Что такое термитная сварка рельс на железной дороге

Разнообразные способы сварки металлов широко используются на производстве. Самые востребованные виды сваривания — это электродуговой (трансформатором, инвертором, полуавтоматом) и газовый (пропан-кислородным и ацетилен-кислородным пламенем). Но эти методы могут оказаться малоэффективными из-за отсутствия линии электропередач вблизи рабочего места. Газовая сварка имеет недостаточную температуру нагрева для соединения толстых сторон металла, таких как рельсы. Для решения этой задачи был разработан термит. Это порошок с определенным составом. Как работает термитная сварка рельс на железной дороге? В чем ее преимущества и недостатки?

История возникновения и суть сварки

Изобретению термитной сварки способствовала необходимость в разработке метода соединения металлов без участия громоздкого оборудования. В то же время температура нагрева сторон должна быть достаточно высокой, чтобы проплавить толстые стороны материалов и образовать крепкое соединение.

Бекетов Н.Н. открыл явление называемое алюминотермия. Это процесс, при котором металл восстанавливается благодаря окислам алюминия. Для этого алюминиевую стружку смешивают с оксидом железа. Полученную смесь доводят до температуры 3000 градусов, вследствие чего образовывается сталь и шлак.

Ученый Гольдшмидт впервые смог воплотить эту идею на практике сваривания. Он использовал два металлических бруска, зазор между которыми заполнил горящим термитным порошком. Образовался монолитный шов приемлемого качества, а шлак всплыл на поверхность и разошёлся по сторонам. При этом его отделение было довольно свободным.

Что такое термитная сварка на деле, легко понять после ознакомления с видео. В настоящее время применяют 23% алюминиевой крошки и 77% окиси железа. Грануляция состава не превышает пол миллиметра в диаметре. Поджиг осуществляется специальным запалом. Благодаря горению происходит химическая реакция, высвобождающая большое количество тепла. При этом оксид железа преобразовывается в чистый металл, а второй компонент образует окислы и составляет шлак.

Применение

Сварочный метод получил широкое применение благодаря своей автономности и несложном оборудовании. Им можно соединять чугун, сталь, и некоторое алюминиевые детали. Благодаря дозированию порошка регулируется количество выделенного тепла и ширина стыка. Это нашло отображения и в более тонких сварочных работах по соединению проводов.

Автономность метода позволяет использовать его на любом расстоянии от населенного пункта. Особенно часто он применяется для сварки железнодорожных путей. Высокая температура обеспечивает достаточный прогрев зоны стыка, а образованный сплав выдерживает повышенные нагрузки при эксплуатации. Если три бригады будут работать параллельно, то за 50 минут они смогут выполнить 12 соединений термитной сваркой. Это важный показатель, который позволяет не останавливать движение поездов на длительное время.

Достоинства и недостатки

Термитная сварка обладает рядом преимуществ перед электродуговым методом, а именно:

• быстрота выполнения работ;
• доступные комплектующие, которые продаются свободно в специализированных магазинах;
• простота выполнения соединения, не требующая предварительного длительного обучения рабочего;
• отсутствие необходимости в электроэнергии или громоздких газовых баллонах;
• крепкий шов, устойчивый к усилию на излом и разрыв.

Несмотря на данные преимущества, термитный метод сваривания имеет и несколько негативных факторов, которые важно учитывать при проведении работ. Во-первых, смесь легко воспламеняется, что требует осторожности при перевозке или подготовительных процессах. Потушить случайно зажженную емкость с порошком будет уже невозможно, а моментально повышающаяся температура способна создать пожар, если окажется на горючих материалах.

Во-вторых, нельзя допускать попадание воды или иных жидкостей на горящую термитную смесь. Если определенный объем воды прольется в зону плавления порошка, то это может привести к взрыву и разбрызгиванию состава. Перед применением метода сваривания важно пройти подготовку и соблюдать инструкции по технике безопасности.

Процесс на деле

Технология сваривания железнодорожных рельс происходит следующим образом:

1. Два конца рельс выставляются одинаково по вертикали и горизонтали торцами напротив друг друга. Между наим оставляется зазор для заполнения в 25 мм. Для этого вставляется специальная пластина соответствующей толщины.
2. Обе стороны зажимаются небольшими захватами или струбцинами.
3. Место соединения выкладывается огнеупорными пластинами для направления горячего потока точно между рельсами. Небольшие щели между формой и металлом замазываются пастой.
4. На форму устанавливается тигель — маленькая емкость с термитным порошком. Либо накладывается воронка-лейка сверху которой ставится магазинная бочка со смесью.
5. Термит поджигается запальным карандашом через верхнее отверстие в бочке или тигле.
6. Горение длится около 30 секунд. Возрастающая температура плавит нижнюю заглушку, и смесь вытекает в форму. Происходит заполнение последней и создание соединения. Высокая температура содействует хорошему сплавления железа и основного металла. Шлак вытекает на землю или в специальные карманы приспособления.
7. После окончания горения убираются карманы, тигель и форма.
8. Соединение обжимается прессом для полного формирования. В таком состоянии изделие находится около 5 минут.
9. Выполняется отбитие наплывов шлака, которое производится постукиванием молотка.
10. Шов на рельсах шлифуется на рабочих сторонах, чтобы на участке не было выступов. Поверхность неприкасаемая с колесами поезда оставляется без шлифовки.

