Алюминотермитная сварка рельсов: описание, оборудование, преимущества и недостатки

Что представляет собой алюмотермитный метод?

Алюминотермитная сварка представляет собой технологию соединения рельс. Он подразумевает под собой использование специальной соединительной смеси. Она засыпается в металлическую конструкцию устанавливаемую над местом соединения. Порошок попадает на рабочую поверхность, плавится, создают надёжное соединение. Есть два варианта проведения работ:

Стыковой путь.
Бесстыковой путь.

Во время выполнения работ, используется термитная смесь. Она состоит из 77% оксида железа и 23% алюминиевой крошки. Однако, рабочее вещество не создаст прочный шов без сильного разогрева. Для этого применяется запал, который разогревает смесь. Алюминотермитная сварка рельсов должна проводиться по томному соблюдению технологии.

По завершению создания шва, шлак, выступающие части, наплывы зачищаются с помощью болгарки. Сварщик проверяет целостность соединения. Если есть зазоры, щели, трещины, он замазывает их термостойкой обмазкой.

Для создания надёжного шва, который выдержит большие нагрузки, используются специальные прессы. С их помощью проводиться процесс уплотнения соединительной смеси.

Сварка рельсовых стыков представляется собой технологический процесс, который может выполняться разными методами. Классические способы соединения металлических деталей считаются не уместным, так как после выполнения работ получается ненадёжный шов для рельсового полотна. В этом случае наиболее эффективной является алюмотермитная сварка.

Что представляет собой алюмотермитный метод?

Стыковой путь.
Бесстыковой путь.

Что входит в состав смеси?

Алюмотермитная сварка жд стыков выполняется с помощью ферроалюминиевого состава. Он включает в себя такие компоненты как оксид железа (металлические опилки), алюминий. Процентное соотношение компонентов – 75%/25%. При это количество активных веществ может изменяться +-3%.

Важно! Сварка рельс выполняется смесью алюминия и железа. Оба компонента входят в состав мелкими опилками. Чтобы ускорить процесс горения соединительного состава, алюминий добавляется в форме пудры.

Как приготовить термитную самостоятельно?

Смесь для алюмотермитной сварки можно изготовить в домашних условиях. Для этого требуется подготовить два компонента:

Оба компонента должны представлять собой мелкие опилки. Чем меньше их фракция, тем лучше получится готовая смесь. Этапы приготовления термита:

В металлической емкости смешать 4 части железных опилок, 2 части алюминиевой пудры.
Тщательно перемешать компоненты между собой. От процесса перемешивания зависит то, насколько качественным будет готовый состав.
Дополнительно смесь должна быть насыщена катализатором. Он изготавливается из жженой марганцовки. Требуется добавить пятую часть этого вещества в состав.

Готовую смесь просушить. Поджигается она с помощью магниевой ленты. Перевозить, хранить термит можно используя металлические емкости.

Используемые материалы

Помимо оборудования необходимо подготовить расходные материалы. Это термитная смесь, обмазочный состав для заделывания трещин, щелей. Помимо них нужны две формы, аппликатор, сердечник, пробойник.

Последовательность работ

Перед тем как приступать к проведению соединительных работ, требуется узнать теоритически как сваривать рельсы, а затем попробовать метод на практике. Технология представляет собой несколько этапов, которые должны идти строго друг за другом.

Установка и герметизация форм

Важно проводить соединительные работы используя герметичную форму. Зажимное устройство с помощью измерителя устанавливается на нужное расстояние от будущего шва. Горелку устанавливают по центру соединения.

Предварительный нагрев и сварка

Предварительно требуется разогреть соединяемые рельсы. На 2 минуты включается подача пламени (пропан и кислород). Горелку требуется убрать, закрепить сердечник. Включается запал для возгорания рабочей смеси. Расплавленный металл переливается в подготовленную заранее форму. Четыре минуты достаточно для полной кристаллизации.

