Для сварки рельсов по методу алюмотермии используют

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Алюмотермия

Для сварки рельсов по методу алюмотермии используют порошок алюминия и оксид железа РедО . Составьте термохимическое уравнение, если при образопании 1 кг железа выдадилось 6340 кДж теплоты. [c.35]

Алюмотермией получают феррованадий, феррониобий и ферротантал. Чистый металлический ванадий может быть попучен методом восстановления У Об кальцием в стальной бомбе. Образующиеся частицы металлического ванадия после промывки сплавляются в слиток в вакуумной печи. Полученный таким образом металл содержит до 99,9% ванадия и обладает хорошей пластичностью. Ниобий и тантал можно получить термическим разложением пентаиодидов или пентахлоридов при 2000 С или восстановлением металлическим натрием или калием. [c.371]

На этом свойстве А1 основан метод восстановления металлов (Сг, Мп, W, V и др.) из их оксидов — метод алюмотермии, открытый Н. Н. Бекетовым (1859). [c.277]

Относительно чистый хром получают методом алюмотермии [c.373]

Металлический алюминий служит в основном для производства сплавов. Сплавы алюминия менее устойчивы к коррозии из-за возникновения гальванических микроэлементов в местах включений примесей. Алюминий идет на производство кабелей, фольги, зеркал, серебристой краски. Способность алюминия восстанавливать металлы из оксидов при высоких температурах послужила основой метода алюмотермии, т. е. восстановления тугоплавких металлов, например хрома или марганца, из их оксидов [c.152]

По содержанию в земной коре хром относится к довольно распространенным элементам. Основной рудой хрома является Хромистый железняк РеО-СггОз. Элементарный хром можно получить методом алюмотермии из оксида хрома (III) [c.273]

Эксперимент 9.3. Проведение алюмотермии [c.145]

Алюмотермией называют реакции, протекающие между окислами металлов и алюминием, с образованием соответствующего свободного металла п окиси алюминия. Алюмотермией можно получить только те металлы, теплота образования окислов которых меньше теплоты образования окиси алюминия. Этим способом получают в промышленности такие металлы, как Сг, Мп, Т], [c.334]

В некоторых случаях (при низких температурах) исходным указателем возможного направления реакции является значение тепловых эффектов реакций образования сложных веществ из простых. Хорошо известный пример — реакция алюмотермии [c.55]

Получение марганца алюмотермией. В фарфоровый тигель возьмите 10 г пиролюзита и прокалите его при температуре 800 С в течение 1 ч. Полученный продукт охладите и перемешайте в ступке с 3 частями порошкообразного алюминия. Смесь поместите в фарфоровый тигель, уплотните ее, вставьте посредине магниевую ленту, зачищенную наждачной бумагой, и сверху насыпьте 10 частей зажигательной смеси. Зажигательную смесь приготовьте, осторожно свешивая в стакане 10 частей пероксида бария с 1 частью магния (или алюминия). Тигель закройте асбестовой крышкой с отверстием для магниевой ленты, поставьте на песочную баню (опыт проводите в вытяжном шкафу), погрузив стенки тигля в песок на /з глубины. Затем длинной лучинкой подожгите магниевую ленту (опыт проводите в присутствии преподавателя). Наблюдайте бурную реакцию восстановления марганца алюминием. После охлаждения тигель разбейте и выньте королек металла. [c.120]

Эта особенность алюминия широко используется для получения различных металлов из окислов путем восстановления их алюминием. Впервые метод восстановления металлов из их окислов алюминием был применен русским ученым Н. Н. Бекетовым и получил название алюмотермии. [c.334]

Последняя из приведенных здесь реакций лежит в основе процесса алюмотермии. [c.119]

Хром может быть получен с помощью реакции алюмотермии [c.113]

Высокий электроотрицательный потенциал алюминия и значительное сродство к кислороду обусловили его применение в качестве раскислителя сталей, восстановителя при получении ряда материалов методом алюмотермии. [c.477]

Проведите реакцию алюмотермии (разд. 50.1,1.3). [c.587]

В промышленности иногда применяется и неорганическое топливо. Так. при обжиге некоторых руд и в алюмотермии используется тепло, полученное в результате сжигания серы и алюминия, но все эти вещества не являются топливом в общетехническом смысле этою понятия. [c.4]

I) А1+р з04— АЬОз+Ре — реакция алюмотермии. В качестве окислителя выступают ионы железа Ре + и РеЗ+, а атомы алюминия являются сильнейшим восстановителем. [c.411]

Хром легко пассивируется, поэтому широко используется в ка- естве гальванических защитных покрытий и для получения корро- ионностойких сталей. Молибден применяется для изготовления химической аппаратуры, вольфрам — в электротехнической промышленности (в частности, для производства ламп накаливания). 4олибден и вольфрам применяются в качестве катализаторов. Относительно чистый хром получают методом алюмотермии [c.550]

Вычислите термодинамические характеристики АЯ°298, AS°298, ЛС°298 процссса алюмотермии при стандартной температуре и 1000°С [c.113]

Вследствие высокого сродства к кислороду (ДС /== —1582кДж/моль А12О3) алюминий активно восстанавливает многие металлы из оксидов алюмотермия). При этом реакция обычно сопровождается выделением большого количества тепла и повышением температуры до 1200— 3000 С. Алюмотермия применяется в производстве марганца, хрома, ванадия, вольфрама, ферросплавов. [c.452]

В промышленности используют два типа скелетных никелевых катализаторов — катализатор Бага [193] и никель Ренея [194]. Оба получают из сплава N1 с А1, однако, если никель Ренея представляет собой мелкодисперсный порошок, состоящий из чистого никеля, то катализатор Бага — кусочки никель-алюминиевого сплава (65—75% N1 и 35—25% А1). Исходные сплавы получают чаще всего пирометаллургическими способами — сплавлением компонентов или алюмотермией. В последнее время используют методы порошкообразной металлургии — спекание предварительно спрессованных смесей никелевых и алюминиевых порошков в восстановительной или инертной атмосфере при 660—700 °С. Реакции между двумя твердыми телами с образованием новой твердой фазы включают процесс диффузии, поскольку реагирующие вещества разделяются образующимся продуктом реакции [174]. Реагирующие вещества сохраняют постоянную активность с обеих сторон реакционной поверхности раздела фаз, в связи с чем скорость переноса материала определяется скоростью нарастания толщины диффузионного слоя продукта и выражается формулой [c.166]