Оборудование

Для реализации термитного метода сваривания необходимо определенное оборудование:

• отливочная форма, способствующая заполнению пространства между рельсами;
• керамический тигель и заглушка из плавящегося материала для заполнения емкости и слива расплавленного средства;
• пресс для уплотнения соединения;
• подставка для тигля;
• обмазочная паста;
• болгарка со шлифовальными кругами;
• молоток;
• лопатка для удаления шлака с карманов.

Для защиты рабочего от высокой температуры необходим костюм из плотной ткани.

Благодаря автономности и быстроте выполнения, термитная сварка широко используется в аварийных и плановых ремонтах железнодорожных путей. Применяя вышеизложенные рекомендации можно создать качественное соединение и в бытовых целях.

Поделись с друзьями

0

0

1

0

Алюминотермитная сварка рельсов — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Процесс алюминотермитной сварки рельсов

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 = Al₂О

3 + 2Cr

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃

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.

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.

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 непрерывной сварке рельсов на перегонах, станциях и в пределах стрелочных переводов, в тысячи раз.

Сама мысль о алюминотермитной реакции происходит из второй половины XVIII века. Французский ученый Антуан Лоран Лавуазье описал принцип экзотермической реакции, практическое внедрение которой в своей эпохе он не мог предполагать.

Русский физико-химик Николай Николаевич Бекетов в 60-х годах 19 века показал, что при высоких температурах алюминий восстанавливает металлы из их оксидов. Позднее эти опыты послужили отправной точкой для возникновения алюминотермии.

В 1895 году немецкий химик, профессор Ганс Гольдшмидт (Elektro-Thermit GmbH & Co. KG; Германия) после десяти лет испытаний практического использования реакций Лавуазье и Бекетова получает первый патент на сварку стальных профилей, в том числе профилей железнодорожного рельса.

В сравнении с другими видами сварки рельсов[править | править код]

На сегодняшний день существует два основных способа стыковой сварки рельсов:

Алюминотермитная сварка рельсов имеет ряд преимуществ перед контактной сваркой: она не требует сложного дорогостоящего оборудования, большого количества рабочих, продолжительных перерывов в движении поездов. Кроме того она может применяться при сварке на стрелочных переводах. Процесс сварки одного рельсового стыка занимает около 50 минут, а благодаря возможности работы нескольких бригад одновременно, можно добиться большей производительности в «окно». Например, за двухчасовое «окно» силами трех бригад можно изготовить до 12 стыков.

Термитная сварка рельсов. Видео на железной дороге

Многим известен такой вид сварки, как электродуговая и газовая. Они широко применяются как на производстве, так и в строительстве. Но термитная сварка мало кому известна. Поэтому речь пойдет о ней. Благодаря использованию термитной сварки, получаются, ничем не хуже по качеству соединения, как при электро или газосварке, притом не требуется источник электропитания или газовые баллоны.

Сферы применения

Термитную сварку на сегодняшний день используют для сваривания чугуна, электрических и телефонных коммуникаций, труб, частей двигателя и так далее. Особо часто термит используют для сваривания железнодорожных рельсов. Соединения получаются достаточно надёжные. Место ремонта может быть на любом участке дороги, даже в несколько сот километров от населенного пункта.

Термитная сварка

Появление термитной сварки было обусловлено необходимостью стыкового соединения металлов без использования громоздкого оборудования и наличия электросети. Поэтому в 1859 г. Бекетов Н. Н. обнаружил способ, в основе которого лежит алюминотермия  ― процесс получения металла восстановлением их окислов алюминия. Он определил, что смесь порошка алюминия и оксида железа, горя при 3000° C, превращаются в сталь и шлак.

В 1898 г. исследователь из Германии Гольдшмидт, впервые применил термитную сварку на практике, соединив два железных бруска. Сделал он это, образовав форму вокруг места стыка и засыпав его термитным порошком. Сгорев, термитный порошок превратился в расплавленное железо, соединив таким образом два металлических бруска. При этом шлак всплывал на поверхность и мог свободно отделиться.

С того времени состав термита практически не изменился. Чаще всего термит имеет в своём составе опилки алюминия ― 23%, и окись железа― 77%. Фракция порошка составляет ― 0,5 мм. В момент поджига порошка, возникает химическая реакция, благодаря которой выделяется много тепла. Плавясь, окись железа переходит в чистое железо, а расплавленный алюминий окисляется.

