Алюминотермитная сварка рельсов технология

Технология и оборудование алюминотермитной сварки рельсов

Общая организация работ по сварке рельсов включает подготовительные и основные работы. Подготовительные предназначены для проверки качества термитной смеси путем испытания четырех контрольных сваренных образцов на статический поперечный изгиб, а также твердости [15, 17].

В подготовительные работы непосредственно на месте сварки входят следующие операции [15, 17, 18]:

1) разъяснение особенностей эксплуатации пути в месте сварки для сварщиков термитной сварки и монтеров пути;

2) доставка оборудования и материалов к месту сварки;

3) ограждение места производства сварки;

4) установка свариваемых рельсовых концов во взаимное положение.

Способы проведения термитной сварки различны. Выбор того или иного способа зависит от формы, размеров и расположения свариваемых деталей. Технологические особенности алюминотермитной сварки рельсов регламентируются техническими условиями и технологической инструкцией и предполагают ряд подготовительных и основных операций [17, 18].

Вначале рельсошпальную решетку расшивают на три шпалы в каждую сторону от свариваемого стыка. Концы рельсов обжигают сварочной горелкой и зачищают (проволочной ручной или механической щеткой) на длине не менее 150 мм для удаления влаги и других загрязнений. После этого рельсы выравнивают по рабочему канту и поверхности катания, оставляя между торцами зазор 25 ± 1 мм. С помощью клиньев поднимают концы рельсов в стыке, чтобы компенсировать прогиб стыка, вызываемый усадкой при кристаллизации и последующем охлаждении металла сварного шва и зоны термического влияния. Для компенсации просадки сварного шва после остывания возвышение в стыке над остальной частью рельсов необходимо выбрать таким, чтобы при наложении на головку рельсов линейки (середина должна совпадать с зазором) длиной 1000 мм. Оба ее конца имели зазор с рельсами 2 ± 0‚5 мм (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема измерения высоты установки концов рельсов перед сваркой

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 (рисунок 2). 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 [15, 17].

Рисунок 2 – Установка комбинированной стойки [15]

1 – комбинированная стойка;2 – держатель литейной полуформы

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 (рисунок 3).

Рисунок 3 – Подготовка газовой горелки для подогрева концов рельсов [15]

1 – вспомогательная стойка;2 – газовая горелка

До заливки формы расплавленным металлом торцы рельсов в стыке предварительно разогревают до температуры 1200–1250°C. Время прогрева зависит от температуры окружающей среды и мощности газового пламени (таблица 1). 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, что соответствует величине указанной в нормативных документах [15, 17, 18].

Таблица 1 – Время подогрева рельсов в зависимости от их температуры [15]

Для сварки рельсов в настоящее время используется способ промежуточного литья (рисунок 4), при котором из продуктов термитной реакции используется только расплавленный металл 5 без шлака 4 [15, 17].

Рисунок 4 — Схема алюминотермитной сварки рельсов способом промежуточного литья [15]

а – плавление термитной смеси;б – заливка расплавленной термитной смеси в форму; в – кристаллизация сварного шва; 1 – рельс; 2 – литейная форма; 3 – тигель; 4 – расплавленный шлак; 5 – расплавленный металл; 6 – литниковый канал

Жидкий металл является одновременно источником тепла и присадочным материалом, соединяющим концы рельсов 1. Свариваемые концы рельсов при этом способе устанавливаются с зазором 25 ± 1 мм, на который устанавливают керамическую литейную форму 2. Для осуществления химической реакции и получения расплавленного металла используют конический тигель 3 с выпускным отверстием в дне. 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 [1, 15, 17].

Для проведения плавильного процесса термитной смеси необходимо снять газовую горелку с комбинированной стойки. Установить нагретый литниковый мостик в литейную форму. Повернуть тигель с термитпой смесью и установить его таким образом, чтобы ось литника совпадала с осью зазора между рельсами и формой (рисунок 5). Для начала термитной реакции используют запальную спичку, которую поджигают от газового пламени и вставляют в термитную смесь, находящуюся в тигле. Тигель накрывают конической крышкой с отверстием для выпуска газов [15].

Рисунок 5 – Плавка термитной смеси и выпуск термитного металла в форму [15]

1 – тигель;2 – литейная форма; 3 – комбинированная стойка; 4 – крышка тигля

Для предотвращения обратного удара на горелке вначале закрывают вентиль подачи пропана, потом вентиль подачи кислорода, затем устанавливают ее на вспомогательную стойку и перекрывают вентили на баллонах. Процесс плавления термитной смеси и выпуск расплавленного металла в питейную форму происходит автоматически через 25 — 28 с. К этому времени подогретые концы рельсов успевают остыть до 850 — 900 °С, что соответствует температуре предварительного подогрева, указанной в нормативных документах. 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 [1, 15, 17, 18].

Ориентировочное время остывания составляет 90 — 20 мин в зависимости от температуры окружающего воздуха. Поверхность головки рельса после шлифовки не должна иметь следов «поджога». Перед чистовой шлифовкой выполняют крепление рельса к шпалам в зоне сварного шва [15, 17, 18].