При восстановлении 80 г оксида жепеза (1Л) алюминием (реакция алюмотермии) выделяется 42 6,3 кДж. При сгорании 5,4 г металлического алюминия выделяется 167,3 кДж. На основании этих данных вычислить теплоту образования оксида железа (111). [c.46]

Кобальт обычно получают переработкой полиметаллических руд. Рядом последовательных пйрометаллургических операций выделяют С03О4, который затем восстанавливают углем, водородом, иногда методом алюмотермии. Особо чистый кобальт получают электролитическим рафинированием, а также термическим разложением некоторых его соединений. Основная масса производимого кобальта используется для получения сплавов его применяют для электролитического покрытия металлических деталей. [c.596]

Благодаря большому отрицательному значению ДО (АЬОз) возможна алюмотермия — выделение металлов из их оксидов при действии алюминия. Этот весьма общий метод получения металлов был предложен Н. Н. Бекетовым в 1859 г. Алюмотермию используют для лабораторного получения многих металлов (Мп, Сг, У, V и др.) и в ряде случаев в промышленности (получение Са, 5г, Ваидр.). [c.343]

Кобальт обычно получают переработкой полиметаллических руд. Рядом последовательных пирометаллургических операций выделяют С03О4, который затем восстанавливают углем, водородом, иногда методом алюмотермии. Особо чистый кобальт получают электролитическим рафинированием, а также термическим разложением некоторых его соединений. [c.634]

Наряду с сродством к фтору бор обладает также очень сильным сродством к кислороду (см. получение элементов из их оксидов алюмотермией в разд. 36.2). Соединения бора с кислородом обычно можно получить путем окисления бора кислородом воздуха. Гидролиз галогенидов бора (ВС1з и др.), в которых [c.573]

Применение основа легких сплавов, применяемых в авто- и самолетостроении, судо- и вагоностроении, моторо- и машиностроении и т. д., раскислитель стали, в алюмотермии (с. 152). [c.183]

Опыт 15. Алюмотермия (ТЯГА ). Термит — сухую смесь порошков Рсз04 (257о) и А1 (75%) — внесите в тигель из термостойкого материала, насыпьте в середину зажигательную смесь и укрепите в ней магниевую ленту. (Зажигательная смесь готовится из порошка А1 и ЫагОг или ВаОг в соотношении 1 1.) Установите тигель за защитным экраном на асбестовом листе и подожгите ленту магния. Объясните наблюдаемое. Какое практическое значение находит термит [c.94]

Опыт 2. Получение марганца методом алюмотермии. Приготовьте МП3О4. Для этого 40 г тонкоизмельченного МпОг поместите в тигель и нагревайте при 800° С в муфельной печи в течение часа. После охлаждения полученный МП3О4 разотрите в порошок и тщательно перемешайте с 10 г порошка алюминия. Смесь поместите в шамотный тигель, покройте слоем 10 г зажигательной смеси. В смесь вставьте магниевую ленту. Тигель поставьте а вытяжной шкаф, магниевую ленту подожгите горящей лучинкой, закрепленной в длинную стеклянную трубку. Объясните энергичное течение реакции. По охлаждении металлический порошок отделите от шлака и сдайте лаборанту. [c.139]

Значительное количество алюминия расходуется для получения металлов методом алюмотермии. Соединение алюминия с кислородом, как указывалось, сопровождается очень большим выделением теплоты, намного превышающим таковое для других металлов. В связи с этим при накаливании смеси оксида с порошком алюминия происходит бурная реакция, сопровождающаяся выделением свободного металла. Например, при поджигании особым запалом термита (смеси А1 и Рез04) [c.282]

Наибольшие количества металлического хрома получают из хромита. Для этого предварительной обработкой получают окись хрома СггОз, а затем алюмотерми-ческим способом восстанавливают металлический хром (см. 3, гл. XVni). Отметим, что металлический хром можно получить не только алюмотермией, но также восстанавливая СггОз при нагревании с кремнием, кальцием, водородом, а также электролитическим восстановлением расплавов солей хрома. [c.339]

Теплота образования V2O5 равна 1050 1 Цж/моль, а АЬОз— 1652 кДж/моль. Определите тепловой эффект реакции получения ванадия методом алюмотермии. [c.26]

Смотреть страницы где упоминается термин Алюмотермия: [c.242] [c.277] [c.94] [c.18] [c.28] [c.282] [c.112] [c.63] [c.291] Неорганическая химия (1989) — [ c.44 , c.45 , c.131 ]

Общая и неорганическая химия Изд.3 (1998) — [ c.489 ]

Справочник Химия изд.2 (2000) — [ c.307 ]

Современная общая химия Том 3 (1975) — [ c.182 ]

Курс неорганической химии (1963) — [ c.385 ]

Неорганическая химия (1979) — [ c.252 ]

Общая и неорганическая химия (1981) — [ c.343 ]

Современная общая химия (1975) — [ c.182 ]

Общая и неорганическая химия (1994) — [ c.355 ]

Общая и неорганическая химия (1981) — [ c.242 ]

Основы общей химической технологии (1963) — [ c.194 ]

Теоретические основы общей химии (1978) — [ c.262 ]

Общая химическая технология Том 2 (1959) — [ c.126 , c.174 , c.189 ]

Курс неорганической химии (1972) — [ c.345 ]

Для сварки рельсов по методу алюмотермии используют

Для сварки рельсов по методу алюминотермии,используется смесь алюминия и оксида железа Fe3O4.Составьте термохимическое уравнение,если при образовании 1 кг железа выделилось 6,30 МДж теплоты

Ответы:

1кг 6,3МДж 3 Fe3O4+8Al= 4Al2O3+9Fe + Q 504кг XМДж Х=6,3*504=3175,2МДж; . .

