Термитная сварка рельсов трамвайного пути методом промежуточного литья

Основные методы сварки рельс

Прежде чем приступить к подробному описанию технологического процесса термитной сварки рельсов трамвайного пути, целесообразно рассмотреть специфику данного вида работ и применяемых для его выполнения способов. Характерными особенностями рельсовых трамвайных путей выступают:

• изготовление из очень прочного материала – высокоуглеродистой стали, одним из свойств которой является плохая свариваемость;
• высокие требования к точности геометрических размеров конечного продукта, так как любые отклонения резко увеличивают вероятность аварии;
• большая протяженность путей, результатом которой становится необходимость быстрого перемещения в процессе работы.

Следствием перечисленных особенностей рельсовых трамвайных путей становятся следующие требования к исполнителю работ по их монтажу:

• специализированное профессиональное оборудование;
• качественные комплектующие и расходные материалы;
• жесткая система мер по контролю над качеством сварных швов и работы в целом.

Электроконтактная сварка

Технология широко применяется в различных сферах деятельности для соединения однотипных деталей. Применительно к монтажу рельсовых трамвайных путей принцип действия электроконтактной сварки выглядит следующим образом:

• сначала стыки рельсов сильно нагреваются под воздействием электрической дуги;
• результатом становится расплавление металла;
• затем происходит стыковка отдельных элементов с образованием в месте соединения однородной массы

Производство работ происходит с применением мобильных машинных комплексов, выполняющих сварку в автоматическом режиме и передвигающихся по смонтированному участку пути. На подготовительном этапе рельсы укладываются в непосредственной близости от предполагаемого места размещения.

Основные достоинства технологии электроконтактной сварки трамвайного пути – универсальность, отменная производительность, серьезный уровень автоматизации рабочего процесса. В числе недостатков – высокая стоимость профессионального оборудования и существенные эксплуатационные расходы. В первую очередь, они необходимы для комплектования рельсосварочной станции дорогостоящими контактными головками разного типа в зависимости от требуемого режима сварки.

Рис. 1. ПРСМ-6 – популярная модель автоматизированной установки для сварки электроконтактным методом

Электродуговой метод

Электродуговая сварка бесконтактным способом, наряду с термитной, считается наиболее часто применяемой технологией монтажа трамвайных путей. Рабочий процесс ее практического использования выглядит следующим образом:

• рельсы укладываются в месте расположения трамвайного пути;
• между ними остается небольшой по размерам зазор;
• концы рельсов соединяются между собой при помощи металла электродов, который расплавляется под действием электрической дуги.

Главное достоинство описываемого метода – отсутствие необходимости прилагать серьезные усилия при стыковке рельсов и доступная стоимость выполнения работ. Дополнительные и весьма немаловажные плюсы – возможность использования как стационарных, так и мобильных источников электроснабжения разной мощности.

Рис. 2. Сварка рельсового пути электродуговым способом

Наибольшее распространение получил так называемый ванный способ электродуговой сварки. В соответствии с его технологическим процессом, стык размещается в специальной герметичной емкости — ванне. Между рельсами остается зазор от 14 до 16 мм. Между торцами вертикально сверху помещается электрод. На него подается электрический ток, сила которого составляет около 350 А. В результате металл электрода расплавляется и равномерно распределяется внутри ванны, обеспечивая прочное надежное и долговечное соединение. Основным недостатком технологии выступает сравнительно невысокая производительность, которая объясняется серьезным уровнем трудозатрат.

Газопрессовая сварка

В данном случае применяется совершенно иной принцип соединения стыков рельсов трамвайного пути. Он предполагает сварку отдельных элементов в единую конструкцию при намного более низких температурах, исключающих плавление металла, под воздействием высокого давления. На подготовительном этапе происходит максимально плотное прижатие стыков рельсов друг к другу, которое достигается при помощи специального рельсорезного станка.

Затем место соединения обрабатывается четыреххлористым углеродом или дихлорэтаном, незначительно нагревается с применением комбинированной горелки и сильно сжимается с использованием гидравлического пресса. Воздействие давления с усилием около 10-13 тонн сопровождается разогревом стыка примерно до 1 200 градусов.

Такая технология позволяет получить еще более однородное и прочное соединение рельсов, чем описанные выше способы. Как следствие, чаще всего газопрессовая сварка применяется для монтажа путей, эксплуатация которых предполагаем самые высокие нагрузки, то есть железнодорожных. Основным недостатком метода является высокая стоимость, необходимость в узкоспециализированном дорогостоящем оборудовании и сравнительно низкая производительность.

Термитная (алюмотермитная) сварка

Каждый из перечисленных выше методом сварки рельсового трамвайного пути не лишен каких-либо существенных недостатков. Наиболее сбалансированным и отвечающим современным требованиям к качеству, стоимости и скорости выполнения монтажных работ справедливо считается термитный способ (другие его часто применяемые наименования – алюмотермитный или метод промежуточного литья).

