Способ восстановления профиля рельса (варианты)
Владельцы патента RU 2779781:
Общество с ограниченной ответственностью "ГТ-Алюминотермитная сварка" (RU)
Группа изобретений относится к области обслуживания верхнего строения железнодорожного пути, в частности к способам восстановления рамных и остряковых рельсов типов Р50 и Р65. Способ заключается в определении зон восстановления поверхности рельса, их предварительной механической обработке и электродуговой наплавке с последующей механической обработкой. В зоне восстановления выполняют изгиб рельса с закреплением рельса по концам зоны. Высоту изгиба выбирают в зависимости от длины зоны восстановления и толщины наплавляемого слоя металла. После выполнения изгиба зону восстановления нагревают до температуры 380-550°C. Наплавку выполняют при температуре 380-450°С. Концы зоны освобождают от закрепления по завершении наплавки. Минимизируется отклонение от прямолинейности рельсов. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.
Заявляемое техническое решение относится к области железнодорожного строительства - к технологии выполнения сварочных ремонтно-восстановительных работ на железнодорожных рельсовых путях, в частности, к восстановлению электродуговой наплавкой рельсов стрелочных переводов, имеющих износ поверхности или эксплуатационные дефекты (выкрашивание металла на рабочих поверхностях, трещины, отслоение и другие), и может быть использовано при восстановлении поверхности элементов стрелочных переводов - рамных или остряковых рельсов типа Р50 или Р65 методом автоматической электродуговой наплавки, в том числе, в стационарных условиях.
Одной из наиболее ответственных частей стрелочного перевода является комплект «остряк - рамный рельс», который наряду с другими элементами стрелочного перевода подвергается воздействию динамической нагрузки от колесных пар подвижного состава и получает как вертикальный, так и боковой износ. Кроме того, в процессе эксплуатации рамного рельса или остряка (острякового рельса) на их поверхности могут появиться поверхностные дефекты (выбоины, трещины). Указанные повреждения поверхности рельсов приводят к снижению скорости движения железнодорожных составов, что ведет к необходимости замены этих дорогостоящих элементов.
Остряковый рельс является наиболее изнашиваемым элементом стрелочного перевода. Наибольшему износу подвержена его передняя часть в острие. Относительный ресурс остряка до замены по износу в зависимости от условий может составлять в среднем 25% ресурса всего стрелочного перевода. В этой связи в период между заменами всего стрелочного перевода требуется неоднократная замена ремкомплектов «остряк - рамный рельс», что является дорогостоящим мероприятием. Однако, в ряде случаев экономически целесообразно проводить восстановительную наплавку изношенных и поврежденных поверхностей рамного и острякового рельсов (без их замены на новые) и возвращать восстановленные комплекты в эксплуатацию.
Технологический процесс всегда предусматривает ремонт пары острякового и рамного рельса, т.к. эти рельсовые элементы стрелочного перевода должны быть подогнаны и плотно прилегать друг к другу.
Следует отметить, что остряковый рельс (остряк) имеет сложный профиль с переменным сечением и изогнутую форму в плане, его ширина уменьшается от корневой части к острию, а по сравнению с рамным рельсом он характеризуется меньшей высотой. Указанные факторы определяют то, что рамный рельс обладает по отношению к остряку гораздо большей жесткостью – как вертикальной, так и горизонтальной, в связи с чем в первую очередь ремонтируют и восстанавливают износ именно на нем, чтобы далее использовать его в качестве опорной поверхности при подгонке прилегания остряка.
В конструкциях верхнего строения пути наиболее широко применяются железнодорожные рельсы типа Р50 или Р65, предназначенные для звеньевого и бесстыкового пути, а также для производства стрелочных переводов. Рельсы Р50 и Р65 изготавливают из высокоуглеродистой стали, они имеют подобную (сходную) геометрическую форму, при этом вес погонного метра рельса Р50 составляет 51,67 кг, а рельса Р65 составляет 64,64 кг, соответственно, рельс Р65 характеризуется по сравнению с рельсом Р50 большей жесткостью поперечного сечения [адрес интернет-страницы: https://www.dokipedia.ru/document/5323747?pid=784].
Работы по ремонту и восстановлению рельсовых путей, в том числе и элементов стрелочных переводов, могут производиться как на месте, в полевых условиях, без снятия рельсов с железнодорожного полотна, так и в стационарных условиях, в цеху, со снятием рельсов с железнодорожного полотна.
Восстановление поверхности (профиля) элементов стрелочного перевода выполняют обычно с помощью электродуговой наплавки наплавочными электродами или сварочной проволокой, причем ремонтно-восстановительные работы предпочтительно выполнять в стационарных условиях (со снятием рельсов с полотна), так как это повышает качество наплавки, в частности, за счет исключения влияния внешних неблагоприятных погодных условий, а также за счет обеспечения возможности точного соблюдения режимов восстановительных работ. Кроме того, ремонт, выполняемый в стационарных условиях, не требует большого (до 8-10 часов) перерыва движения поездов по лежащему в пути стрелочному переводу, связанного с проведением ремонта остряка и рамного рельса и необходимостью предоставления для этого продолжительного технологического «окна».
Перед проведением наплавки восстанавливаемой поверхности выполняют предварительный нагрев наплавляемого участка рельса.
Предварительный нагрев при наплавке высокоуглеродистых сталей необходим для того, чтобы исключить образование закалочных структур в переходной зоне, которые образуются в результате слишком быстрого охлаждения горячего наплавленного металла, если проводить наплавку недостаточно нагретого (или ненагретого) участка. В дальнейшем наличие хрупкого слоя закалочных структур приведет к тому, что при статических или динамических нагрузках, действующих на рельс, наплавленный слой будет выкрашиваться. Для высокоуглеродистых сталей температура предварительного нагрева обычно составляет от 400-450°С.
Однако при предварительном нагреве отдельного участка рельса кристаллическая решетка металла деформируется, и уже имеющиеся в металле рельса внутренние напряжения перераспределяются внутри объема рельса. При последующей наплавке дополнительного слоя металла на восстанавливаемую поверхность и его термической усадке при остывании наплавленного участка появляются дополнительные внутренние напряжения, что приводит к изгибной деформации рельса: на поверхности рельса со стороны наплавки действуют стягивающие усилия, заставляющие концы рельса (по разные стороны от места наплавки) приподниматься вверх. Практический опыт ремонтно-восстановительных работ подтверждает, что при выполнении наплавки участка поверхности рельса происходит деформация рельса, характеризующаяся отклонением от прямолинейности в вертикальной и горизонтальной плоскости (зачастую превышающим допуски, установленные нормативными документами), т.е. происходит коробление рельса, являющееся негативным эффектом, который необходимо минимизировать.
В ряде технологических процессов предусмотрено выполнение предварительного изгиба, направленного в противоположную деформации сторону, что позволяет в той или иной мере компенсировать (уменьшить) появляющуюся деформацию, но степень компенсации деформации прямо зависит от правильного выбора величины компенсирующего изгиба в каждом конкретном случае.
При наличии коробления рельса данный дефект может быть устранен с помощью механической правки, для которой используется специальный пресс и кондуктор, что является сложным и дорогостоящим технологическим процессом. Однако могут иметь место и неустранимые деформации, требующие замены дефектного участка или рельса целиком.
Как было отмечено выше, наличие дефектов рельса (в частности, коробления рельса), особенно острякового или рамного рельса стрелочного перевода, может привести к разрушению рельса и аварийной ситуации, что потребует перекрытия движения на данном участке железнодорожного полотна и повлечет существенные экономические потери. В связи с этим при проведении ремонтно-восстановительных работ, в том числе при выполнении восстановительной наплавки поверхности рельса, должна быть обеспечена прямолинейность рельса (т.е. минимизация отклонения от прямолинейности рельса), что, в свою очередь, позволит повысить эксплуатационную надежность рельсового полотна.
Важно отметить, что при выполнении наплавки поверхности рельса (при одинаковых условиях и параметрах наплавки) в большей мере подвергается деформации тот рельс, который имеет меньшую жесткость, а именно, остряк в большей степени подвержен деформации, чем рамный рельс, а рельс Р50 подвержен деформации в большей мере, чем рельс Р65, что также подтверждено на практике.
Однако, в применяемых на практике известных способах восстановления поверхности рельсов обычно предусмотрены одинаковые режимы и параметры восстановления профиля поверхности для рельсов различного назначения (например, для остряка и рамного рельса) и различного типа (например, для Р50 и Р65), что обеспечивает универсальность технологии восстановления (особенно при выполнении автоматической наплавки), но зачастую требует обязательного выполнения дополнительных работ по устранению коробления рельса, что, как было отмечено выше, является сложным и дорогостоящим технологическим процессом, а кроме того, могут иметь место и неустранимые деформации, требующие проведения ремонтных работ по замене участка рельса либо полной замены рельса.
Принимая во внимание указанные факторы, авторами были проведены экспериментальные исследования процесса восстановления поверхности рамного и острякового рельсов стрелочного перевода типа Р50 и Р65 с целью выявления условий и параметров процесса наплавки, обеспечивающих минимизацию отклонения от прямолинейности рельса при выполнении восстановления его профиля (поверхности).
Восстановление поверхности рельса обычно включает следующие основные операции:
зачистку поверхности до чистого металла,
разбивку на зоны (участки или сектора) наплавки,
нагрев зачищенного участка с помощью горелки или индукционным способом и
последующую наплавку поверхности участка электродуговым методом
с поддержанием рабочей температуры наплавки (что позволяет избежать быстрого охлаждения и получить требуемую структуру соединения),
отпуск путем медленного охлаждения,
механическую обработку поверхности рельса до первоначального (исходного) профиля.
Также необходимо отметить, что при выполнении ремонтно-восстановительных работ на железнодорожном полотне, в том числе по восстановлению поверхности рельса путем наплавки, практически каждая технологическая операция сопровождается этапом контроля, например, путем визуального осмотра обрабатываемой поверхности, измерения геометрических параметров шаблонами и другими измерительными инструментами, контролем с помощью ультразвуковой дефектоскопии мест наплавки, с помощью пенетрантов и т.д. Следует отметить, что контрольные операции при ремонте железнодорожного полотна являются стандартными, их выполнение регламентируется нормативными документами, в связи с чем контрольные операции как таковые не относятся к предмету заявки.