В процессе подготовки и проведения алюминотсрмитной сварки рельсов проводится пооперационный контроль качества выполняемых операций, после завершения процесса сварки — визуальный осмотр сварного шва с проверкой геометрии рельса. Далее проводят ультразвуковой контроль шва [15, 17, 18].

Алюминотермитная сварка рельсов

Применение ее в России для первых сварочных работ по соединению рельсового полотна в 1915 году — для трамвайных рельсов, в 1925 году — для железнодорожных, позволило выполнить сварной шов одновременно по всему поперечному сечению рельса и получить достаточно высокое для того времени качество. Однако внедрение на железнодорожном транспорте стыковой контактной сварки, хорошо зарекомендовавшей себя при получении длинных рельсовых плетей в стационарных условиях и на перегонах, сильно сузила круг ее применения в Советском Союзе. Но времена изменяются и «забытое старое» вновь становится «новым». В странах западной Европы и Америке этот способ завоевал очень большую популярность — им сваривают стыки не только в районе стрелочных переводов, но и на перегонах основного пути.

Рельсовый стык представляет собой место, в котором происходит «разрыв» рельсовой нити, что, несмотря на стыковые накладки, уменьшает жесткость и увеличивает просадки. Это приводит к тому, что при движении подвижного состава через стык происходит удар колеса о головку принимающего конца рельса. Толчки и удары в стыках приводят к интенсивному износу как ходовых частей подвижного состава, так и самих рельсов. В результате ударов колеса о набегающий рельс происходят смятие и сколы головки рельсов в зоне стыка на расстоянии 60 — 80 мм от стыкового зазора, изломы рельсов по болтовым отверстиям, изломы накладок и стыковых болтов. Бесстыковой путь лишен указанных недостатков и, кроме того, имеет ряд преимуществ:

Благодаря этим и другим преимуществам бесстыковой вариант верхнего строения пути стал основным на главных линиях во всем мире.

Сварные швы в вагонах, локомотивах, рельсах и машинах различного назначения, применяемых на транспорте, являются наиболее повреждаемыми местами в процессе эксплуатации. Это связано с характерными особенностями сварных соединений. В сварном шве и околошовной зоне после сварки изменяются механические свойства, образуются остаточные растягивающие напряжения, близкие к пределу текучести материала, а сам сварной шов, кроме того, является концентратором напряжений.

В ряде случаев при выборе того или иного способа сварки руководствуются лишь его производительностью и стоимостью выполняемых работ, что приводит к появлению в ответственных конструкциях сварных соединений низкого качества. На получение качественного сварного соединения большое влияние оказывает свариваемость материала, из которого изготовлены соединяемые детали. Свариваемость — комплексная характеристика металла, характеризующая его реакцию на физико­химическое воздействие процесса сварки и способность образовывать сварное соединение, отвечающее заданным эксплуатационным требованиям.

Если для деталей из хорошо сваривающихся материалов качественное сварное соединение получается при любом способе сварки, то для деталей из удовлетворительно сваривающихся материалов требуется усложнение технологии или применение специального способа, как правило, более сложного и дорогого. Еще большие проблемы возникают при сварке деталей из плохо сваривающихся материалов. Для получения качественного сварного соединения из таких материалов необходимо существенно усложнить технологию сварки и строго ее соблюдать. К сожалению не все об этом знают и, принимая решение о внедрении сварной конструкции в производство, часто не уделяют достаточного внимания технологии ее изготовления и ремонта.

Рельсовая сталь содержит большое количество углерода (0,69­0,82%) и относится к группе плохо сваривающихся материалов, которые при сварке склонны к образованию трещин. Трещины в таких конструктивных элементах как рельсы недопустимы, т.к., являясь концентраторами напряжений, могут в любой момент привести к разрушению стыка и крушению.

В настоящее время стыковая сварка рельсов осуществляется двумя видами: стыковая контактная сварка и сварка алюминотермитным способом.

При изготовлении в стационарных условиях на рельсосварочных предприятиях рельсовых плетей длиной 650­800 м контактная сварка позволяет получать хорошее качество сварных стыков при высокой производительности и достаточно низкой себестоимости.

Несмотря на широкое распространение, стыковая контактная сварка имеет ряд недостатков и ограничений при проведении ремонтных работ рельсового пути:

Алюминотермитная сварка рельсов имеет ряд преимуществ перед стыковой контактной сваркой при использовании путевых рельсосварочных машин: она не требует сложного дорогостоящего оборудования, большого количества рабочих, продолжительных перерывов в движении поездов. Непосредственно процесс сварки термитом рельсового стыка занимает 28–30 секунд, а вместе с подготовкой и этапом окончательной обработки сварного шва — не более 45 минут. Причем на одном стрелочном переводе одновременно может выполняться сварка нескольких стыков, что сокращает общее время выполняемых работ. Заварку стыка рельсов выполняет бригада из трех человек, обучение которых осуществляется в короткие сроки. Общий вес используемого оборудования не превышает 350–400 кг. При выполнении сварки и сопутствующих технологических операций используются автономные источники энергии. Для проведения алюминотермитной сварки рельсов был разработан специальный комплект малогабаритного переносного оборудования, способного работать автономно в полевых условиях. Подобраны состав и зернистость термитной смеси, что обеспечивает протекание термитной реакции без взрывов и затухания с наиболее благоприятной скоростью и требуемой температурой продуктов реакции.