В его основе лежит реакция, происходящая при контакте алюминия и окиси железа, которые входят в состав специального порошка – термита. Результатом реакции становится образование восстановленного железа. Она сопровождается выделением большого количества тепла, что ведет к дальнейшему нагреву металла до температуры примерно 2 000 градусов. После этого он заливается в специальную форму, которая размещается на стыке рельсов и совпадает с ними по форме. Использование в технологическом процессе термита на основе алюминия стало причиной появления названия сварки – термитная или алюмотермитная.

Рис. 3. Алюмотермитная сварка рельсового пути

Технология была разработана достаточно давно – в середине XIX века. Ее постоянное совершенствование в сочетании с разработкой нового более эффективного и производительного оборудования, а также впечатляющим набором достоинств сделали термитную сварку самым востребованным на данный момент способом монтажа и ремонта рельсовых трамвайных путей.

Технологические особенности, сфера применения и преимущества термитной сварки методом промежуточного литья

В настоящее время применяются 4 базовых метода термитной сварки. Каждый из них имеет характерные особенности и собственную область практического использования. В указанную цифру входят следующие способы выполнения сварочных работ:

• соединение встык. Наиболее трудоемкая и сложная для практического применения технология;
• способ промежуточного литья. Обладает комплексом достоинств, подробно описанных ниже;
• комбинированная сварка. Предусматривает совмещение характерных особенностей двух указанных выше методов, комбинируя и их недостатки;
• метод дуплекс. Отличительная особенность данного способа – дополнительная стадия технологического процесса, представляющая собой спрессовку заготовок после заливки сплава восстановленного железа.

Рис. 4. Технологическая схема сварки методом промежуточного литья

Самой популярной и часто применяемой разновидностью термитной сварки заслуженно считается способ промежуточного литья. В большинстве случаев именно он имеется в виду, если речь идет о рассматриваемой технологии. Основными причинами востребованности метода следует считать три фактора:

• сравнительно простой рабочий процесс;
• длинный перечень достоинств, с лихвой компенсирующий небольшое количество недостатков;
• универсальность в сочетании с широкой сферой практического применения;
• наличие четких и детализированных стандартов, регламентирующих выполнение работ.

Для получения объективного и более глубокого представления об особенностях технологии, требуется подробно рассмотреть каждый из перечисленных факторов.

Схема технологического процесса

Традиционный метод термитной сварки рельсового пути способом промежуточного литья включает в себя следующие технологические этапы:

• над стыком двух рельсов устанавливается специальная конструкция в виде емкости;
• внутрь ее помещается специальный порошок — термит, на 23% состоящий на крошки алюминия и на 77% — из оксида железа. Он имеет мелкодисперсную структуру с размерами гранул около 0,5 мм;
• непосредственно на стык монтируется герметичная заливочная форма, конфигурация которой совпадает с профилем рельс;
• металлическая емкость нагревается до 1 000 градусов при помощи разового воздействия специального воспламенителя, запускающего алюмотермитную реакцию;
• она протекает с выделением тепла, результатом чего становится дальнейший нагрев порошка до 2 000 градусов и перемещение получившегося расплава в заливочную форму;
• под воздействием расплава торцы рельсов также сильно нагреваются, оплавляются, в результате чего в месте стыка создается однородная масса по всему сечению рельса;
• постепенное охлаждение сварного шва сопровождается дополнительным уплотнением металла и выдавливанием шлака на поверхность;
• завершающая стадия рабочего процесса – отбивка шлака и шлифовка сварного шва при помощи обычной болгарки или угловой шлифмашинки.

Преимущества и недостатки

Повсеместное применение алюмотермитной сварки в целом и конкретно метода промежуточного литья объясняется рядом серьезных преимуществ, которые достигаются при грамотном использовании технологии. Самыми впечатляющими из них являются такие:

• высокая скорость ведения сварочных работ. Продолжительность технологического процесса составляет не более 25-30 минут. Как следствие – бригада сварщиков, укомплектованная необходимым оборудованием, способна выполнить 10-12 сварных швов в течение часа;
• отсутствие привязки к стационарным источникам электроснабжения. Для выполнения работ используются мобильные установки, обладающие компактными размерами и работающие в автономном режиме. Общий вес необходимого оборудования редко превышает 350-400 кг;
• сравнительно невысокие требования к квалификации исполнителей. Для грамотного практического применения описываемого способа сварки достаточно четко следовать пошаговой инструкции по выполнению работ и технологической схеме рабочего процесса;
• высокий уровень безопасности, для обеспечения которого достаточно использовать исправное оборудование и выполнять общепринятые правила техники безопасности при проведении сварочных работ;
• одинаковая эффективность как для монтажа нового рельсового пути, так и при ремонте существующего. Важный дополнительный плюс – отсутствие необходимости делать длительные перерывы в движении транспорта при выполнении ремонтных работ;
• отменные эксплуатационные характеристики сварного шва. Они не уступают или даже превосходят аналогичные показатели, полученные при использовании альтернативных методов сварки, при заметно более высокой производительности и доступной стоимости производства монтажных работ.