Способы восстановления поверхности рельсов, характеризующиеся выполнением указанных выше операций, известны, например, по патентам
№ RU2382695C1 [«Способ восстановления изношенных поверхностей», МПК B23P6/00, B23K9/04, E01B31/18, дата публ. 27.02.2010], согласно которому нагрев зачищенного участка выполняют до температуры 400-450°С в течение 5-6 мин, а электродуговую наплавку производят при рабочей температуре не ниже 350°С послойно на полную глубину изношенной поверхности с превышением номинального размера поверхности катания рельса на величину припуска на механическую обработку;
№ GB446111A [«Improvements relating to the building up of surfaces of track rails of tramways, railways and the like», МПК E01B31/18, дата публ. 24.04.1936], согласно которому предварительный нагрев выполняют от 250 до 550°C (в зависимости от марки стали), например, с помощью индуктора U-образной формы, располагающегося по обеим сторонам рельса, а электродуговую наплавку производят постоянным или переменным током с автоматическим поддержанием постоянной температуры, причем во время сварки нагретого участка может осуществляться нагрев следующего участка рельса.
При восстановлении поверхностей различных типов стальных рельсов широко применяется автоматическая электродуговая наплавка, выполняемая наплавочными комплексами с применением самозащитной порошковой сварочной проволоки.
Так, например, известен способ ремонта рельсов стрелочных переводов с использованием автомата для электродуговой сварки [патент № EA024964В1 «Automaton for rail maintenance, and implementation method», МПК B23K9/00, B23K9/028, E01B 31/18, дата публ. 30.11.2016], согласно которому выполняют предварительный нагрев поверхности с помощью газовоздушной горелки или магнитной индукции до достаточно высокой температуры поверхности - выше 300°С, после чего при этой температуре выполняют наплавление шва на участок поверхности рельса. На поверхность может быть наплавлен один или несколько слоев металла. Затем производят наплавку на следующем участке в аналогичном порядке. После выполнения наплавки выполняют чистовую механическую обработку наплавленной поверхности (шлифование). Сварочный автомат содержит температурный датчик, который позволяет измерять температуру рельса или стрелочного перевода во время сварки и соединен с устройством управления. Операции сварки могут выполняться в цехе или на объекте.
Известен способ нанесения антикоррозионного износостойкого сплава на поверхность стального рельса [патент № CN101144160В «Method for melting and coating anti-rust wear-resistant alloy on steel rail surface», МПК B23K10/00, B23K35/22, B23K9/04, дата публ. 18.08.2010], включающий следующие этапы: подготовку восстанавливаемой поверхности рельса (включая механическую зачистку мест повреждений, дефектоскопию, обезжиривание), предварительный нагрев с использованием индукционного нагревателя (при установке индуктора над восстанавливаемой поверхностью) до температуры 290°C - 450°C, выполнение наплавки восстанавливаемой поверхности (например, путем автоматической электродуговой наплавки сварочной проволокой), охлаждение (с целью отпуска металла) путем накрывания теплоизоляционным войлоком, обеспечивающего медленное остывание металла, механическая обработка (шлифовка) с целью формирования профиля поверхности.
Известен способ автоматической электродуговой наплавки рельсов типа Р65, уложенных в бесстыковой путь [патент № RU2708126C1 «Способ устранения дефекта смятия и износа головки рельсов в зоне сварного стыка электродуговой наплавкой», МПК B23K9/04, B23K101/26, E01B31/18, дата публ. 04.12.2019], включающий подготовку и зачистку изношенной или дефектной поверхности; нагрев поврежденного участка до температуры 400-450°С газоплазменным способом; электродуговую наплавку автоматизированным наплавочным комплексом; а после завершения наплавки производят средний отпуск - нагревают до 450-500°С и укрывают профиль рельса огнеупорным материалом, обеспечивающим замедленное остывание поверхности.
Однако следует отметить, что приведенные выше способы (по патентам №№ EA024964В1, CN101144160В, RU2708126C1, а также RU2382695C1 и GB446111A) не предусматривают выполнение компенсирующего изгиба наплавляемых участков, что приводит к отклонению от прямолинейности рельса после выполнения наплавки, причем зачастую свыше установленных нормативными документами допустимых пределов (ГОСТ Р 55820-2013 «Рельсы железнодорожные остряковые. Технические условия», ГОСТ Р 51685-2013 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия»), и требует проведения дополнительных технологических мероприятий с целью обеспечения требуемой геометрии, а в случае неисправимой деформации требуется проведение ремонтных работ по замене деформированного участка рельса. Также следует обратить внимание, что только патент № RU2708126C1 предусматривает способ наплавки для конкретного типа рельсов Р65. Другие технические решения не разделяют условия выполнения способа наплавки/восстановления поверхности для рельсов разного типа и назначения.
Известен способ автоматической электродуговой наплавки остряка или рамного рельса [патент № RU86128U1 «Установка для автоматической электродуговой наплавки ж/д рельсового пути», МПК B23K9/04, E01B31/17, дата публ. 27.08.2009], включающий очистку восстанавливаемой поверхности, вышлифовку поверхностных дефектов, разбивку поверхности рельса на участки наплавки, предварительный изгиб участка наплавки с помощью металлического упорного вкладыша высотой 50 мм и фиксация положения рельса, при этом создаются растягивающие напряжения, за счет которых впоследствии, после наплавки и остывания, должна обеспечиваться компенсация изгибной деформации наплавленного участка, предварительный подогрев участка многопламенной горелкой до температуры 400-450°С, при которой осуществляют электродуговую наплавку с помощью наплавочного автомата. Аналогично выполняют наплавку остальных участков. После естественного охлаждения рельса до температуры 50-70°С производят шлифовку его поверхности в соответствии с шаблоном профиля рельса.
Также известны способы восстановления поверхностей рамных рельсов и остряков стрелочных переводов методом электродуговой наплавки, например, по патентам № RU2675306C1 [«Способ восстановления изношенных поверхностей стрелочных переводов», МПК B23P6/00, E01B7/28, B23K9/04, дата публ. 18.12.2018] и № RU2728977C1 [«Способ восстановления или упрочнения элементов стрелочных переводов», МПК B23P6/00, E01B7/28, B23K9/04, дата публ. 03.08.2020], направленные на предотвращение образования хрупких закалочных структур и минимизацию внутренних напряжений наплавки, согласно которым: выполняют подготовку изношенных поверхностей элементов стрелочных переводов к наплавке, предварительную механическую обработку (вышлифовку) поверхностей; выполняют разбивку восстанавливаемой поверхности рельса на сектора (участки); место наплавки (сектор) принудительно изгибают и фиксируют для исключения его деформации после окончания процесса восстановления; сектор нагревают до расчетной температуры, которую поддерживают в процессе наплавки, выполняют многослойную наплавку электродуговым методом (самозащитной порошковой проволокой или наплавочными электродами); наплавку осуществляют последовательно секторами; после наплавки каждого сектора выполняют черновую механическую обработку (шлифование «по горячему»); выполняют медленное охлаждение наплавленного сектора под слоем термоволокна (для уменьшения внутренних напряжений и предотвращения образования хрупких закалочных структур); после охлаждения производят чистовую механическую обработку поверхности рельса (шлифование в размер); выполняют контроль геометрии профиля поверхности рельса и дефектоскопию.
Однако в отношении рассмотренных выше технических решений (по патентам №№ RU2675306C1, RU2728977C1, RU86128U1) необходимо отметить, что, хотя они и предусматривают выполнение изгиба участка наплавки, но не содержат сведений о величине изгиба (патенты №№ RU2675306C1, RU2728977C1) либо предусматривают выполнение компенсирующего изгиба любого из восстанавливаемых участков рельса на одинаковую высоту (патент № RU86128U1 – создание изгиба участка рельса с помощью упорного металлического вкладыша высотой (толщиной) 50 мм), т.е. в известных технических решениях не учитывается зависимость величины изгиба от таких параметров как толщина слоя наплавляемого металла и длина области наплавки, что, как установлено авторами нового заявляемого способа, является факторами, влияющими на величину отклонения от прямолинейности рельса после наплавки. Кроме того, в известных способах восстановления поверхности рельса не принимается во внимание тип рельса (например, Р50 или Р65) или его различное выполнение в зависимости от назначения (например, остряк или рамный рельс), обуславливающие различную жесткость рельса, а как было показано выше, жесткость рельса влияет на величину его деформации (коробления) при наплавке.
Действующие в настоящее время Рекомендации по технологии наплавки рамных рельсов и остряков стрелочных переводов № Р 753/2 «Ремонт рамных рельсов и остряков методом наплавки» (дата вступления в силу 09.11.2006) [адрес интернет-страницы: https://osjd.org/api/media/resources/3170] предусматривают отдельные технологические процессы для восстановления (наплавки) поверхности острякового рельса и восстановления (наплавки) поверхности рамного рельса, позволяющие осуществить восстановление проектного профиля рамных рельсов и остряков, имеющих боковой износ и/или эксплуатационные повреждения (отслоения и выкрашивания металла на рабочих поверхностях, отслоения металла в наплавленном ранее слое и др.), с помощью электродуговой наплавки. Однако важно отметить, что в указанных «Рекомендациях…» не предусмотрены различные режимы/условия наплавки для рельсов различного типа, в частности, Р50 и Р65, наиболее широко применяемых для изготовления железнодорожных рельсовых путей.
В качестве технического решения (прототипа), наиболее близкого к предлагаемому способу восстановления профиля рамного рельса Р50, а также наиболее близкого к предлагаемому способу восстановления профиля рамного рельса Р65, предлагается выбрать способ восстановления (наплавки) поверхности рамного рельса, раскрытый в упомянутых выше «Рекомендациях…» (разделы «Подготовительные работы», «Основные работы. Наплавка рамного рельса»).
