RU2777495C1 - Method for contact welding of rails - Google Patents
Method for contact welding of rails Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777495C1 RU2777495C1 RU2022102758A RU2022102758A RU2777495C1 RU 2777495 C1 RU2777495 C1 RU 2777495C1 RU 2022102758 A RU2022102758 A RU 2022102758A RU 2022102758 A RU2022102758 A RU 2022102758A RU 2777495 C1 RU2777495 C1 RU 2777495C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rails
- contact
- heating
- welding
- mesh
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000001603 reducing Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000739 chaotic Effects 0.000 description 3
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 2
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000617 Mangalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- -1 chromium-nickel Chemical compound 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 239000000789 fastener Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области сварки, в частности к способам контактной сварки углеродистых и легированных сталей и может найти применение при соединении железнодорожных, трамвайных и других рельсов.The invention relates to the field of welding, in particular to methods of resistance welding of carbon and alloy steels and can be used when joining railway, tram and other rails.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
Известен способ контактной стыковой сварки методом оплавления, когда в первой стадии процесса в контакт вступает твердые поверхности деталей, при этом наиболее нагретые объемы металла оказываются в серединной части контакта (Патон Б.Е., Лебедев В.К. Электрооборудование для контактной сварки. - М: Машиностроение, 1969. - 440 с. 24.)There is a known method of flash butt welding by flashing, when in the first stage of the process, solid surfaces of parts come into contact, while the most heated volumes of metal are in the middle part of the contact (Paton B.E., Lebedev V.K. Electrical equipment for resistance welding. - M : Mashinostroenie, 1969. - 440 p. 24.)
Недостатком способа является то, что в первой стадии нагрева первоначальное соприкосновение поверхностей осуществляется на микроуровне в точках связанных с шероховатостью, которые хаотически расположены по поверхностям контакта, при этом количество и размеры одновременно существующих контактов могут колебаться в процессе оплавления в очень широких пределах. Это приводит к неравномерности нагрева поверхностей и нестабильности процесса из-за того, что объем и форма перемычки не остаются постоянными.The disadvantage of this method is that in the first stage of heating, the initial contact of the surfaces is carried out at the micro level at points associated with roughness, which are randomly located along the contact surfaces, while the number and size of simultaneously existing contacts can vary during the reflow process within very wide limits. This leads to uneven surface heating and process instability due to the fact that the volume and shape of the bridge do not remain constant.
Известен способ контактной сварки рельсов (патента RU 2308362), включающий механическую обработку их торцов, нагрев и сварку давлением, при этом механическую обработку проводят с обеспечением перпендикулярности торцов осям рельсов, а затем наносят противоокислительную и противообезуглероживающую пленку толщиной от 0,1 до 0,5 мм, которая является дополнительным телом в контакте между рельсами. Недостатком способа является то, что на поверхности контакта - находиться 100% неметаллических включений, которые приводят к снижению качества сварного соединения.A known method of resistance welding of rails (patent RU 2308362), including mechanical processing of their ends, heating and pressure welding, while machining is carried out to ensure that the ends are perpendicular to the axes of the rails, and then an antioxidant and anti-decarburizing film is applied with a thickness of 0.1 to 0.5 mm, which is an additional body in contact between the rails. The disadvantage of this method is that on the contact surface there are 100% non-metallic inclusions, which lead to a decrease in the quality of the welded joint.
Известен способ (И.З. Генкин. Сварные рельсы и стрелочные переводы. - Путь. - 2000. - N 12. - С. 14-20) сварки крестовин из высокомарганцовистой стали 110Г13Л с рельсами из углеродистой рельсовой стали М76, в соответствии с которым соединение этих элементов стрелочного перевода осуществляется контактной сваркой методом пульсирующего оплавления. Для того чтобы избежать образования закалочных структур и трещин между крестовиной стрелочного перевода и рельсом, вваривается промежуточная вставка из аустенитной хромоникелевой стали. Данный способ принят в качестве прототипа заявленного изобретения.A known method (I.Z. Genkin. Welded rails and turnouts. - Path. - 2000. - N 12. - S. 14-20) welding crosses made of high manganese steel 110G13L with rails made of carbon steel rail M76, according to which the connection of these elements of the turnout is carried out by contact welding by the method of pulsating flashing. In order to avoid the formation of hardening structures and cracks between the turnout cross and the rail, an intermediate insert made of austenitic chromium-nickel steel is welded. This method is adopted as a prototype of the claimed invention.