Термитная сварка рельсов

Процесс сваривания рельсов термитом заключается в следующем:

• обрезка рельс с двух сторон, чтобы промежуток между ними был 23 ― 25 мм. Притом они должны быть выставлены горизонтально и вертикально;
• в зазор между рельсами вставляется пластина из углеродистой стали, для образования зазора;
• стык рельсов зажимается прессом;
• на место соединения монтируется огнеупорная форма, а стыки формы с рельсами, засыпаются песком, или замазываются специальной пастой;
• поверх форм прикрепляется тигель (конус в виде лейки из огнеупорного материала) в котором первоначально сжигается термит. Расплавленный жидкий металл полученный в тигле, в последствии выливают в форму на стыке рельс;
• термит в тигле поджигается термитным карандашом, после чего происходит горение основной смеси 20 ― 30 секунд;
• снизу в воронке тигля установлена заглушка, которая расправляется и освобождает проход жидкому металлу в форму. Сталь и шлак заполняя форму, образуют соединительный шов, притом шлак частично вытесняется наружу в специальные чаши, прикрепленные сбоку тигля;
• горячая сталь заливаемая в форму, проплавляет торцы рельс. После, убирается тигель, и форма сжимается прессом;
• форму снимают, и пока металл ещё горячий, удаляют его избыток;
• получившийся шов, тщательно шлифуют до образования однородной плоскости с рельсой.

Термитные карандаши

В продаже можно найти термитные карандаши. Это кусок проволоки состоящей из углеродистой стали, диаметром до 5 мм. На неё наносят термитную смесь перемешанную с клеем. С одной стороны карандаша имеется место для запала. Что-то вроде бертолетового шнура, но нанесенного в виде дорожки на сам карандаш. Карандаш вставляют в держатель  ― как для электросварки, ―  и поджигают верхнюю часть. Когда огонь доходит до основного состава на другом конце карандаша, происходит запал термита. Сварку необходимо производить с защитным щитком и рукавицами. Этот же карандаш применяется для поджига основной смеси в тигле. Его поджигают и бросают в тигель с термитной смесью.

Кроме карандашей, существуют ещё термитные шашки и патроны. По принципу работы они схожи с термитным карандашом.

 Достоинства термитной сварки

• крепкое и надежное сварочное соединение с высокой стойкостью к разрушению;
• технология сварки отличается простотой и доступностью, что предполагает ее использование как в промышленности, так и в быту;
• самый оптимальный вариант сварки при аварийных ситуациях.

 Недостатки 

• высокое поглощение влаги;
• смесь из-за способности воспламенятся, считается пожароопасной, что требует бережного отношения и хранения;
• попадание влаги на термитную шашку приводит к образованию взрыва;
• неспособность контролировать процесс горения термита.

Оборудование для термитной сварки рельс

• вольфрамовый или керамический тигель с плавящейся заглушкой, и приспособленный для слива жидкого металла в форму;
• отливочные формы для придания расплавленному металлу формы рельсов;
• пресс для сжатия форм после заливки металла;
• дополнительное оборудование: подставка для тигля, термометр, горелка;
• дополнительные материалы и инструменты: болгарка, шлифовальные круги, кувалда, зубило, металлическая щётка, термостойкая одежда, рукавицы, защитные очки для глаз и другое.

Все это обеспечит качественную работу и защитит персонал от разрушительного воздействия тепла и грязи получаемых при сгорании термосмеси.

Условия для сварки рельс термитом

Чтобы соединение при процессе сварки получилось качественным и крепким, необходимо соблюдать следующие условия:

• количество порошка термита необходимо просчитать столько, сколько нужно для заполнения металлом формы вокруг рельса;
• важно, чтобы смесь шихты была тщательно измельчена и перемешана;
• температура горения зажигательного элемента (шашка, карандаш), как катализатора поджига основной смеси, должна быть не менее 1400°C.

Несмотря на свои незначительные недостатки, термитная сварка может с успехом конкурировать по безопасности и качеству с такими сварками, как электродуговая и газовая. Например, газовая взрывоопасна, а электрическая не исключает поражение электротоком. Да и многое в этих видах сварок напрямую зависит от квалификации самого сварщика. В термитной же, большую роль играет качество смеси и сохранение технологии, а остальное получится само ― собой.

Термитная сварка рельс на ЖД и проводов по ГОСТу: технология

Термитная сварка – это один из многочисленных способов варки. В этом процессе металлические изделия нагреваются с помощью термита. Он включает в себя смесь, состоящую из магния или же опилок алюминия (23%) с добавлением железной окалины (окись железа 77%). Соединение  заготовок с использованием взрывоопасной смеси делится на способ плавления и литья. Виды термитной сварки могут использоваться отдельно и в комплексе.