Алюминотермитная сварка рельсов (полное название: Сварка рельсов алюминотермитная методом промежуточного литья) — процесс, основанный на алюминотермии, при котором используются химические реакции восстановления железа из оксидов, эти реакции сопровождаются выделением тепла и получением расплавленного металла требуемого химического состава.

Для сварки применяется термит, расфасованный определенными порциями. Работу выполняет бригада из двух-трех человек. Общий вес используемого оборудования не превышает 350—400 кг.

При выполнении сварки и сопутствующих технологических операций используются автономные источники энергии.

Содержание

История [ править | править код ]

На протяжении всего периода существования железных дорог велись поиски конструкций рельсовых стыков, которые обеспечили бы такую же надежность пути в местах соединения рельсов, как и вне стыков. Стыки остаются основными возбудителями динамических, а нередко и ударных воздействий подвижного состава на путь. Регулярные динамические нагрузки на рельсовый стык приводят к интенсивному износу как ходовых частей подвижного состава, так и к дефектам рельсов, а в долгосрочном периоде к просадкам в балласте и болезням земляного полотна. Затраты труда на содержание стыков достигают 20 % всех затрат на текущее содержание пути.

Чтобы сократить число рельсовых стыков в пути, десятилетиями стремились увеличить стандартную длину рельсов. Коренное решение проблемы рельсового стыка воплотилось в так называемом бесстыковом пути, благодаря которому число стыков сокращается в десятки, а при непрерывной сварке рельсов на перегонах, станциях и в пределах стрелочных переводов, в тысячи раз.

Сама мысль о алюминотермитной реакции происходит из второй половины XVIII века. Французский ученый Антуан Лоран Лавуазье описал принцип экзотермической реакции, практическое внедрение которой в своей эпохе он не мог предполагать.

Русский физико-химик Николай Николаевич Бекетов в 60-х годах 19 века показал, что при высоких температурах алюминий восстанавливает металлы из их оксидов. Позднее эти опыты послужили отправной точкой для возникновения алюминотермии.

В 1895 году немецкий химик, профессор Ганс Гольдшмидт (Elektro-Thermit GmbH & Co. KG; Германия) после десяти лет испытаний практического использования реакций Лавуазье и Бекетова получает первый патент на сварку стальных профилей, в том числе профилей железнодорожного рельса.

В сравнении с другими видами сварки рельсов [ править | править код ]

На сегодняшний день существует два основных способа стыковой сварки рельсов:

Алюминотермитная сварка рельсов имеет ряд преимуществ перед контактной сваркой: она не требует сложного дорогостоящего оборудования, большого количества рабочих, продолжительных перерывов в движении поездов. Кроме того она может применяться при сварке на стрелочных переводах. Процесс сварки одного рельсового стыка занимает около 50 минут, а благодаря возможности работы нескольких бригад одновременно, можно добиться большей производительности в «окно». Например, за двухчасовое «окно» силами трех бригад можно изготовить до 12 стыков.

К надежности и прочности соединения рельсов предъявляются высокие требования, соблюдение которых не могут обеспечить классические способы. Поэтому при прокладке или ремонте железнодорожных путей применяют специальные технологии. Самой удобной и эффективной из них признана алюминотермитная сварка.

Что такое алюминотермитная сварка

Сущность алюминотермической технологии основана на восстановлении железа из оксидов при взаимодействии с окислами алюминия. Протекание реакции сопровождается выделением тепла, достаточного для плавления металла. Для алюминотермитной технологии используют смесь (термит), состоящую из 23% измельченного алюминия и 77% железной окалины. Чтобы характеристики шва были близкими к параметрам материала рельсов, в порошок добавляют легирующие элементы и частички стали.

Смесь засыпают в тигель, установленный над стыком. Для начала реакции восстановления порошок нагревают до 1000⁰С воспламенителем с однопорционным зарядом. После поджигания в результате химического взаимодействия ингредиентов температура смеси поднимается до 2400⁰C, восстановленное железо плавится, стекая вниз, заполняет зазор стыка. Для повышения надежности соединения алюминотермитная сварка завершается уплотнением шва специальным прессом.

Достоинства и недостатки

Популярность технологии объясняется тем, что алюмотермитная сварка обладает следующими преимуществами по сравнению с другими способами:

1. Высокая скорость проведения работы. Полный цикл создания соединения занимает не больше получаса. Бригада, используя метод разделения труда, может за час наложить 10 -12 швов. Это возможно если один выполняет подготовку и переходит к следующему стыку, другой проводит сварку, третий обрабатывает соединение
2. Нет привязки к стационарным источникам электропитания, что позволяет использовать алюминотермитную технологию в полевых условиях.
3. Не требуются дорогие материалы и сложное оборудование, поэтому сокращаются затраты на обслуживание железнодорожных путей. Все необходимое есть в магазинах стройматериалов.
4. Снижается износ колес вагонов, локомотивов.
5. Улучшается плавность хода составов.
6. Чтобы освоить алюминотермитную технологию, достаточно провести 2 — 3 сварки.

К недостаткам алюминотермической технологии относятся:

• легкая воспламеняемость термита требует осторожного обращения при хранении, транспортировке, применении;
• трудоемкость подготовительных мероприятий;
• невозможность применения технологии при температуре ниже +5⁰C;
• при попадании воды в зажженную смесь происходит активное разбрызгивание металла, поэтому в дождливую погоду нужно устанавливать навес.

Применяемое оборудование и материалы

Для проведения алюминотермитной сварки рельсов нужно приготовить:

• бочку с термитом, закрытую заглушкой;
• форму в соответствии с профилем рельсов;
• если вместо бочки применяется развесочная смесь, потребуется тигель из тугоплавкого материала;
• пресс для сжатия шва;
• шлифовальную машинку;
• молоток, зубило;
• металлическую лопатку для снятия горящего шлака;
• газовую горелку для предварительного нагрева.

