RU2777495C1 - Method for contact welding of rails - Google Patents

Method for contact welding of rails Download PDF

Info

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
Application number
RU2022102758A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Евгеньевич Орлов
Татьяна Петровна Печенова
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2777495C1 publication Critical patent/RU2777495C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: welding.
SUBSTANCE: invention relates to contact welding of rails of carbon and doped steels; it can be used in the connection of railway, tram and other rails. Welded ends of rails are preliminary mechanically processed with the provision of their perpendicularity to axes of rails. An insert in the form of metal mesh is placed in a gap between ends, and welding is performed with heating and melting of the insert and the surface of rails, and removal of the melt from a contact zone at a settlement stage. Mesh cells can have a geometrical shape in the form of a rectangle, or a square, or a rhomb. Mesh spacing Δ is selected from a condition of provision of a number of contact nodes, equal to at least three, in the minimal section of a rail neck. Overall dimensions of mesh should exceed maximal dimensions of the section of the rail for at least 2Δ, and dimensions of a mesh holder should be additionally taken into account by height.
EFFECT: invention provides for an increase in the stability of a process at a heating stage and quality of a welded joint due to the provision of controlled arrangement of primary contact spots and uniform heating of contact surfaces at the first heating stage, as well as reduction in size of a heat-affected zone (HAZ), increase in heat dissipation power, and reduction in time of heating surfaces due to an increase in current density on local contact sections.
3 cl, 2 dwg

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

Figure 00000001
(Вид - I на фиг. 1). Ячейки сетки могут быть в виде прямоугольника
Figure 00000002
квадрата (Ax=Ay) или ромба (равностороннего Ax=Ay или неравностороннего
Figure 00000003
Grid spacing
Figure 00000001
(View - I in Fig. 1). Grid cells can be in the form of a rectangle
Figure 00000002
square (A x \u003d A y ) or rhombus (equilateral A x \u003d A y or unequal
Figure 00000003

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)

1. Способ стыковой контактной сварки рельсов из углеродистых и легированных сталей, включающий механическую обработку свариваемых торцов рельсов с обеспечением их перпендикулярности осям рельсов, нагрев и сварку оплавлением с давлением, отличающийся тем, что после механической обработки торцов рельсов в зазоре между ними размещают вставку в виде металлической сетки, выполняют сварку с нагревом и последующим расплавлением вставки и поверхности рельсов и удалением расплава из зоны контакта на стадии осадки.1. A method for butt flash welding of rails made of carbon and alloy steels, including machining of the welded ends of the rails to ensure their perpendicularity to the axes of the rails, heating and flash welding with pressure, characterized in that after machining the ends of the rails in the gap between them, an insert is placed in the form metal mesh, welding is performed with heating and subsequent melting of the insert and the surface of the rails and removal of the melt from the contact zone at the upsetting stage. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ячейки в сетке выполнены в форме прямоугольника, или квадрата, или ромба.2. The method according to p. 1, characterized in that the cells in the grid are made in the form of a rectangle, or a square, or a rhombus. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шаг сетки выбирают из условия обеспечения количества узлов контакта, равного не менее трех в минимальном сечении шейки рельсов, а габаритные размеры сетки превышают максимальные габариты сечения рельса.3. The method according to claim 1, characterized in that the grid pitch 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, and the overall dimensions of the grid exceed the maximum dimensions of the rail section.
RU2022102758A 2022-02-04 Method for contact welding of rails RU2777495C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2777495C1 true RU2777495C1 (en) 2022-08-04

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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