Согласно известной технологии восстановления профиля рамного рельса стрелочного перевода:
определяют области (зоны) поверхности рамного рельса, имеющие места износов и/или дефектов, т.е. подлежащие наплавке зоны восстановления профиля (поверхности) рамного рельса,
производят очистку рамного рельса от загрязнений и вышлифовывают до чистого металла места повреждений,
каждую область (зону) восстановления разбивают на секторы (участки) наплавки (количество участков зависит от длины зоны восстановления),
затем первый сектор (участок) изгибают на высоту 15-20 мм, изгиб производят путем установки металлического клина под подошву рельса,
после чего указанный сектор (участок) наплавки нагревают до температуры +400ºC
и выполняют наплавку поверхности сектора (участка) при этой температуре, причем данная температура поддерживается в течение всего периода наплавки,
слои наплавки по вертикали накладывают с превышением проектного уровня на 1,5-2 мм, что составляет величину припуска на шлифовку,
затем выполняют грубую шлифовку поверхности наплавленного сектора (участка),
а после остывания снимают клин и опускают рельс,
затем выполняют наплавку следующего сектора (участка) в аналогичном порядке,
после наплавки всех секторов (участков) выполняют окончательную механическую обработку поверхности (чистовую шлифовку) рамного рельса, выполнив перед этим проковку каждого шва.
В качестве технического решения (прототипа), наиболее близкого к предлагаемому способу восстановления профиля острякового рельса Р50, а также наиболее близкого к предлагаемому способу восстановления профиля острякового рельса Р65, предлагается выбрать способ восстановления (наплавки) поверхности острякового рельса, раскрытый в упомянутых выше «Рекомендациях…» (разделы «Подготовительные работы», «Основные работы. Наплавка остряка»).
Согласно известной технологии восстановления профиля остряка (острякового рельса) стрелочного перевода:
определяют области (зоны) поверхности остряка, имеющие места износов и/или дефектов, т.е. подлежащие наплавке зоны восстановления профиля (поверхности) остряка,
производят очистку остряка от загрязнений и зачищают по всей длине наплавки (вышлифовывают до чистого металла места повреждений),
каждую область (зону) восстановления разбивают на секторы (участки) наплавки (количество участков зависит от длины зоны восстановления),
затем первый сектор (участок) изгибают на высоту 25 мм и фиксируют с помощью скобы к подкладке, изгиб производят путем укладки под подошву остряка металлического бруска такой же высоты (25 мм),
после чего указанный сектор (участок) нагревают до температуры +400ºC
и выполняют наплавку поверхности сектора (участка) при этой температуре, причем данную температуру (+400ºC) наплавляемого сектора необходимо поддерживать постоянно в течение наплавки,
слои наплавки накладывают с учетом величины припуска на шлифовку,
затем выполняют грубую шлифовку поверхности наплавленного сектора (участка),
а после остывания убирают вкладыш и опускают рельс,
затем выполняют наплавку следующего сектора (участка) в аналогичном порядке,
после наплавки всех секторов (участков) и остывания остряка выполняют окончательную механическую обработку его поверхности (чистовую шлифовку).
Следует обратить внимание, что согласно известным техническим решениям (способу восстановления поверхности рамного рельса и способу восстановления поверхности острякового рельса, изложенных в «Рекомендациях…») выполняется компенсирующий изгиб участка наплавки, однако изгиб любого участка рельса (рамного или острякового) выполняют на одинаковую величину: изгиб каждого из участков наплавки рамного рельса выполняют на высоту 15-20 мм, а острякового рельса – на высоту 25 мм.
Как известно, если проводить наплавку в положении рельса, когда он расположен и закреплен прямолинейно на опорной поверхности, то после выполнения наплавки на поверхности рельса и его остывания концы рельса с обеих сторон от места наплавки под действием внутренних напряжений наплавленного металла приподнимутся вверх, и рельс будет иметь вогнутую изгибную деформацию. Для компенсации такой деформации перед выполнением наплавки поверхности рельса его принудительно изгибают в противоположную сторону (создают компенсирующий изгиб), например, устанавливая под его подошвой вкладыш или клинья. Тем самым создание компенсирующего изгиба позволяет рельсу после наплавки вернуться к прямолинейной форме (восстановить прямолинейность). Поэтому выполнение в известных способах компенсирующего изгиба направлено на обеспечение прямолинейности рельса.
Однако, как показала практика и результаты проведенных авторами экспериментальных исследований, выбор величины компенсирующего изгиба следует выполнять с учетом ряда параметров, так как если создать излишний изгиб, то будет иметь место остаточная выпуклая деформация, а при недостаточном изгибе – остаточная вогнутая деформация. Изгибная деформация после наплавки нарушает прямолинейность рельса. В условиях эксплуатации стрелочных переводов наличие участка рельса (остряка или рамного рельса), имеющего отклонения от прямолинейности свыше допустимых значений, может привести при движении железнодорожных составов к аварийной ситуации (вплоть до схода состава).
В отношении известных технических решений (способа восстановления поверхности рамного рельса и способа восстановления поверхности острякового рельса, изложенных в «Рекомендациях…») следует отметить, что определение высоты изгиба рельса производится без учета таких параметров как толщина наплавляемого слоя металла и протяженность зоны наплавки, а также без учета разновидности рельсов (рамный или остряковый, Р50 или Р65, характеризующихся различной жесткостью), что не обеспечивает минимизацию отклонения от прямолинейности рельса после выполнения наплавки его поверхности и требует дополнительных технологических операций по исправлению коробления рельса. Кроме того, при выполнении известных способов необходимо выполнить изгиб рельса на заданную величину на каждом участке, на котором производят наплавку, т.е. при наплавке необходимо переустанавливать вкладыш под каждый участок в области восстановления, что характеризует сложность технологического процесса.
Авторы исследовали влияние различных факторов на коробление (отклонение от прямолинейности) рельсов (рамного рельса Р50, рамного рельса Р65, острякового рельса Р50, острякового рельса Р65) при восстановительной наплавке поверхности, в том числе в зависимости от толщины наплавляемого слоя металла и длины зоны восстановления. В результате были экспериментально установлены значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления, создаваемого с целью компенсации изгибной деформации рельса, возникающей после остывания рельса при выполнении наплавки. Экспериментальные исследования проводились в отношении рамных рельсов Р50, рамных рельсов Р65, а также остряковых рельсов Р50, остряковых рельсов Р65, так как указанные рельсы имеют различную жесткость (рамный рельс в паре «остряк – рамный рельс» имеет большую жесткость, а рельс Р65 обладает большей жесткостью по сравнению с рельсом Р50), что дает основание сделать вывод о необходимости различных параметров наплавки, обеспечивающих минимизацию отклонения от прямолинейности рельса после выполнения восстановительной наплавки поверхности.
В результате проведенных экспериментальных исследований авторами были выявлены оптимальные значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления (при котором рельс после наплавки принимает прямолинейную форму с отклонением от прямолинейности не более пределов допуска) для рамных рельсов Р50, рамных рельсов Р65, остряковых рельсов Р50 и остряковых рельсов Р65 при выполнении наплавки поверхности в зависимости от толщины наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и протяженности зоны восстановления.
Принимая во внимание сказанное выше, авторы предлагают варианты способа восстановления электродуговой наплавкой профиля рельса для указанных разновидностей рельсов стрелочного перевода (то есть учитывая тип рельса и его назначение):
- способ восстановления профиля рамного рельса Р50;
- способ восстановления профиля рамного рельса Р65;
- способ восстановления профиля острякового рельса Р50;
- способ восстановления профиля острякового рельса Р65.
Техническим результатом, достижение которого обеспечивается заявляемой группой изобретений, является минимизация отклонения от прямолинейности рельсов стрелочного перевода (то есть обеспечение прямолинейности рельсов в пределах установленных значений допуска) после выполнения их восстановительной наплавки поверхности за счет выбора высоты изгиба рельса в зоне восстановления в зависимости от толщины наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и протяженности зоны восстановления. Обеспечение прямолинейности рельсов стрелочного перевода способствует повышению эксплуатационной надежности стрелочного перевода, являющегося одним из наиболее ответственных узлов рельсового полотна, что в свою очередь позволяет обеспечить безаварийное движение железнодорожного транспорта. Кроме того, заявляемое изобретение обеспечивает упрощение технологического процесса наплавки за счет уменьшения количества операций, связанных с выполнением изгиба рельса: в каждом заявляемом техническом решении необходимо выполнить изгиб рельса в зоне восстановления (то есть выполнить изгиб рельса один раз при наплавке всех участков одной зоны восстановления), в то время как в каждом из прототипов необходимо выполнить изгиб каждого участка наплавки в зоне восстановления (то есть при восстановлении поверхности одной зоны надо выполнить изгиб рельса столько раз, сколько участков (секторов) наплавки содержится в восстанавливаемой зоне).
Для достижения указанного выше технического результата предлагаются варианты способа восстановления профиля рельса для каждого рельса из указанной разновидности: для рамного рельса Р50, рамного рельса Р65, острякового рельса Р50 и острякового рельса Р65. Предлагаемые способы характеризуются выполнением одинаковых технологических операций при одних и тех же параметрах (включая температуру предварительного нагрева участка наплавки и температуру наплавки поверхности участка), кроме выполнения изгиба рельса в зоне восстановления – для каждого рельса из указанной разновидности авторами выявлено свое множество значений высоты изгиба в зависимости от толщины наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и длины зоны восстановления.
Способ по варианту-1
Способ восстановления профиля рамного рельса Р50 с помощью электродуговой наплавки включает определение зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, и выполнение их предварительной механической обработки. Каждую зону восстановления разбивают на участки наплавки. Выполняют изгиб рельса в месте наплавки, нагрев каждого участка зоны восстановления и последующую электродуговую наплавку данного участка. После завершения наплавки всех участков (каждой из зон восстановления) и остывания рельса выполняют окончательную механическую обработку поверхности рельса.
При этом, согласно заявляемому способу, при восстановлении профиля рамного рельса Р50 электродуговую наплавку производят поочередно в каждой зоне восстановления, для чего сначала выполняют изгиб рельса в зоне восстановления и производят закрепление рельса по концам упомянутой зоны, причем высоту изгиба рельса в зоне восстановления выбирают в соответствии с приведенной ниже таблицей 1 на основе предварительно полученных значений толщины наплавляемого слоя металла в упомянутой зоне восстановления и длины упомянутой зоны.