Процесс термитной сварки

Возможность применения данного способа

Этот способ соединения различных металлических частей наибольшее распространение получил на железной дороге. Термитная сварка, которую ещё называют алюминетермитной, применяется для стыковки рельсов.

Процесс термитной сварки рельс на ЖД

Обычно, для производства работ задействуют бригады, состоящие из двух или трёх человек. Термитная сварка рельс на железной дороге предполагает использование специального оборудования, вес которого варьируется в пределах 350-400 килограмм. Для проведения работ, о которых идёт речь, необходимы автономные источники электрической энергии.

Кроме того, её активно используют при сварке чугуна. Она востребована для обработки телефонных и электрических коммуникаций. С помощью данного метода можно работать с трубами и отдельными частями силовых агрегатов.

Термитная сварка проводов используется для оконцевания, соединения жил сечений различного диаметра. Речь идёт о проводах изготовленных из алюминия. Этот метод соединения подходит для работы с медными жилами до 10 мм².

Использование карандаша

Карандаш – это кусочек обыкновенной проволоки из углеродистой стали. В диаметре 2-3 мм и размерами частиц в пределах 0,5 мм. В состав входит: 24% опилок алюминия, 76% окалины железа. Сварка термитным карандашом возможна в домашних условиях: на даче или загородном доме при выполнении несложных, в техническом плане, мероприятий.

Помните, что тушение пожара при воспламенении от шашек, либо патронов возможно с использованием песка. Тушение водой недопустимо!

Термитные шашки для сварки выпускаются двух видов:

• для соединения кабеля и изолированных проводов с медными жилами: ПА;
• для производства работ с алюминиевыми и сталь/алюминиевыми проводами.

Шашка состоит: из кокиля и термитной массы.

«Важно!

Не допускается хранение патронов и спичек в одном месте и единой упаковке.»

Термитные шашки для сварки

Для сварки проводов термитными патронами подходят соединения диаметром 5-32 миллиметра. Патрон включает в себя: кокиль, вкладыш и термитную массу.

Преимущества и недостатки

Термитная сварка обладает рядом преимуществ. К примеру, термитная сварка рельсов не предполагает использование дорогого или специального оборудования по сравнению с контактным способом. Нет необходимости задействовать большое количество рабочей силы. Следовательно, этот способ обработки рельсовых стыков и стрелочных переводов предполагает экономию бюджетных средств.

«На заметку!

Для обработки только 1 рельсового стыка бригаде из 2-3 человек понадобится менее часа, всего 50 минут рабочего времени.»

Три бригады за 120 минут способны изготовить от 10 до 12 рельсовых стыков. Кроме этого:

1. Термитная сварка создаёт крепкое соединение отдельных частей. Обладает высокой стойкостью к разрушению.
2. Технология термитной сварки проста и доступна. Она одинаково эффективна на промышленном производстве и бытовых целях.
3. Специалисты утверждают, а практики подтверждают, что использование этого метода – наиболее приемлемый вариант при ликвидации аварий и нестандартных ситуаций.
4. Качественное, получаемое при термитной сварки, соединение.

Шов после термитной сварки

Термитная сварка имеет свои недостатки. К ним можно отнести:

1. Высокое поглощение влаги.
2. Взрывоопасный способ ведения работ. Так, попадание воды на шашку, вызовет взрыв.
3. Неконтролируемый процесс горения.

Но, несмотря на свои недостатки – это один из действенных способов надёжного соединения рабочих деталей.

Схема процесса термитной сварки

Схема термитной сварки рельс

Видео с процессом термитной сварки рельс на железной дороге

 

Оборудование, которое используется для термитного метода соединения рельс

Для проведения работ необходимо подготовить соответствующее оборудование такое как:

1. Тигель, изготовленный из вольфрама или керамики. Условие использования: должна быть плавящаяся заглушка. А также тигель, обустроенный для слива жидко металла в форму.
2. Для работы понадобится пресс для сжигания форм, оставшихся после заливки металла.
3. Отливочные формы, с помощью которых расплавленный металл приобретает законченный продукт: форму рельс.
4. Для процесса потребуется подставка для тигля. А также горелка и термометр.

Также, необходимо подготовить дополнительный инструмент: кувалду, зубило, шлиф/машинку с кругами. И использовать спец/одежду о необходимости, которой говорится далее.

Техника безопасности при выполнении работ

Из-за способности воспламеняться термитная сварка относится к категории пожароопасного производства. Следовательно, к ТБ предъявляются жёсткие меры. Рабочий объект должен быть оборудован рабочим инвентарём и находиться в исправном состоянии.

Термитная сварка подразумевает получение допуска к работе лиц, достигших 18 лет, прошедших специальное обучение.

Перед началом производственного процесса обязательным условие считается подготовка рабочего места, организация труда. А также проведение устного инструктажа с рабочими бригадами.