Рис. 5. Термитная сварка рельсового пути

К числу недостатков, характерных для термитной сварки рельсов трамвайного пути, следует отнести такие особенности технологии:

• необходимость аккуратного и осторожного обращения с используемым в ходе работ порошком, который является легко воспламеняемым веществом;
• для получения качественного шва требуется четкое выполнение схемы и последовательности производимых технологических операций;
• обязательное условие для безопасного ведения сварочных работ – исключение возможности попадания в рабочие емкости воды, что приведет к разбрызгиванию металла.

Анализ приведенных выше списков достоинств и недостатков наглядно демонстрирует главную причину популярности и востребованности рассматриваемой технологии. Она заключается в сочетании хороших эксплуатационных свойств получаемого на выходе сварного шва с высокой производительностью и доступной стоимостью выполняемых монтажных работ. Очевидным и легко предсказуемым следствием настолько впечатляющего перечня достоинств технологии становится крайне обширная сфера применения термитной сварки в сегодняшних условиях.

Технические стандарты, регулирующие требования к проведению работ

Немаловажным достоинством термитной сварки рельсовых путей выступает наличие детально проработанного стандарта, четко регламентирующего требования к технологическому процессу и правила проведения сварочных работ. Речь в данном случае идет о национальном стандарте РФ – ГОСТ Р 57181-2016. Нормативный документ был введен в действие с 1 июня 2017 года и актуален до настоящего времени.

Положения стандарта содержат рекомендации в области грамотной организации работ по монтажу рельсовых путей любого типа – железнодорожных, трамвайных или для других разновидностей городского электротранспорта. Кроме того, стандарт дает основные определения терминам и понятиям, которые используются для описания технологии термитной сварки, а также устанавливает базовые методы контроля над качеством сварного шва.

Сварка рельсовых стыков: способы, технология, видео

Монтаж железнодорожных магистралей проводится двумя методами: сборным и сварным. Второй предпочтительнее, потому что сборные стыки снижают скорость движения подвижного состава. Сварка рельсов производится несколькими методами. При выборе способа монтажа бесстыковых линий учитывают свариваемость материала и стоимость работ. Наиболее распространенные: контактная и алюмотермитная сварка, есть и другие виды. О каждом стоит сказать отдельно. Стыки варят с использованием специального оборудования.

Особенности сваривания рельсов

Железнодорожный профиль производят из высокоуглеродистых сталей, характеризующихся плохой свариваемостью. При термической обработке на металле образуются трещины, возникают внутренние напряжения. При сварке рельсовых плетей такое недопустимо, дефекты полотна могут стать причиной аварии.

Для работы необходимо:

• профессиональное оборудование;
• качественные расходные материалы;
• контрольные приборы, проверяющие целостность шва.

Для образования прочного соединения толстостенные балки необходимо проваривать на всю глубину. После сварки стыка необходимо выровнять поверхность, чтобы шов не разрушался.

Виды рельсов

Для выбора способа сварки учитывают химический состав сплава. Для каждого вида профилей ГОСТом определены марки стали.

Наименование	Назначение	Марки стали, используемые для изготовления
Железнодорожные стандартные	Выпускают для магистральных путей	РП50, РП65, РП75.
Железнодорожные промышленные	Используются на коротких участках.	РП50, РП65, РП75.
Железнодорожные узкоколейные	Монтируются в шахтах, на подъездных узкоколейках.	Р8, Р11, Р18, Р24.
Рудничные для шахтных проводников	Применяются для бесстыковых ширококолейных участков, стрелок	Р33, Р38, Р43
Рамные	Необходимы для монтажа пересечений линий.	РР65.
Крановые	Предназначены для движения мостовых и строительных кранов.	КР70, КР80, КР100, КР120 и КР140.
Остряковые	Необходимы для стрелочных переводов, круговых опорных устройств.	ОР43, ОР50, ОР65 и ОР75.
Трамвайные с желобами	Используют только для трамвайных путей, они рассчитаны на небольшую нагрузку.	Т58 и Т62
Контррельсовые	Монтируют в тупиковых отстойниках.	РП50, РП65, РП75.
Усиковые	Выпускаются для крестовин с непрерывной поверхностью качения.	УР65

Способы сварки рельсовых стыков

При выборе технологии учитывают свариваемость сталей, их текучесть, пластичность. Немаловажный фактор – трудозатраты, стоимость оборудования. С учетом всех составляющих решают, как сваривать рельсы.

Для заделки стыков используют следующие технологии:

• электродуговую;
• электроконтактную;
• алюмотермитную;
• газопрессовую.

На предприятиях чаще используют термитную сварку рельсов, реже контактную. У каждой технологии есть преимущества.

Электродуговой

Сварка рельсов с использованием электродов используется для стыков и плетей. Ванным способом удается получить прочное соединение. Концы укладывают на небольшом возвышении над полотном с зазором 14–16 мм в специальную ванночку, удерживающую расплав. В стык вертикально помещается электрод диаметром 5 или 6 мм. При подаче высокочастотного переменного или постоянного тока прямой полярности мощностью 300–350 ампер в зависмости от толщины профиля, расплав постепенно заполняет весь стык. Диффузионный слой создается по всему сечению. Для сварки рельсов используют электроды с основным видом покрытия:

• отечественные УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55,
• японские LB 52U.