Термитная сварка основана на процессе выделения большого количества теплоты, проходящем при сгорании термита — особой смеси, состоящей из порошкообразного металлического алюминия, окислов железа и специальных добавок, улучшающих термитный металл. Получаемая теплота (при сгорании термита развивается температура до 3000°С) используется для получения термитного металла и расплавления им кромок свариваемых частей изделия.

Процесс алюминотермитной сварки включает две основные технологические операции: предварительный высокотемпературный подогрев и непосредственно сварку рельсов. Подогрев производится специальной многопламенной горелкой на протяжении 7–9 минут. Момент завершения этапа предварительного подогрева контролируется визуально и поэтому зависит от квалификации сварщика, выполняющего подогрев. Проведение предварительного высокотемпературного подогрева является важной технологической особенностью алюминотермитной сварки рельсов, т.к. исключает несплавления, образование закалочных структур, уменьшает величину остаточных напряжений в сварном шве и околошовной зоне и предотвращает образование трещин.

После этапа подогрева следует этап сварки, на котором производится воспламенение термитной смеси, протекает реакция горения термита и происходит автоматический выпуск расплавленного термитного металла в межстыковой зазор рельсов. В результате многочисленных экспериментальных исследований было установлено, что основными технологическими параметрами, оказывающими влияние на качество получаемого сварного соединения, являются: длительность предварительного подогрева и тепловая мощность газового пламени.

Как и при любом виде сварки, технология алюминотермитной сварки должна строго соблюдаться. Это связано с тем, что локальный неравномерный разогрев металла до высоких температур приводит к образованию в месте нагрева значительных остаточных напряжений, являющихся одной из основных причин зарождения и развития трещин. Для повышения трещиностойкости в технологическом процессе сварки рельсов предусмотрены специальные операции, позволяющие понизить уровень остаточных напряжений, повысить прочность сварного стыка и его работоспособность.

Для получения бесстыкового пути алюминотермитным способом могут быть использованы как новые, так и старогодные рельсы, термически упрочненные и не упрочненные, мартеновского и бессемеровского производства, предназначенные для укладки на станционных, подъезд­ных и прочих железнодорожных путях, в том числе стрелочных переводах. Однако рельсы, подлежащие сварке между собой, должны быть одного типа и одинаковой группы годности.

С 1996 г. по технологии ЗАО «СНАГА» было сварено свыше 150 тыс. стыков на магистральных путях в главном ходу и на скоростных участках в разных климатических зонах на железных дорогах ОАО «РЖД». При этом подтверждены высокие прочностные характеристики сваренных стыков. Однако из этого большого количества сваренных стыков были выявлены те, которые не соответствовали необходимому качеству. Проведенная экспертиза показала, что выявленные дефекты в стыках, сваренных алюминотермитным способом, возникли из­за нарушения или несоблюдения технологии сварки. Основной причиной нарушения технологии является то, что к данным работам допускаются работники, не прошедшие аттестацию в соответствии с требованиями к данной специальности или аттестованные некомпетентными в данной области лицами. Учитывая, что создание бесстыкового пути связанно с безопасностью движения поездов, обучение, повышение квалификации и аттестация сварщиков термитной сварки должны проводиться организациями, имеющими лицензию на данный вид деятельности.

В заключение необходимо отметить, что пока не будет уделяться должного внимания вопросам подготовки квалифицированных сварщиков, в том числе ИТР, и строгому соблюдению технологии сварки, — избежать брака будет невозможно, следовательно, зарождение и развитие трещин в конструкциях при эксплуатации будет происходить раньше предусмотренного срока.

Н.Н. Воронин, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой
«Технология сварки, материаловедение, износостойкость деталей машин», МИИТ
Н.Н. Прохоров,
д.т.н., профессор кафедры «Металлургия сварочного производства», МГВМИ

О.Н. Трынкова, ассистент кафедры «Инновационные технологии», МИИТ

Технология термитной сварки, подготовка нужной смеси

Сварочные процессы при работе с металлами являются неотъемлемой составляющей. При этом привычные для нас режимы сварки, включающие в себя ручную дуговую и полуавтоматическую сварку, не всегда уместны, да и не всегда выполнимы. При соединении металлических конструкций больших габаритов требуется создание особых условий, а нередко такая необходимость возникает вне населенных пунктов. Естественно, об источниках питания, инверторах и газовом оборудовании речи быть не может. Единственным возможным вариантом является термитная сварка.

Технология

В качестве расходного материала при соединении деталей выступает специальная порошковая смесь, куда входят такие элементы, как алюминий, магний и окислы железа. Эти порошки называются термитами. При их сгорании выделяется энергия. Этой энергии достаточно, чтобы перевести кромки соединяемых деталей в полужидкое состояние. Происходит смешивание металла с материалом смеси и последующая кристаллизация.

Для осуществления процесса сварки на первоначальном этапе необходимо поджечь смесь. Температура ее возгорания достигает 1350°C градусов. Разработано несколько эффективных способов поджога. Указанной температуры можно достичь получением электрического разряда, взрывом пиропатрона или горением специального шнура.

При горении термита температура внутри смеси повышается до 2400-2700°C градусов. Большинство металлов имеют температуру плавления, ниже этого значения.

