Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей
Описана новая технология сварки рельсов, разработанная в ИЭС им. Е. О. Патона, приведены примеры ее использования при реконструкции и строительстве трамвайных и подкрановых путей. Отмечено, что после соответствующей проверки и получения разрешения она может рассматриваться в качестве альтернативы су...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101200 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей / Г.В. Кузьменко, В.Г. Кузьменко, В.И. Галинич, В.М. Тагановский // Автоматическая сварка. — 2012. — № 5 (709). — С. 40-44. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859613963927420928 |
|---|---|
| author | Кузьменко, Г.В. Кузьменко, В.Г. Галинич, В.И. Тагановский, В.М. |
| author_facet | Кузьменко, Г.В. Кузьменко, В.Г. Галинич, В.И. Тагановский, В.М. |
| citation_txt | Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей / Г.В. Кузьменко, В.Г. Кузьменко, В.И. Галинич, В.М. Тагановский // Автоматическая сварка. — 2012. — № 5 (709). — С. 40-44. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Описана новая технология сварки рельсов, разработанная в ИЭС им. Е. О. Патона, приведены примеры ее использования при реконструкции и строительстве трамвайных и подкрановых путей. Отмечено, что после соответствующей проверки и получения разрешения она может рассматриваться в качестве альтернативы существующим способам сварки при выполнении работ в условиях железнодорожного пути.
Advantages and drawbacks of both existing rail welding methods and some of those under development are considered. Description of the new rail welding method developed by the E.O.Paton Electric Welding Institute is presented. It is expected that after appropriate verification and authorisation this method can be regarded as a serious alternative to the existing welding methods for performing field operations.
|
| first_indexed | 2025-11-28T17:14:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791:625.143.48
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ
ВАННЫМ СПОСОБОМ РЕЛЬСОВ В УСЛОВИЯХ
ТРАМВАЙНЫХ И ПОДКРАНОВЫХ ПУТЕЙ
Г. В. КУЗЬМЕНКО, инж., В. Г. КУЗЬМЕНКО, д-р техн. наук,
В. И. ГАЛИНИЧ, канд. техн. наук, В. М. ТАГАНОВСКИЙ, инж.
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Описана новая технология сварки рельсов, разработанная в ИЭС им. Е. О. Патона, приведены примеры ее исполь-
зования при реконструкции и строительстве трамвайных и подкрановых путей. Отмечено, что после соответствующей
проверки и получения разрешения она может рассматриваться в качестве альтернативы существующим способам
сварки при выполнении работ в условиях железнодорожного пути.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электродуговая сварка, бесстыковой
путь, трамвайный путь, подкрановый путь, сварка рельсов
в условиях пути, плавящийся мундштук, самозащитная по-
рошковая проволока
Бесстыковой путь — наиболее прогрессивная кон-
струкция верхнего строения пути, главным пре-
имуществом которого является возможность
практически полной ликвидации стыков, что зна-
чительно уменьшает динамические силы и сни-
жает сопротивление движению поездов (в сред-
нем на 10 %). Кроме того, бесстыковой путь
также увеличивает срок службы элементов вер-
хнего строения пути (с 1,3 до 2,2 раза), сокращает
расходы на ремонт пути и подвижного состава
(до 35 %), экономит металл на стыковых скреп-
лениях (5…7 т на 1 км), повышает скорость дви-
жения поездов до 160…200 км/ч и более [1]. Не-
смотря на то что перечисленные преимущества
бесстыкового пути относятся к магистральным
железным дорогам, они в той или иной степени
также имеют место и при его использовании на
всех видах рельсового транспорта — на путях
промышленных предприятий, метрополитена,
трамвайных и подкрановых.
Сварка рельсов — неотъемлемая составная
часть путевых работ, оказывающая влияние на
конструкцию и технико-эксплуатационные пока-
затели верхнего строения пути. Особенности про-
цесса сварки рельсов связаны со свойствами их
материала. Рельсовые стали вследствие высокого
содержания углерода плохо свариваются и склон-
ны к образованию горячих и холодных трещин.
Для их сварки требуются специальные сварочные
материалы и особые технологии. Высокие требо-
вания предъявляются также к точности соблюде-
ния температурных режимов сварки [2].