Из расходных материалов потребуется:

• мелкодисперсный термит с гранулами не более 0,5 мм;
• термостойкая паста для заделывания трещин и щелей;
• пропан и кислород для горелки в баллонах.

Процесс алюминотермитной сварки рельсов

Перед началом работы нужно убедиться, что термита достаточного для полного заполнения стыка, иначе придется все переделывать. Технология алюмотермитной сварки жд стыков выполняется поэтапно в строгой последовательности.

Подготовительные работы

На участках рельсов, расположенных рядом со стыком, снимают крепления к шпалам, а дальние ослабляют. Это необходимо для того, чтобы они не мешали при установке и для снятия напряжения металла. Участки возле стыка нагревают горелкой, очищают от ржавчины. Затем рельсы выставляют так, чтобы между торцами было расстояние 25 мм.

Выравнивание рельсов

Далее на всех креплениях убирают прокладки, заменяя их клиньями с обеих сторон. Чтобы соединение выдерживало нагрузку от проходящих жд составов без деформаций, рельсы должны быть прямолинейными по горизонтали и вертикали. Предварительную установку делают на глазок. Затем, подбивая клинья молотком, добиваются необходимого положения. Для контроля к поверхностям рельсов прикладывают метровую металлическую линейку.

Установка форм

Ориентируясь по измерителю, устанавливают зажимное устройство на нужном расстоянии от стыка. Накладывают форму, оставшиеся щели замазывают термостойкой пастой. Сверху устанавливают подставку с воронкой, над которой размещают бочку с термитом. При использовании развесной смеси потребуется тигель. Горелку крепят по центру соединения чуть выше оси рельсов.

Нагрев и сварка

Для предварительного подогрева места соединения на горелку подают пропан под давлением 1,5 Бар и кислород 0,5 Бар. Через 1,5 — 2 минуты горелку гасят, убирают. Если к качеству шва не предъявляются повышенные требования, эту процедуру можно пропустить. После поджигания термитной смеси специальным запалом, расплавленный металл начинает стекать внутрь формы. В это время (20 — 30 сек) нельзя изменять положение тигля. После опорожнения его снимают, а также крышки и поддоны для шлака. Форму разбирают через 4 минуты, когда завершится кристаллизация металла.

Шлифовка и контроль качества

После окончания алюминотермитной сварки стык обрабатывают с боков и сверху, чтобы рельсовое полотно было гладким. Место соединения в течение 10 минут прогревают горелкой, после чего зубилом или болгаркой удаляют наплывы. Окончательную шлифовку проводят абразивными инструментами после остывания, контролируя процесс щупом и линейкой. Качество выполненного соединения проверяют методом статичного изгиба по подошве или головке рельса. Ход испытаний контролируют по измерительным приборам.

Несмотря на высокие температуры, возникающие при выполнении алюминотермитного соединения рельсов, технология не считается опасной. Непосредственно сваркой должен заниматься опытный рабочий. Все члены бригады должны быть обеспечены спецодеждой из негорючей ткани, защитными очками, сигнальными жилетами.

Как сваривают рельсы

При проведении монтажных и ремонтных работ на участках железнодорожного полотна, а также в схожих условиях, связанных с прокладкой рельсовых ниток, применяются специальные технологии сварки.

Особенности технологий сварки рельсов выражаются в повышенных требованиях к эксплуатационной надёжности соединений, а также их устойчивости к механическим нагрузкам.

Основные методы

Сварка рельсовых стыков относится к разряду особо ответственных мероприятий, организация и проведение которых невозможны без привлечения оборудования и современных сварочных механизмов.

Основными видами сварочных технологий, применяемых при монтаже и ремонте рельсов, являются:

• электроконтактная сварка;
• электродуговой метод;
• термитная обработка (алюминотермитная сварка рельсов);
• современная газо-прессовая сварка.

Каждый из этих методов отличается определёнными достоинствами и недостатками. Для более полного ознакомления с ними рассмотрим каждый из перечисленных способов сварки более подробно.

Электроконтактный способ

Электроконтактный подход к соединению стыков рельсов основывается на их сильном нагреве и последующем расплаве посредством электрической дуги, которая формируется значительным по величине током низкого напряжения.

Для реализации метода используют специальные машинные комплексы, работающие в автоматическом режиме (МСГР-500, МС-5002 или К-190, например).

Подлежащие обработке рельсы перед началом сварки укладываются либо непосредственно на путях, либо же с небольшим смещением внутри ветки или снаружи колеи (на удалении порядка 260 сантиметров от её оси).

При этом сам сварочный механизм перемещается по восстанавливаемой нитке, то есть представляет собой самоходную рельсосварочную станцию.

В процессе её работы используются сменные контактные головки различного типа, обеспечивающие необходимые режимы сварки (непрерывное оплавление или прерывистый разогрев контактов).

Электродуговой метод

Дуговая бесконтактная сварка относится к наиболее распространенным методикам, применяемым при сопряжении стыков рельсовых ниток.

Согласно этому подходу рельсы сначала укладывают с небольшим зазором, после чего их концы проваривают металлом электродов, расплавляемых посредством дугового разряда. Этот вид бесконтактной сварки не нуждается в приложении избыточного осадочного давления и реализуется с помощью переменного или постоянного токов, поступающих от передвижной сварочной станции.

Наиболее эффективным способом реализации дуговой сварки рельс является так называемый «ванный» метод, согласно которому заранее обрезанные поперёк продольной оси рельсы укладываются строго по линии путей с небольшим возвышением и с зазором приблизительно 14-16 миллиметров.

Между торцами уложенных таким образом рельсовых заготовок вводится рабочий электрод с последующим пропусканием через него тока порядка 300-350 ампер.

В результате такого воздействия расплавленная масса равномерно растекается по зазору и полностью заполняет его. Для предотвращения её стекания наружу зазор между рельсами закрывается специальными блокирующими ограждениями. По завершении сварки образовавшиеся швы шлифуются по всей площади стыка.

Термитная обработка

Алюминотермитная технология проверена временем.. В основу применения термитной сварки рельс заложена восстанавливающая реакция, происходящая при контакте основания (алюминия) с ещё одой составляющей – окисью железа.