В данной технологии примечательно то, что для горения не нужно поступление атмосферного кислорода. Окислителя вполне достаточно внутри самой смеси. При необходимости можно вести термитную сварку в среде инертного газа.

Применение

Если в качестве термита используется алюминиевая пудра, то процедура сварки представляет собой наплавление на торцы деталей. Она подходит для соединения заготовок из чугуна и прочих хрупких сплавов. В отрасли железнодорожного транспорта термитная сварка востребована при ремонте или соединении рельсов. В ГОСТ Р 57181-2016 прописаны все требования к сварочному процессу. Термитная сварка применяется в машиностроении, она незаменима при производстве гребных винтов для морского транспорта или коленчатых валов автомобилей.

Применение данный вид сварки нашел и на металлообрабатывающих предприятиях. Часто приходится ремонтировать прокатные станы, роторные валы, различные прессы или ковши. Все перечисленное считается крупногабаритным оборудованием, поэтому возможен только один тип сварки. Необходимо подчеркнуть, что именно благодаря сгоранию термита возможно качественное соединение проводов на линиях электропередачи и связи. В данном случае применяются составы, содержащие магний.

Существует классификация, в которой выделяется два вида термитной сварки, это муфельная и тигельная. Они используются, в зависимости от поставленных внешних условий. Тигельную сварку чаще всего называют алюминотермитной и применяют при соединении элементов заземляющих контуров, а также прочих металлоконструкций, требующих ремонта методом наплавки. В состав термита входит алюминиевый порошок и окисел железа. Примерное соотношение пропорции — 23 к 70. При сгорании состава образуется окалина, которая в расплавленном виде соединяет детали.

Важным достоинством алюмотермитной сварки является возможность соединять заготовки из чугуна без заметных стыков. Но алюминиевые детали соединяют другим способом – муфельной сваркой. По причине испарения алюминия при высоких температурах в муфельной сварке в качестве термита используется магний. Расплавленный состав впитывается в поверхности, не растекаясь по ним. Но при работе с алюминием необходимо удалять окисную пленку. Для этого следует добавлять специальный флюс.

Существует четыре способа ведения термитной сварки.

1. Первый способ характерен соединением встык. Но предварительно торцы деталей обрабатываются и зачищаются. Чтобы избежать деформации от неравномерного нагрева металла, свариваемые участки оборачиваются термоизоляционной пленкой. После сгорания термита образовавшийся жидкий металл, находящийся в тигле, выливается в оставленный между заготовками зазор. После этого заготовки прижимаются друг к другу и стыкуются.
2. Промежуточное литье считается менее затратным и технологически более легким. Расплавленный металл из тигля выливается в зазор. При этом детали не подготавливаются предварительно, что существенно упрощает процесс.
3. Комбинированная сварка характерна тем, что сочетает в себе технологию соединения встык и промежуточного литья. Обычно она используется при сварке рельсов. Торцы заготовок зачищаются, а между ними помещается пластинка из металла. После заливки сплава рельсы прижимаются друг к другу. При возможности шов по периметру повторно обваривается.
4. Метод дуплекс подразумевает последующую спрессовку заготовок после заливки сплава.

Как было уже указано выше, железоалюминиевая термитная сварка стала наиболее популярной. Основная масса термита представлена оксидом железа. Алюминия в смеси всего 25%, но можно встретить в составе и дополнительные компоненты. Добавляют флюс, легирующие присадки и железную обсечку. Горение термита и плавление смеси происходит магнезитовом тигле. Помимо алюминия возможно комбинирование следующих элементов:

• Магний (31%) и оксид железа (69%).
• Кальций (43%) и оксид железа (57%).
• Титан (31%) и оксид железа (69%).
• Кремний (21%) и оксид железа (79%).

В зависимости от области применения сварки, готовятся различные виды смесей. Железная окалина и алюминиевый порошок дают элементарную смесь. Необходимо строго соблюдать пропорции. Для соединения и ремонта на железной дороге создается специальный рельсовый состав. При алюминотермитной сварке в шихту вводится стальной наполнитель, который состоит из ферромарганца и графитной стружки. Легированные стали соединяются с помощью особого состава. В нем присутствуют присадки из ферротитана или феррованадия.

Чугунные изделия, как правило, к сварке предъявляют особые требования. Так, в составе термита для чугуна в обязательном порядке должен присутствовать кремний. При соблюдении технологии можно получить достаточно качественное и прочное соединение. Марганец в таких присадках не применяется.

Алюминотермитная сварка рельсов

Всю процедуру можно условно поделить на отдельные этапы. Сначала рассчитывают общее выделившееся количество теплоты. Его должно быть достаточно для процесса сварки. Подбирают оптимальный состав термитной шихты. Смесь должна быть равномерной по составу. Любым доступным способом обеспечивают поджиг смеси. Необходимо достичь температуры 1350°C градусов.

В дальнейшем происходит повышение температуры в термитной шихте. Расплавленный металл из термита получается за 20-30 секунд. Его масса составляет примерно половину от массы смеси. Остальная половина приходится на шлак. Металл осядет на дне тигля, а шлак, в силу меньшей плотности, всплывет наверх.