Их предварительно прокаливают: в течение 2 часов выдерживают при температуре 180 – 230°С.

Достоинства электродуговой сварки:

• не нужно использовать флюс, обмазка создает слой шлака над ванной, он препятствует окислению;
• не требуется предварительной разделки торцов;
• для образования плотного соединения не нужно дополнительно прикладывать усилий;
• доступность, в качестве генератора тока используют трансформаторы, выпрямители и профессиональные инверторы.

После охлаждения ванны стык зачищают, снимают окалину, выравнивают поверхность головки рельса.

Термитный

Метод основан на способности алюминия восстанавливать окись железа с большим выделением тепла. Сварку рельсов по алюмотермитной технологии освоили больше века назад. При поджоге термита в рабочей зоне создается температура от 1200 до 2000°С в зависимости от химического состава сплава. Восстановленное железо затекает в форму, по профилю совпадающую с рельсом.

В термит помимо оксида железа и алюминия входят легирующие добавки, небольшие кусочки металла (они затормаживают химический процесс). Шлак, образующийся при расплаве, всплывает, его удаляют после охлаждения металла.

Самое главное преимущество метода – высокая скорость термитной сварки рельсов. Он применяется для закаленных и холоднокатаных балок. Его используют при монтаже магистральных железнодорожных линий и плетей.

Газопрессовый

Сварку рельсовых стыков этим методом проводят на пластичных сталях. Температура в зоне стыка концов повышается за счет энергии сдвига. Она выделяется при высоком давлении. Образуется качественное соединение за счет однородности диффузного слоя. Для плотной стыковки рельсов торец прорезают рельсорезом. Металл консервируют 4-хлористым углеродом или дихлорэтаном, под составом металл не окисляется. Стык нагревают до температуры вязкости, под 10–15-тонным давлением гидропресса слои сдвигаются, торцы плавятся, образуется диффузный слой.

Главные достоинства газопрессового метода:

• однородность химического состава;
• отсутствие окалины, процесс протекает внутри профиля;
• возможность соединяться профиль любой конфигурации и толщины.

Электроконтактный

Автоматная технология основана на нагреве стыка за счет пронизывающей электродуги, возникающей под воздействием высоких токов небольшого напряжения. Электроконтактная сварка проводится самоходными комплексами МСГР-500, МС-5002, К-190 непосредственно в месте укладки или с небольшим смещением ветки. Для разного вида рельсового профиля используют сменные контактные головки. Работу проводят методом непрерывного оплавления или импульсным прогревом рельсов.

Контроль качества рельсовых стыков

От прочности соединений зависит безопасность движения, поэтому вне зависимости от способа сварки проводится проверка стыков рельсов любым из методов неразрушающего контроля.  Особенно внимательно проверяются швы, сделанные ручным сварочным оборудованием. Помимо структуры проверяется ровность головки рельса, на которую опирается колесо во время движения.

Термитная сварка рельсов и проводов

Термитной называют сварку,

для осуществления которой применяют порошкообразные смеси (термиты), состоящие из различных элементов, обладающих большим сродством с кислородом, и окислов металлов с небольшой теплотой образования.

Такие смеси быстро сгорают, образуя продукты, нагретые до высокой температуры.

Получение перегретого расплавленного шлака и металла лежит в основе процессов термитной сварки.

Термитная сварка рельсов

Термитную сварку можно осуществлять в двух основных вариантах:

1. плавлением (способом промежуточного литья) и
2. давлением.

В первом случае процесс выполняется без применения механического усилия за счет теплоты экзотермической реакции термита, достаточной для доведения кромок соединяемых деталей до расплавленного состояния.

Термитная сварка давлением представляет собой химико-механический процесс, при котором соединяемые детали нагреваются в зоне сварки только до пластического состояния с последующим приложением внешнего сжимающего усилия.

В настоящее время находят применение следующие виды термитов:

• алюминиевый,
• магниевый и
• медно-алюминиевый.

Алюминиевый термит состоит из 20—22% алюминия и 80—78% железной окалины, измельченных в порошок с размерами частиц до 1 мм. При нагреве этой смеси, хотя бы в одной точке, до температуры 800° С с помощью специальных запалов или электрической дуги возникает бурное горение, идущее по реакции

3Fe304 + 8Аl = 4Аl203+9Fe.

Температура реакции достигает 3000° С. Таким образом ее продукты: железо (Тпл ~ 1500° С) и глинозем (Тпл ~ 2050° С) — оказываются значительно перегретыми.

Для раскисления и улучшения механических свойств термитной стали практикуется добавка ферромарганца и ферросилиция.

Сварка алюминиевым термитом применяется для стыковых соединений рельсов, труб, массивных отливок и при ремонтных работах.

Техника сварки заключается в том, что концы стыкуемых изделий, помещенные в форму из огнеупорного материала, предварительно нагревают до 700—800° С нефтяными или керосиновыми горелками, а затем заливают формы термитным металлом и шлаком из специального тигля.

