Прогрессивным направлением усиления верхнего строения пути является замена болтовых стыков сварными. Сварка позволяет увеличить длину рельсов и уменьшить количество напряженных и дорогостоящих болтовых стыков. В нашей стране при укладке и содержании пути широко применяется сварка для получения бесстыковых плетей и длинных рельсов. Это повышает срок службы рельсов, уменьшает на 30 % затраты труда и средств службы на содержание пути. Особенно большое распространение получает укладка в путь бесстыковых плетей. Прочность и надежность рельсов, сваренных контактным и газопрессовым способами, определяются прежде всего правильным выбором и строгим соблюдением технологии и режимов сварки, термической и механической обработки стыков. Такими высокими прочностными и пластическими свойствами обладают рельсы, сваренные контактным способом. Стыковая контактная сварка хорошо зарекомендовала себя при получении длинных рельсовых плетей в стационарных условиях и на перегонах.

Благодаря расширению полигона бесстыкового пути сокращается число дефектов рельсов в зоне болтовых отверстий и расходы на их устранение, увеличивается срок службы рельсов, повышается надежность рельсовых цепей, уменьшается износ элементов пути и подвижного состава, улучшается плавность хода и в целом снижаются затраты на текущее содержание и ремонт пути. По данным, рассчитанным специалистами ВНИИЖТа на 2001 год, данная экономия составляет порядка 500000 рублей в год на 1 км пути.

Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) Труды ЦНИИ МПС выпуск №556, 1977 г.

«Сварка железнодорожных рельсов».

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Сварка позволяет увеличить длину рельсов и уменьшить количество напряженных и дорогостоящих болтовых соединений. В нашей стране при укладке и содержании пути широко применяется сварка для получения бесстыковых плетей и длинных рельсов. Это повышает срок службы рельсов, уменьшает на 30% затраты труда и средств на содержание пути. Особенно большое распространение получает укладка в путь бесстыковых плетей и термически упрочненных рельсов. К началу десятой пятилетки протяженность бесстыкового пути достигла 35 тыс. км рельсов с объемной и поверхностной закалкой – 35 тыс. км. В десятой пятилетке предполагается значительное увеличение укладки бесстыковых плетей и длинных рельсов типов Р75, Р65 и Р50 современного и перспективного изготовления.

Для сварки бесстыковых плетей и длинных рельсов в путевом хозяйстве железнодорожного транспорта СССР широко применяется контактная сварка рельсов, имеющая наиболее высокие технико-экономические показатели процесса и позволяющая механизировать и автоматизировать работы. Она прочно заняла ведущее место и практически вытеснила термитный, дуговой и газопрессовый способы сварки. Контактная сварка рельсов выполняется на рельсосварочных предприятиях в стационарных и полевых условиях. Помимо изготовления бесстыковых плетей, осуществляется сварка короткомерных новых рельсов и ремонт старогодных.

Внедрение рельсов повышенной прочности, особенно с применением сварки, позволяет повысить срок их службы в 1,5-2 раза.

До недавнего времени сварку рельсов производили только с предварительным прерывистым подогревом на машинах типа МСГР-500. В настоящее время применение получила также и контактная сварка непрерывным оплавлением на машинах типов К-190 и К-355, при которой в 1,5 раза уменьшаются время сварки и расход электроэнергии. С целью снижения времени сварки, повышения качества, прочности, надежности, прямолинейности бесстыковых плетей и длинных рельсов осуществляется переход от мягких к жестким режимам при производстве работ с прерывистым подогревом и непрерывное оплавление заменяется импульсным. Широко внедряются механизированная срезка грата, дифференцированное термическое упрочнение сварных стыков с индукционного нагрева токами средней частоты, новые методы испытаний, а также изучается возможность применения холодной сварки рельсов.

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ СВАРНЫХ РЕЛЬСОВ.

Способы сварки рельсов.

В настоящее время при укладке и содержании пути сваривают новые и старогодные рельсы стандартной, льготной длины и короткомерные типов Р75, Р65, Р50 из мартеновской и бессемеровской сталей марок М77, М76, М75, НБ67 с высоким содержанием углерода (до 0,82 и 0,75%), легированные хромом и другими элементами. На сварку поступают рельсы обычной и повышенной прочности, термически не обработанные, с объемной и поверхностной закалкой по всей длине. Твердость металла рельсов соответственно в единицах Бриннеля составляет в среднем НВ 260 и 360 (до 390). Ведутся опытные работы по сварке рельсов высокой прочности, например марки 75ХГСТ, с твердостью металла в головке примерно НВ 450. Сварка позволяет увеличить длину рельсов и уменьшить количество напряженных и дорогостоящих болтовых стыков. Эффективным средством дальнейшего усиления верхнего строения пути является повышение массы рельсов, улучшение качества металла и широкое применение сварки. Разработка и внедрение технологии сварки позволили успешно осуществить переход от звеньевого к бесстыковому пути и длинным рельсам.

Сварка рельсов выполняется большей частью на стационарных предприятиях. В полевых условиях сварку длинных рельсов и бесстыкового пути при его ремонте и укладке осуществляют передвижными рельсосварочными машинами (ПРСМ).

Разные способы сварки рельсов значительно отличаются по технико-экономическим данным. Важнейшими показателями являются: механические свойства и постоянство качества стыков, эксплуатационная стойкость и стоимость сварных рельсов, производительность и трудоемкость процесса, механизация и автоматизация работ.

