Устройство для безгратовой сварки рельс давлением с подогревом

 

Полезная модель относится к оборудованию для сварки давлением с подогревом и может быть использована при сварке стыков железнодорожных, трамвайных и других транспортных рельс, как в цеховых, так и в полевых условиях. Устройство для безгратовой сварки рельс давлением с подогревом содержит механизм зажатия и центровки рельс, индуктор сложной формы, механизм подачи рельс в зону сварки, устройство для сжатия стыков рельс в зоне сварки, источник нагрева рельс, и при этом имеет индуктор, выполненный таким образом, что зазор между внутренней поверхностью индуктора и наружной поверхностью рельса выполнен различным: 3-20 мм по головке рельса, по стенке и подошве - 5-35 мм, причем источник нагрева рельс выполнен, в частности, в виде тиристорного преобразователя частоты со следующими характеристиками: мощность источника 100-800 кВт, частота 1-75 кГц,, а достижение одинаковой температуры сварки по сечению рельса обеспечивается различной величиной зазора между индуктором и контуром рельса, а выравнивание температуры сварки достигается импульсным включением источника нагрева до достижения температуры сварки, равной 0,7-0,95 температуры плавления металла. Полезная модель позволяет упростить конструкцию устройства для сварки рельс давлением с подогревом, повысить качество сварного шва, обеспечить сварку рельс не только в условиях цеха, но и в полевых условиях, устранить образование грата. 5 з.п.ф., 2 илл.

Полезная модель относится к оборудованию для сварки давлением с подогревом и может быть использована при сварке стыков железнодорожных, трамвайных и других транспортных рельс, как в цеховых, так и в полевых условиях.

Известны различные устройства для сварки рельс: машина для контактной электросварки рельс по АС СССР №129758, машина для контактной сварки по АС СССР №201561, сварочная машина («Оборудование для сварки рельс и его эксплуатация», Киев, 1974 г., стр.73-84, изд. «Наукова думка») и другие.

Все известные машины имеют существенные недостатки:

1. Сгорание основного металла до 50 мм на стык.

2. Сварочные брызги - грат, который необходимо удалять.

3. Нестабильность качества сварного соединения стыка рельс.

4. Изгиб волокон проката при сжатии и последующем удалении грата создают опасную зону концентрации напряжения в зоне стыка, что может привести к образованию и развитию трещин в зоне сварки.

Задачей полезной модели является создание устройства для безгратовой сварки рельс, которое было бы простым по конструкции и при этом обеспечивало высокое качество сварки рельс и экономию металла.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для безгратовой сварки рельс давлением с подогревом, содержащее механизм зажатия и центровки рельс, индуктор, механизм подачи рельс в зону сварки, устройство для сжатия стыков рельс в зоне сварки, источник нагрева рельс, имеет индуктор, встроенный между зажимными устройствами и выполненный таким образом, что зазор между внутренней поверхностью индуктора и наружной поверхностью

рельса выполнен различным: 3-20 мм по головке рельса, по стенке и подошве - 5-35 мм.

При этом источник нагрева рельс выполнен, в частности, в виде тиристорного преобразователя частоты со следующими характеристиками: мощность источника 100-800 кВт, частота 1-75 кГц, а достижение одинаковой температуры сварки по сечению рельса обеспечивается различной величиной зазора между индуктором и контуром рельса, причем выравнивание температуры сварки достигается импульсным включением источника нагрева до достижения температуры сварки, равной 0,7-0,95 температуры плавления металла.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана схема предлагаемого устройства для безгратовой сварки рельс давлением с подогревом, на фиг.2 - сечение индуктора и рельса.

Устройство для безгратовой сварки рельс давлением с подогревом (фиг.1) включает в себя: механизм 1 подачи рельс в зону сварки, механизм 2 зажима рельс 3, устройство 4 для сжатия рельс в зоне сварки, индуктор 5, источнике нагрева рельс. Индуктор 5 выполнен таким образом (фиг.2), что зазор между индуктором и контуром рельса 3 различен - по головке 7 рельса зазор составляет 3-20 мм, а по стенке 8 и подошве 9 рельса зазор составляет 5-35 мм. Зазоры по контуру рельса устанавливались математическими расчетами и экспериментальным путем. По контуру рельса запрессовывались термопары и проводились исследовательские работы. В ходе работ были сделаны следующие заключения: если зазор по головке рельса составляет менее 3 мм, то происходит мгновенный нагрев и верхний слой металла уже начинает плавиться, а в середине рельса металл холодный, что приводит к серьезным дефектам. Если зазор составляет 35 мм и более, то нагрев металла под сварку происходит очень медленно и нерационально тратится очень большое количество энергии. Кроме того, экспериментально установлено, что наилучшее качество

сварки стыка рельс и отсутствие грата было тогда, когда температура сварки составляла 0,7-0,95 от температуры плавления металла. В качестве источника 6 нагрева рельс использован тиристорный преобразователь мощностью 500 кВт и частотой 2 кГц.