Сварной шов должен соответствовать тем же
техническим требованиям, что и сам рельс. Пос-
ледний рассматривают как несущий и направля-
ющий элемент пути, который выдерживает ста-
тические и динамические нагрузки, обеспечивает
высокую плавность хода и способен противосто-
ять износу. В связи с этим шов, как и сам рельс,
должен отвечать требованиям безопасности экс-
плуатации и не создавать помех движению. Про-
цесс сварки рельсов должен обеспечивать [3]:
• постоянство качества и удовлетворительные
эксплуатационные характеристики сварных сты-
ков при минимальной зависимости от квалифи-
кации сварщиков;
• максимально ограниченную общую продол-
жительность процесса сварки, особенно при ре-
монте путей, чтобы укладываться в продолжи-
тельность выделяемых для этих целей временных
окон;
• возможность применения портативного сва-
рочного оборудования, чтобы его можно было
легко транспортировать и обслуживать;
• исключение расхода рельсов и необходимос-
ти перемещения их в продольном направлении;
• адаптируемость процесса к поперечным се-
чениям всех типов используемых рельсов, а также
достаточную гибкость для применения к рельсам
с различной степенью износа;
• приемлемый уровень первоначальных рас-
ходов на приобретение сварочного оборудования
и текущих расходов на выполнение собственно
сварки.
В настоящее время ни один из применяемых
способов сварки рельсов (стыковая контактная,
газопрессовая, алюмотермитная, электродуговая
ванная сварка) в полной мере не удовлетворяет
всем перечисленным выше требованиям. Так, при
стыковой контактной сварке, обеспечивающей на-
ивысшее качество сварных соединений и высокую
производительность (особенно в стационарных
© Г. В. Кузьменко, В. Г. Кузьменко, В. И. Галинич, В. М. Тагановский, 2012
40 5/2012
условиях), используется громоздкое и дорогосто-
ящее оборудование, что затрудняет, а зачастую
делает экономически и технически нецелесооб-
разным ее применение в полевых условиях, в час-
тности, при выполнении ремонтных работ, когда
необходимо сварить относительно небольшое ко-
личество стыков. Применение этого способа свар-
ки усложняется также необходимостью переме-
щения свариваемых рельсов и расшивки путей.
Существуют также определенные сложности при
сварке данным способом крестовин и стрелочных
переводов.
Газопрессовая сварка широко применялась в
1930–1970-х годах на железных дорогах США в
основном для соединения рельсов в стационарных
условиях (в цехах и депо), однако увеличение осе-
вых нагрузок в 1980-х годах привело к сущест-
венному росту разрушений стыков, в связи с чем
данный способ сварки был вытеснен стыковой
контактной сваркой [4]. В настоящее время га-
зопрессовая сварка достаточно широко применя-
ется на железных дорогах Японии [5].
Алюмотермитная сварка, применяемая уже
более ста лет для соединения рельсов различного
назначения, отличается высокой мобильностью и
универсальностью, однако не обеспечивает в дол-
жной мере стабильности и высокого качества
сварных соединений. В настоящее время возмож-
ности улучшения этого процесса в целях повы-
шения служебных характеристик сварных соеди-
нений практически исчерпаны. Поэтому, несмот-
ря на многочисленные технологические усовер-
шенствования и организационные мероприятия,
предпринятые фирмами-поставщиками услуг по
алюмотермитной сварке, ожидать какого-либо
прорыва в данном направлении не приходится [6].
К тому же этот способ сварки в нашей стране на
протяжении десятилетий не развивался, в резуль-
тате чего для его применения приходится закупать
достаточно дорогие импортные материалы.
В настоящее время электродуговая ванная
сварка покрытыми электродами в основном ши-
роко применяется для соединения трамвайных и
крановых рельсов. Однако этот способ не обес-
печивает надежного качества сварных соедине-
ний, так как существенно зависит от квалифи-
кации сварщика и значительно уступает по про-
изводительности другим способам сварки. С
целью повышения производительности разрабо-
тан процесс полуавтоматической электродуговой
ванной сварки стыков рельсов, который приме-
няла Берлинская транспортная компания при ре-
монте железнодорожных путей метрополитена
[7]. При этом использовался специальный удли-
ненный токоподводящий мундштук и самозащит-
ная порошковая проволока. В результате произ-
водительность сварки повысилась на 30 % по
сравнению с ручной электродуговой сваркой пок-
рытыми электродами. Электродуговая ванная
сварка успешно применялась, в частности, при
строительстве скоростной линии Ямагата–Шин-
касен в Японии [8], где благодаря усовершенс-
твованию технологии и сварочных материалов, а
также применению специальной термической об-
работки удалось значительно улучшить качество
сварных соединений. Тем не менее производи-
тельность сварки осталась на низком уровне (вре-
мя сварки стыка составило 75 мин) [9]. Компанией
«Nippon Steel» разработан новый процесс, приз-
ванный в перспективе заменить алюмотермитную
и ручную электродуговую ванную сварку рельсов
[9, 10]. Он основан на комбинации сварки в за-
щитных газах вращающимся плавящимся элект-
родом (сварка подошвы) и электрошлаковой свар-
ки (сварка шейки и головки рельсов). Весь про-
цесс осуществляется в автоматическом режиме с
помощью аппарата, контролируемого компьюте-
ром.