Следует отметить, что высоту изгиба рельса принято определять по наибольшему расстоянию между подошвой рельса и опорной поверхностью, причем опорная поверхность считается базовой плоскостью (т.е. величина k соответствует высоте максимального изгиба рельса в зоне восстановления). Расстоянием между подошвой рельса и опорной поверхностью в заданной точке на подошве рельса является длина отрезка, соединяющего данную точку на подошве рельса и опорную поверхность, причем отрезок является перпендикуляром к опорной поверхности.
После выполнения изгиба рельса в зоне восстановления каждый участок наплавки упомянутой зоны нагревают до температуры 380-550°С и выполняют электродуговую наплавку поверхности участка при температуре 380-450°С, а после завершения наплавки упомянутой зоны восстановления освобождают ее концы от закрепления.
Таблица 1
Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления
при выполнении наплавки рамного рельса Р50
| h | k | ||
| 0,6 ≤ L < 1,0 | 1,0 ≤ L < 1,8 | L ≥ 1,8 | |
| 3,0 ≤ h < 6,0 | 5 ≤ k ≤6 | 6 ≤ k ≤7 | 8 ≤ k ≤9 |
| 6,0 ≤ h < 8,0 | 6 ≤ k ≤7 | 7 ≤ k ≤8 | 9 ≤ k ≤11 |
| 8,0 ≤ h < 10,0 | 7 ≤ k ≤8 | 8 ≤ k ≤10 | 11 ≤ k ≤13 |
| 10,0 ≤ h ≤ 14,0 | 8 ≤ k ≤10 | 10 ≤ k ≤12 | 13 ≤ k ≤15 |
где:
k - высота изгиба рельса в зоне восстановления, соответствующая наибольшему расстоянию между опорной поверхностью и подошвой рельса, (мм),
h - толщина наплавляемого слоя металла в зоне восстановления, (мм),
L - длина зоны восстановления, (м).
Способ по варианту-2
Способ восстановления профиля рамного рельса Р65 с помощью электродуговой наплавки включает определение зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, и выполнение их предварительной механической обработки. Каждую зону восстановления разбивают на участки наплавки. Выполняют изгиб рельса в месте наплавки, нагрев каждого участка зоны восстановления и последующую электродуговую наплавку данного участка. После завершения наплавки всех участков (каждой из зон восстановления) и остывания рельса выполняют окончательную механическую обработку поверхности рельса.
При этом, согласно заявляемому способу, при восстановлении профиля рамного рельса Р65 электродуговую наплавку производят поочередно в каждой зоне восстановления, для чего сначала выполняют изгиб рельса в зоне восстановления и производят закрепление рельса по концам упомянутой зоны, причем высоту изгиба рельса в зоне восстановления выбирают в соответствии с приведенной ниже таблицей 2 на основе предварительно полученных значений толщины наплавляемого слоя металла в упомянутой зоне восстановления и длины упомянутой зоны.
После выполнения изгиба рельса в зоне восстановления каждый участок наплавки упомянутой зоны нагревают до температуры 380-550°С и выполняют электродуговую наплавку поверхности участка при температуре 380-450°С, а после завершения наплавки упомянутой зоны восстановления освобождают ее концы от закрепления.
Таблица 2
Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления
при выполнении наплавки рамного рельса Р65
| h | k | ||
| 0,6 ≤ L < 1,0 | 1,0 ≤ L < 1,8 | L ≥ 1,8 | |
| 3,0 ≤ h < 6,0 | 4 ≤ k ≤5 | 5 ≤ k ≤6 | 6 ≤ k ≤7 |
| 6,0 ≤ h < 8,0 | 5 ≤ k ≤6 | 6 ≤ k ≤7 | 7 ≤ k ≤9 |
| 8,0 ≤ h < 10,0 | 6 ≤ k ≤7 | 7 ≤ k ≤8 | 9 ≤ k ≤11 |
| 10,0 ≤ h ≤ 14,0 | 7 ≤ k ≤8 | 8 ≤ k ≤10 | 11 ≤ k ≤12 |
где:
k - высота изгиба рельса в зоне восстановления, соответствующая наибольшему расстоянию между опорной поверхностью и подошвой рельса, (мм),
h - толщина наплавляемого слоя металла в зоне восстановления, (мм),
L - длина зоны восстановления, (м).
Способ по варианту-3
Способ восстановления профиля острякового рельса Р50 с помощью электродуговой наплавки включает определение зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, и выполнение их предварительной механической обработки. Каждую зону восстановления разбивают на участки наплавки. Выполняют изгиб рельса в месте наплавки, нагрев каждого участка зоны восстановления и последующую электродуговую наплавку данного участка. После завершения наплавки всех участков (каждой из зон восстановления) и остывания рельса выполняют окончательную механическую обработку поверхности рельса.
При этом, согласно заявляемому способу, при восстановлении профиля острякового рельса Р50 электродуговую наплавку производят поочередно в каждой зоне восстановления, для чего сначала выполняют изгиб рельса в зоне восстановления и производят закрепление рельса по концам упомянутой зоны, причем высоту изгиба рельса в зоне восстановления выбирают в соответствии с приведенной ниже таблицей 3 на основе предварительно полученных значений толщины наплавляемого слоя металла в упомянутой зоне восстановления и длины упомянутой зоны.
После выполнения изгиба рельса в зоне восстановления каждый участок наплавки упомянутой зоны нагревают до температуры 380-550°С и выполняют электродуговую наплавку поверхности участка при температуре 380-450°С, а после завершения наплавки упомянутой зоны восстановления освобождают ее концы от закрепления.
Таблица 3
Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления
при выполнении наплавки острякового рельса Р50
| h | k | ||
| 0,6 ≤ L < 1,0 | 1,0 ≤ L < 1,8 | L ≥ 1,8 | |
| 3,0 ≤ h < 6,0 | 10 ≤ k ≤12 | 12 ≤ k ≤14 | 15 ≤ k ≤18 |
| 6,0 ≤ h < 8,0 | 12 ≤ k ≤14 | 14 ≤ k ≤17 | 18 ≤ k ≤21 |
| 8,0 ≤ h < 10,0 | 14 ≤ k ≤17 | 17 ≤ k ≤20 | 21 ≤ k ≤25 |
| 10,0 ≤ h ≤ 14,0 | 17 ≤ k ≤20 | 20 ≤ k ≤24 | 25 ≤ k ≤30 |
где:
k - высота изгиба рельса в зоне восстановления, соответствующая наибольшему расстоянию между опорной поверхностью и подошвой рельса, (мм),
h - толщина наплавляемого слоя металла в зоне восстановления, (мм),
L - длина зоны восстановления, (м).
Способ по варианту-4
Способ восстановления профиля острякового рельса Р65 с помощью электродуговой наплавки включает определение зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, и выполнение их предварительной механической обработки. Каждую зону восстановления разбивают на участки наплавки. Выполняют изгиб рельса в месте наплавки, нагрев каждого участка зоны восстановления и последующую электродуговую наплавку данного участка. После завершения наплавки всех участков (каждой из зон восстановления) и остывания рельса выполняют окончательную механическую обработку поверхности рельса.
При этом, согласно заявляемому способу, при восстановлении профиля острякового рельса Р65 электродуговую наплавку производят поочередно в каждой зоне восстановления, для чего сначала выполняют изгиб рельса в зоне восстановления и производят закрепление рельса по концам упомянутой зоны, причем высоту изгиба рельса в зоне восстановления выбирают в соответствии с приведенной ниже таблицей 4 на основе предварительно полученных значений толщины наплавляемого слоя металла в упомянутой зоне восстановления и длины упомянутой зоны.
После выполнения изгиба рельса в зоне восстановления каждый участок наплавки упомянутой зоны нагревают до температуры 380-550°С и выполняют электродуговую наплавку поверхности участка при температуре 380-450°С, а после завершения наплавки упомянутой зоны восстановления освобождают ее концы от закрепления.
Таблица 4
Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления
при выполнении наплавки острякового рельса Р65
| h | k | ||
| 0,6 ≤ L < 1,0 | 1,0 ≤ L < 1,8 | L ≥ 1,8 | |
| 3,0 ≤ h < 6,0 | 8 ≤ k ≤10 | 10 ≤ k ≤12 | 12 ≤ k ≤15 |
| 6,0 ≤ h < 8,0 | 10 ≤ k ≤12 | 12 ≤ k ≤15 | 15 ≤ k ≤18 |
| 8,0 ≤ h < 10,0 | 12 ≤ k ≤14 | 15 ≤ k ≤17 | 18 ≤ k ≤21 |
| 10,0 ≤ h ≤ 14,0 | 14 ≤ k ≤16 | 17 ≤ k ≤20 | 21 ≤ k ≤24 |
где:
k - высота изгиба рельса в зоне восстановления, соответствующая наибольшему расстоянию между опорной поверхностью и подошвой рельса, (мм),
h - толщина наплавляемого слоя металла в зоне восстановления, (мм),
L - длина зоны восстановления, (м).
В каждом из предложенных вариантов способа восстановления профиля рельса механическая обработка (зачистка) областей восстановления необходима для подготовки поврежденной поверхности к наплавке.
Выполнение разбивки поверхности рельса на зоны восстановления позволяет выделить области поверхности рельса для выполнения компенсирующего изгиба, а разбивка каждой зоны восстановления на участки наплавки обусловлена общей протяженностью восстановительной наплавки и позволяет выделить участки для однократного технологического цикла. Следует отметить, что на восстанавливаемой поверхности рельса может быть как несколько, так и одна зона восстановления, при этом каждая зона восстановления может быть разбита на несколько участков наплавки или содержать только один участок.
Выполнение изгиба рельса перед наплавкой необходимо для компенсации изгибной остаточной деформации рельса, которая появляется после осуществления наплавки поверхности и остывания наплавленного участка.