Возникающий в результате этого металл (восстановленное железо) при рабочих температурах порядка 2000 градусов заливается в специальную огнеустойчивую форму, совпадающую с геометрией свариваемых рельсов.

Указанная реакция сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии.

Сваривать рельсы по термитному методу начали очень давно (с середины 19-го века), однако уже с тех пор этот вид сварки из-за применения алюминия стал называться алюминотермитным.

Важно отметить, что описываемая химическая реакция после поджога специального высокотемпературного горючего (термита) длится лишь несколько секунд.

Помимо двух рассмотренных составляющих (окиси железа и алюминия) в состав рабочей сварной смеси вводятся легирующие добавки и мелкие стальные частицы, слегка тормозящие или демпфирующие протекающий процесс. Добавки необходимы для того, чтобы сталь в зоне сварки приобрела требуемые качества и параметры, характерные для большинства рельсовых изделий.

При рассмотрении особенностей этого вида сварочного процесса следует отметить, что по завершении реакции общая химическая масса разделяется на две фракции: жидкий металл и лёгкий шлак, всплывающий в верхнюю часть формы.

Термитаня технология позволяет сочленять между собой следующие виды путевых изделий:

• поверхностно-закалённые рельсовые заготовки;
• объёмно-закалённые стыкующиеся части рельс,
• не прошедшие специальную термическую обработку рельсы в любых комбинациях.

Данный вид сварки обеспечивает выполнение требований основных стандартов, предъявляемых к высокоскоростным рельсовым магистралям, в части соблюдения нормативов сварочных технологий.

Газопрессовой способ

Эта технология сварки основывается на соединении металлических стыков рельс при относительно низких температурах (заметно ниже границы плавления), но при достаточно высоком давлении.

К основным преимуществам газопрессового метода следует отнести однородность структуры материала в зоне сварки, а также высокую прочность получаемого сочленения.

Благодаря перечисленным достоинствам, этим методом можно эффективно «варить» даже очень тяжёлые и габаритные железнодорожные изделия. Перед сваркой концы таких рельсов плотно пристыкуются один к другому, после чего посредством специального инструмента (рельсорезного станка с дисковой пилой или механической ножовки) осуществляется одновременный их рез.

В результате подготовительных операций обеспечивается требуемая плотность прилегания торцевых частей рельсов с высокой чистотой металлического сопряжения.

Помимо этого, непосредственно перед самим свариванием торцы обрабатываются дихлорэтаном или четыреххлористым углеродом. На этапе подготовки рельс к сварке их концы нагреваются до необходимой температуры посредством специальных комбинированных горелок, обеспечивающих получение достаточной температуры.

После тщательного разогрева концы рельсов зажимаются посредством гидравлического пресса особой конструкции и продолжают разогреваться до 1200 градусов.

В процессе сварки корпуса горелок слегка смещаются относительно обрабатываемого стыка (совершают небольшие колебательные движения). Частота таких периодических перемещений, как правило, не превышает 50-ти колебаний в одну минуту.

Одновременно с этими перемещениями газовой горелки рельсы сжимаются гидравлическим прессом с усилием от 10-ти до 13-ти тонн, точное значение которых определяется путём специальных расчетов. По результатам такой обработки свариваемый металл в месте стыка осаждается примерно на 20 миллиметров.

Для реализации описанной технологической цепочки применяется специальное газопрессовое оборудование (универсальные станки).

По завершении всего комплекса газосварочных операций готовый стык тщательно зачищается от шлаков, а затем приводится к нормальному виду (говорят, что осуществляется его «нормализация»).

Итак, рассмотренные ключевые методики сварки рельсовых стыков применяются в соответствие с техническими требованиями и условиями проведения ремонтно-восстановительных мероприятий.

Из всех подходов особо выделяется алюмотермитная сварка, как максимально отвечающая современным требованиям к бесконтактному восстановлению рельсов или прокладке железнодорожных веток. Именно термитный способ наиболее часто применяется при сооружении и ремонте современных транспортных магистралей.

Алюминотермитная сварка железнодорожных стыков

К надежности и прочности соединения рельсов предъявляются высокие требования, соблюдение которых не могут обеспечить классические способы. Поэтому при прокладке или ремонте железнодорожных путей применяют специальные технологии. Самой удобной и эффективной из них признана алюминотермитная сварка.

Что такое алюминотермитная сварка

Сущность алюминотермической технологии основана на восстановлении железа из оксидов при взаимодействии с окислами алюминия. Протекание реакции сопровождается выделением тепла, достаточного для плавления металла. Для алюминотермитной технологии используют смесь (термит), состоящую из 23% измельченного алюминия и 77% железной окалины. Чтобы характеристики шва были близкими к параметрам материала рельсов, в порошок добавляют легирующие элементы и частички стали.

Смесь засыпают в тигель, установленный над стыком. Для начала реакции восстановления порошок нагревают до 1000⁰С воспламенителем с однопорционным зарядом. После поджигания в результате химического взаимодействия ингредиентов температура смеси поднимается до 2400⁰C, восстановленное железо плавится, стекая вниз, заполняет зазор стыка. Для повышения надежности соединения алюминотермитная сварка завершается уплотнением шва специальным прессом.

Достоинства и недостатки

Популярность технологии объясняется тем, что алюмотермитная сварка обладает следующими преимуществами по сравнению с другими способами:

1. Высокая скорость проведения работы. Полный цикл создания соединения занимает не больше получаса. Бригада, используя метод разделения труда, может за час наложить 10 -12 швов. Это возможно если один выполняет подготовку и переходит к следующему стыку, другой проводит сварку, третий обрабатывает соединение
2. Нет привязки к стационарным источникам электропитания, что позволяет использовать алюминотермитную технологию в полевых условиях.
3. Не требуются дорогие материалы и сложное оборудование, поэтому сокращаются затраты на обслуживание железнодорожных путей. Все необходимое есть в магазинах стройматериалов.
4. Снижается износ колес вагонов, локомотивов.
5. Улучшается плавность хода составов.
6. Чтобы освоить алюминотермитную технологию, достаточно провести 2 — 3 сварки.