Данная технология обеспечивает значительно
более высокие механические свойства сварных со-
единений, чем алюмотермитная сварка. Однако
время сварки стыка составляет около 100 мин,
хотя имеется возможность в перспективе сокра-
тить его до 50…60 мин, что всего лишь приблизит
данный процесс по производительности к алюмо-
термитной сварке.
Неоднократно также предпринимались попыт-
ки разработать процесс электрошлаковой сварки
рельсов [11–14], однако несмотря на достаточно
серьезную проработку вопроса достичь удовлет-
ворительных результатов пока не удалось [15].
В Институте электросварки им. Е. О. Патона
НАН Украины разработана новая технология
сварки рельсов, получившая название автомати-
ческой электродуговой сварки ванным способом
с использованием плавящегося мундштука, или
сокращенно дуговой сварки плавящимся мунд-
штуком. Его отличительной особенностью явля-
ется использование самозащитной порошковой
проволоки, подаваемой через продольный канал
в специальном плоском плавящемся мундштуке,
что позволяет выполнять сварку при зазоре в сты-
ке 12…16 мм, а в отдельных случаях до 22 мм.
Предлагаемый способ сварки, являясь дальней-
шим развитием электродуговой ванной сварки, бла-
годаря механизации процесса позволяет в 2...3 раза
увеличить производительность работ и одновремен-
но значительно улучшить качественные показатели
сварных соединений, сохраняя высокую мобиль-
ность и универсальность оборудования.
В первую очередь он предназначен для сварки
путей промышленных предприятий, трамвайных
(в том числе скоростного движения) и подкрано-
вых путей, а также в перспективе после соответ-
ствующей проверки и получения допуска — для
выполнения оперативных ремонтных работ на ма-
5/2012 41
гистральных железных дорогах. Разработано спе-
циализированное оборудование — аппарат АРС-4
(рис. 1).
Технические характеристики аппарата АРС-4
Номинальное напряжение питающей сети постоян-
ного тока, В ..................................................................... 24
Мощность, потребляемая источником, кВ⋅А,
не более ...........................................................................15 (3×380 В)
Номинальный сварочный ток, А, при ПВ = 100 % .....350
Диаметр применяемой порошковой проволоки, мм ...2,4
Пределы регулирования скорости подачи электродной
проволоки, м/ч ...............................................................50…300
Скорость перемещения электрода, м/ч ........................4…12
Поперечный ход электрода, мм ....................................180
Частота колебаний электрода, Гц .................................0,5…2,0
Амплитуда колебаний конца электрода, мм ................0…20
Габаритные размеры ДФШФВ, мм ..............................1320×520×850
Масса аппарата без проволоки и башмаков, кг,
не более ...........................................................................40
Он отличается портативностью и благодаря
сменной формирующей оснастке легко перенаст-
раивается на сварку рельсов различных типораз-
меров. В качестве сварочного источника исполь-
зуется инвертор ФОРСАЖ-500 Рязанского госу-
дарственного приборного завода. Питание может
осуществляться как от трехфазной сети напряже-
нием 380 В, так и от автономного электрогене-
ратора мощностью 25…30 кВ⋅А, при этом пот-
ребляемая при сварке мощность составляет до
15 кВ⋅А. Среднее машинное время сварки стыка
рельсов типа Р65 составляет около 20 мин, что свод-
ной бригаде из пяти человек (два оператора-свар-
щика и три рабочих-путейца) позволяет достигнуть
производительности до 16 стыков за смену.
Сварку осуществляют плавящимся мундшту-
ком, совершающим возвратно-поступательные
перемещения переменной амплитуды (рис. 2),
благодаря чему обеспечивается полный провар
свариваемых кромок по всему сечению рельса.
Сварку подошвы выполняют на керамической
подкладке многопроходной сваркой, после чего
специальным рычажным механизмом без преры-
вания процесса осуществляют прижатие медных
башмаков, обеспечивающих формирование боко-
вых поверхностей шва при сварке шейки и го-
ловки рельсов.
