способ сварки рельсов давлением с подогревом
Классы МПК: | B23K20/02 на прессах B23K101/26 железнодорожные или другие рельсы |
Автор(ы): | Бондаренко Алексей Алексеевич (RU), Маёров Георгий Романович (RU), Колесников Евгений Игорьевич (RU), Атапин Виталий Владимирович (RU), Федорова Оксана Анатольевна (RU), Малянов Денис Владимирович (RU), Гильмутдинова Елена Аликовна (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-12-01 публикация патента:
10.07.2011 |
Изобретение может быть использовано при соединении стыков железнодорожных, трамвайных и других транспортных рельсов. Производят механическую обработку соединяемых торцов и подвергают их азотированию на глубину 0,05-0,1 мм. После стыковки рельсов прикладывают сжимающее усилие и нагревают стык до температуры (Ас3+300)°С÷(Ас3+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка. После осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, а затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. Изобретение направлено на повышение прочности и твердости в зоне стыка за счет образования мелкозернистой структуры, повышения ударной вязкости металла. 1 табл.
Формула изобретения
Способ сварки рельсов давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку их торцов, стыкуют рельсы, прикладывают сжимающее усилие и нагревают стык до температуры (Ас3+300)°С÷(Ас3+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, а затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что после механической обработки торцы рельсов подвергают азотированию на глубину 0,05-0,1 мм.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к сварке давлением и может быть использовано при соединении стыков железнодорожных, трамвайных и других транспортных рельсов.
Известен способ сварки давлением с подогревом, заключающийся в том, что первоначально производится механическая обработка торцов рельсов, соединение их встык и центрирование. Затем прикладывается сжимающее усилие и производится индукционный нагрев стыка до температуры 0,8-0,9 температуры плавления [Патент РФ № 2285596, МПК: В23К 20/00. «Способ сварки рельсов давлением с подогревом» авторов Губарева А.В. и Лужина С.В., опубл. 20.10.2006, БИ № 29].
Недостатком этого способа является низкая прочность сварного шва за счет того, что в зоне сварного шва структура более крупнозернистая, чем в основном металле.
Известен способ сварки давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку торцов соединяемых деталей (рельсов), собирают встык соединяемые детали из стали, прикладывают сжимающее усилие и нагревают стык до температуры (Ас3+300)°C÷(Ас 3+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°C÷(Мн+400)°C, а затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды [Патент РФ № 2308363, МПК: В23К 20/02. «Способ сварки давлением с подогревом» авторов Бондаренко А.А., Маерова Г.Р. и др., опубл. 20.10.2007, БИ № 29].
Недостатком этого способа является низкая прочность в зоне стыка за счет того, что величина зерна определяется химическим составом и крупнее, чем в основном металле. Этот способ не позволяет получить достаточную ударную вязкость в сварном шве и прочность.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение прочности и твердости в зоне стыка за счет образования мелкозернистой структуры, повышения ударной вязкости сварного стыка.
Технический результат достигается тем, что в способе сварки рельсов давлением с подогревом, при котором производят механическую обработку их торцов, стыкуют рельсы, прикладывают сжимающее усилие и нагревают стык до температуры (Ас3+300)°C÷(Ас3+400)°C с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°C ÷(Мн+400)°C, а затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды, причем после механической обработки торцы рельсов подвергают азотированию на глубину 0,05-0,1 мм.
Азотирование торцов рельсов обеспечивает образование мелкозернистой структуры (на 1-2 балла мельче) поверхностного слоя металла по сравнению со структурой основного материала. При уменьшении структуры металла повышается ударная вязкость в 1,5 раза и прочность на изгиб на 15-20%.
Пример реализации способа.
Например, сваривают рельсы Р65 из стали М76. Перед сваркой торцы рельсов механически обрабатывают и подвергают азотированию. Рельсы стыкуют в сварочной установке, совмещают по периметру, выравнивают по рабочей грани поверхности катания. Затем проводят аустенизацию стыков. Например, производят индукционный нагрев при температуре (Ас3+350)°C и выдерживают при этой температуре не менее 15 сек, затем к торцам прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, а после осадки стык охлаждают воздушно-водной смесью до температуры, как например (Мн+350)°C, а затем воздухом до температуры окружающей среды.
Результаты испытания сведены в таблицу.
Таблица | ||
Твердость и прочность объемно-закаленных рельсов Р65 при различных видах сварки | ||
Способ сварки | Твердость рельсов в зоне стыка, ед.НВ | Нагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН |
Сварка давлением с подогревом (прототип по патенту № 2308363) | 355 | 2235 |
350 | 2222 | |
346 | 2210 | |
Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому техническому решению) | 365 | 2235 |
359 | 2222 | |
355 | 2210 |
Предлагаемый способ сварки позволяет повысить прочность в зоне стыка, увеличить морозостойкость и ударную вязкость, что способствует увеличению срока службы рельсов и обеспечивает безопасность движения поездов.
Класс B23K101/26 железнодорожные или другие рельсы