Другие виды сварки рельс

Помимо алюмотермитной сварки, существуют другие технологии соединения рельс. К ним относятся:

Сварка электродами. Для того чтобы соединить рельсы данной технологией, требуется использовать электроды УОНИ. Перед проведением работ требуется прогреть расходные материалы в течении 2-ух часов при температуре в 400 градусов.
Электродуговая сварка. Соединяемые рельсы укладывают друг напротив друга. При это должен присутствовать зазор в 2 см. Концы рельс провариваются электродами. Расплавляются они дуговым разрядом.
Метод промежуточного литья. Подразумевает под собой процесс заполнения соединительного пространства расплавленной смесью металлов.

Выполняя работ по определённой технологии, требуется грамотно выбирать оборудование, расходные материалы.

Способы сварки рельсовых плетей

Технология представляет собой инновационный метод соединения рельс. Этапы проведения работы:

Рельсы устанавливаются напротив друг друга с промежутком.
Один из незакреплённых концов загибают пока не совпадут торцы.
Далее рельсы свариваются вместе.
Принудительно распрямляется стрела изгиба.

Используется данная технология для починки железнодорожного полотна.

Алюмотермитная сварка применяется для соединения рельс. С его помощью можно сделать надёжный шов, которые выдержит серьёзные нагрузки. Помимо этого можно использовать и другие технологии соединения, однако, классическая сварка не подходит для выполнения подобных работ.

Сваршик 4 разряда Михаил Васильевич Чернов 37 лет, стаж работы 14 лет:«При соединение рельс, требуется крайне внимательно относиться к выбору оборудования и термита. Некачественная смесь может стать причиной нарушения целостности железнодорожного полотна и как следствие катастрофы. Желательно использовать технологию промежуточного литья, так как она считается наиболее надёжной, долговечной».

Загрузка…

Источник: https://greendom74.ru/svarka/metod-promezhutochnogo-litya-dlya-alyuminotermitnoy-svarki-relsov

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.

Что входит в состав смеси?

Термитные используются не только для сварки рельс. Им применят при тепловом воздействии на различные поверхности, детонаторном эффекте, изготовлении пиротехнических изделий. В зависимости от того, где используется термит, выбирают состав смеси.
Алюмотермитная сварка жд стыков выполняется с помощью ферроалюминиевого состава. Он включает в себя такие компоненты как оксид железа (металлические опилки), алюминий. Процентное соотношение компонентов – 75%/25%. При это количество активных веществ может изменяться +-3%.

Виды

Существуют два разных способа термитной сварки – тигельный и муфельный. Их применение обуславливается условиями работы и соединяемыми материалами. Первый вид сварки называется еще алюмотермитной и применяется в сборке разных металлоконструкций и заземляющих контуров. Термит для такого вида сварки готовится из алюминиевого порошка и окисла железа. Соотношение составляет 23:70 соответственно. В процессе горения из окалины восстанавливается железо, расплав которого и соединяет заготовки.

Помимо этого, алюмотермитную сварку очень часто выбирают для ремонта металлических поверхностей способом наплавки. Основным достоинством данного метода является возможность соединения чугунных заготовок без стыков. Формирование швов на алюминиевых элементах при помощи такого способа соединения невозможно. Для их соединения лучше прибегнуть к другому виду сварки.

Для муфельной сварки берется термит на основе магния, так как алюминий под воздействием высокой температуры испаряется. Магния же имеет высокую температуру плавления, поэтому не растекается на поверхности. В результате формируется прочное сварное соединение без шва. Когда свариваются алюминиевые заготовки, для избавления от слоя оксида применяется специальный флюс.