Сложность ремонта рельсов состоит в том, что все работы приходится выполнять в полевых условиях. Рельсосварочный аппарат достаточно массивен, однако его использование – единственная возможность провести ремонтные работы. На первом шаге следует подготовить торцы. Они должны быть ровными, а зазор между ними составляет 2-3 см. Свариваемые элементы выравниваются и фиксируются в одном положении. После установки огнеупорной формы осуществляется сама сварка.

Каждый сварщик желает получить качественный результат. В отличие от ручной дуговой сварки, термитная сварка требует точных расчетов. Необходимо правильно выбрать общее количество порошка, чтобы образовавшийся металл полностью заполнил зазор. В приготовлении смеси важно тщательно перемешать все составляющие. Первоначальный старт процесса должен происходить при температуре 1400°C градусов. Более низкие значения не приведут к возгоранию термита.

Оборудование

Технология проведения термитной сварки на первый взгляд кажется элементарной. Тем не менее, она предусматривает тщательную подготовку и наличие необходимых инструментов и оборудования. Термит засыпается в тигель, он должен быть выполнен из тугоплавкого материала, например, из керамики. Тигель оборудован специальным устройством, позволяющим слить расплавленный металл.

Чтобы отливка получилась аккуратной и соответствовала свободному пространству, изготавливаются матрицы и формы. В некоторых случаях их можно использовать повторно, но зачастую формы являются одноразовыми. Специальная глиняная обмазка не позволит металлу растекаться по поверхности.

Важным моментом при термитной сварке является обеспечение неподвижности заготовок, их фиксация. Она осуществляется различными устройствами и приспособлениями, в число которых входят тиски или струбцины. Инструмент для обработки поверхностей зависит от типа металла и степени его загрязненности. Обычно работают абразивным кругом или металлической щеткой.

После термитной сварки могут потребоваться дополнительные работы. В арсенале сварщика должен присутствовать кислородный резак, горелка и ножовка по металлу.

Достоинства и недостатки метода

При помощи термитной сварки есть возможность без применения дорогостоящего оборудования сваривать черные и цветные металлы. По сравнению с другими способами сварки данную технологию выгодно отличает целый ряд качеств.

• Термитная сварка характерна меньшей затратностью в плане времени. Если учесть массивность свариваемых деталей, то эта выгода порой является определяющей.
• Качество швов достигает высокой степени, так как происходит частичное проплавление металла заготовок. Помимо этого, шов получается достаточно эстетичным и аккуратным.
• Следует также отметить относительно невысокую трудоемкость работ.
• От сварщика требуется определенное мастерство, но оно касается, скорее, подготовительного этапа и приготовления смеси. Сам же процесс сварки особых навыков не требует, в отличие от сварки электродом.
• Доступность и низкая стоимость расходных материалов позволит существенно сэкономить финансы и упростить задачу.
• Сварочное оборудование можно использовать вдали от населенных пунктов.

При этом установка для термитной сварки считается достаточно опасной. Необходимо соблюдать меры предосторожности при ее использовании. Важно помнить, что термиты считаются горючими смесями. Нельзя допускать попадание в шихту жидкостей, так как это может привести к взрыву.

Термитная сварка не получила такого распространения, как дуговая, зато в некоторых случаях является незаменимой. В мелких мастерских ремонт осуществляется при помощи термитного карандаша. Начинающему мастеру сначала следует освоить этот инструмент, а уже затем приступать к изучению настоящего оборудования.

Алюминотермитная сварка

Для сварки рельсов используется такой способ сварочных работ, как алюминотермитный. Он подразумевает использование порошка, в состав которого входит алюминий, железная окалина и магний. Эта смесь называется термитом.

Особенности алюминотермитной сварки

Алюминотермитная сварка не столь распространена, как контактная. Однако, этот способ сварочных работ имеет ряд существенных преимуществ. К ним можно отнести следующие.

1. Требует минимальных трудозатрат. Для выполнения сварочных работ алюминотермитным способом требуется минимальное количество рабочих рук. Справится с данной работой способна бригада, состоящая из 3 человек.
2. Для выполнения алюминотермитной сварки не требуется сложного оборудования. А вес используемого составляет до 400 кг.
3. Данный способ осуществления сварочных работ значительно быстрее по сравнению с контактным методом сварки. Продолжительность сварки для одного стыка рельс занимает меньше часа.
4. Для осуществления алюминитермитной сварки применяется порошкообразное сочетание алюминия, железной окалины и магния, которое расфасовано определенным образом. Элементы, которые требуют нагревания, заформовывают материалом, устойчивым к воздействию высоких температур. Затем осуществляется нагрев этих деталей. При помощи электродуги или запала зажигают термит и разогревают до жидкого состояния. Расплавленный металл заливают на место, требующее сварки.
5. Сварочные работы с использованием термита осуществляются с использованием автономных источников электропитания.

В результате правильно осуществленной алюминотермитной сварки получается довольно надежное соединение. Применяется этот вид сварочных работ для соединения стальных и чугунных изделий.

Алюминитермитная сварка для стыковки рельсов

Наиболее часто сварочные работы с помощью термита на основе алюминия используют при проведении железнодорожных работ. Обусловлено это преимуществами данного способа сварки.