При сварке давлением (рис. 1, а) продукты термитной реакции используются только как носители запаса тепла, достаточного для нагрева изделий до пластического состояния, после чего путем сжатия осуществляется их соединение.

При сварке плавлением: (рис. 1, б) детали заформовывают с большим зазором между торцами. Термитный металл оплавляет поверхности изделий, сливается с ними в одно целое, образуя после охлаждения сварное соединение.

При сварке рельсовых стыков применяется разработанный инж. М. А. Карасевым комбинированный способ, схема которого представлена на рис. 1, в.

Рис. 1. Способы термитной сварки: а — давлением; б — плавлением; в — комбинированный способ

Между торцами точно обработанных головок рельсов зажимается пластинка толщиной 3 мм из малоуглеродистой стали.

Затем на стык устанавливают форму и подогревают его. Порция термита подбирается так, чтобы при заливке формы нижняя часть была заполнена жидким металлом почти до нижней кромки головки рельсов. Остальная часть формы заполняется шлаком, после чего рельсы сжимают.

Таким образом, головка рельсов сваривается по способу давления, а остальная часть сечения сваривается по способу плавления.

После снятия формы производятся обработка зубилом выступающих кромок промежуточной пластины и зачистка рабочей поверхности головки рельсов.

Термитно муфельная сварка

Представляют интерес разработанные А. Н. Кукиным и А. А. Талыковым новые способы сварки магниевыми медно-алюминиевым термитами.

Так, на основе реакции

Fe304 + 4Mg = 3Fe +4MgO

осуществляется термитно-муфельная сварка.

Особенностью магниевого термита является выделение окиси магния в твердом состоянии, так как температура реакции (до 2500° С) недостаточна для ее расплавления. Таким образом, продукты реакции представляют собой рыхлую массу окиси магния, пропитанную расплавленным железом.

Термитная сварка проводов

Важнейшей областью применения магниевого термита является муфельная сварка стальных проводов воздушных линий связи.

Для этой цели используют прессованные цилиндрические шашки с осевым каналом и выемкой с торца для вкладывания запала (рис. 2).

Рис. 2. Схема сварки проводов магниевым термитом: 1 — корпус шашки; 2 —запал; 3 — свариваемые стержни

 

Для осуществления сварки стык проводов, закрепленных в специальных клещах, располагают посередине шашки и затем зажигают ее запал пламенем спички или тлеющим фитилем. После сгорания шашки разогретые концы проводов сваривают путем осадки с помощью клещей.

Для приваривания деталей небольшого сечения к массивным изделиям применяют медно-алюминиевый термит.

В частности, он применяется для таких работ, как приварка заземляющих проводников к стальным конструкциям и медных стыковых соединителей к железнодорожным рельсам. В обоих случаях используется термитная смесь, состоящая из 64% окиси меди, 16% ферромарганца и 20% специального медно-алюминиевого сплава, в свою очередь состоящего из 54% меди и 46% алюминия.

Термитно тигельная сварка

Для осуществления процесса сварки используют специальные разъемные графитовые тигель-формы, плотно прикрепляемые к изделию.

После сгорания термита образовавшийся перегретый металл — марганцовистая бронза — заполняет форму, в которой находится конец проводника, и приваривает его к изделию.

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.

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.

Термитная сварка

Виды сварки — Термитная сварка

Термитная сварка — процесс сварки металлических деталей жидким металлом заданного химического состава, получаемого в результате термитной (алюминотермической) реакции. Сущность термитной реакции заключается в том, что алюминий способен восстанавливать окислы металлов со значительным выделением тепла, в результате чего происходит изменение потенциального состояния энергии и рекристаллизация компонентов, участвующих в процессе:

Значительное количество тепла, выделяемого при термитной реакции, длительное время сохраняет металл в жидком перегретом состоянии и дает возможность использовать его для технологических целей.

В отличие от обычного процесса горения термитная реакция может происходить в замкнутых системах или даже в вакууме, так как реакция происходит за счет кислорода, содержащегося в окислах металлов.

Термитный процесс с железо-алюминиевым составом протекает в соответствии со следующей зависимостью:

Основным высококалорийным горючим, применяющимся в термитных Смесях, является алюминий. После кислорода и кремния алюминий является самым распространенным элементом земной коры и составляет около 8% массы Земли (железо 4,7%).

Принцип получения трудновосстанавливаемых металлов из их окислов впервые был выдвинут крупнейшим русским ученым-химиком, основоположником современной физической химии Н Н. Бекетовым. В 1865 г. в своей докторской диссертации «Исследования над явлениями вытеснения одних элементов другими» Бекетов превратил этот принцип в научную теорию, заложив основу алюминотермии. Он установил, что алюминий обладает очень большой активностью, соединяясь с кислородом, и что при определенных условиях алюминий легко восстанавливает из окислов другие металлы, стоящие правее его в таблице напряжений химических элементов.

Сварочный термит состоит из порошкообразного металлического алюминия и окислов железа в виде окалины (технологического отхода горячей обработки стали), а также различных присадок, вводимых в шихту для легирования получаемой стали.