Недостатком способа является:The disadvantage of this method is:
- хаотическое расположение пятен по поверхностям контакта в первой стадии нагрева, связанное с шероховатостью поверхностей;- chaotic arrangement of spots on the contact surfaces in the first stage of heating, associated with the roughness of the surfaces;
- материал вставки полностью не расплавляется и остается между свариваемыми деталями, что оказывает существенное влияние на механические свойства сварного соединения;- the insert material does not completely melt and remains between the parts to be welded, which has a significant effect on the mechanical properties of the welded joint;
- резко возрастают требования и затраты по технологической подготовке стыков перед сваркой, так как при использовании вставки вместо одной выполняется две операции сварки.- the requirements and costs for the technological preparation of joints before welding increase sharply, since when using an insert, two welding operations are performed instead of one.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат состоит в следующем:The technical result is as follows:
1. Повышение стабильности процесса на этапе разогрева и качества сварного соединения за счет обеспечения управляемого, а не хаотического расположения пятен первичного контакта и равномерного разогрева поверхностей контакта в первой стадии нагрева.1. Increasing the stability of the process at the stage of heating and the quality of the welded joint by providing a controlled, rather than chaotic arrangement of the primary contact spots and uniform heating of the contact surfaces in the first stage of heating.
2. Уменьшение размеров ЗТВ, увеличение мощности тепловыделения и снижение времени разогрева поверхностей за счет повышения плотности тока на локальных участках контакта.2. Reducing the size of the HAZ, increasing the power of heat release and reducing the heating time of the surfaces due to an increase in the current density in the local contact areas.
Технический результат достигается тем, что в способе контактной сварки рельсов методом оплавления из углеродистых и легированных сталей, включающим механическую обработку свариваемых торцов рельсов с обеспечением их перпендикулярности осям рельсов, нагрев и сварку оплавлением, после механической обработки торцов рельсов в зазор между ними размещают дополнительное тело/вставку в виде металлической сетки, выполняют сварку, с нагревом и последующим расплавлением сетки и поверхности рельсов и удалением расплава из зоны контакта на стадии осадки (фиг. 1).The technical result is achieved by the fact that in the method of resistance welding of rails by flashing from carbon and alloy steels, including mechanical processing of the welded ends of the rails to ensure their perpendicularity to the axes of the rails, heating and flash welding, after mechanical processing of the ends of the rails, an additional body is placed in the gap between them. an insert in the form of a metal mesh, welding is performed, with heating and subsequent melting of the mesh and the surface of the rails and removal of the melt from the contact zone at the upsetting stage (Fig. 1).
В частном случае ячейки сетки могут иметь различную геометрическую форму в виде прямоугольника, квадрата или ромба, при этом шаг вставки Δ выбирают из условия обеспечения количества узлов контакта равного не менее трех в минимальном сечении шейки рельсов b, из следующего соотношения Δ<b/3, геометрия вставки должна превышать максимальные габариты сечения рельса не менее чем на 2Δ, а по высоте дополнительно учитываются размеры держателя (фиг. 1).In a particular case, the grid cells can have a different geometric shape in the form of a rectangle, square or rhombus, while the insertion step Δ is selected from the condition of ensuring the number of contact nodes equal to at least three in the minimum section of the rail neck b, from the following ratio Δ<b/3, the geometry of the insert must exceed the maximum dimensions of the rail section by at least 2Δ, and the dimensions of the holder are additionally taken into account in height (Fig. 1).
Шаг сетки (Вид - I на фиг. 1). Ячейки сетки могут быть в виде прямоугольника квадрата (Ax=Ay) или ромба (равностороннего Ax=Ay или неравностороннего Grid spacing (View - I in Fig. 1). Grid cells can be in the form of a rectangle square (A x \u003d A y ) or rhombus (equilateral A x \u003d A y or unequal
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 изображена схема расположения вставки в виде металлической сетки перед контактной сваркой оплавлением.In FIG. 1 shows the layout of the insert in the form of a metal mesh before flash welding.