В большинстве случаев предварительный по-
догрев перед сваркой не проводится, лишь при
температуре ниже +5 °С требуется подогрев сты-
ка до 250…300 °С, при этом сварку можно вы-
полнять при температуре окружающего воздуха
до –5 °С.
Дуговая сварка плавящимся мундштуком ранее
была внедрена при монтаже подкрановых путей
балкерного терминала Туапсинского торгового мор-
ского порта (2009–2010 гг.) и Ильичевского морс-
кого рыбного порта (2011 г.) (рис. 3). На этих объек-
тах выполняли сварку стыков крановых рельсов
КР100 и КР120 (рис. 4).
На протяжении 2009–2011 гг. данным способом
также было сварено более 900 стыков рельсов Р65,
Т62 (рис. 5, а, б) и бесшеечных рельсов низкого
профиля LK-1 (рис. 5, в) при реконструкции линии
скоростного трамвая в Киеве и трамвайных путей
во Львове.
Разработанные специальные сварочные матери-
алы и технология сварки обеспечивают достаточно
высокие показатели механических свойств сварных
Рис. 1. Аппарат АРС-4 для сварки рельсов
Рис. 2. Схема перемещения мундштука при электродуговой
сварке рельсов ванным способом с исполльзованием плавя-
щегося мундштука
Рис. 3. Сварка подкрановых путей
42 5/2012
Рис. 4. Крановые рельсы КР100 (а, б) и КР120 (в, г) после сварки (а, в) и шлифовки (б, г)
Рис. 5. Сварка рельсов Р65 (а), Т62 (б) при реконс-
трукции линии скоростного трамвая в Киеве и LK-1
(в) при реконструкции трамвайных путей во Львове
5/2012 43
соединений. Так, твердость металла шва сварного
соединения рельсов Р65 составляет НВ 260…320;
предел прочности металла шва — 800…900 МПа.
Разрушающая нагрузка при испытании рельсов на
статический изгиб составляет 1500…1650 кН при
прогибе 16…22 мм.
Преимуществами данного способа сварки яв-
ляются:
• более высокое и стабильное качество свар-
ных соединений по сравнению с ручной дуговой
ванной и алюмотермитной сваркой;
• высокая производительность — до 16 стыков
за смену;
• не требуется защитный газ или флюс;
• не требуется подогрев (при температуре
+5 °С и выше) и термическая обработка стыка;
• низкое энергопотребление (потребляемая
мощность до 15 кВ⋅А);
• легкое перенастраивание оборудования для
сварки рельсов различных типоразмеров;
• высокая мобильность, что особенно важно
при выполнении ремонтных работ.
Таким образом, разработанный в ИЭС им. Е. О.
Патона новый процесс электродуговой сварки
рельсов ванным способом плавящимся мундшту-
ком, благодаря своим преимуществам, может рас-
сматриваться в качестве альтернативы сущест-
вующим способам сварки при выполнении работ
в условиях пути.
1. Будівництво та реконструкція залізничної мережі Ук-
раїни для збільшення пропускної спроможності та зап-
ровадження швидкісного руху поїздів / М. Д. Костюк,
В. В. Козак, В. О. Яковлєв та ін. — К.: ІЕЗ ім. Є. О. Па-
тона, 2010. — 216 с.
2. Свойства сварных соединений рельсовой стали при
электродуговой сварке / В. Д. Позняков, В. М. Кирьяков,
А. А. Гайворонский и др. // Автомат. сварка. — 2010. —
№ 8. — С. 19–24.
3. Sun J., Davis D., Steel R. TTCI searching for improved in-
track welding methods // Railway Track & Structures. —
2001. — № 1. — P. 13–15.
4. Sun J., Kristan J. Gas-pressure welding: is it feasible for
North American railroads? // Ibid. — 2003. — № 2. —
P. 12–14.
5. Yamamoto R. Advances in gas pressure welding technology
for rails // Railway Technology Avalanche. — 2007. — 17,
№ 3. — 99 p.
6. Lonsdale C. P. Thermit rail welding: history, process deve-
lopments, current practices and outlook for the 21st century
(PDF) // Proc. of the AREMA 1999 annual сonf. — The
American railway engineering and maintenance-of-way as-
sociation. — 1999. — Sept. — P. 2.