Предварительный нагрев участка наплавки до температуры 380-550°С обеспечивает необходимую структуру сварного шва, а именно, предотвращение появления хрупких закалочных структур в переходной зоне. Последующее выполнение электродуговой наплавки поверхности при температуре 380-450°С (а при уменьшении температуры ниже 380°С – с выполнением дополнительного подогрева и поддержанием указанного температурного интервала) обеспечивает, как известно, оптимальные прочностные характеристики сварного соединения: при температуре, превышающей 450°С, размеры зерен металла в шве и околошовной зоне увеличиваются, в результате чего снижается ударная вязкость (т.е. перегрев металла приводит к негативным последствиям), а при температуре ниже 380°С существенно повышаются риски образования закалочных структур и дефектов в виде пор при выполнении наплавки рельсов из стали с содержанием углерода около 0,75%. Следует отметить, что в целом температурные параметры выполнения технологических операций при восстановительной наплавке железнодорожных рельсов являются известными, однако при установлении рабочих интервалов температур предварительного нагрева и электродуговой наплавки авторами выбраны уточненные значения температурных параметров по результатам экспериментальных исследований. Обеспечение требуемого качества и свойств стали (прочности, структуры металла и т.д.) в областях наплавки, выполненной с соблюдением указанных температурных интервалов, подтверждено результатами лабораторных металлографических исследований контрольных образцов, проведенных авторами.
В заявляемой группе технических решений, относящихся к способу восстановления профиля рельса (рамного рельса Р50, рамного рельса Р65, острякового рельса Р50 и острякового рельса Р65), авторами предложено (в отличие от прототипа) осуществлять изгиб рельса в зоне восстановления на высоту, определяемую в зависимости от толщины наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и протяженности зоны восстановления. Значения высоты изгиба рельса, представленные в таблицах 1, 2, 3 и 4, выявлены авторами в результате проведения экспериментальных исследований. Контроль основных качественных параметров рельса по результатам наплавки показал, что восстановление профиля рельса с выполнением изгиба зоны восстановления в соответствии с выявленными значениями высоты изгиба позволяет по сравнению с известными техническими решениями обеспечить минимизацию отклонения от прямолинейности рельса (т.е. обеспечить прямолинейность рельсов в пределах установленных допусков), что, в свою очередь, позволяет повысить эксплуатационную надежность стрелочного перевода и рельсового полотна в целом. Кроме того следует отметить, что при реализации заявляемого способа (варианты) обеспечивается (по сравнению с прототипами) упрощение технологического процесса наплавки за счет уменьшения количества операций, связанных с выполнением изгиба рельса: новое техническое решение предусматривает изгиб рельса в зоне восстановления (то есть выполнение изгиба один раз при наплавке всех участков одной зоны восстановления), а при выполнении восстановления поверхности рельса в соответствии с прототипами требуется выполнить изгиб каждого участка наплавки рельса в зоне восстановления (то есть выполнить изгиб несколько раз при наплавке всех участков одной зоны восстановления).
Механическая обработка (грубое и чистовое шлифование) поверхности рельса после завершения наплавки и остывания рельса обеспечивает требуемую геометрию поверхности рельса.
С целью обеспечения равномерного нагрева по всей протяженности участок наплавки зоны восстановления нагревают посредством электромагнитного индуктора.
Наиболее технологичным выполнением предварительной механической обработки зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, является вышлифовка повреждений поверхности до чистого металла.
Наиболее технологичным выполнением окончательной механической обработки поверхности рельса представляется выполнение путем шлифовки.
С целью обеспечения наиболее равномерного распределения напряжений в металле рельса при создании компенсирующей деформации в зоне восстановления изгиб рельса в зоне восстановления выполняют таким образом, что точка максимального изгиба рельса в данной зоне восстановления, находящаяся на наибольшем расстоянии от опорной поверхности, расположена в центральной области зоны восстановления, а именно – на расстоянии (0,5L) ± (0,1L) от какого-либо конца упомянутой зоны, где L – длина зоны восстановления. Следует обратить внимание, что при выполнении изгиба рельса положение максимальной высоты изгиба рельса в зоне восстановления можно контролировать по точке, находящейся как на поверхности подошвы рельса, так и на поверхности катания.
Изгиб рельса может быть выполнен различными способами, например, путем установки клина или вкладыша под подошву рельса, также изгиб может быть выполнен с помощью силового механизма (например, домкрата, струбцины) и т.д. С целью обеспечения оптимальной технологичности изгиб зоны восстановления рельса предпочтительнее выполнять путем установки вкладыша между опорной поверхностью и подошвой рельса.
Графические материалы поясняют выполнение заявляемого способа восстановления профиля рельса (рамного рельса Р50, рамного рельса Р65, острякового рельса Р50 и острякового рельса Р65).
На фиг. 1 представлена схема примера разбивки рельса на зоны восстановления и участки наплавки.
На фиг. 2 представлена схема выполнения изгиба рельса в зоне восстановления путем установки вкладыша под подошву рельса.
Заявляемый способ восстановления профиля рельса (варианты) может быть осуществлен как в мобильном исполнении (в полевых условиях), так и в стационарных условиях.
Ниже приведены примеры выполнения в стационарных условиях восстановления профиля (поверхности) рамного рельса Р50, рамного рельса Р65, острякового рельса Р50 и острякового рельса Р65.
Как уже было отмечено ранее, восстановление поверхностей элементов стрелочного перевода (представляющее собой основную часть комплекса ремонтно-восстановительных мероприятий) предусматривает восстановление поверхностей пары (комплекта) «рамный рельс - остряк». т.к. эти элементы стрелочного перевода должны быть подогнаны и плотно прилегать друг к другу.
При выполнении ремонтно-восстановительных работ выполняют очистку комплекта рамного и острякового рельсов от песка и грязи, маслянистых наслоений, мазута, рыхлой ржавчины и т.д., производят демонтаж рамного и острякового рельса, то есть снимают с рельсового полотна, после чего осуществляют установку и закрепление рамного рельса и острякового рельса в стационарных условиях (в цехе), например, с помощью стендовых технологических приспособлений, для последующего выполнения восстановления поверхности рельса. Комплект рамного рельса и остряка закрепляют в стенде так, как он лежит в пути в составе стрелочного перевода, причем рамный рельс и остряк должны быть в разведенном состоянии.
Сначала обычно производят восстановление поверхности рамного рельса, а затем – острякового, т.к. рамный рельс впоследствии используют в качестве опорной поверхности при подгонке прилегания остряка.
После завершения работ по восстановлению изношенных и поврежденных поверхностей и подгонке прилегания контактирующих поверхностей рамного рельса и острякового рельса комплект может быть установлен обратно в состав стрелочного перевода.
Как было отмечено ранее, выполнение каждой технологической операции сопровождается этапом контроля. При этом контрольные операции при ремонте железнодорожного полотна являются стандартными, их выполнение регламентируется нормативными документами.
Технологические процессы восстановления поверхности рамного рельса Р50, рамного рельса Р65, острякового рельса Р50 и острякового рельса Р65 выполняют аналогично, включая одинаковые температурные параметры предварительного нагрева и осуществления наплавки, однако при выполнении изгиба рельса в зоне восстановления для каждого из указанных рельсов авторами выявлено свое множество значений k высоты компенсирующего изгиба рельса в зоне восстановления в зависимости от толщины h наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и длины L зоны восстановления. Значения k представлены в таблицах 1, 2, 3, 4.
Восстановление профиля рамного рельса Р50 осуществляют следующим образом.
При восстановлении поверхности рамного рельса Р50 сначала определяют места ремонта – зоны восстановления поверхности рельса, подлежащие наплавке. На поверхности рельса отмечают, например, светлым маркером, места повреждений (износа и дефектов) для визуализации границ вышлифовки.
Выполняют предварительную механическую обработку мест с износом и дефектами путем абразивной вышлифовки в несколько проходов до чистого металла и удаления всех дефектов. После вышлифовки не должно быть остаточных дефектов металла в виде микротрещин, сколов, а также острых граней и переходов.
Разбивка на зоны восстановления в каждом случае обусловлена расположением конкретных повреждений (износов и дефектов) на поверхности рельса и их формой, глубиной и иными характеристиками. Обычно длина зоны восстановления составляет не менее 0,6 м, а максимальная длина зоны восстановления ограничена длиной рельса, так, например, длина рамного рельса обычно составляет 12,5 м, но на стрелочных переводах может составлять 25 м; остряк имеет меньшую длину, чем рамный рельс, обычно 6,5-8 м, причем наименьшая длина остряка отечественных стрелок 4,5 м, наибольшая – 21,9 м. На восстанавливаемой поверхности рельса может быть одна или несколько зон восстановления. Следует отметить, что на практике длина зоны восстановления может составлять и менее 0,6 м (например, 0,2 м или 0,3 м), однако выполнение восстановления поверхности зоны такой протяженности требует иной технологии в части закрепления рельса при выполнении изгиба в зоне восстановления.
Каждую зону восстановления разбивают на участки наплавки. Длина участка определяется длиной шва при наплавке электродами, а при автоматической наплавке сварочной проволокой, при которой нагрев осуществляют электромагнитным индуктором, длина шва (и соответственно, протяженность участка наплавки) определяется геометрическими параметрами индуктора и зоной действия роботизированной головки наплавочного автомата. Зону восстановления обычно разбивают на несколько участков, но также возможны случаи, когда зона восстановления содержит один участок наплавки. Например, при выполнении автоматической электродуговой наплавке самозащитной порошковой сварочной проволокой с применением индукционного нагрева длина участка обычно составляет 0,4 - 1,0 м.
На фиг. 1 показан пример разбивки рельса 1 на зоны восстановления длиной L1 и L2 и участки наплавки l11, l12 (в зоне восстановления L1) и l21, l22, l23 (в зоне восстановления L2).
Выполняют обмер зон восстановления: определяют длину L каждой зоны восстановления (например, рулеткой или линейкой) и толщину h наплавляемого слоя металла в каждой зоне (например, штангенциркулем).
Определение длины зон восстановления предпочтительнее выполнять после предварительной механической обработки, хотя их длину можно определять и до выполнения этого этапа (однако в процессе предварительной шлифовки могут быть вскрыты невидимые при первичном осмотре дефекты, вследствие чего протяженность зоны увеличится). То же относится и к определению толщины наплавляемого слоя металла в зоне восстановления. Если значение толщины наплавляемого слоя металла определяют до выполнения вышлифовки, то эта толщина складывается из глубины износа (деформации), глубины вышлифовки металла, удаляемого при подготовке мест под наплавку, и величины припуска на черновую и чистовую обработку (шлифовку), выполняемую после наплавки. В случае если глубину мест повреждения определяют (измеряют) после предварительной вышлифовки, то это значение уже будет включать и глубину дефекта (износа), и глубину уже выполненной предварительной вышлифовки. Припуск на механическую обработку (черновую и чистовую шлифовку) после наплавки обычно составляет 2-3 мм. Следует отметить, что толщину наплавляемого слоя металла принято определять по максимальной глубине износа.