Выполняется термитная сварка одним из четырех способов:

Встык. Предварительно требуется основательная подготовка. Поверхность заготовок тщательно очищается. Чтобы избежать нежелательной деформации заготовок детали обертываются специальной пленкой. После сгорания термита получается расплав. Из тигля он заливается в стыковое пространство между двумя заготовками. Детали плотно сжимаются между собой.
Промежуточное литье. Методика применяется для соединения деталей, зафиксированных в определенном пространственном положении. Это самый простой вариант соединения. Предварительно приготовленным в тигле расплавом заполняется пространство между двумя заготовками.
Комбинированный. Метод объединяет два типа сваривания. Используется для ремонта железнодорожного полотна. Торцы рельс предварительно зачищаются, после чего выполняется формовка стыка с помощью металлических форм-пластин. Образуется закрытая полость, в которую вливается расплав. Рельсы сжимаются. После затвердения расплава стык по периметру еще раз проваривается.
Дуплекс. Классическая тигельная сварка плюс дополнительное опрессовывание стыков.

Как приготовить термитную самостоятельно?

Алюминий.
Железо.

В металлической емкости смешать 4 части железных опилок, 2 части алюминиевой пудры.
Тщательно перемешать компоненты между собой. От процесса перемешивания зависит то, насколько качественным будет готовый состав.
Дополнительно смесь должна быть насыщена катализатором. Он изготавливается из жженой марганцовки. Требуется добавить пятую часть этого вещества в состав.

Термитная обработка

Алюминотермитная технология проверена временем.. В основу применения термитной сварки рельс заложена восстанавливающая реакция, происходящая при контакте основания (алюминия) с ещё одой составляющей – окисью железа.

Возникающий в результате этого металл (восстановленное железо) при рабочих температурах порядка 2000 градусов заливается в специальную огнеустойчивую форму, совпадающую с геометрией свариваемых рельсов.

Указанная реакция сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии.

Сваривать рельсы по термитному методу начали очень давно (с середины 19-го века), однако уже с тех пор этот вид сварки из-за применения алюминия стал называться алюминотермитным.

Важно отметить, что описываемая химическая реакция после поджога специального высокотемпературного горючего (термита) длится лишь несколько секунд.

Помимо двух рассмотренных составляющих (окиси железа и алюминия) в состав рабочей сварной смеси вводятся легирующие добавки и мелкие стальные частицы, слегка тормозящие или демпфирующие протекающий процесс. Добавки необходимы для того, чтобы сталь в зоне сварки приобрела требуемые качества и параметры, характерные для большинства рельсовых изделий.

При рассмотрении особенностей этого вида сварочного процесса следует отметить, что по завершении реакции общая химическая масса разделяется на две фракции: жидкий металл и лёгкий шлак, всплывающий в верхнюю часть формы.

Термитаня технология позволяет сочленять между собой следующие виды путевых изделий:

поверхностно-закалённые рельсовые заготовки;
объёмно-закалённые стыкующиеся части рельс,
не прошедшие специальную термическую обработку рельсы в любых комбинациях.

Данный вид сварки обеспечивает выполнение требований основных стандартов, предъявляемых к высокоскоростным рельсовым магистралям, в части соблюдения нормативов сварочных технологий.

Достоинства и недостатки

У любой технологии соединения металлических деталей есть сильные и слабые стороны. К преимуществам относятся:

Высокая скорость выполнения работ. При достаточном опыте, качественной соединительной смеси, правильном оборудовании сварщик сделает надёжный шов менее чем за полчаса.
Оборудование, инструменты можно купить в строительных магазинах.
Для освоения техники достаточно попробовать метод алюмотермитной сварки 2-3 раза.

Недостатки:

Требуется аккуратно работать с оборудованием для сварки, термитом. Связанно это с тем, что смесь легко воспламеняется.
Технология узкоспециализированная. Не подходит для соединения большинства металлических конструкций.
Необходимо крайне аккуратно хранить, транспортировать, применять термит.

Если же рабочая смесь загорелась, потушить её не получится. Вода только разбрызгает горящую массу вокруг.

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, При сварке термитным способом образуются остаточные растягивающие напряжения, близкие к пределу текучести материала, а сам сварной шов, кроме того, является концентратором напряжений

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.