7. Stronger than a storm // Weld+vision. — 2007. — № 19. —
P. 14–15 (яп. яз.).
8. Takimoto T. Latest welding technology for long rail and its
reliability // Tetsu-to-Hagane. — 1984. — 70, № 10. —
P. 40.
9. Development of field fusion welding technology for railroad
rails / M. Okumura, K. Karimine, K. Uchino, N. Yurioka //
Nippon Steel Techn. Rept. — 1995. — 65, № 4. —
P. 41–49.
10. Steel welding technologies for civil construction applications
/ H. Tachikawa, T. Uneta, H. Nishimoto at al. // Ibid. —
2000. — 82, № 7. — P. 35–41.
11. Светлополянский Ю. И. Полуавтоматическая электрош-
лаковая сварка рельсов // Автомат. сварка. — 1966. —
№ 3. — С. 53–54.
12. Коперман Л. Н., Муканаев К. К. Электрошлаковая сварка
крановых рельсов // Свароч. пр-во. — 1967. — № 5. —
С. 32.
13. Turpin B., Danks D. Electroslag field welding of railroad
rail. Contract Number HSR-37. — Transportation Research
Board, Washington, D.C., Jan. 2003.
14. Gutscher D., Danks D., Turpin B. Electroslag welding: a po-
tential alternative to conventional rail welding // Proc. tech-
nology digest TD-08-043. — Association of American rail-
roads, transportation technology center, Inc., Pueblo, Colo,
Oct., 2008.
15. Gutscher D. Development and evaluation of electroslag wel-
ding for railroad applications // Railway Track and Structu-
res. — 2009. — № 11. — р. 53–58.
Advantages and drawbacks of both existing rail welding methods and some of those under development are considered.
Description of the new rail welding method developed by the E.O.Paton Electric Welding Institute is presented. It is
expected that after appropriate verification and authorisation this method can be regarded as a serious alternative to the
existing welding methods for performing field operations.
Поступила в редакцию 19.12.2011
44 5/2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101200 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T17:14:07Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кузьменко, Г.В. Кузьменко, В.Г. Галинич, В.И. Тагановский, В.М. 2016-05-31T18:55:45Z 2016-05-31T18:55:45Z 2012 Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей / Г.В. Кузьменко, В.Г. Кузьменко, В.И. Галинич, В.М. Тагановский // Автоматическая сварка. — 2012. — № 5 (709). — С. 40-44. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101200 621.791:625.143.48 Описана новая технология сварки рельсов, разработанная в ИЭС им. Е. О. Патона, приведены примеры ее использования при реконструкции и строительстве трамвайных и подкрановых путей. Отмечено, что после соответствующей проверки и получения разрешения она может рассматриваться в качестве альтернативы существующим способам сварки при выполнении работ в условиях железнодорожного пути. Advantages and drawbacks of both existing rail welding methods and some of those under development are considered. Description of the new rail welding method developed by the E.O.Paton Electric Welding Institute is presented. It is expected that after appropriate verification and authorisation this method can be regarded as a serious alternative to the existing welding methods for performing field operations. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей New technology of electric arc welding of rails using a bath method under conditions of tramand crane tracks Article published earlier |
| spellingShingle | Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей Кузьменко, Г.В. Кузьменко, В.Г. Галинич, В.И. Тагановский, В.М. Производственный раздел |
| title | Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей |
| title_alt | New technology of electric arc welding of rails using a bath method under conditions of tramand crane tracks |
| title_full | Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей |
| title_fullStr | Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей |
| title_full_unstemmed | Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей |
| title_short | Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей |
| title_sort | новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101200 |
| work_keys_str_mv | AT kuzʹmenkogv novaâtehnologiâélektrodugovoisvarkivannymsposobomrelʹsovvusloviâhtramvainyhipodkranovyhputei AT kuzʹmenkovg novaâtehnologiâélektrodugovoisvarkivannymsposobomrelʹsovvusloviâhtramvainyhipodkranovyhputei AT galiničvi novaâtehnologiâélektrodugovoisvarkivannymsposobomrelʹsovvusloviâhtramvainyhipodkranovyhputei AT taganovskiivm novaâtehnologiâélektrodugovoisvarkivannymsposobomrelʹsovvusloviâhtramvainyhipodkranovyhputei AT kuzʹmenkogv newtechnologyofelectricarcweldingofrailsusingabathmethodunderconditionsoftramandcranetracks AT kuzʹmenkovg newtechnologyofelectricarcweldingofrailsusingabathmethodunderconditionsoftramandcranetracks AT galiničvi newtechnologyofelectricarcweldingofrailsusingabathmethodunderconditionsoftramandcranetracks AT taganovskiivm newtechnologyofelectricarcweldingofrailsusingabathmethodunderconditionsoftramandcranetracks |