Схема выполнения изгиба рельса в зоне восстановления показана на фиг. 2.
В зоне восстановления L выполняют изгиб рельса 1 и производят закрепление концов зоны восстановления (на фиг. 2 концы зоны восстановления обозначены С1, С2), тем самым фиксируя рельс в изогнутом состоянии.
Изгиб может быть выполнен, например, как показано на фиг. 2 - путем установки вкладыша 2 между опорной (базовой) поверхностью 3 и поверхностью 4 подошвы рельса, обращенной в сторону опорной поверхности. Вкладыш обычно представляет собой металлический брусок в форме прямоугольного параллелепипеда. Высоту изгиба k (мм) выбирают в соответствии со значениями, выявленными авторами опытным путем, приведенными в таблице 1 «Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления при выполнении наплавки рамного рельса Р50», в зависимости от толщины h (мм) наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и длины L (м) зоны восстановления. Высота изгиба соответствует толщине вкладыша.
Значения изгиба рельса в зоне восстановления определены при проведении авторами экспериментальных исследований, целью которых было выявление значений компенсирующего изгиба в зависимости от различных факторов, при которых рельс после выполнения восстановительной наплавки поверхности сохраняет прямолинейность в пределах установленного допуска (отклонение от прямолинейности рельса, например, нормировано в ГОСТ Р 55820-2013 "Рельсы железнодорожные остряковые. Технические условия").
На практике может быть использован комплект вкладышей, например, с габаритными размерами: длина 150-180 мм (размер вкладыша в направлении, перпендикулярном протяженности рельса), ширина 80-100 мм (размер вкладыша в направлении протяженности рельса), при этом выбор вкладыша по толщине (высоте) производится таким образом, чтобы обеспечить высоту k изгиба рельса в зоне восстановления согласно таблице 1, а как было указано выше, толщина вкладыша соответствует высоте k изгиба рельса.
Изгиб выполняют таким образом, чтобы точка максимального изгиба рельса в зоне восстановления (фиг. 2, точка О) была расположена в пределах ±0,1L от центра зоны восстановления (от точки А), где L – длина зоны восстановления, или, иными словами, на расстоянии (0,5L) ± (0,1L) от какого-либо конца С1 или С2 упомянутой зоны. При выполнении изгиба путем установки вкладыша 2 это может быть реализовано, например, следующим образом. В зоне восстановления на поверхности 5 катания рельса отмечают границы центральной области: ±0,1L от центра А зоны восстановления (фиг. 2, участок B1B2) и под подошву 4 рельса устанавливают вкладыш 2, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, так, чтобы вертикальная центральная ось О-О' вкладыша (и, соответственно, проходящая через нее вертикальная центральная плоскость, расположенная перпендикулярно протяженности рельса) была расположена в границах отмеченной на рельсе центральной области (участок B1B2). Вышеназванная центральная плоскость вкладыша 2, проходящая через ось О-О', может быть визуализирована с помощью рисок или отметок (линий) маркера, выполненных на соответствующих гранях вкладыша (на верхней и двух боковых).
Изгиб рельса также может быть выполнен путем установки клиньев под подошву рельса или же, например, с помощью силового подъемного механизма, точка приложения усилия которого будет расположена в центральной области зоны изгиба (например – с помощью домкрата, тельфера, лебедки и т.п.).
После изгиба рельса в зоне восстановления для каждого участка зоны выполняют предварительный нагрев до температуры 380-550°С. Нагрев выполняют с помощью электромагнитного индуктора.
После выполнения предварительного нагрева имеет место так называемая технологическая пауза, обусловленная необходимостью смены оборудования: индуктор снимают и устанавливают автомат для электродуговой наплавки.
В течение технологической паузы температура нагретого участка снижается.
Наплавку поверхности участка производят при температуре 380-450°С.
Контроль температуры участка наплавки осуществляют, например, с помощью пирометра.
Если температура участка опускается ниже 380°С, то в процессе наплавки производят поддерживающий подогрев участка до требуемых значений.
Обеспечение требуемых свойств стали (прочности, структуры металла и т.д.) в областях наплавки при выполнении предварительного нагрева и электродуговой наплавки в указанных температурных интервалах подтверждено результатами лабораторных металлографических исследований контрольных образцов, проведенных авторами.
Предварительный и поддерживающий нагрев выполняют, например, с помощью обычно используемого для этих целей петлевого U-образного электромагнитного индуктора.
Наплавку производят самозащитной сварочной проволокой (например, марки OK Tubrodur 35 O M (OK Tubrodur 15.43), ESAB) с помощью сварочного автомата (можно, например, использовать сварочный источник КЕДР MIG 350GF).
По завершении наплавки участка стандартной операцией является визуальный контроль качества поверхности наплавленного металла.
Затем указанные операции (предварительный нагрев, наплавка) выполняют для следующего участка данной зоны восстановления, индуктор и наплавочное оборудование переставляют на соседний участок.
После завершения наплавки всех участков зоны восстановления освобождают концы зоны от закрепления и убирают вкладыш.
Затем для следующей зоны восстановления выполняют аналогичные операции (изгиб зоны восстановления, например, путем установки вкладыша, и фиксацию изгиба рельса в данной зоне; после чего для всех участков зоны - предварительный нагрев и наплавку; затем – снятие вкладыша и освобождение закрепленных концов области изгиба).
После завершения восстановительной наплавки поверхности рельса и остывания рельса выполняют механическую обработку (черновую и чистовую шлифовку) его поверхности с целью создания профиля (т.е. первоначальной геометрии поверхности) рельса.
Заключительными операциями при проведении ремонтно-восстановительных работ стрелочного перевода, при проведении которых выполняется восстановление профиля острякового и рамного рельсов, является контроль геометрических параметров рельсов (прилегание острякового и рамного рельсов), контроль твердости наплавленного металла (в области ремонта рельса, в нескольких точках), визуальный и/или капиллярный контроль области наплавки (при наличии пор или трещин допускается их локальная вышлифовка и повторная наплавка по приведенной технологии).
Для подтверждения достижения указанного выше технического результата было выполнено восстановление поверхности образцов рамных рельсов Р65 при следующих значениях температуры предварительного нагрева - 380°С, 420°С, 460°С, 500°С, 550°С, а для каждого значения температуры нагрева была выполнена наплавка поверхности при следующих температурах - 380°С, 400°С, 420°С, 450°С.
Восстановительная наплавка проводилась для групп образцов рамного рельса Р50 с зонами восстановления, имеющими длину L от 0,6 м до 7,0 м согласно интервалам, указанным в таблице 1, причем для интервалов значений длины зоны восстановления 0,6 м ≤ L < 1,0 м; 1,0 м ≤ L < 1,8 м были исследованы образцы с шагом значения L 0,1м, а для длины зоны восстановления L ≥ 1,8 м ( а именно, для 1,8 м ≤ L ≤ 7,0 м) были исследованы образцы с длиной зоны восстановления L = 1,8 м, L = 2,0 м, а далее - с шагом значения L 0,25 м. При этом для каждого шага длины зоны восстановления были исследованы группы образцов с различной толщиной h слоя наплавленного металла в соответствии с интервалами значений h, указанными в таблице 1, причем для каждого интервала толщины слоя наплавляемого металла шаг значения h составлял 0,5 мм. При этом высота изгиба k для каждого сочетания значений L и h принималась согласно значениям в таблице 1 с шагом 0,2 мм внутри каждого интервала.
Достижение заявленного технического результата было подтверждено результатами исследований образцов, подвергнутых восстановительной наплавке согласно предлагаемому варианту способа: были проведены контрольные замеры геометрии восстановленного профиля испытуемых образцов (для выполнения замеров использовались линейки типа ШД-1000 и набор щупов), измерение твердости наплавленного металла, а также соответствие значений отклонения от прямолинейности рельса допустимым значениям, установленным ГОСТ Р 55820-2013 «Рельсы железнодорожные остряковые. Технические условия» (пп. 5.2.4; 7.3; 7.4; приложение Д), ГОСТ Р 51685-2013 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия» (п. 5.2.5; приложение Е). Кроме того, были выполнены лабораторные исследования контрольных образцов методом металлографии, которые подтвердили отсутствие закалочных структур, трещин и пор в наплавленном металле, что в свою очередь подтвердило обоснованность применяемых технологических (температурных) режимов наплавки металла.
Восстановление профиля рамного рельса Р65 осуществляют аналогично восстановлению профиля рамного рельса Р50, описанному выше:
определяют зоны восстановления поверхности рамного рельса Р65 (места ремонта), подлежащие наплавке, при этом на поверхности рельса отмечают границы вышлифовки мест повреждений;
путем абразивной вышлифовки выполняют предварительную механическую обработку подлежащих наплавке мест с износом и дефектами;
каждую зону восстановления разбивают на участки наплавки;
определяют длину каждой зоны восстановления и толщину наплавляемого слоя металла в каждой зоне;
выполняют изгиб рельса в зоне восстановления (например, путем установки вкладыша под подошву рельса) и производят закрепление концов зоны восстановления, фиксируя рельс в изогнутом состоянии,
причем высоту изгиба k (мм) выбирают в соответствии со значениями, выявленными авторами опытным путем, приведенными в таблице 2 «Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления при выполнении наплавки рамного рельса Р65», в зависимости от толщины h (мм) наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и длины L (м) зоны восстановления (значения изгиба рамного рельса Р65 в зоне восстановления определены авторами при проведении экспериментальных исследований с целью выявления значений компенсирующего изгиба в зависимости от различных факторов, при которых рельс после выполнения восстановительной наплавки поверхности сохраняет прямолинейность в пределах установленного допуска);
после изгиба рельса в зоне восстановления для каждого участка зоны выполняют предварительный нагрев до температуры 380-550°С (например, с помощью электромагнитного индуктора), после чего производят наплавку поверхности участка (например, сварочной проволокой OK Tubrodur 15.43, ESAB) при температуре 380-450°С, причем в случае необходимости, например, при непредвиденном увеличении продолжительности технологической паузы, если температура участка опускается ниже 380°С, то в процессе наплавки осуществляют дополнительный нагрев участка до требуемых значений;
затем указанные операции (предварительный нагрев и наплавку) выполняют для следующего участка данной зоны восстановления;
после завершения наплавки всех участков зоны восстановления освобождают концы зоны от закрепления и (при осуществлении изгиба путем установки вкладыша) убирают вкладыш;
для следующей зоны восстановления выполняют аналогичные операции (изгиб зоны восстановления, например, путем установки вкладыша, и фиксацию изгиба рельса в данной зоне; после чего для всех участков зоны - предварительный нагрев и наплавку; затем освобождение закрепленных концов области изгиба);
после завершения восстановительной наплавки поверхности рельса и остывания рельса выполняют механическую обработку его поверхности с целью создания профиля (т.е. первоначальной геометрии поверхности) рамного рельса Р65.