Какие условия необходимы для начала термитной реакции?

1 Термитная шихта должна быть рассчитана так, чтобы в ходе реакции выделилось необходимое количество тепла для расплавления и перегрева конечных продуктов термитной реакции

2. Компоненты термитной шихты: алюминиевый порошок и окислы железа должны быть мелких фракций и тщательно перемешаны.

3. Для начала термитной реакции в любой точке термитной шихты необходимо создать температурный толчок не ниже 1350^o. после чего термитная реакция быстро распространится на всю шихту.

В результате термитной реакции, которая в течение 15—30 сек. протекает очень активно, образуются металл (около 50% от первоначального веса термитной шихты) и шлак.

В процессе термитной реакции часть тепла расходуется на нагревание стенок тигля, лучеиспускание и т. д. Однако, несмотря на это, количество выделяющегося тепла достаточно для того, чтобы расплавить шихту и перегреть продукты реакции — жидкий металл и шлак до 2600—2700^o. Это обусловливает возможность получения чистого металла, так как благодаря значительной разнице в удельных весах жидкий шлак всплывает на поверхность, а металл опускается на дно тигля.

Качество термитного металла определяется физико-химическими свойствами компонентов шихты.

Для получения металла (стали) нужного химического состава в шихту вводят в измельченном состоянии легирующие материалы: ферромарганец, ферромолибден, ферротитан, феррованадий, углерод и т. д.

Измельченная легирующая присадка закладывается в тигель вместе с термитными компонентами.

Участие легирующих элементов в термитной реакции очень многообразно: они легируют термитную сталь, раскисляют и рафинируют ее. Кроме того, они частично теряются — испаряются и переходят в шлак.

Ценные ферросплавы (ферротитан, феррованадий и др.) повышают прочность термитной стали, так как в ходе реакции, находясь в жидком состоянии, они образуют карбидную фазу титана и ванадия. Наличие в стали перечисленных карбидов увеличивает ее мелкозернистость, повышает твердость и т. п.

Длительность термитной реакции oт момента зажигания термита до ее окончания и полного отделения металла от шлака находится в прямой зависимости от количества сжигаемого термита и колеблется от 15 до 40-50 сек.

При одновременном сжигании больших количеств термита реакция протекает с относительно небольшими потерями тепла.

Термитные смеси в зависимости от их назначения можно условно разделить на следующие группы;

1) элементарная термитная смесь — железная окалина плюс алюминиевый порошок в стехиометрическом соотношении;
2) термит для сварки рельсовых стыков. В шихту вводится стальной наполнитель — мелкие кусочки малоуглеродистой проволоки или стальная малоуглеродистая стружка, ферромарганец и порошкообразный графит,
3) термит для сварки легированных сталей. В качестве присадки используются ферротитан, феррованадий и др.;
4) термит для сварки чугуна. В присадку вводится значительное количество кремния. Марганец исключается. Высокое содержание кремния в термитном металле способствует выделению графита в сварочной и переходной зонах и обеспечивает получение достаточно прочных сварных соединений;
5) термит для сварки высокомарганцовистых сталей. В этот термит вводится увеличенное количество марганца и углерода в виде ферромарганца и чугунной стружки;
6) специальные термиты — пиротехнические, для наварки пода в металлургических печах, уменьшения усадочных раковин в слитках, вторичного дробления минералов и руд, изготовления термитных брикетов и т. п.

История развития производства термита и термитной сварки рельсов

В Москве термитную сварку впервые применили в 1915 г.. когда было сварено 126 стыков. В 1918 г. сварили еще 151 стык. С 1923 г. в трамвайных путях столицы начинают регулярно варить стыки термитом. До 1925 г. стыки сваривали импортным термитом. В 1925 г. на Московском термитно-стрелочном заводе инженером М. Л. Карасевым было налажено промышленное производство термита.

М. А. Карасев внес крупный вклад в развитие алюминотермии, организовав на базе отечественной технологии выпуск термитных смесей для народного хозяйства. Он предложил рациональные способы производства алюминиевого порошка и термита. Ему были выданы авторские свидетельства на «аппарат для получения эерноволокнистого алюминия», «шаровой мельницы для производства алюминиевого порошка», «механической нагрева-тельной печи для обжига железной обсечки и окалины при изготовлении термита» и т. п.

В последующие годы в путях московского трамвая было сварено термитом свыше 100 000 стыков.

Сварка производилась двумя способами: комбинированным и врасклинку. Ввиду того, что стыки, свариваемые последним способом, часто выходили из строя, к 1931 г. этот способ перестали применять Вместо него начали внедрять способ сварки промежуточным литьем. Одновременно начали применять способ сварки «дуплекс» (способ промежуточною литья с последующим прессованием). Однако этот способ не получил широкого распространения из-за сложности технологического процесса.

Качество сварки термитных стыков за первые 10 лет ежегодно улучшалось, и количество лопнувших (в течение года) стыков в среднем не превышало 0,8%.