Алюминотремитная сварка рельсов помогает оперативно изготовить стыки без продолжительного перерыва в движении поездов. Так, например, бригада из 3 человек за два часа способна сварить 3 рельсовых соединения. Оперативность проведения ремонтных и сварочных работ крайне важна при организации движения на железных дорог.

Но более важным фактором является надежность соединений. Алюминотермитная сварка рельсов наилучшим образом обеспечивает прочность стыков.

Таким образом, сочетая в себе наиболее важные факторы, надежность и оперативность, сварка при помощи термита на основе алюминия является наиболее подходящим способом для изготовления стыков рельс. Потому данный способ проведения сварочных работ широко применятся именно на железных дорогах России. Важно, что такая сварка может применятся даже при ремонте и стыковки стрелочных переводов. Ну и, конечно же, на перегонах основной части пути.

Преимущества использования алюминотермитной сварки рельсов

По мимо описанных выше особенностей и преимуществ, сварочные работы алюминиевым термитом имеют ряд существенных преимуществ относительно применения именно для обслуживания железных дорог. Таковыми являются следующие:

1. Значительное сокращение расходов на содержание и обслуживание железнодорожного пути.
2. Сокращение интенсивности износа. Это касается колес поездов и другого подвижного состава. А также самих стыков рельс.
3. Предотвращает появление дефектов на окончаниях рельс.
4. Обеспечивает плавность и скорость хода подвижного состава.
5. Гарантия устанавливается по количеству пропущенного по рельсам груза. Она предусматривает пропуск общей массой до 120 милионнов тонн брутто для рельсов Р65. Гарантия имеет ограничения по времени – не более 5 лет использования.

Технология сварки рельс алюминотермитным способом и осуществление контроля качества

Сварка на основе алюминотермитного способа является бесшовной. Происходит этот процесс при помощи перетекания молекул одного вещества в другое.

Для осуществления алюминтермитных сварочных работ имспользуется специальное оборудование – воспламинитель. При помощи однопорционного заряда происходит повышение температуры до 1 тыс. градусов. Такая температура является подходящей для того, чтобы расплавить большинство видов рельс. Эта процедура занимает менее полминуты, около 20 секунд. При этом образуется металл в жидком виде и шлаки, которые поднимаются к верху.

Далее расплавленная металлическая масса перетекает в форму. При достижении пределов сердечника металл растекается равномерным слоем. При этом нагревательный элемент разогревает окончания рельс. Жидкий металл растекаясь, заполняет люфт разогретых рельс.

Алюминотермитные сварочные работы подходят даже для рельс из закаленного металла, упроченных и неупроченных видов.

Для качественного выполнения работ потребуется операционный аудит, т.е. за правильностью проведения сварки необходимо следить на всех без исключения этапах. Производить операцию по свариванию рельс должен профессиональный сварщик-термист при наличии защитной и сигнальной экипировки.

Алюминотермитный способ сварки включает в себя следующие этапы

1. Проведение подготовительных работ. Рельсы на месте сварки должны быть полностью зачищены от грязи и ржавчины, а соединительные элементы должны быть удалены. Крепления, которые расположены рядом со свариваемым элементом ослабляются, поверхность рельсов должна быть гладкой. Затем элементы требуют выпрямления до горизонтального или вертикального положения. Сами рельсы ставятся с соблюдением зазора в 2,5 см. При помощи резака рельсы режут с последующим очищением от шлака.
2. Выравнивание рельсов. В целях обеспечения безопасности и прочности сварки рельсы требуется выпрямить. Для этого вначале устанавливаются клинья с обеих сторон рельс взамен удаленным прокладкам креплений. При помощи металлической линейки длиной в 1 метр осуществляется контроль точности положения рельсы. С целью компенсации шовной усадки допускается люфт, который не превышает 1 мм.
3. Проведение установки форм и их герметизации. На должном расстоянии устанавливается зажимающее устройство. Определяет его позицию измеритель. Поверх оси рельс, в центре предполагаемого шва, устанавливается горелка. Шпателем проводится герметизация, который плотно прижимают, тем самым обеспечивая тонкую грань между песком и металлом. Головка рельсов запирается крышками.
4. Нагревание, металл и сварка. Сердечник сварочного оборудования требует дополнительного прогрева и просушки. Осуществляется это при помощи газа-пропана с давлением равным 1,5 бара и кислорода с уровнем давления равным 5 Барам. Затем начинается подача пламени на металл рельс, которая происходит не дольше 120 секунд. Осуществляется это при помощи горелки. После прогрева рельс, она снимается. На ее место должен быть установлен сердечник. После этого осуществляется поворот тигеля. Необходимо зажечь однопорционный заряд с целью осуществления сварочных работ. Для этого используют запал с высоким уровнем температуры. Пока металл плавится, необходимо чтобы тигель достиг стабильного положения. После чего расплавленный металл заливают в форму. После того, как он полностью перетечет в зазор, удаляют тигель с поддонами для шлака и крышками. Далее начинается процесс отвердения металла, длительностью около четырех минут.
5. Финальные операции и процесс шлифовки. Для безопасности передвигающихся по рельсам составов и долговечности стыка, он должен быть гладким. Требуется его шлифовка по бокам и поверхности катания. Для этого наплывы в течение 10 минут разогревают при помощи горелки до горячего состояния. Затем механическим путем происходит срез излишков металла. По завершению данной процедуры при помощи инструментов абразивного типа выполняют шлифовку металла до прямолинейного состояния. Правильность шлифовки определяется при помощи металлической линейки и щупа. Допустимо отклонение от требуемого размера в пределах до 1 мм.
6. Проверка качественности сварки. Для этого требуется провести испытание статичного изгиба. Здесь допустимо применение растяжения по головке изделия или его подошве. Также опытные образцы могут доводится до излома.