Результат инструктажа о ТБ заносится в рабочий журнал под подпись каждого участника.

Важным аспектом безопасности считается применение специальных средств индивидуальной защиты: термостойкой одежды, рукавиц, защитных очков для глаз.

«Важно!

Термит складируется в отдельном помещении. Накопительный склад должен находиться на расстоянии не менее 30 метров от жилых зданий и производственных помещений.»

ГОСТ термитной сварки Р 57181-2016 определяет порядок проведения работ и технологический процесс использования взрывоопасного продукта.

Не рекомендуется использование данного метода обработки при низких t^{, а также при дождливой погоде. Доставка взрывоопасного материала и огнеупоров осуществляется транспортом с крытым кузовом, который должен быть заранее подготовлен: чистый и сухой.}

Заключение

Термитная сварка процесс неновый. Он используется уже на протяжении последних 50 лет. Несмотря на это процесс актуален для широкого применения в металлургической отрасли и других направлениях хозяйствования.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что термитная сварка процесс узко/профильный и специфичный. Основным условием работ является безопасность.

Это использование противопожарных средств защиты и соблюдение рекомендаций с учётом ГОСТ и отдельных положений, утверждённых на уровне министерств и ведомств.

Существует множество материала и технической литературы на тему, как осуществляется термитная сварка. В интернете всегда есть обучающие и ознакомительные ролики.

Алюминотермитная сварка рельсов. Технология выполнения работ.

Процесс сварки рельсов можно осуществлять несколькими способами: электродуговой , газопрессовной, алюминотермитной сваркой. Последняя технология является наиболее популярной и считается очень эффективной, хотя метод контактного соединения также часто применяется. Алюминотермитная сварка рельсов предполагает использование специального прибора — воспламенителя. За счет однопорционного заряда увеличивается температурный режим (до 1000°С), который подходит для расплавления всех видов рельсов.

Сварка рельсовых стыков – процесс непростой, требующий максимальной концентрации и внимательности. Поскольку в материале полотна находится очень много углерода, то он считается трудносвариваемым металлом. Допуская недочеты в создании сварного шва рельсов, можно получить трещины на соединении. О том, в чем суть такого вида сварки рассмотрим в этой статье.

Содержание статьи

Что представляет собой алюмотермитная сварка?

Метод состоит в следующем: специальный порошок помещается в специальную металлическую конструкцию, которая находится над стыком двух участков полотна, подвергающегося сварке, а затем этот порошок плавится. Предназначение порошка заключается в том, что он надежно и прочно соединяет основной материал и таким образом, микроструктура шва становится очень вязкой. Подобные стыки делаются очень быстро и со временем они не проседают, что свидетельствует об их высоком качестве.

Порошок, выступающий в роли связующего звена в термитной сварке рельс, состоит из 23% алюминиевой крошки и 77% оксида железа. Структура порошка мелкодисперсная, размер гранул – 0,5 мм. Технология базируется на способности металла восстанавливаться в окислах алюминия. Однако, как уже отмечалось, это может произойти только при высоком тепмературной режиме, поэтому и применяется запал, посредством которого смесь поджигается. Именно этот процесс позволяет превратить оксид железа в чистый металл.

На участке используется заливочная форма, благодаря которой сплав направляется в место стыка.

Обратите внимание! Очень важно, чтобы образовалась герметичная конструкция, именно поэтому созданы специальные различные формы под разные конфигурации рельс.

Если после выполнения работы, вы найдете какие-то зазоры и щели, то от них нужно избавиться, для этого используется термостойкая обмазка. Благодаря своей жидкой консистенции она затекает в участок стыкового соединения и заполняет свободное пространство. В итоге на поверхности образуется шлак.

Процесс создания сварного шва рельсов должен производиться с обязательным уплотнением стыка, когда он находится еще горячим. Для этого необходимо обзавестись прессами. По завершению работы шлак надо отбить молотком, а сам шов надо отшлифовать специальной машинкой и болгаркой.

Достоинства и недостатки

Алюминотермитная сварка рельс очень часто применяется на практике, ее широкая популярность обусловлена рядом плюсов, которые выделяются при использовании данного метода:

• Процесс осуществляется очень быстро (не более 30 минут). Несколько опытных сварщиков могут за 1 час создать 10-12 швов.
• Сварочные работы могут не нуждаются в привязке к стационарным источникам электроэнергии.
• Все необходимые детали и инструменты можно приобрести в любом строительном магазине.
• Чтобы качественно сварить рельсу в принципе не нужно специального образования, достаточно несколько раз потренироваться, чтобы соединение получилось прочным и надежным.
• При точном соблюдении правил выполнения технологии по созданию шва, в конечном итоге вы получите соединение, которое будет выдерживать сильные нагрузки.
• При условии, что применяется хорошая техника, процесс считается абсолютно безопасным для людей, выполняющих работу.
• Термитная сварка рельс не требует строгой привязки к населенному пункту, можно осуществлять и на поле.