К недостаткам алюминотермической технологии относятся:

• легкая воспламеняемость термита требует осторожного обращения при хранении, транспортировке, применении;
• трудоемкость подготовительных мероприятий;
• невозможность применения технологии при температуре ниже +5⁰C;
• при попадании воды в зажженную смесь происходит активное разбрызгивание металла, поэтому в дождливую погоду нужно устанавливать навес.

Применяемое оборудование и материалы

Для проведения алюминотермитной сварки рельсов нужно приготовить:

• бочку с термитом, закрытую заглушкой;
• форму в соответствии с профилем рельсов;
• если вместо бочки применяется развесочная смесь, потребуется тигель из тугоплавкого материала;
• пресс для сжатия шва;
• шлифовальную машинку;
• молоток, зубило;
• металлическую лопатку для снятия горящего шлака;
• газовую горелку для предварительного нагрева.

Из расходных материалов потребуется:

• мелкодисперсный термит с гранулами не более 0,5 мм;
• термостойкая паста для заделывания трещин и щелей;
• пропан и кислород для горелки в баллонах.

Процесс алюминотермитной сварки рельсов

Перед началом работы нужно убедиться, что термита достаточного для полного заполнения стыка, иначе придется все переделывать. Технология алюмотермитной сварки жд стыков выполняется поэтапно в строгой последовательности.

Подготовительные работы

На участках рельсов, расположенных рядом со стыком, снимают крепления к шпалам, а дальние ослабляют. Это необходимо для того, чтобы они не мешали при установке и для снятия напряжения металла. Участки возле стыка нагревают горелкой, очищают от ржавчины. Затем рельсы выставляют так, чтобы между торцами было расстояние 25 мм.

Выравнивание рельсов

Далее на всех креплениях убирают прокладки, заменяя их клиньями с обеих сторон. Чтобы соединение выдерживало нагрузку от проходящих жд составов без деформаций, рельсы должны быть прямолинейными по горизонтали и вертикали. Предварительную установку делают на глазок. Затем, подбивая клинья молотком, добиваются необходимого положения. Для контроля к поверхностям рельсов прикладывают метровую металлическую линейку.

Установка форм

Ориентируясь по измерителю, устанавливают зажимное устройство на нужном расстоянии от стыка. Накладывают форму, оставшиеся щели замазывают термостойкой пастой. Сверху устанавливают подставку с воронкой, над которой размещают бочку с термитом. При использовании развесной смеси потребуется тигель. Горелку крепят по центру соединения чуть выше оси рельсов.

Нагрев и сварка

Для предварительного подогрева места соединения на горелку подают пропан под давлением 1,5 Бар и кислород 0,5 Бар. Через 1,5 — 2 минуты горелку гасят, убирают. Если к качеству шва не предъявляются повышенные требования, эту процедуру можно пропустить. После поджигания термитной смеси специальным запалом, расплавленный металл начинает стекать внутрь формы. В это время (20 — 30 сек) нельзя изменять положение тигля. После опорожнения его снимают, а также крышки и поддоны для шлака. Форму разбирают через 4 минуты, когда завершится кристаллизация металла.

Шлифовка и контроль качества

После окончания алюминотермитной сварки стык обрабатывают с боков и сверху, чтобы рельсовое полотно было гладким. Место соединения в течение 10 минут прогревают горелкой, после чего зубилом или болгаркой удаляют наплывы. Окончательную шлифовку проводят абразивными инструментами после остывания, контролируя процесс щупом и линейкой. Качество выполненного соединения проверяют методом статичного изгиба по подошве или головке рельса. Ход испытаний контролируют по измерительным приборам.

Несмотря на высокие температуры, возникающие при выполнении алюминотермитного соединения рельсов, технология не считается опасной. Непосредственно сваркой должен заниматься опытный рабочий. Все члены бригады должны быть обеспечены спецодеждой из негорючей ткани, защитными очками, сигнальными жилетами.

Алюминотермитная сварка

Сварка рельсовых стыков – процесс непростой, требующий максимальной концентрации и внимательности. Поскольку в материале полотна находится очень много углерода, то он считается трудносвариваемым металлом. Допуская недочеты в создании сварного шва рельсов, можно получить трещины на соединении. О том, в чем суть такого вида сварки рассмотрим в этой статье.

Что представляет собой алюмотермитная сварка?

Метод состоит в следующем: специальный порошок помещается в специальную металлическую конструкцию, которая находится над стыком двух участков полотна, подвергающегося сварке, а затем этот порошок плавится. Предназначение порошка заключается в том, что он надежно и прочно соединяет основной материал и таким образом, микроструктура шва становится очень вязкой. Подобные стыки делаются очень быстро и со временем они не проседают, что свидетельствует об их высоком качестве.

Порошок, выступающий в роли связующего звена в термитной сварке рельс, состоит из 23% алюминиевой крошки и 77% оксида железа. Структура порошка мелкодисперсная, размер гранул – 0,5 мм. Технология базируется на способности металла восстанавливаться в окислах алюминия. Однако, как уже отмечалось, это может произойти только при высоком тепмературной режиме, поэтому и применяется запал, посредством которого смесь поджигается. Именно этот процесс позволяет превратить оксид железа в чистый металл.

На участке используется заливочная форма, благодаря которой сплав направляется в место стыка.

Обратите внимание! Очень важно, чтобы образовалась герметичная конструкция, именно поэтому созданы специальные различные формы под разные конфигурации рельс.

Если после выполнения работы, вы найдете какие-то зазоры и щели, то от них нужно избавиться, для этого используется термостойкая обмазка. Благодаря своей жидкой консистенции она затекает в участок стыкового соединения и заполняет свободное пространство. В итоге на поверхности образуется шлак.

Процесс создания сварного шва рельсов должен производиться с обязательным уплотнением стыка, когда он находится еще горячим. Для этого необходимо обзавестись прессами. По завершению работы шлак надо отбить молотком, а сам шов надо отшлифовать специальной машинкой и болгаркой.