На фиг. 2 изображен вид рельса Р65 по ГОСТР 51685 со схемой расположения шага перфорации Δ (Вид - II).In FIG. 2 shows a view of the R65 rail according to GOST 51685 with the layout of the perforation pitch Δ (View - II).
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Перед сваркой рельсов соединяемые торцы механически обрабатывают, например, шлифуют, обеспечивая их перпендикулярность осям рельсов. Затем в зазор между торцами вводят вставку в виде металлической сетки (фиг. 1). Отличительными особенностями применения металлической сетки является:Before welding the rails, the ends to be joined are mechanically processed, for example, they are ground, ensuring their perpendicularity to the axes of the rails. Then, an insert in the form of a metal mesh is inserted into the gap between the ends (Fig. 1). Distinctive features of the use of a metal mesh are:
1) переход с хаотического расположение пятен по поверхностям контакта в первой стадии нагрева к управляемому - равномерному и стабильному разогреву зоны сварки за счет равномерного расположения пятен первичного контакта по сложному контуру рельсов на локальном уровне.1) transition from the chaotic arrangement of spots along the contact surfaces in the first stage of heating to controlled - uniform and stable heating of the welding zone due to the uniform arrangement of primary contact spots along the complex contour of the rails at the local level.
2) на этапе оплавления расплавляется сетка и поверхности торцов рельсов, после чего жидкая фаза на этапе осадки удаляется с гратом из зоны контакта, поэтому ячейки сетки могут иметь простую форму (например, квадратную).2) at the stage of melting, the grid and the surfaces of the ends of the rails are melted, after which the liquid phase is removed at the stage of upsetting with a burr from the contact zone, so the grid cells can have a simple shape (for example, square).
3) уменьшение площади контакта и увеличение плотности тока приводит к увеличению мощности тепловыделения и снижению времени разогрева свариваемых торцов рельсов.3) a decrease in the contact area and an increase in the current density leads to an increase in the heat release power and a decrease in the heating time of the welded ends of the rails.
Возможность использования предлагаемого технического решения проверяли с использованием рельсосварочной машины К1100, реализующей контактную сварку оплавлением. Сваривали рельсы типа Р65 из стали Э76ХФ, имеющие сложную геометрию (фиг. 2) в соответствии с ГОСТ Р 51685 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия».The possibility of using the proposed technical solution was tested using a K1100 rail welding machine that implements flash welding. Rails of the R65 type were welded from E76HF steel, having a complex geometry (Fig. 2) in accordance with GOST R 51685 “Railway rails. General technical conditions".
Для рельса типа Р65 минимальное сечение шейки рельса b=18 мм, ширина подошвы -L=150, высота рельса - 180 мм. В качестве вставки выбрана металлическая сетка с квадратной ячейкой, шаг которой Δ=5 мм (Δ=5<18/3=6 мм) и диаметром проволоки ∅=1,2 мм. Вне зависимости от расположения сетки относительно оси контура рельса шаг Δ=5 мм гарантированно обеспечивает попадание 3-х узлов сетки по толщине шейки. Общий размер сетки (фиг. 1):For rail type P65, the minimum section of the rail neck is b=18 mm, the width of the base is L=150, the height of the rail is 180 mm. As an insert, a metal mesh with a square cell was chosen, the pitch of which is Δ=5 mm (Δ=5<18/3=6 mm) and the wire diameter is ∅=1.2 mm. Regardless of the location of the grid relative to the axis of the rail contour, the pitch Δ=5 mm is guaranteed to ensure that 3 grid nodes hit the thickness of the neck. Overall mesh size (Fig. 1):
- ширина - S=170>(L+2⋅А)=150+2*5=160 мм;- width - S=170>(L+2⋅А)=150+2*5=160 mm;
- высота сетки -h=240 мм (выбрана исходя из высоты рельса - 180 мм, зазора между креплениями сетки и высоты этого крепления).- mesh height -h=240 mm (selected based on the height of the rail - 180 mm, the gap between the mesh fasteners and the height of this fastening).
Дополнительная операция состоят в размещении сетки посередине зазора и закреплении ее в держателе для обеспечения надежного контакта.An additional operation consists of placing the mesh in the middle of the gap and fixing it in the holder to ensure reliable contact.
