Здесь представлен подробный обзор основных методов сварки железнодорожных рельсов.
Главная цель — создать соединение, такое же прочное и бесшовное, как и сам рельс. Такой «непрерывный сварной рельс» (CWR) устраняет стук поездов и обеспечивает более плавную езду, снижает износ как рельсов, так и поездов, а также позволяет развивать более высокие скорости.
Метод 1: Термитная сварка (алюмотермическая сварка) — наиболее распространенный метод сварки на месте.
Это наиболее универсальный метод, часто используемый для сварки в пути, ремонта и создания изолированных соединений. Это портативный процесс, не требующий внешнего источника питания.
Научное обоснование:
Это простая химическая реакция, которая выделяет сильный жар. Смесь порошка алюминия и порошка оксида железа воспламеняется. Алюминий активно связывается с кислородом в оксиде железа, образуя чистое расплавленное железо и шлак оксида алюминия в качестве побочного продукта. Химическая реакция выглядит следующим образом:
Оксид железа + Алюминий → Оксид алюминия + Железо + ТЕПЛО (около 4500°F / 2500°C)
Пошаговый процесс:
- Подготовка:
Концы рельсов обрезаны ровно и тщательно очищены.
Между концами рельсов остается зазор примерно в 1 дюйм (25-30 мм).
Предварительно изготовленная форма из огнеупорного песка плотно зажимается вокруг стыка. Форма имеет заливочный канал и питатели.
- Предварительный нагрев:
Для предварительного нагрева концов рельсов до тускло-красного цвета (около 1800 °F / 1000 °C) через форму вставляется пропановая или кислородно-ацетиленовая горелка. Это критически важный этап, позволяющий предотвратить слишком быстрое охлаждение расплавленной стали и образование трещин.
- Подготовка к работе в тигле:
Огнеупорный тигель (собранный из тигля и штуцера) помещается на форму. Внутрь помещается необходимое количество смеси Термита, часто с добавлением закваски (например, магния) сверху.
- Зажигание и разлив:
Термитная смесь воспламеняется. Реакция длится всего 20-30 секунд.
После завершения реакции расплавленная стальная пробка на дне тигля отслаивается, позволяя перегретой расплавленной стали вылиться в полость формы, окружая предварительно нагретые концы рельсов.
- Охлаждение и окончательная обработка:
Сварной шов оставляют остывать и затвердевать в течение нескольких минут.
Тигель и форма удаляются.
Излишки стали (стояк и приварной воротник) срезаются с помощью специального резака.
Наконец, сварной шов шлифуется до гладкости и заподлицо с профилем рельса с помощью большой шлифовальной машины, специально предназначенной для рельсов. Готовый сварной шов должен быть практически невидим.
Преимущества: портативность, не требует внешнего источника питания, относительно быстрая работа.
Недостатки: Качество может зависеть от оператора, для получения стабильных результатов требуется квалифицированный персонал.
Метод 2: контактная сварка — стандарт для заводских сварных швов.
Это высококачественный автоматизированный процесс, используемый в основном на сварочных предприятиях для создания длинных рельсовых секции (обычно длиной 1000 футов / 300 метров), которые затем транспортируются на место установки. Он также все чаще используется с высокотехнологичным оборудованием для сварки рельсов непосредственно на железнодорожных путях.
Научное обоснование:
В этом методе используется электрическое сопротивление для нагрева концов рельсов, после чего они соединяются методом ковки.
Пошаговый процесс:
- Зажим: Два конца направляющей плотно зажимаются в губках сварочного аппарата. Один конец неподвижен, другой подвижен.
- Нагрев (прожигание): Между двумя концами рельса пропускается электрический ток очень высокой силы (до 100 000 ампер). Они сближаются и слегка разъединяются в контролируемом цикле. Это создает серию небольших дуг, которые нагревают все поперечное сечение рельса до белого каления (около 2200 °F / 1200 °C). Процесс «прожигания» удаляет примеси.
- Ковка (осадка): Как только рельсы достигают идеальной пластической температуры, станок с огромной силой (сотни тонн) спрессовывает их вместе. Это приводит к формированию молекулярной структуры стали, вытесняя любые оставшиеся примеси в виде «облоя» или «осадка металла».
- Обрезка и отделка:
Сварочный аппарат оснащен встроенными ножницами, которые мгновенно обрезают излишки окалины, пока она еще горячая и мягкая.
После охлаждения сварной шов подвергается окончательной легкой шлифовке для придания рельсу идеального профиля.
Преимущества: Чрезвычайно высокая и стабильная производительность, полная автоматизация, высокая производительность.
Недостатки: Очень дорогой, не портативный (заводские версии), требует огромного количества электроэнергии.
Метод 3: Газовая сварка под давлением — сейчас используется реже.
Это более старый метод, по принципу схожий с контактной сваркой, но использующий другой источник тепла.
Процесс:
Аккуратные, квадратные концы рельсов выровнены с небольшим зазором между ними.
Между концами заготовки устанавливается большая многоканальная кислородно-ацетиленовая горелка для равномерного нагрева всего поперечного сечения до температуры ковки.
После нагревания применяется гидравлическая сила для соединения концов, аналогично контактной сварке.
Затем образовавшийся осадок металла удаляется горелкой, а сварной шов шлифуется до гладкости.
Преимущества: Позволяет получать высококачественные сварные швы.
Недостатки: медленнее, чем контактная сварка, требует большей квалификации оператора, в значительной степени уступает контактной сварке.