При правильно выполненной алюминетермитной сварки, качественный стык будет обеспечивать долговечность рельс и колес подвижных составов при минимальных временных и финансовых затратах на проведение ремонта и обслуживания железнодорожного пути.

Алюминотермитная сварка рельсов

Аллюмотермитная сварка рельсов типа Р-65 осуществляется по специальной технологии и с применением специализированного оборудования, оснастки, алюминотермитной смеси, огнеупоров и формовочных материалов.

Работы по алюминотермитной сварке производятся при температуре не ниже -5град.С.

Рельсы, подлежащие сварке, должны быть одинаковой группы годности. В месте наката рельсов зазор должен быть 24-26мм.

Воспламенение алюмотермитной дозы происходит от специальной алюмотермитной спички, подожженной пламенем горелки.

Механизмы, инструменты
1. Шлифовальный станок TOS-RAKOVNIK CSSR …………1шт.
2. Линейка металлическая……………………………………..1шт.
3. Щуп …………………………………. 1шт
4. Выправочные клинья …………………………………….1шт.
5. Кислородно-пропановая горелка …………………………..1шт.
6. Гидравлические ножницы …………………………………1шт.
7. Шлифовальный станок МРШ-3…………………………….1шт.
8. Зубило………………………………………………………. 1шт.
9.Кузнечные клещи……………………………………………1шт.
10.Металлическая щетка……………………………………….1шт.
11.Рамки………………………………………………………….2шт.
12.Тигель…………………………………………………………1шт.
13.Комбинированная стойка……………………………………1шт.
14.Ковш со шлаком…………………………………………… 1шт.
15.Литниковый мостик, запор …………………………………1шт.
16.Алюмотермитная спичка ………………………………….1шт.
17.Крышка……………………………………………………….1шт.
18.Формовочная смесь………………………………………….1шт.
19.Магнезитовый порошок……………………………………..1шт.
20.Термит………………………………………………………. 1шт.
21.Шланги, редуктор…………………………………………….1шт.
22.Домкрат……………………………………………………….1шт.
23.Ветошь…………………………………………………………1шт.
24.Отрезной станок STIHL TS 760 ……………………………1шт

Общие требования охраны труда.
Работники «ЖелДорСпецПроект» должны быть обеспечены соответствующей сертифицированной специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной защиты (далее – СИЗ) в соответствии с Типовыми нормами бесплатной выдачи сертифицированных специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты работникам железнодорожного транспорта Российской Федерации, занятым на работах с вредными и (или) опасными условиями труда, а также на работах, выполняемых в особых температурных условиях или связанных с загрязнением.

При выполнении работ и нахождении на железнодорожных путях все работники «ЖелДорСпецПроект», независимо от должности и профессии, должны быть одеты в сигнальные жилеты со световозвращающими полосами с нанесённым трафаретом, указывающим принадлежность к структурному подразделению, а на сигналистах, кроме того, должны быть сигнальные головные уборы и специальные нарукавники для отличия от других членов бригады.

Порядок выдачи, хранения, пользования, чистки и обезвреживания спецодежды, спецобуви и других СИЗ должен соответствовать Межотраслевым правилам обеспечения работников специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной защиты и Порядку обеспечения работников средствами индивидуальной защиты.

Специальная одежда, специальная обувь и другие СИЗ должны быть исправны, испытаны, соответствовать размеру и росту работника, которому они выдаются.

Работники не должны допускаться к работе без специальной одежды, специальной обуви и других, необходимых по условиям работы СИЗ.

Руководитель работ должен контролировать правильное использование работниками СИЗ и отстранять работников от выполнения трудовых обязанностей в случае неприменения ими СИЗ.

Перед выходом на работу руководитель работ (мастер, бригадир пути) должен:

проверить наличие сигнальных принадлежностей, средств связи, выписки из расписания движения поездов на участке планируемых работ, а на скоростном (высокоскоростном) участке, кроме этого, уточненной на день проведения работ выписки из графика движения скоростных (высокоскоростных) поездов;

убедиться лично или по телефону у дежурного по станции, ограничивающей перегон, в том, что заявка о выдаче предупреждений на поезда принята к исполнению;

провести целевой инструктаж о маршруте прохода к месту работ, ограждении места работ, безопасных приемах выполнения работ и порядке пропуска поездов.

Проход от места сбора на место работ и обратно должен осуществляться в стороне от пути или по обочине земляного полотна не ближе 2,5 м от крайнего рельса под наблюдением руководителя работ или специально выделенного работника (старшего группы).

Проход к месту работ и обратно в пределах железнодорожной станции (далее – станции) должен осуществляться по маршрутам служебного прохода с учетом местных условий.