Механические характеристики сварных рельсов позволяют судить о качестве и прочности стыков при статическом, динамическом и циклическом нагружениях, которые определяются путем испытаний стандартных и натурных образцов. Наибольший интерес представляют данные, полученные при испытании на изгиб полнопрофильных сварных и прокатных рельсов. Рельсы устанавливали на двух опорах с расстоянием между ними в 1 м. Нагрузку прикладывали к головке (или подошве) рельсов посередине пролета в месте сварного шва. Сварной рельс подвергали поперечному или чистому изгибу. Для этого нагрузку передавали непосредственно на образец или через промежуточную распределительную балку.

На дорогах сварные рельсы, особенно предназначенные для главных путей, должны обладать высокими показателями пластичности и прочности. Браковочные нормы установлены:

- по стреле прогиба на пролете 1000 мм - не менее 30 мм;

- по временному сопротивлению при статическом поперечном изгибе – 90 кгс/мм2 (табл. 1).

Таблица 1.

Таблица 2.

Рельсы, сваренные контактным и газопрессовым способами, обладают также достаточной сопротивляемостью хрупким разрушениям и при низких температурах. Хрупких изломов таких рельсов при отсутствии дефектов сварки и обработки стыков в эксплуатации не установлено.

Контактный способ обеспечивает высокое и постоянное качество сварных рельсов. Это подтверждается результатами ультразвукового контроля сварных рельсов, данными испытаний образцов, в том числе массовых приемочных, исследованием случаев преждевременного выхода стыков в пути. При контактном способе наблюдается небольшой выход стыков по дефектам (на 100 км примерно 1,5 случая изломов). Он значительно меньше, чем при других видах сварки. Пороки могут быть вызваны дефектами комплектования, сварки и обработки. Разрушений при эксплуатации новых рельсов в местах контактной сварки примерно в семь раз меньше, чем в болтовых стыках.

Сварку бесстыковых плетей и длинных рельсов, термически обработанных и не упрочненных, для всех главных путей в СССР в настоящее время выполняют только контактным способом. Это обеспечивает высокую прочность, эксплуатационную стойкость и надежность сварных рельсов, а также экономичность процесса. По сравнению с контактным и газопрессовым способами прочность рельсов при термитной и дуговой сварке значительно ниже (см. табл. 2). При этих способах сварки чаще встречаются дефекты. На дорогах СССР термитный и дуговой способы применяются в небольшом объеме и используются в основном при сварке старогодных рельсов для малодеятельных станционных путей железнодорожного, промышленного и городского транспорта.

В некоторых странах, особенно в Европе, распространена также термитная сварка рельсов. В этих странах проводились работы по повышению качества, прочности стыков и увеличению производительности труда при сварке. При термитной сварке без облива и со шлифованием стыков достигнуто увеличение усталостной прочности рельсов за счет снижения концентрации напряжений в местах перехода к основному металлу. Так по данным, полученным в ФРГ, при сварке рельсов термитом переход от стыков со сварочным утолщением к безобливным повышает примерно на 10% их предел выносливости. При последующем шлифовании стыков их усталостная прочность дополнительно увеличивается на 20% (табл. 3).

Но все же и при этих условиях усталостная прочность выше у рельсов, сваренных контактным способом. Показатели пластичности рельсов, сваренных термитом, остаются очень низкими. По материалам тех же работ, выполненных в ФРГ, стрела прогиба рельсов, сваренных термитом, при наличии облива равняется 15-16 мм и при отсутствии сварочного утолщения колеблется от 17 до 20 мм (см. табл. 2). При статических испытаниях рельсов повышенной прочности, сваренных термитом, прогиб составляет 12-13 мм (см. табл. 2).

Таблица 3.

Контактная сварка рельсов обеспечивает не только наиболее высокие технические, но и экономические показатели. Она значительно производительнее других способов сварки, требует меньших трудовых затрат (см. табл. 4).

Таблица 4.

*Показатели производительности и трудоемкости определены при сварке рельсов типа Р50.

Отпускная стоимость 1 км пути термически не упрочненных рельсов, сваренных различными способами, приведена в таблице 5.

Таблица 5.

При сварке новых рельсов, легированных хромом, а также закаленных, оптовые цены увеличиваются соответственно на 15 и 20%.

Контактная сварка рельсов имеет высокий уровень механизации, автоматизации работ и технико-экономические показатели процесса.

Объем сварки закаленных рельсов в СССР непрерывно возрастает. При сварке закаленных рельсов предъявляются повышенные требования к прочности стыков и однородности свойств металла, прямолинейности плетей по поверхности катания и рабочей боковой грани головки, особенно при изготовлении бесстыковых плетей. Этим требованиям полностью отвечает контактная сварка. Бесстыковые плети и длинные рельсы, термически не обработанные и закаленные, сваренные контактным способом, успешно эксплуатируются в различных условиях. Этот способ используется и при проведении опытных работ по сварке рельсов высокой прочности. Сварка рельсов современного и перспективного производства базируется на контактном способе. В связи с этим вопросы качества сварки, прочности и надежности рельсов рассматриваются только для контактного способа.

Заместитель директора института

М. Ф. Вериго

Заместитель заведующего отделением сварки

Ю. Г. Редькин

УДК 625.143.48: 621.791.03

Повышение прочности и эксплуатационной стойкости сварных рельсов.

Генкин И. З. «Сварка железнодорожных рельсов». М., «транспорт», 1977, с. 5-79 (Труды ВНИИЖТ, вып. 556).

УДК 621.791.03: 625.143.48

Интенсификация процесса нагрева металла при оплавлении как средство повышения производительности контактных рельсосварочных машин.

Хрящева Н. К. «Сварка железнодорожных рельсов». М., «транспорт», 1977, с. 79-103 (Труды ВНИИЖТ, вып. 556).