Достоинства и недостатки

Алюминотермитная сварка рельс очень часто применяется на практике, ее широкая популярность обусловлена рядом плюсов, которые выделяются при использовании данного метода:

• Процесс осуществляется очень быстро (не более 30 минут). Несколько опытных сварщиков могут за 1 час создать 10-12 швов.
• Сварочные работы могут не нуждаются в привязке к стационарным источникам электроэнергии.
• Все необходимые детали и инструменты можно приобрести в любом строительном магазине.
• Чтобы качественно сварить рельсу в принципе не нужно специального образования, достаточно несколько раз потренироваться, чтобы соединение получилось прочным и надежным.
• При точном соблюдении правил выполнения технологии по созданию шва, в конечном итоге вы получите соединение, которое будет выдерживать сильные нагрузки.
• При условии, что применяется хорошая техника, процесс считается абсолютно безопасным для людей, выполняющих работу.
• Термитная сварка рельс не требует строгой привязки к населенному пункту, можно осуществлять и на поле.

Несмотря на большое количество преимуществ, как и любые другие технологии, сварочные работы, основанные на применении алюминотермия, имеют свои недостатки, о которых нельзя не упомянуть:

• Поскольку используемый порошок является легковоспламеняемым, в обращении с ним следует быть предельно осторожным.
• Чтобы в конечном итоге получить качественный шов, надо особое внимание уделить подготовке и выполнить ее детально.
• Проследите за тем, чтобы техника была исправной.
• Нужно быть очень внимательным, поскольку если в горящую емкость попадет вода, то металл разбрызгается.

Оборудование

Алюминотермитная сварка должна производиться только при наличии всех необходимых элементов: бочка, порошок, заглушка, форма, которая выполнена в соответствии с конфигурацией рельс, обмазочное вещество, необходимое для герметизации стыка, шлифовальная машинка, зубило, молоток, лопатка из металла (нужна для забора горящего шлака), горелка (посредством ее изначально надо разогреть металл).

Последовательность работ:

Подготовительный этап

Существенную роль в том, как сварить шов рельс, играет подготовка, которая предполагает следующие действия: возле стыка надо ослабить крепления рельс, а те которые расположены на участке соединения и вовсе надо снять. Далее при помощи горелки рельсы нагреваются, а также очищаются от ржавчины. На следующем этапе, при помощи клиньев, их надо выпрямить как горизонтально, так и вертикально. Ставить рельсы нужно соблюдая зазор в 2,5 мм, далее к ним подводится резак.

Выравнивание

Изначально надо избавиться от прокладок всех креплений, на их места устанавливаются клинья, используя молоток их нужно подогнать до требуемого состояния. Затем надо проверить насколько точно уложены рельсы, для этого используйте метровую линейку.

Установка

На этом этапе важно подобрать нужную герметичную форму, далее горелку надо поставить по середине на том участке, где предположительно появится шов. Также нужно выполнить и герметизацию зазоров, для этого форму надо максимально плотно прижать к шву, также здесь используется шпатель, который обеспечивает чистую грань между швом и песком.

Нагрев и сварка

Предварительный прогрев рельс производится горелкой при следующих параметрах: давление пропана – 1,5 бар, давление кислорода – 5 бар. Пламя подается на протяжение 1,5 – 2 минут. Когда прогрев завершен, горелка убирается, вставляется сердечник и поворачивается тигель. Затем на месте предполагаемого стыка устанавливается специальная бочка, наполненная зарядом. Для того, чтобы поджечь заряд применяет запал с высокой температурой, затем жидкий металл помещается в форму и выдерживается 4-5 минут.

Шлифовка и контроль качества

По окончанию процедуры, стык обрабатывается по краям до гладкого состояния: пока он горячий срезаются наплывы.

Далее, используя абразивные инструменты надо отшлифовать шов. Чтобы проверить качество нужны линейка и щуп. Важно, чтобы все было максимально прямолинейным. Качество шва проверяется по статичности изгиба, все осуществляется при помощи измерительных инструментов.

Выводы

Процесс алюминотермитной сварки достаточно безопасный. Лучше, чтобы работу выполнял сварщик с опытом. Выполняя такую технологию, как алюмотермитная сварка, соблюдайте правила эксплуатации железных дорог. Специалисты должны быть обязательно в спецодежде, защитных очках и перчатках.

Метод промежуточного литья для алюминотермитной сварки рельсов

Сварка рельсовых стыков представляется собой технологический процесс, который может выполняться разными методами. Классические способы соединения металлических деталей считаются не уместным, так как после выполнения работ получается ненадёжный шов для рельсового полотна. В этом случае наиболее эффективной является алюмотермитная сварка.

Что представляет собой алюмотермитный метод?

Алюминотермитная сварка представляет собой технологию соединения рельс. Он подразумевает под собой использование специальной соединительной смеси. Она засыпается в металлическую конструкцию устанавливаемую над местом соединения. Порошок попадает на рабочую поверхность, плавится, создают надёжное соединение. Есть два варианта проведения работ:

Во время выполнения работ, используется термитная смесь. Она состоит из 77% оксида железа и 23% алюминиевой крошки. Однако, рабочее вещество не создаст прочный шов без сильного разогрева. Для этого применяется запал, который разогревает смесь. Алюминотермитная сварка рельсов должна проводиться по томному соблюдению технологии.

По завершению создания шва, шлак, выступающие части, наплывы зачищаются с помощью болгарки. Сварщик проверяет целостность соединения. Если есть зазоры, щели, трещины, он замазывает их термостойкой обмазкой.

Что входит в состав смеси?

Термитные используются не только для сварки рельс. Им применят при тепловом воздействии на различные поверхности, детонаторном эффекте, изготовлении пиротехнических изделий. В зависимости от того, где используется термит, выбирают состав смеси.

Алюмотермитная сварка жд стыков выполняется с помощью ферроалюминиевого состава. Он включает в себя такие компоненты как оксид железа (металлические опилки), алюминий. Процентное соотношение компонентов – 75%/25%. При это количество активных веществ может изменяться +-3%.