Несмотря на большое количество преимуществ, как и любые другие технологии, сварочные работы, основанные на применении алюминотермия, имеют свои недостатки, о которых нельзя не упомянуть:

• Поскольку используемый порошок является легковоспламеняемым, в обращении с ним следует быть предельно осторожным.
• Чтобы в конечном итоге получить качественный шов, надо особое внимание уделить подготовке и выполнить ее детально.
• Проследите за тем, чтобы техника была исправной.
• Нужно быть очень внимательным, поскольку если в горящую емкость попадет вода, то металл разбрызгается.

Оборудование

Алюминотермитная сварка должна производиться только при наличии всех необходимых элементов: бочка, порошок, заглушка, форма, которая выполнена в соответствии с конфигурацией рельс, обмазочное вещество, необходимое для герметизации стыка, шлифовальная машинка, зубило, молоток, лопатка из металла (нужна для забора горящего шлака), горелка (посредством ее изначально надо разогреть металл).

Последовательность работ:

Подготовительный этап

Существенную роль в том, как сварить шов рельс, играет подготовка, которая предполагает следующие действия: возле стыка надо ослабить крепления рельс, а те которые расположены на участке соединения и вовсе надо снять. Далее при помощи горелки рельсы нагреваются, а также очищаются от ржавчины. На следующем этапе, при помощи клиньев, их надо выпрямить как горизонтально, так и вертикально. Ставить рельсы нужно соблюдая зазор в 2,5 мм, далее к ним подводится резак.

Выравнивание

Изначально надо избавиться от прокладок всех креплений, на их места устанавливаются клинья, используя молоток их нужно подогнать до требуемого состояния. Затем надо проверить насколько точно уложены рельсы, для этого используйте метровую линейку.

Установка

На этом этапе важно подобрать нужную герметичную форму, далее горелку надо поставить по середине на том участке, где предположительно появится шов. Также нужно выполнить и герметизацию зазоров, для этого форму надо максимально плотно прижать к шву, также здесь используется шпатель, который обеспечивает чистую грань между швом и песком.

Нагрев и сварка

Предварительный прогрев рельс производится горелкой при следующих параметрах: давление пропана – 1,5 бар, давление кислорода – 5 бар. Пламя подается на протяжение 1,5 – 2 минут. Когда прогрев завершен, горелка убирается, вставляется сердечник и поворачивается тигель. Затем на месте предполагаемого стыка устанавливается специальная бочка, наполненная зарядом. Для того, чтобы поджечь заряд применяет запал с высокой температурой, затем жидкий металл помещается в форму и выдерживается 4-5 минут.

Шлифовка и контроль качества

По окончанию процедуры, стык обрабатывается по краям до гладкого состояния: пока он горячий срезаются наплывы.

Далее, используя абразивные инструменты надо отшлифовать шов. Чтобы проверить качество нужны линейка и щуп. Важно, чтобы все было максимально прямолинейным. Качество шва проверяется по статичности изгиба, все осуществляется при помощи измерительных инструментов.

Выводы

Процесс алюминотермитной сварки достаточно безопасный. Лучше, чтобы работу выполнял сварщик с опытом. Выполняя такую технологию, как алюмотермитная сварка, соблюдайте правила эксплуатации железных дорог. Специалисты должны быть обязательно в спецодежде, защитных очках и перчатках.

[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]

Технология алюминотермитной сварки рельсов

К надежности и прочности соединения рельсов предъявляются высокие требования, соблюдение которых не могут обеспечить классические способы. Поэтому при прокладке или ремонте железнодорожных путей применяют специальные технологии. Самой удобной и эффективной из них признана алюминотермитная сварка.

Что такое алюминотермитная сварка

Сущность алюминотермической технологии основана на восстановлении железа из оксидов при взаимодействии с окислами алюминия. Протекание реакции сопровождается выделением тепла, достаточного для плавления металла.  Для алюминотермитной технологии используют смесь (термит), состоящую из 23% измельченного алюминия и 77% железной окалины. Чтобы характеристики шва были близкими к параметрам материала рельсов, в порошок добавляют легирующие элементы и частички стали.

Смесь засыпают в тигель, установленный над стыком. Для начала реакции восстановления порошок нагревают до 1000⁰С воспламенителем с однопорционным зарядом. После поджигания в результате химического взаимодействия ингредиентов температура смеси поднимается до 2400⁰C, восстановленное железо плавится, стекая вниз, заполняет зазор стыка. Для повышения надежности соединения алюминотермитная сварка завершается уплотнением шва специальным прессом.

