжение в головке). Результатами испытания являются значения усилия, возникающего при изгибе Ризг, кН и значения стрелы прогиба fnp, мм при которых происходит разрушение контрольного образца, либо максимальные значения данных показателей, если образец не разрушился во время испытаний.

Результаты испытаний при заявляемых и заграничных пределах приведены в таблице.

Использование заявляемого способа позволило обеспечить требуемую микроструктуру (отсутствие недопустимой структуры мартенсит), уменьшить отбраковку по поверхностным дефектам (трещины, раковины) на 0,8%, снизить отбраковку по механическим свойствам (по параметру стрела прогиба на 0,5%, «усилие изгиба» 0,6%).

Способ контактной стыковой сварки рельсов, включающий предварительную механическую обработку свариваемых концов, их разогрев, осадку и последующую выдержку, после чего через сварной стык пропускают импульсы переменного электрического тока, отличающийся тем, что выдержку после осадки проводят в течение 160÷260 сек, а переменный электрический ток пропускают 4÷6 импульсами длительностью 2÷6 сек с интервалами 10÷30 сек при плотности тока 2÷40 А/мм2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячекатаному стальному листу, используемому для изготовления непрерывных гибких труб (колтюбинга). Горячекатаный лист имеет состав, содержащий, мас.%: С более 0,10 до 0,16, Si 0,1-0,5, Mn 1,6-2,5, P 0,02 или менее, S 0,005 или менее, Al 0,01-0,07, Cr более 0,5 до 1,5, Cu 0,1-0,5, Ni 0,1-0,3, Мо 0,1-0,3, Nb 0,01-0,05, V 0,01-0,10, Ti от 0,005 до 0,05, N 0,005 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальным трубам, полученным контактной сваркой, используемым для изготовления непрерывных гибких труб. Стальная сварная труба имеет следующий состав, содержащий, в мас.%: С: от более, чем 0,10 до 0,16, Si: от 0,1 до 0,5, Mn: от 1,6 до 2,5, Р: 0,02 или менее, S: 0,005 или менее, Al: от 0,01 до 0,07, Cr: от более, чем 0,5 до 1,5, Cu: от 0,1 до 0,5, Ni: от 0,1 до 0,3, Мо: от 0,1 до 0,3, Nb: от 0,01 до 0,05, V: от 0,01 до 0,10, Ti: от 0,005 до 0,05, N: 0,005 или менее, Fe и неизбежные примеси – остальное.

Изобретение может быть использовано при сварке трением с перемешиванием термоупрочнямых алюминиевых сплавов, в частности 2ххх, 6ххх, 7ххх. После досварочной термической обработки Т6 осуществляют сварку трением с перемешиванием при частоте вращения инструмента от 1000 до 2500 об/мин и скорости сварки от 600 до 1500 мм/мин.

Изобретение относится к способу и устройству термической обработки сварных соединений рельсов, например длинномерных рельсов и бесстыковых плетей. Способ термической обработки сварных соединений рельсов включает сварку встык рельсов с образованием сварного соединения и зоны термического влияния сварки, индукционный нагрев всего сечения рельса в области сварного соединения до температуры закалки на длину, превышающую длину зоны термического влияния сварки, выдержку во времени при температуре закалки, и затем охлаждение.

Изобретение относится к области термической обработки сварных соединений, например, длинномерных рельсов и бесстыковых плетей. Установка для термической обработки сварных стыков рельсов содержит блок управления процессом термической обработки на базе промышленного компьютера с записанной программой нагрева, индукционный модуль нагрева, датчик контроля температуры нагрева в виде инфракрасного пирометра, установленный в зоне нагрева, и закалочное устройство в виде спрейера, соединенного с устройством подачи закалочной среды с датчиком давления, и приводы перемещения индуктора и закалочного устройства.

Изобретение относится к сварке толстостенных металлоконструкций, в частности к сварке продольных швов сформованной цилиндрической заготовки, и может быть использовано при производстве сварных труб большого диаметра.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения сцепления покрытия со стальным листом осуществляют непрерывный отжиг в печи с атмосферой инертного газа и Н2, включающий предварительный нагрев до 200-350°С в атмосфере А1 с точкой росы ниже -20°С при давлении Р1, имеющей Н2 менее 3,0% об., последующий нагрев до 600-1000°С в атмосфере А2 с точкой росы ниже -40°С при давлении Р2 выше Р1, имеющей Н2 менее 0,5% об., выдержку в атмосфере А3, имеющей Н2 менее 3,0% об., охлаждение до 400-800°С в атмосфере А4 с точкой росы ниже -30°С, имеющей Н2 менее 2,0% об., выравнивание температуры краев и центра листа в атмосфере А5 с точкой росы ниже -30°С, имеющей Н2 менее 2,0% об., и перемещение листа с помощью устройства с горячими натяжными роликами в ванну металлического расплава для нанесения покрытия в атмосфере А5 с точкой росы ниже -30°С, имеющей Н2 менее 2,0% об., при этом атмосферу А2 непрерывно удаляют в направлении секции печи предварительного нагрева и выдержки, а атмосферы А1, А3, А5 и А6 выпускают периодически или непрерывно через отверстия печи.

Изобретение относится к способу получения сварного соединения металлов в процессе дуговой сварки. Сварку осуществляют со сквозным проплавлением и в вертикальном направлении в плоскости, перпендикулярной оси сварного шва, на кристаллизующийся металл сварочной ванны осуществляют наложение циклических вибрационных колебаний с частотой от 10 до 35 Гц и амплитудой от 0,1 до 0,5 мм.

Изобретение относится к оптимизации остаточного напряженного состояния и может быть использовано при производстве сварных конструкций. Для повышения долговечности сварных изделий, стабильности их геометрических форм у сварного шва по разные от него стороны определяют положение концентратора растягивающих остаточных сварочных напряжений с двумя изотропными точками замкнутого типа, расположенными симметрично.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию высокопрочной стальной трубы электросваркой сопротивлением. Для повышения сопротивления разрыву и равномерного относительного удлинения, обеспечивающих подходящую сгибаемость стальной трубы, её получают электросваркой сопротивлением из стали, содержащей, в мас.%: C 0,04-0,15, Si 0,10-0,50, Mn 1,0-2,2, P 0,050 или менее, S 0,005 или менее, Cr 0,2-1,0, Ti 0,005-0,030 и Al 0,010-0,050, остальное - Fe и неизбежные примеси, и микроструктуру, включающую полигональный феррит с объёмной долей 70% или более и остаточный аустенит с объёмной долей 3-20%, и остаток, имеющий по меньшей мере одну фазу, выбранную из мартенсита, бейнита и перлита, при этом полигональный феррит имеет средний размер зерна 5 мкм или более и отношение сторон 1,40 или менее.

Изобретение относится к способу и устройству термической обработки сварных соединений рельсов, например длинномерных рельсов и бесстыковых плетей. Способ термической обработки сварных соединений рельсов включает сварку встык рельсов с образованием сварного соединения и зоны термического влияния сварки, индукционный нагрев всего сечения рельса в области сварного соединения до температуры закалки на длину, превышающую длину зоны термического влияния сварки, выдержку во времени при температуре закалки, и затем охлаждение.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2019-11-29 2020-07-06T10:00:34
Наверх