Применение отечественного термита для сварки рельсовых стыков показало его превосходство перед импортировавшимся термитом. В стыках рельсов, сваренных отечественным термитом, значительно меньше процент брака. Это подтверждают результаты эксплуатации первой очереди Московского метрополитена. Так, например, каждый рельсовый стык на участке Сокольники—Парк культуры в 1938 г, выдержал 13,4 млн. ударов с грузонапряженностью 53 млн. т-км.

В 1936 г. вышло из строя 0,17% от количества эксплуатируемых в путях стыков, в 1937 и 1938 г. — по 0,5%.

Из приведенного количества выбывших из строя стыков 75% разрушились из-за наличия болтовых отверстий в зоне сварки.

В эти же годы термит стали внедрять в другие отрасли народного хозяйства. В частности, была разработана и успешно осуществлена термитная сварка стыков легированных труб первого прямоточного котла высокого давления; начали применять также термитную сварку для ремонта крупногабаритных стальных деталей: валов, колонн и т. п.

Применение термитной сварки в трамвайных хозяйствах

Сварка стыков рельсов радикально решает проблему борьбы с блуждающими токами, которые наносят значительный ущерб подземным металлическим коммуникациям.

Бесстыковой путь дает возможность уменьшить экономические затраты по текущему содержанию пути, позволяет увеличить скорость движения рельсового транспорта, уменьшает шум и удлиняет срок службы подвижного состава.

Рассматривая применяющиеся в настоящее время различные способы сварки стыков рельсов — электроконтактный, электрошлаковый, газопрессовый, ванный, электродуговой с приваркой накладок и подкладок и термитный, — нельзя не отдать предпочтение последнему, у которого такие преимущества:

1) удобство, маневренность применяющейся оснастки;
2) возможность применения без электроэнергии;
3) высокая производительность;
4) достаточная прочностная характеристика.

Термитная сварка позволила к 1953 г. в Москве и Ленинграде иметь в трамвайных путях бесстыковые соединения.

В трамвайных хозяйствах многих городов отдается предпочтение термитной сварке стыков рельсов. За последние 25—30 лет термитная сварка претерпела небольшие качественные изменения.

Из всех способов термитной сварки — кузнечного, промежуточного литья, комбинированного, «дуплекс» — получил широкое распространение способ промежуточного литья.

С 1950 г. применяется модернизированный способ промежуточного литья — «единый» способ, который хотя и не дает провара по всему сечению рельсов, но благодаря простоте всего технологического процесса позволил расширить внедрение термитной сварки в трамвайных путях.

В связи с массовым применением термитной сварки на транс порте появилась потребность как в качественном улучшении сварного стыка — получение плотного стыка с хорошим проваром и постоянством химического состава термитной стали, так и в изменении количественных характеристик — повышение производительности, уменьшение расхода материалов и т. д.

Условия, необходимые для проведения термитной реакции

Чтобы осуществить термохимическую реакцию между восстановителем и окислителем, необходимо наличие определенных условий, как то: химической чистоты компонентов термитной шихты, соответствующего измельчения их, определенного соотношения составляющих термита в шихте, доведения термитной смеси до температуры начала реакции.

В составе железо-алюминиевого термита восстановителем является алюминий в порошкообразном состоянии, а окислителем — порошок железной окалины. Химическая чистота восстановителя и окислителя необходима для обеспечения определенной активности и теплотворной способности термита, а также для качества сварки.

Окислитель — железная окалина — должен содержать минимальное количество кремния, серы и фосфора.

Кислородный баланс окалины 24,5—26% О₂, что недостаточно для получения активной высококалорийной термитной реакции. Чтобы увеличить содержание кислорода в окалине, ее подвергают специальной обработке при высокой температуре в окислительной среде.

Большое влияние на ход реакции оказывает измельчение составляющих термитной шихты. Более крупные компоненты используются в реакциях с большими порциями шихты. Для небольших порций термита применяют более измельченные порошки.

Отклонение от указанных пределов в ту или иную сторону нарушает нормальные соотношения восстановителя и окислителя в термите, что приводит к снижению его калорийности, повышает в термитном металле содержание Al или насыщает металл кислородом, что отрицательно влияет на качество термитной сварки.

Чтобы осуществлялась реакция между алюминием и железной окалиной, термитная шихта должна быть нагрета до температуры воспламенения, которая для железо-алюминиевого термита при правильно выбранном соотношении составляющих достигает 1340-1360^o. Это — критическая точка начала активной реакции, хотя медленно протекающие термохимические процессы уже начинаются при нормальной температуре после смешения компонентов термитной шихты.

Медленно протекающие термохимические процессы безопасны, но они снижают теплотворную способность термита, вследствие эгого длительное хранение его нежелательно.

Применение термита

Термит широко применяется в различных отраслях народного хозяйства. Он используется Для сварки крупногабаритных стальных и чугунных конструкций и арматуры железобетонных узлов. Термитом можно сваривать трубы и провода контактной сети, а также провода высоковольтных линий электропередачи.

Термитный металл обладает хорошими литейными свойствами и может употребляться для прицезионного литья.