Достоинства и недостатки

Популярность технологии объясняется тем, что алюмотермитная сварка обладает следующими преимуществами по сравнению с другими способами:

1. Высокая скорость проведения работы. Полный цикл создания соединения занимает не больше получаса. Бригада, используя метод разделения труда, может за час наложить 10 -12 швов. Это возможно если один выполняет подготовку и переходит к следующему стыку, другой проводит сварку, третий обрабатывает соединение
2. Нет привязки к стационарным источникам электропитания, что позволяет использовать алюминотермитную технологию в полевых условиях.
3. Не требуются дорогие материалы и сложное оборудование, поэтому сокращаются затраты на обслуживание железнодорожных путей. Все необходимое есть в магазинах стройматериалов.
4. Снижается износ колес вагонов, локомотивов.
5. Улучшается плавность хода составов.
6. Чтобы освоить алюминотермитную технологию, достаточно провести 2 — 3 сварки.

К недостаткам алюминотермической технологии относятся:

• легкая воспламеняемость термита требует осторожного обращения при хранении, транспортировке, применении;
• трудоемкость подготовительных мероприятий;
• невозможность применения технологии при температуре ниже +5⁰C;
• при попадании воды в зажженную смесь происходит активное разбрызгивание металла, поэтому в дождливую погоду нужно устанавливать навес.

Применяемое оборудование и материалы

Для проведения алюминотермитной сварки рельсов нужно приготовить:

• бочку с термитом, закрытую заглушкой;
• форму в соответствии с профилем рельсов;
• если вместо бочки применяется развесочная смесь, потребуется тигель из тугоплавкого материала;
• пресс для сжатия шва;
• шлифовальную машинку;
• молоток, зубило;
• металлическую лопатку для снятия горящего шлака;
• газовую горелку для предварительного нагрева.

Из расходных материалов потребуется:

• мелкодисперсный термит с гранулами не более 0,5 мм;
• термостойкая паста для заделывания трещин и щелей;
• пропан и кислород для горелки в баллонах.

Процесс алюминотермитной сварки рельсов

Перед началом работы нужно убедиться, что термита достаточного для полного заполнения стыка, иначе придется все переделывать. Технология алюмотермитной сварки жд стыков выполняется поэтапно в строгой последовательности.

Подготовительные работы

На участках рельсов, расположенных рядом со стыком, снимают крепления к шпалам, а дальние ослабляют. Это необходимо для того, чтобы они не мешали при установке и для снятия напряжения металла. Участки возле стыка нагревают горелкой, очищают от ржавчины. Затем рельсы выставляют так, чтобы между торцами было расстояние 25 мм.

Расстояние между торцами рельсов выдерживают 25мм

Выравнивание рельсов

Далее на всех креплениях убирают прокладки, заменяя их клиньями с обеих сторон. Чтобы соединение выдерживало нагрузку от проходящих жд составов без деформаций, рельсы должны быть прямолинейными по горизонтали и вертикали. Предварительную установку делают на глазок. Затем, подбивая клинья молотком, добиваются необходимого положения. Для контроля к поверхностям рельсов прикладывают метровую металлическую линейку.

Установка форм

Ориентируясь по измерителю, устанавливают зажимное устройство на нужном расстоянии от стыка. Накладывают форму, оставшиеся щели замазывают термостойкой пастой. Сверху устанавливают подставку с воронкой, над которой размещают бочку с термитом. При использовании развесной смеси потребуется тигель. Горелку крепят по центру соединения чуть выше оси рельсов.

Форма для алюминотермитной сварки рельсов

Нагрев и сварка

Для предварительного подогрева места соединения на горелку подают пропан под давлением 1,5 Бар и кислород 0,5 Бар. Через 1,5 — 2 минуты горелку гасят, убирают. Если к качеству шва не предъявляются повышенные требования, эту процедуру можно пропустить. После поджигания термитной смеси специальным запалом, расплавленный металл начинает стекать внутрь формы. В это время (20 — 30 сек) нельзя изменять положение тигля. После опорожнения его снимают, а также крышки и поддоны для шлака. Форму разбирают через 4 минуты, когда завершится кристаллизация металла.

Шлифовка и контроль качества

После окончания алюминотермитной сварки стык обрабатывают с боков и сверху, чтобы рельсовое полотно было гладким. Место соединения в течение 10 минут прогревают горелкой, после чего зубилом или болгаркой удаляют наплывы. Окончательную шлифовку проводят абразивными инструментами после остывания, контролируя процесс щупом и линейкой. Качество выполненного соединения проверяют методом статичного изгиба по подошве или головке рельса. Ход испытаний контролируют по измерительным приборам.

Несмотря на высокие температуры, возникающие при выполнении алюминотермитного соединения рельсов, технология не считается опасной. Непосредственно сваркой должен заниматься опытный рабочий. Все члены бригады должны быть обеспечены спецодеждой из негорючей ткани, защитными очками, сигнальными жилетами.