Как приготовить термитную самостоятельно?

Смесь для алюмотермитной сварки можно изготовить в домашних условиях. Для этого требуется подготовить два компонента:

• Алюминий.
• Железо.

Оба компонента должны представлять собой мелкие опилки. Чем меньше их фракция, тем лучше получится готовая смесь. Этапы приготовления термита:

1. В металлической емкости смешать 4 части железных опилок, 2 части алюминиевой пудры.
2. Тщательно перемешать компоненты между собой. От процесса перемешивания зависит то, насколько качественным будет готовый состав.
3. Дополнительно смесь должна быть насыщена катализатором. Он изготавливается из жженой марганцовки. Требуется добавить пятую часть этого вещества в состав.

Готовую смесь просушить. Поджигается она с помощью магниевой ленты. Перевозить, хранить термит можно используя металлические емкости.

Достоинства и недостатки

У любой технологии соединения металлических деталей есть сильные и слабые стороны. К преимуществам относятся:

• Высокая скорость выполнения работ. При достаточном опыте, качественной соединительной смеси, правильном оборудовании сварщик сделает надёжный шов менее чем за полчаса.
• Оборудование, инструменты можно купить в строительных магазинах.
• Для освоения техники достаточно попробовать метод алюмотермитной сварки 2-3 раза.

• Требуется аккуратно работать с оборудованием для сварки, термитом. Связанно это с тем, что смесь легко воспламеняется.
• Технология узкоспециализированная. Не подходит для соединения большинства металлических конструкций.
• Необходимо крайне аккуратно хранить, транспортировать, применять термит.

Сварные швы в вагонах, локомотивах, рельсах и машинах различного назначения, применяемых на транспорте, являются наиболее повреждаемыми местами в процессе эксплуатации. Это связано с характерными особенностями сварных соединений. В сварном шве и околошовной зоне после сварки изменяются механические свойства, При сварке термитным способом образуются остаточные растягивающие напряжения, близкие к пределу текучести материала, а сам сварной шов, кроме того, является концентратором напряжений

Оборудование

Для проведения работ требуется подготовить оборудование. К нему относится:

1. Газовая горелка для нагрева деталей.
2. Бочка.
3. Заглушка.
4. Болгарка или шлифовальная машинка.
5. Молоток.
6. Металлическая лопатка.

Дополнительно понадобится запорный кран, зажимное универсальное устройство.

Используемые материалы

Помимо оборудования необходимо подготовить расходные материалы. Это термитная смесь, обмазочный состав для заделывания трещин, щелей. Помимо них нужны две формы, аппликатор, сердечник, пробойник.

Последовательность работ

Перед тем как приступать к проведению соединительных работ, требуется узнать теоритически как сваривать рельсы, а затем попробовать метод на практике. Технология представляет собой несколько этапов, которые должны идти строго друг за другом.

Подготовительный этап

В первую очередь требуется провести подготовку соединяемых деталей. Для этого рельсы разжимаются из креплений, нагреваются до определённой температуры, зачищаются от ржавчины. Поверхность должна быть гладкой. Далее рельсы устанавливаются напротив друг друга чтобы зазор не превышал 2,5 см.

Выравнивание

Во время проведения алюмотермитной сварки, требуется придерживаться точной прямолинейности. Связанно это с тем, что рельсы будут подвергаться огромной нагрузке при хождении груженых составов. Прокладки на креплениях заменяются на клинья. Далее рабочие молотками подбивают рельсы до нужного положения. Прямолинейность проверяется металлической линейкой. Допустимы зазор – 1 мм.

Установка и герметизация форм

Важно проводить соединительные работы используя герметичную форму. Зажимное устройство с помощью измерителя устанавливается на нужное расстояние от будущего шва. Горелку устанавливают по центру соединения.

Предварительный нагрев и сварка

Предварительно требуется разогреть соединяемые рельсы. На 2 минуты включается подача пламени (пропан и кислород). Горелку требуется убрать, закрепить сердечник. Включается запал для возгорания рабочей смеси. Расплавленный металл переливается в подготовленную заранее форму. Четыре минуты достаточно для полной кристаллизации.

Шлифовка и контроль качества

Завершительным этапом работ является шлифовка шва. Перед эксплуатацией рельс, требуется сделать поверхность гладкой. Шов нагревается с помощью горелки в течении 10 минут. Горячие наплывы срезаются болгаркой. После остывания места соединения, выполняется шлифовка. Для этого применяются шлифовальные машины с абразивными кругами или лентами. Контроль качества представляет собой проверку на статичный изгиб.

Другие виды сварки рельс

Помимо алюмотермитной сварки, существуют другие технологии соединения рельс. К ним относятся:

1. Сварка электродами. Для того чтобы соединить рельсы данной технологией, требуется использовать электроды УОНИ. Перед проведением работ требуется прогреть расходные материалы в течении 2-ух часов при температуре в 400 градусов.
2. Электродуговая сварка. Соединяемые рельсы укладывают друг напротив друга. При это должен присутствовать зазор в 2 см. Концы рельс провариваются электродами. Расплавляются они дуговым разрядом.
3. Метод промежуточного литья. Подразумевает под собой процесс заполнения соединительного пространства расплавленной смесью металлов.

Выполняя работ по определённой технологии, требуется грамотно выбирать оборудование, расходные материалы.

Способы сварки рельсовых плетей

Технология представляет собой инновационный метод соединения рельс. Этапы проведения работы:

1. Рельсы устанавливаются напротив друг друга с промежутком.
2. Один из незакреплённых концов загибают пока не совпадут торцы.
3. Далее рельсы свариваются вместе.
4. Принудительно распрямляется стрела изгиба.

Используется данная технология для починки железнодорожного полотна.

Алюмотермитная сварка применяется для соединения рельс. С его помощью можно сделать надёжный шов, которые выдержит серьёзные нагрузки. Помимо этого можно использовать и другие технологии соединения, однако, классическая сварка не подходит для выполнения подобных работ.