Необходимо подчеркнуть, что для рамного рельса Р65 остаются справедливыми все пояснения и уточнения по каждой из операций, указанные в описании предыдущего варианта способа (для рамного рельса Р50).
Для подтверждения достижения указанного выше технического результата было выполнено восстановление поверхности образцов рамных рельсов Р65 при следующих значениях температуры предварительного нагрева - 380°С, 420°С, 460°С, 500°С, 550°С, а для каждого значения температуры нагрева была выполнена наплавка поверхности при следующих температурах - 380°С, 400°С, 420°С, 450°С.
Восстановительная наплавка проводилась для групп образцов рамного рельса Р65 с зонами восстановления, имеющими длину L от 0,6 м до 7,0 м согласно интервалам, указанным в таблице 2, причем для интервалов значений длины зоны восстановления 0,6 м ≤ L < 1,0 м; 1,0 м ≤ L < 1,8 м были исследованы образцы с шагом значения L 0,1м, а для длины зоны восстановления L ≥ 1,8 м ( а именно, для 1,8 м ≤ L ≤ 7,0 м) были исследованы образцы с длиной зоны восстановления L = 1,8 м, L = 2,0 м, а далее - с шагом значения L 0,25 м. При этом для каждого шага длины зоны восстановления были исследованы группы образцов с различной толщиной h слоя наплавленного металла в соответствии с интервалами значений h, указанными в таблице 2, причем для каждого интервала толщины слоя наплавляемого металла шаг значения h составлял 0,5 мм. При этом высота изгиба k для каждого сочетания значений L и h принималась согласно значениям в таблице 2 с шагом 0,2 мм внутри каждого интервала.
Достижение заявленного технического результата было подтверждено результатами исследований образцов, подвергнутых восстановительной наплавке согласно предлагаемому варианту способа. Результаты, полученные при проведении (так, как описано выше, при восстановлении профиля рамного рельса Р50) контрольных замеров геометрии восстановленного профиля образцов, отклонения от прямолинейности, измерении твердости наплавленного металла, а также результаты металлографических исследований образцов подтвердили соответствие измеряемых параметров установленным требованиям.
Восстановление профиля острякового рельса Р50 аналогично восстановлению профиля рамного рельса Р50 и рамного рельса Р65.
При восстановлении профиля острякового рельса Р50 выполняют следующие операции:
определяют зоны восстановления поверхности острякового рельса Р50 (места ремонта), подлежащие наплавке, при этом на поверхности рельса отмечают границы вышлифовки мест повреждений;
путем абразивной вышлифовки выполняют предварительную механическую обработку подлежащих наплавке мест с износом и дефектами;
каждую зону восстановления разбивают на участки наплавки;
определяют длину каждой зоны восстановления и толщину наплавляемого слоя металла в каждой зоне;
выполняют изгиб острякового рельса Р50 в зоне восстановления (например, путем установки вкладыша под подошву рельса) и производят закрепление концов зоны восстановления, фиксируя рельс в изогнутом состоянии,
причем высоту изгиба k (мм) выбирают в соответствии со значениями, выявленными авторами опытным путем, приведенными в таблице 3 «Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления при выполнении наплавки острякового рельса Р50», в зависимости от толщины h (мм) наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и длины L (м) зоны восстановления (значения изгиба острякового рельса Р50 в зоне восстановления определены авторами при проведении экспериментальных исследований с целью выявления значений компенсирующего изгиба в зависимости от различных факторов, при которых рельс после выполнения восстановительной наплавки поверхности сохраняет прямолинейность в пределах установленного допуска);
после изгиба рельса в зоне восстановления для каждого участка зоны выполняют предварительный нагрев до температуры 380-550°С (например, с помощью электромагнитного индуктора), после чего производят наплавку поверхности участка (например, сварочной проволокой OK Tubrodur 15.43, ESAB) при температуре 380-450°С, причем в случае необходимости, например, при непредвиденном увеличении продолжительности технологической паузы, если температура участка опускается ниже 380°С, то в процессе наплавки осуществляют дополнительный нагрев участка до требуемых значений;
затем указанные операции (предварительный нагрев и наплавку) выполняют для следующего участка данной зоны восстановления;
после завершения наплавки всех участков зоны восстановления освобождают концы зоны от закрепления и (при осуществлении изгиба путем установки вкладыша) убирают вкладыш;
для следующей зоны восстановления выполняют аналогичные операции (изгиб зоны восстановления, например, путем установки вкладыша, и фиксацию изгиба рельса в данной зоне; после чего для всех участков зоны - предварительный нагрев и наплавку; затем освобождение закрепленных концов области изгиба);
после завершения восстановительной наплавки поверхности рельса и остывания рельса выполняют механическую обработку его поверхности с целью создания профиля (т.е. первоначальной геометрии поверхности) острякового рельса Р50.
Необходимо подчеркнуть, что для острякового рельса Р50 остаются справедливыми все пояснения и уточнения по каждой из операций, указанные в описании предыдущего варианта способа для рамного рельса Р50 (которые также относятся к рамному рельсу Р65).
Для подтверждения достижения указанного выше технического результата было выполнено восстановление поверхности образцов остряковых рельсов Р50 при следующих значениях температуры предварительного нагрева - 380°С, 420°С, 460°С, 500°С, 550°С, а для каждого значения температуры нагрева была выполнена наплавка поверхности при следующих температурах - 380°С, 400°С, 420°С, 450°С.
Восстановительная наплавка проводилась для групп образцов острякового рельса Р50 с зонами восстановления, имеющими длину L от 0,6 м до 7,0 м согласно интервалам, указанным в таблице 3, причем для интервалов значений длины зоны восстановления 0,6 м ≤ L < 1,0 м; 1,0 м ≤ L < 1,8 м были исследованы образцы с шагом значения L 0,1 м, а для длины зоны восстановления L ≥ 1,8 м ( а именно, для 1,8 м ≤ L ≤ 7,0 м) были исследованы образцы с длиной зоны восстановления L = 1,8 м, L = 2,0 м, а далее - с шагом значения L 0,25 м. При этом для каждого шага длины зоны восстановления были исследованы группы образцов с различной толщиной h слоя наплавленного металла в соответствии с интервалами значений h, указанными в таблице 3, причем для каждого интервала толщины слоя наплавляемого металла шаг значения h составлял 0,5 мм. При этом высота изгиба k для каждого сочетания значений L и h принималась согласно значениям в таблице 3:
с шагом 0,5 мм внутри каждого интервала – для величины интервала значений высоты изгиба 2,0 мм (например: 10,0 мм ≤ k ≤ 12,0 мм; 12,0 мм ≤ k ≤ 14,0 мм);
с шагом 1,0 мм внутри каждого интервала – для величины интервала значений высоты изгиба 3,0 мм, 4,0 мм или 5,0 мм (например: 14,0 мм ≤ k ≤ 17,0 мм; 17,0 мм ≤ k ≤ 20,0 мм; 20,0 мм ≤ k ≤ 24,0 мм; 21,0 мм ≤ k ≤ 25,0 мм; 25,0 мм ≤ k ≤ 30,0 мм).
Достижение заявленного технического результата было подтверждено результатами исследований образцов, подвергнутых восстановительной наплавке согласно предлагаемому варианту способа. Результаты, полученные при проведении (так, как описано выше) контрольных замеров геометрии восстановленного профиля образцов, отклонения от прямолинейности, измерении твердости наплавленного металла, а также результаты металлографических исследований образцов подтвердили соответствие измеряемых параметров установленным требованиям.
Восстановление профиля острякового рельса Р65 аналогично восстановлению профиля рамного рельса Р50, рамного рельса Р65, а также острякового рельса Р50.
При восстановлении профиля острякового рельса Р65 выполняют следующие операции:
определяют зоны восстановления поверхности острякового рельса Р65 (места ремонта), подлежащие наплавке, при этом на поверхности рельса отмечают границы вышлифовки мест повреждений;
путем абразивной вышлифовки выполняют предварительную механическую обработку подлежащих наплавке мест с износом и дефектами;
каждую зону восстановления разбивают на участки наплавки;
определяют длину каждой зоны восстановления и толщину наплавляемого слоя металла в каждой зоне;
выполняют изгиб острякового рельса Р65 в зоне восстановления (например, путем установки вкладыша под подошву рельса) и производят закрепление концов зоны восстановления, фиксируя рельс в изогнутом состоянии,
причем высоту изгиба k (мм) выбирают в соответствии со значениями, выявленными авторами опытным путем, приведенными в таблице 4 «Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления при выполнении наплавки острякового рельса Р65», в зависимости от толщины h (мм) наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и длины L (м) зоны восстановления (значения изгиба острякового рельса Р65 в зоне восстановления определены авторами при проведении экспериментальных исследований с целью выявления значений компенсирующего изгиба в зависимости от различных факторов, при которых рельс после выполнения восстановительной наплавки поверхности сохраняет прямолинейность в пределах установленного допуска);
после изгиба рельса в зоне восстановления для каждого участка зоны выполняют предварительный нагрев до температуры 380-550°С (например, с помощью электромагнитного индуктора), после чего производят наплавку поверхности участка (например, сварочной проволокой OK Tubrodur 15.43, ESAB) при температуре 380-450°С, причем в случае необходимости, например, при непредвиденном увеличении продолжительности технологической паузы, если температура участка опускается ниже 380°С, то в процессе наплавки осуществляют дополнительный нагрев участка до требуемых значений;
затем указанные операции (предварительный нагрев и наплавку) выполняют для следующего участка данной зоны восстановления;
после завершения наплавки всех участков зоны восстановления освобождают концы зоны от закрепления и (при осуществлении изгиба путем установки вкладыша) убирают вкладыш;
для следующей зоны восстановления выполняют аналогичные операции (изгиб зоны восстановления, например, путем установки вкладыша, и фиксацию изгиба рельса в данной зоне; после чего для всех участков зоны - предварительный нагрев и наплавку; затем освобождение закрепленных концов области изгиба);
после завершения восстановительной наплавки поверхности рельса и остывания рельса выполняют механическую обработку его поверхности с целью создания профиля (т.е. первоначальной геометрии поверхности) острякового рельса Р65.