Руководитель работ должен принять меры по своевременному сходу работников при обнаружении (визуальном или звуковом) приближающегося подвижного состава на обочину земляного полотна, в том числе смежного пути, уборке инструментов, приспособлений, материалов, изделий на расстояние не менее 2,5 м от крайнего рельса при установленных скоростях движения поездов до 120 км/ч, не менее 4 м от крайнего рельса при установленных скоростях движения 121 – 140 км/ч и не менее 5 м от крайнего рельса при установленных скоростях движения более 140 км/ч, при нахождении работников на путях станций допускается отойти на середину широкого междупутья (в случае движения поезда по смежному пути).

При невозможности прохода в стороне от пути или по обочине (в тоннелях, на мостах, при разливе рек, отсутствии обочин, во время снежных заносов и в других случаях) проход по пути допускается производить с соблюдением следующих требований безопасности:

руководитель работ должен предупредить работников об особой осторожности, находиться сзади группы работников и следить, чтобы они шли по одному друг за другом или по двое в ряд, не допуская отставания;

на двухпутном и многопутном участке необходимо идти навстречу движению поездов в установленном направлении (правильному направлению движения). На многопутных участках и перегонах, оборудованных двусторонней автоблокировкой, для определения направления движения поездов следует ориентироваться по показаниям светофоров;

впереди и сзади группы должны идти специально выделенные и проинструктированные работники (сигналисты), ограждающие группу ручными сигналами остановки (днем – развернутым красным флагом, а в темное время суток – фонарем с красным огнем), так, чтобы приближающийся поезд был виден сигналистам на расстоянии не менее 800 м и своевременно оповещать руководителя работ и группу работников о приближении поезда по радиостанции и звуком духового рожка;

в условиях плохой видимости (кривые участки пути малого радиуса, глубокие выемки, лесистая местность, наличие строений и другие места, где приближающийся поезд виден сигналисту на расстоянии менее 800 м, в темное время суток, сильный ветер, туман, метель, снегопад, ливневый дождь и другие неблагоприятные метеорологические условия, а также когда сигналист не виден руководителю работ на расстоянии более 500 м и при неисправности радиосвязи) руководитель работ должен, кроме того, выделить двух промежуточных сигналистов, один из которых должен следовать впереди, а другой сзади группы на расстоянии зрительной связи от идущей группы и от основного сигналиста и повторять сигналы, подаваемые основными сигналистами.

При дальнейшем ухудшении метеорологических условий руководитель работ должен прекратить движение к месту работ, с места работ и обеспечить сход работников с пути.

При приближении поезда сигналисты должны подавать сигналы до тех пор, пока работники не сойдут с пути. Если группа работников своевременно не сошла с пути, сигналист обязан сойти с пути от приближающегося поезда не менее чем за 400 м и подавать поезду сигналы остановки.

При перевозке путевого инструмента и материалов на путевых вагончиках, двухколесных однорельсовых или одноосных тележках должны быть назначены работники в количестве, достаточном (но не менее двух работников), чтобы заблаговременно до подхода поезда снять путевой инструмент и материалы с тележки и убрать тележки с пути, а также сигналисты. Остальные работники должны идти в стороне от пути или по обочине земляного полотна.

Перед началом работ в стесненных местах, где по обеим сторонам пути расположены высокие платформы, здания, заборы и крутые откосы выемок, а также на мостах, в тоннелях и снежных траншеях руководитель работ должен:

определить и указать всем работникам безопасные места, куда они должны сходить с пути при приближении поезда;

ограждать в установленном порядке сигналами остановки место работы, если смежные пути на многопутных участках, высокие платформы, здания, заборы, крутые откосы выемок, откосы траншей протяженностью более 50 м, не позволяют работникам при пропуске поезда разместиться сбоку от пути;

выделить сигналистов для наблюдения за приближением поездов к месту работ и своевременного оповещения работников.

Нормативные документы
1. Технически обоснованные нормы времени на работы по текущему содержанию пути (часть 2), 2010г,
2. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ) №286, 2010г,
3. Инструкция по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации (ИСИ) №162, 2012г, приложение к ПТЭ №7,
4. Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации №162, 2012г, приложение к ПТЭ №8,
5. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути ЦП-774, 2000г,
6. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути №2288/р, 2016г,
7. Правила и технология выполнения основных работ при текущем содержании пути (ЦПТ-52), 1997г,
8. Правила по охране труда при содержании и ремонте железнодорожного пути и сооружений (ПОТ-РО-32-ЦП-652-99),
9. Правила по охране труда, экологической, промышленной и пожарной безопасности при техническом обслуживании и ремонте объектов инфраструктуры путевого комплекса ПОТ-РЖД-4100612-ЦП-ЦДРП-022-2013, утвержденные распоряжением от 04.02.2014г. №255р.
10. Инструкция по охране труда для монтеров пути (ИОТ—002-2014).
11. Инструкция по охране труда бригадира (освобожденного) по текущему ремонту и содержанию пути (ИОТ-043-2014).
12.Инструкция по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ №2790р, 2012г
13. Инструкция по охране труда при работе с рельсошлифовальным станком (ИОТ-072-2013),
14. Инструкция по охране труда для электро и газосварщика (ИОТ-076-2014).
15. Сварка рельсов алюминотермитная методом промежуточного литья (ТУ-0921-127-01124323-2005).