ООО «ГТ-АТС»: Процесс SkV

Процесс SkV применяется для сварки железнодорожных рельсов типа Р65 и Р50. Особенностью этого процесса является быстрый (не более 2 минут) предварительный подогрев и возможность проведения сварочных работ при температуре окружающего воздуха до минус 5°С.

Последовательность основных операций процесса следующая :

	1. Подготовка зазора и рельсов в зоне стыка. Со стыка снимаются накладки, а рельсы в зоне стыка очищаются от грязи и ржавчины. Рельсовые скрепления ослабляются на трех шпалах справа и слева от стыка, при этом на ближних к стыку шпалах – полностью снимаются. Концы рельсов отрезаются рельсорезом абразивно-отрезным диском так, чтобы величина сварочного зазора составила 24- 26 мм . При соответствующем разрешении резку концов рельса можно осуществлять газовым резаком пропан-кислородной смесью по шаблону.
	2. Выравнивание концов рельсов Выравнивание концов рельсов производится при помощи упорных клиньев по метровой линейке специальным измерительным клином. Рельсы выравниваются в двух плоскостях, причем по вертикали устанавливается необходимое превышение концов рельсов для компенсации термической усадки шва и создания припуска для последующей шлифовки. Окончание этой операции – подогрев концов рельса в зоне стыка до температуры ~50 0С для удаления влаги.
	3. Установка литейных форм. На рельсе закрепляется специальное зажимное приспособление, литейные формы устанавливаются в металлические формодержатели и с помощью кронштейнов фиксируются на зазоре. По контуру рельса формы затем уплотняются раствором из огнеупорного песка, а по бокам формодержателей навешиваются чашки для сбора шлака. В завершении этой операции на головку рельсов по бокам форм одеваются защитные крышки.
	4. Установка тигля. На специальный кронштейн навешивается тигель, в который устанавливается тигельная пробка и засыпается термитная порция. Тигель может быть как многоразовый (показан на фотографии), так и одноразовый. Сверху на крышку тигля возможна установка дымового фильтра (не показан) в стальном коническом корпусе, значительно снижающего задымление рабочей зоны и препятствующего разлетанию искр по сторонам.
	5. Короткий предварительный подогрев. Перед началом термитной реакции осуществляется короткий предварительный подогрев концов рельсов. Эта операция проводится пропан-кислородной смесью с помощью специальной горелки. При этом время подогрева зависит от профиля рельса : — для рельса Р50 оно составляет 1,5-2 минуты; — для рельса Р65 соответственно 2-2,5 минуты.
	6. Термитная реакция и заливка форм. Немедленно после окончания подогрева горелка вынимается из формы и термитная смесь поджигается при помощи специального запала. После завершения термитной реакции (через 20-25 секунд) на дне тигля автоматически открывается тигельная пробка и происходит выпуск жидкой термитной стали в литейную форму. В процессе заливки расплавленной термитной стали в зазор концы рельсов проплавляются и свариваются.
	7. Снятие грата. После окончания заливки сталь в форме выдерживается в течение 3,5…4 минуты для полного завершения процессов кристаллизации. По окончании указанного времени снимаются формодержатели, зажимное приспособление, удаляется верх форм, а грат срезается по поверхности качения головки рельса и боковой грани при помощи гратоснимателя с комплектом специальных ножей.
	8. Шлифовка стыка. Шлифовка стыка по поверхности катания и боковым граням головки рельса выполняется шлифовальной машиной в два приема : — черновая шлифовка, проводимая сразу же после снятия грата *; — чистовая шлифовка, проводимая после остывания стыка и затяжки рельсовых скреплений. * После черновой шлифовки стыка допускается движение (пропуск) поездов со скоростью не более 25 км/ч .
	9. Ультразвуковая дефектоскопия После чистовой шлифовки и полного остывания стыка проводится контроль качества сварного шва переносным ультразвуковым дефектоскопом в соответствии с действующими правилами ПР 07.41-2006.

  Особенности алюминотермитной сварки в тоннелях метрополитена.

Применяемая нами технология SkV позволяет производить термитную сварку рельсов в тоннелях метрополитена и полностью отвечает требованиям Технических указаний «Алюминотермитная сварка рельсов метрополитена», «Инструкции по обеспечению безопасности при производстве рельсосварочных работ алюминотермитным способом в тоннелях метрополитена» №18-03.00-04 и ППБО 147 «Правила пожарной безопасности на метрополитенах». Для выполнения требований, изложенных в этих документах, технологией предусмотрено применение специального дымового фильтра в стальном коническом корпусе, который может использоваться как с одноразовым тиглем (см. фото), так и с многоразовым тиглем. Фильтр значительно снижает задымление рабочей зоны и не допускает разлетание искр при термитной реакции. В остальном технологический процесс алюминотермитной сварки рельсов в тоннелях метрополитена идентичен вышеизложенному процессу для железных дорог.