Последовательность работ

Подготовительный этап

В первую очередь требуется провести подготовку соединяемых деталей. Для этого рельсы разжимаются из креплений, нагреваются до определённой температуры, зачищаются от ржавчины. Поверхность должна быть гладкой. Далее рельсы устанавливаются напротив друг друга чтобы зазор не превышал 2,5 см.

Выравнивание

Во время проведения алюмотермитной сварки, требуется придерживаться точной прямолинейности. Связанно это с тем, что рельсы будут подвергаться огромной нагрузке при хождении груженых составов. Прокладки на креплениях заменяются на клинья. Далее рабочие молотками подбивают рельсы до нужного положения. Прямолинейность проверяется металлической линейкой. Допустимы зазор – 1 мм.

Установка и герметизация форм

Предварительный нагрев и сварка

Шлифовка и контроль качества

Завершительным этапом работ является шлифовка шва. Перед эксплуатацией рельс, требуется сделать поверхность гладкой. Шов нагревается с помощью горелки в течении 10 минут. Горячие наплывы срезаются болгаркой. После остывания места соединения, выполняется шлифовка. Для этого применяются шлифовальные машины с абразивными кругами или лентами. Контроль качества представляет собой проверку на статичный изгиб.

Алюминотермитная сварка

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.

статьи

Что представляет собой алюмотермитная сварка?
Достоинства и недостатки
Оборудование
Последовательность работ: Подготовительный этап
Выравнивание
Установка
Нагрев и сварка
Шлифовка и контроль качества

Выводы

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).

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.

Другие виды сварки рельс

Помимо алюмотермитной сварки, существуют другие технологии соединения рельс. К ним относятся:

Сварка электродами. Для того чтобы соединить рельсы данной технологией, требуется использовать электроды УОНИ. Перед проведением работ требуется прогреть расходные материалы в течении 2-ух часов при температуре в 400 градусов.
Электродуговая сварка. Соединяемые рельсы укладывают друг напротив друга. При это должен присутствовать зазор в 2 см. Концы рельс провариваются электродами. Расплавляются они дуговым разрядом.
Метод промежуточного литья. Подразумевает под собой процесс заполнения соединительного пространства расплавленной смесью металлов.

Выполняя работ по определённой технологии, требуется грамотно выбирать оборудование, расходные материалы.

Способы сварки рельсовых плетей

Технология представляет собой инновационный метод соединения рельс. Этапы проведения работы:

Рельсы устанавливаются напротив друг друга с промежутком.
Один из незакреплённых концов загибают пока не совпадут торцы.
Далее рельсы свариваются вместе.
Принудительно распрямляется стрела изгиба.

Используется данная технология для починки железнодорожного полотна.

Плюсы и минусы

Этот метод применяется достаточно часто. Этому послужило то, что у него есть преимущества, которые по достоинству оценивают сварщики. Среди них выделяют такие:

Быстрая скорость работы. Все этапы занимают не более получаса. При большом опыте за 60 минут можно обработать до десяти швов.
Не используйте стационарную электрическую энергию. Это позволяет перемещать аппарат с места на место.
Все части конструкции можно найти в одном месте. Они продаются в специализированных магазинах.
Для получения ровного соединения не нужно иметь профессиональное образование. Нужно попробовать себя в сварочных работах несколько раз.
Если не забывать о правилах работы и придерживаться всех технологий, можно получить прочный итоговый результат.
Весь процесс не представляет опасности для работников, если применяется качественная техника и материалы.
Сварочные работы можно проводить как дома, в цехах, так и на открытом поле.

Использование алюминотермитной сварки предполагает возникновение некоторых сложностей. Они могут быть такими:

Порошок может легко поджечся, поэтому нужно вести себя с ним крайне осторожно.
Подготовительные работы проводят тщательно и детально, чтобы не упустить важные нюансы.
Техника, с которой вы будете работать, должна быть в рабочем состоянии. Проверьте ее исправность до начала сварки.
Если в горячую посуду попадут капли жидкости, тогда вся смесь будет разбрызгана. Не допустите этого случая.