После чего осуществляли процесс контактной сварки оплавлением на установленных режимах в двух вариантах без сетки и с установкой сетки.After that, the process of resistance flash welding was carried out at the established modes in two versions without a grid and with a grid installed.
Были проведены измерения твердости по головке рельса и испытания на трехточечный изгиб образцов сварных соединений длиной 1200 мм. В результате установлено: 1) на этапе нагрева образцов с сеткой повысилась стабильность процесса (т.е. уменьшилась осцилляция тока); 2) уменьшение зоны термического влияния по замерам твердости на 20-30% и повышение механических свойств (разрушающая нагрузка повысилась на 5-10%, стрела прогиба - на 3-8%).Hardness measurements were carried out along the rail head and three-point bending tests were carried out on specimens of welded joints 1200 mm long. As a result, it was established: 1) at the stage of heating samples with a grid, the stability of the process increased (i.e., the current oscillation decreased); 2) reduction of the heat-affected zone according to hardness measurements by 20-30% and an increase in mechanical properties (breaking load increased by 5-10%, deflection - by 3-8%).
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2777495C1 true RU2777495C1 (en) | 2022-08-04 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2006144530A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-20 | Институт электросварки им. Е.О. Патона Национальной академии наук Украины (UA) | METHOD OF CONTACT BUTT WELDING RESISTANCE |
JP2012030242A (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Nippon Steel Corp | Post-heat treatment method for weld zone of rail |
RU2641586C1 (en) * | 2016-12-07 | 2018-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Method of contact butt welding of rails |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2006144530A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-20 | Институт электросварки им. Е.О. Патона Национальной академии наук Украины (UA) | METHOD OF CONTACT BUTT WELDING RESISTANCE |
JP2012030242A (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Nippon Steel Corp | Post-heat treatment method for weld zone of rail |
RU2641586C1 (en) * | 2016-12-07 | 2018-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Method of contact butt welding of rails |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
И.З. ГЕНКИН, Сварные рельсы и стрелочные переводы, журнал "Путь и путевое хозяйство", 2000, N12, с.14-20. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6108049B2 (en) | Spot welding method for plated steel sheet | |
US8651393B2 (en) | Repair insert for repairing metallic structure | |
JP5736135B2 (en) | Double laser beam welding method for first and second filler metals | |
JP5383968B2 (en) | Shim-based laser beam welding method for joining superalloys applied to gas turbines | |
US7520415B2 (en) | Method of repairing a rail | |
KR20100112611A (en) | Welded steel pipe welded with a high energy density beam, and a manufacturing method therefor | |
RU2777495C1 (en) | Method for contact welding of rails | |
JP2007319887A (en) | Resistance welding method | |
Terashita et al. | Analysis of damaged rail weld | |
KR20240033276A (en) | Joining body of stainless steel and copper and method of manufacturing the same, and method of joining stainless steel and copper | |
Ghosh et al. | Control of residual stresses affecting fatigue life of pulsed current gas-metal-arc weld of high-strength aluminum alloy | |
Mician et al. | Repairs of damaged castings made of graphitic cast iron by means of brazing | |
JP2020078811A (en) | Electrode for resistance spot welding, and method of manufacturing resistance spot-welded joint | |
CN110405316B (en) | Method for improving tensile property of aging-strengthened aluminum alloy melt welding joint | |
Workman et al. | Flash butt wedge repair of weld head defects | |
KR20140016268A (en) | Method of producing a welded article of dispersion strengthened platinum based alloy with two steps welding | |
Moulton et al. | Double-sided arc welding of AA5182-O aluminum sheet for tailor welded blank applications | |
JP7456559B1 (en) | Stainless steel and copper joined body and its manufacturing method, and stainless steel and copper joining method | |
RU2809616C1 (en) | Method of relief welding of rails | |
JP7296985B2 (en) | Resistance spot welding method and method for manufacturing resistance spot welded joints | |
JP7406795B2 (en) | Welding methods and welded structures | |
JP2000167673A (en) | Tailored blank, and its manufacture | |
RU2774792C1 (en) | Method for welding a manganese steel cross with a carbon steel rail | |
Winarto et al. | Analysis of buttering method on mechanical properties welded material low carbon steel | |
WO2024116471A1 (en) | Stainless steel/copper joint and method for producing same, and method for joining stainless steel and copper |