Монтаж бесстыковых железнодорожных путей осуществляется при помощи современных сварных технологий. Не обходится без этого и установка стрелочных переводов. Рассмотрим каждый способ сварки рельсовых стыков отдельно, сравним прочность соединений и выясним какую технологию применяют чаще.
Особенности сваривания рельсов
Производство рельсов из высокоуглеродистой стали затрудняет соединение элементов методом сваривания. Высокотемпературная термическая обработка металла при несоблюдении технологии сопровождается возникновением трещин и скрытых напряжений, которые могут стать причиной аварии. Поэтому проведение сварочных работ требует:
- Применения профессионального оборудования;
- Использования качественных материалов;
- Привлечения квалифицированных специалистов;
- Наличия контрольной техники для проверки качества сварных швов.
Работы осуществляются профильными компаниями, имеющими разрешение на проведение строительных и ремонтных работ железнодорожных путей. По центральной России данный вид работы осуществляет компания ЖелДорСпецПроект
Способы сварки рельсовых стыков
Метод сваривания выбирают в зависимости от марки, химического состава рельсов, с учётом текучести и плавления сталей. В настоящее время используют следующие сварные методы:
- электроконтактный;
- газопрессовый;
- электродуговой;
- алюминотермитный.
Важными показателями сварных стыков являются прочность, долговечность, способность выдерживать постоянные вибронагрузки и перепады температур. Немаловажный фактор – это стоимость работ и материалов, производительность и автоматизация процесса. Рассмотрим каждый способ сварки отдельно.
Электроконтактная сварка
Осуществляется автоматизированными электрическими контактно-сварочными машинами. Существуют стационарные и самоходные модификации. Первые машины на месте сваривают элементы в плети. А вторые – заваривают как уложенные в будущую линию рельсы, так и размещённые внутри или снаружи путепровода. Они должны находиться не дальше 260 см от оси железной дороги.
Соединение происходит при нагреве и оплавлении торцов электрической дугой, формируемой током большой силы и низкого напряжения. При этом оплавление концов осуществляется в зависимости от технологии непрерывно или импульсно с промежутками охлаждения и осадки шва.
Машины комплектуются сменными сварочными головками, что позволяет использовать разные способы сваривания в зависимости от особенности прокладываемого пути. Это основной способ стыковки элементов на магистральных путях.
Отличается автоматизацией, высокой производительностью, минимизацией ручного труда, но требует последовательного применения. Обеспечивает прочное соединение по сравнению с целыми рельсами – 90-110%.
Газопрессовая сварка
Проводится универсальными газопрессовыми станками. Соединяет нагретый ниже температуры плавления металл. Требует предварительной подготовки, заключающейся в стыковании элементов и резке торцов, дисковой пилой или ножовкой для плотного прилегания.
Стенки перед нагревом обязательно хорошо обрабатываются дихлорэтаном или четырёххлористым углеродом. Потом концы зажимают гидравлическим прессом и нагревают равномерно расположенными и колеблющимися горелками до температуры 1200 градусов. При этом происходит постепенно сдавливание частей с силой 10-13 тонн.
Ширина места усадки в результате составляет 2 см. Обеспечивает формирование цельного однородного стыка крановых путей. Это основной вид стыковки ж/д линий в США. Прочность соединения – 90-100%. Технология применяется для соединения тяжёлых рельсов.
Электродуговая сварка
Соединяет стыки металлом электрода, помещённого в зазор шириной 14-16 мм. Данный способ подразумевает размещение стыка в специальной форме, исключающей растекание металла. В зазор между рельсами помещается электрод, через который пропускают ток от трансформатора или сварочного аппарата. Он расплавляется и заполняет шов металлом.
Технология требует обязательной подготовки торцов, зависит от качества и обмазки электродов, поддержания жидкого состояния металла до окончательного соединения. Используется для стыковки станционных путей. Прочность шва относительно целого рельса – 55-70%.
Алюминотермитная сварка
Основана на термической реакции восстановления чистого железа из его окиси в присутствии алюминия. Сопровождается выделением большого количества тепла, которое используется для разогрева стыков. Технология применима для термически необработанных, объёмно и поверхностно-закаленных рельсов. Причем, стыкуются элементы разной марки.
Способ является основным для соединения рельсов в районе стрелочных переводов и применяется для стыковых работ в других зонах: на горках, главных, приемоотправочных, станционных, производственных путях и в метрополитене.
Метод требует зачистки и подготовки торцов, выравнивания зазора и использования форм для установки и поджигания термита – смеси окиси железа, алюминия, легирующих добавок и частиц стали. Для начала реакции термитную смесь поджигают специальным факелом.
Далее, смесь расплавляется, затекает в шов, выдерживается в течение 15-20 минут. Формы снимаются, шов обрабатывается и шлифуется до требуемой гладкости. Метод автономен, не требует источников энергии и тяжёлых машин.
Проводится вручную силами опытных специалистов. Ещё один плюс – это возможность вести стыковку в нескольких местах одновременно без полного перекрытия движения поездов. Процесс занимает не более 1 часа. Прочность стыкового соединения относительно цельного рельса – 65-70%.
Сравнение методов сваривания рельсов
Выбор технологии сваривания зависит от следующих факторов:
- загруженности и роли пути в магистральном движении;
- марки рельсов;
- протяжённости нитей;
- условий проведения работ;
- наличие необходимого инструмента и техники.
Самыми востребованными способами являются электроконтактная и алюминотермитная сварка. Первый метод автоматизирован и даёт отличный результат сваривания. Второй способ – мобильный, не требует полной отмены движения, применения тяжелой техники и источников энергии.
Электродуговая сварка используется для ремонта путей сообщения в районе станции. А газопрессовой метод включается в технологические линии, формирующие готовые рельсовые нити большой длины.
Ниже представлена таблица основных характеристик методов сварки
В любом случае, укладка новых и ремонт действующих железнодорожных путей регулируется нормативными документами, в которых подробно регламентируется использование оптимальных методов заварки швов рельсов.