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. Торцы подлежащих сварке рельс одновременно механически обрабатываются, например, дисковой пилой 10 или фрезой, что обеспечивает плотный контакт при стыковке. После механической обработки на торцы рельс наносят углеводородное соединение (например, глицерин и т.п.), которое защищает обработанные поверхности от окисления при хранении и способствует образованию сварного соединения. При нагреве пары соединения выходят из зоны стыка и препятствуют попаданию в него атмосферного воздуха, водород способствует раскислению, а углерод усиливает диффузию. Затем рельсы 3 механизмом 1 подаются в устройство для безгратовой сварки и закрепляются в нем, центрируются по поверхности катания колеса и сжимаются механизмом 2 с усилием 1-9 кГс/мм2. Механизм 2 может быть выполнен в виде двух зажимных устройств 11 и 12, между которыми находится индуктор 5, форма которого повторяет контур рельса. Затем индуктор и стык рельс совмещаются. Включается источник 6 нагрева рельс и происходит индукционный нагрев зоны стыка до температуры сварки, равной 0,7-0,95 температуры плавления металла рельс. Для обеспечения равномерности нагрева стыка применяется индуктор 5 с различным зазором по контуру рельса, а для выравнивания температуры нагрева по сечению стыка рельс производят импульсный нагрев. Количество и длительность импульсов и пауз зависит от типа рельса, частоты и мощности источника нагрева. В процессе нагрева под воздействием сжимающего усилия механизма 4, в качестве которого используются гидроцилиндры, и линейного расширения металла происходит смятие микронеровностей на свариваемых поверхностях,

уплотнение стыка, интенсифицируются диффузионные процессы. В гидроцепи от гидростанции до гидроцилиндров сжатия рельс установлена запорная арматура (например, обратный клапан) для предотвращения увеличения усилия сжатия в процессе сварки (на чертежах не показан).

После окончания процесса сварки соединение не имеет грата, а значит, искажения прокатных волокон, что исключает образование концентраторов напряжений, экономится металл, повышается срок эксплуатации рельс, а значит и безопасность движения поездов.

Пример:

Сваривались рельсы типа Р 65. Торцы подлежащих сварке рельс механически обрабатывались, например, дисковой пилой или фрезой. После обработки на торцы наносится углеводородное соединение (глицерин). Рельсы стыкуются в предлагаемом устройстве и центрируются по линии катания колеса. Прикладывается давление. Затем производится индукционный нагрев зоны стыка до температуры сварки (в приводимом примере нагрев производился до температуры, равной 0,85 от температуры плавления металла). Зазор между индуктором и головкой рельса составлял 12 мм, а зазор по стенке и подошве рельса составил 20 мм. После достижения температуры сварки нагрев отключается на время, а затем производится три дополнительных импульса нагрева (длительность импульсов - 5-7 секунд, а интервал между импульсами равен 5-7 секундам). Индуктор 5 может быть как сплошным, так и разъемным. Кроме того, для каждого типоразмера свариваемых рельс изготавливается свой индуктор, который быстро монтируется между зажимами, что обеспечивает быструю переналадку устройства.

Полученные сварные соединения имели механические свойства, равноценные основному металлу. Стрела прогиба составляла 25 мм при нагрузке по головке рельса 277 тн.

Использование в качестве источника нагрева рельс тиристорного преобразователя частоты и индуктора с различным зазором по контуру рельса позволяет упростить конструкцию устройства для сварки рельс давлением с подогревом, повысить качество сварного шва, обеспечить сварку рельс не только в условиях цеха, но и в полевых условиях.

1. Устройство для безгратовой сварки рельс давлением с подогревом, содержащее механизм зажатия рельс, механизм подачи рельс в зону сварки, устройство для сжатия стыков рельс в зоне сварки, источник нагрева рельс, отличающееся тем, что содержит индуктор, который встроен между зажимными устройствами, причем зазор между индуктором и контуром рельса различен: по головке рельса зазор составляет 3-20 мм, а по стенке и подошве рельса - 5-35 мм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено устройством для одновременной механической обработки стыков рельс, например, дисковой пилой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индуктор выполнен сплошным.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индуктор выполнен разъемным.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к строительству, а именно к конструкциям линейных элементов, работающих на сжатие: колоннам, стойкам, сжатым поясам и раскосам ферм из бетона или других искусственных каменных материалов, в том числе с арматурой или элементами, работающими на сжатие

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в многопильных станках при изготовлении обрезных пиломатериалов продольным пилением

Полезная модель относится к расходуемой части инструмента дуговой сварки углеродистых и легированных сталей, и позволяет выполнять процесс качественного провара деталей машин прошедших химико-термическую обработку нитроцементации
Наверх