В технической литературе освещено применение термитной сварки при:

а) производстве крупногабаритных деталей, состоящих из нескольких элементов: коленчатых валов, рулевых рам судов, приварке лопастей к гребным валам судов и пр.;
б) восстановлении цилиндров прессов, поршневых штоков, колонн кузнечных прессов, роторных валов, валков, а также ведущих реверсивных шестерен прокатных станов, всевозможных станин—клетей прокатных станов, станин прессов и главных станин ковочно-высадочных машин и пр.;
в) ремонте чугунного технологического оборудования сталелитейных цехов: изложниц, шлаковых ковшей, поддонов и т. д.

Термитную сварку крупногабаритных деталей лучше всего производить в литейном цехе, где имеется необходимое технологическое оборудование, а также грузоподъемные механизмы.

Термитная сварка крупных чугунных деталей дает большой экономический эффект, особенно для восстановления технологического оборудования металлургического производства: различных ковшей, изложениц, поддонов, а также всевозможных станин.

Приступая к термитной сварке чугунных деталей, нужно учитывать повышенную чувствительность чугуна к температурным изменениям. При нагревании чугуна выше критической точки и охлаждении со скоростью, превышающей 149^o в мин., он становится хрупким.

Одним из важнейших условий успешного проведения термитной сварки чугунных деталей является предварительный подогрев. При сварке чугунных деталей, помимо местного подогрева в зоне сварки до 900^o, необходимо произвести и общий подогрев всей детали до 450—500^o.

Весьма эффективно применение термита для сварки стыков стержней большого диаметра непосредственно в блоках гидросооружений, где нельзя использовать стыковую сварку. При этом повышается экономия металла, используемого на накладки или технологические изгибы сопрягаемых элементов, а также увеличивается производительность сварки по сравнению с электродуговым или ванным способом. Кроме того, облив улучшает работу арматуры в бетонных сооружениях, так как, выступая за габариты стержня, он повышает сцепляемость арматуры с бетоном.

Термитная сварка стыков арматурных стержней, как правило производится без предварительного подогрева, но с несколько большим расходом термита на стык.

При термитной сварке стыков арматурных стержней применяют универсальные огнеупоры, являющиеся одновременно и тиглем и формой.

На железнодорожном транспорте широко применяется термитная приварка электросоедимениний к рельсам. Для этого используется специальный термит, состоящий из окислов меди, сплава меди с алюминием и ферромарганца. Сжигается этот термит в тигель-форме из жаропрочного графита, способного выдерживать несколько сот плавок.

На действующих газопроводах для предохранения их от разрушения почвенной коррозией осуществляется электродренажная защита — привариваются стальные стержни, которые подключаются к источникам постоянного тока. Стальные стержни приваривают только термитом. Использование других видов сварки — электрической или газовой — недопустимо, так как в ходе сварки может произойти прожог труб, по которым подается горючий газ под давлением. Термит для приварки стержней дренажной защиты состоит из железо-алюминиевой шихты с введением в нее дополнительно магния и ферромарганца.

Для сварки стальных проводов широко применяют спрессованный в цилиндрические шашки термит, который состоит из 25% металлического магния и 75% железной окалины.

Магниевый термит применяется потому, что при сгорании он нe образует жидких шлаков.

Термитно-магниевые шашки можно использовать и при пайке. В паяльник закладывают шашку и поджигают ее обычным способом. Через несколько минут после окончания процесса горения Паяльник прогревается до нужной температуры и становится пригодным для пайки.

При строительстве электрических установок высокого напряжения часто приходится сваривать стыки многопроволочных проводов. Перед сваркой производят механическую подготовку и обезжиривание стыков, закладывают подготовленные концы проводов в цилиндрический термитный патрон и закрепляют их в сварочных клещах.

Стык проводов при поджигании термитного патрона и в процессе сварки должен быть в горизонтальном положении.

При сварке стале-алюминиевых и алюминиевых проводов со сваренного стыка необходимо удалять металлический кокиль—оболочку термитного патрона.

Термитная сварка стыков узкоколейных рельсов без предварительного подогрева может применяться в горной и лесной промышленности. Для этого используют такие же сухие формы, как и при термитной сварке арматурных стержней.

Количество термита для сварки стыка без предварительного подогрева удваивается. Это компенсируется высокой производительностью (7—10 мин.) на один стык и компактностью применяемой оснастки.

Трещины в головке, участки пробуксовки и другие дефекты рельсов устраняют термитной наплавкой.

Термитным способом можно получить термитную перегретую жидкую сталь любого состава, которая имеет высокую жидкотекучесть и хорошие литейные свойства. Это дает возможность получить из термитной стали всевозможные отливки сложной конфигурации.

Высокая жидкотекучесть термитной стали позволяет отливать из нее небольшие сложные детали, которые обычным способом из стали отлить нельзя.

Высокие литейные качества термитной антикоррозийной стали позволяют с успехом отлипать из нее любые скульптурные композиции.

Читать: «Автогенная обработка». Термитная сварка. История развития, Краткие рекомендации по технике безопасности при термитной сварке рельсовых стыков, Кузнечный способ термитной сварки

Источник: Малкин Б.В. Термитная сварка