Необходимо подчеркнуть, что для острякового рельса Р65 остаются справедливыми все пояснения и уточнения по каждой из операций, указанные в описании предыдущего варианта способа для рамного рельса Р50 (которые также относятся к рамному рельсу Р65 и остряковому рельсу Р50).
Для подтверждения достижения указанного выше технического результата было выполнено восстановление поверхности образцов остряковых рельсов Р65 при следующих значениях температуры предварительного нагрева - 380°С, 420°С, 460°С, 500°С, 550°С, а для каждого значения температуры нагрева была выполнена наплавка поверхности при следующих температурах - 380°С, 400°С, 420°С, 450°С.
Восстановительная наплавка проводилась для групп образцов острякового рельса Р65 с зонами восстановления, имеющими длину L от 0,6 м до 7,0 м согласно интервалам, указанным в таблице 4, причем для интервалов значений длины зоны восстановления 0,6 м ≤ L < 1,0 м; 1,0 м ≤ L < 1,8 м были исследованы образцы с шагом значения L 0,1м, а для длины зоны восстановления L ≥ 1,8 м ( а именно, для 1,8 м ≤ L ≤ 7,0 м) были исследованы образцы с длиной зоны восстановления L = 1,8 м, L = 2,0 м, а далее - с шагом значения L 0,25 м. При этом для каждого шага длины зоны восстановления были исследованы группы образцов с различной толщиной h слоя наплавленного металла в соответствии с интервалами значений h, указанными в таблице 4, причем для каждого интервала толщины слоя наплавляемого металла шаг значения h составлял 0,5 мм. При этом высота изгиба k для каждого сочетания значений L и h принималась согласно значениям в таблице 4:
с шагом 0,5 мм внутри каждого интервала – для величины интервала значений высоты изгиба (Δk) 2,0 мм (например: 8,0 мм ≤ k ≤ 10,0 мм; 10,0 мм ≤ k ≤ 12,0 мм; 14,0 мм ≤ k ≤ 16,0 мм и т.п.);
с шагом 1,0 мм внутри каждого интервала – для величины интервала значений высоты изгиба (Δk) 3,0 мм (например: 15,0 мм ≤ k ≤ 18,0 мм; 17,0 мм ≤ k ≤ 20,0 мм; 21,0 мм ≤ k ≤ 24,0 мм и т.п.).
Достижение заявленного технического результата было подтверждено результатами исследований образцов, подвергнутых восстановительной наплавке согласно предлагаемому варианту способа. Результаты, полученные при проведении (так, как описано выше) контрольных замеров геометрии восстановленного профиля образцов, отклонения от прямолинейности, измерении твердости наплавленного металла, а также результаты металлографических исследований образцов подтвердили соответствие измеряемых параметров установленным требованиям.
Таким образом, при выполнении восстановления профиля рельса согласно вариантам заявляемого способа (для рамного рельса Р50, рамного рельса Р65, острякового рельса Р50 и острякового рельса Р65) за счет выбора высоты компенсирующего изгиба рельса в зоне восстановления в зависимости от толщины наплавляемого слоя металла в зоне восстановления и длины зоны восстановления обеспечивается минимизация отклонения от прямолинейности рельсов стрелочного перевода (то есть прямолинейность рельсов в пределах установленных допусков), а следовательно, повышение эксплуатационной надежности стрелочного перевода, что в свою очередь позволяет обеспечить безаварийное движение железнодорожного транспорта. Кроме того, обеспечивается упрощение технологического процесса наплавки за счет уменьшения количества операций, связанных с выполнением изгиба рельса.
1. Способ восстановления профиля рамного рельса Р50 электродуговой наплавкой, включающий определение зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, и их предварительную механическую обработку; определение участков наплавок в зонах восстановления; выполнение изгиба рельса; нагрев каждого участка зоны восстановления и последующую электродуговую наплавку данного участка; окончательную механическую обработку поверхности рельса после завершения наплавки и остывания рельса; отличающийся тем, что при восстановлении профиля рамного рельса Р50 электродуговую наплавку производят поочередно в каждой зоне восстановления, при этом в зоне восстановления выполняют изгиб рельса и закрепление рельса по концам упомянутой зоны, причем высоту изгиба рельса выбирают в соответствии с приведенной ниже таблицей 1 на основе предварительно полученных значений толщины наплавляемого слоя металла в упомянутой зоне восстановления и длины упомянутой зоны; после выполнения изгиба рельса в зоне восстановления каждый участок наплавки упомянутой зоны нагревают до температуры 380-550°С и выполняют электродуговую наплавку поверхности участка при температуре 380-450°С; после завершения наплавки упомянутой зоны восстановления освобождают ее концы от закрепления.
Таблица 1
Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления
при выполнении наплавки рамного рельса Р50
| h | k | ||
| 0,6 ≤ L < 1,0 | 1,0 ≤ L < 1,8 | L ≥ 1,8 | |
| 3,0 ≤ h < 6,0 | 5 ≤ k ≤6 | 3,0 ≤ h < 6,0 | 5 ≤ k ≤6 |
| 6,0 ≤ h < 8,0 | 6 ≤ k ≤7 | 6,0 ≤ h < 8,0 | 6 ≤ k ≤7 |
| 8,0 ≤ h < 10,0 | 7 ≤ k ≤8 | 8,0 ≤ h < 10,0 | 7 ≤ k ≤8 |
| 10,0 ≤ h ≤ 14,0 | 8 ≤ k ≤10 | 10 ≤ k ≤12 | 13 ≤ k ≤15 |
где:
k - высота изгиба рельса в зоне восстановления, соответствующая наибольшему расстоянию между опорной поверхностью и подошвой рельса, мм;
h - толщина наплавляемого слоя металла в зоне восстановления, мм;
L - длина зоны восстановления, м.
2. Способ восстановления профиля рамного рельса Р65 электродуговой наплавкой, включающий определение зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, и их предварительную механическую обработку; определение участков наплавок в зонах восстановления; выполнение изгиба рельса; нагрев каждого участка зоны восстановления и последующую электродуговую наплавку данного участка; окончательную механическую обработку поверхности рельса после завершения наплавки и остывания рельса; отличающийся тем, что при восстановлении профиля рамного рельса Р65 электродуговую наплавку производят поочередно в каждой зоне восстановления, при этом в зоне восстановления выполняют изгиб рельса и закрепление рельса по концам упомянутой зоны, причем высоту изгиба рельса выбирают в соответствии с приведенной ниже таблицей 2 на основе предварительно полученных значений толщины наплавляемого слоя металла в упомянутой зоне восстановления и длины упомянутой зоны; после выполнения изгиба рельса в зоне восстановления каждый участок наплавки упомянутой зоны нагревают до температуры 380-550°С и выполняют электродуговую наплавку поверхности участка при температуре 380-450°С; после завершения наплавки упомянутой зоны восстановления освобождают ее концы от закрепления.
Таблица 2
Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления
при выполнении наплавки рамного рельса Р65
| h | k | ||
| 0,6 ≤ L < 1,0 | 1,0 ≤ L < 1,8 | L ≥ 1,8 | |
| 3,0 ≤ h < 6,0 | 4 ≤ k ≤5 | 5 ≤ k ≤6 | 6 ≤ k ≤7 |
| 6,0 ≤ h < 8,0 | 5 ≤ k ≤6 | 6 ≤ k ≤7 | 7 ≤ k ≤9 |
| 8,0 ≤ h < 10,0 | 6 ≤ k ≤7 | 7 ≤ k ≤8 | 9 ≤ k ≤11 |
| 10,0 ≤ h ≤ 14,0 | 7 ≤ k ≤8 | 8 ≤ k ≤10 | 11 ≤ k ≤12 |
где:
k - высота изгиба рельса в зоне восстановления, соответствующая наибольшему расстоянию между опорной поверхностью и подошвой рельса, мм,
h - толщина наплавляемого слоя металла в зоне восстановления, мм,
L - длина зоны восстановления, м.
3. Способ восстановления профиля острякового рельса Р50 электродуговой наплавкой, включающий определение зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, и их предварительную механическую обработку; определение участков наплавок в зонах восстановления; выполнение изгиба рельса; нагрев каждого участка зоны восстановления и последующую электродуговую наплавку данного участка; окончательную механическую обработку поверхности рельса после завершения наплавки и остывания рельса; отличающийся тем, что при восстановлении профиля острякового рельса Р50 электродуговую наплавку производят поочередно в каждой зоне восстановления, при этом в зоне восстановления выполняют изгиб рельса и закрепление рельса по концам упомянутой зоны, причем высоту изгиба рельса выбирают в соответствии с приведенной ниже таблицей 3 на основе предварительно полученных значений толщины наплавляемого слоя металла в упомянутой зоне восстановления и длины упомянутой зоны; после выполнения изгиба рельса в зоне восстановления каждый участок наплавки упомянутой зоны нагревают до температуры 380-550°С и выполняют электродуговую наплавку поверхности участка при температуре 380-450°С; после завершения наплавки упомянутой зоны восстановления освобождают ее концы от закрепления.
Таблица 3
Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления
при выполнении наплавки острякового рельса Р50
| h | k | ||
| 0,6 ≤ L < 1,0 | 1,0 ≤ L < 1,8 | L ≥ 1,8 | |
| 3,0 ≤ h < 6,0 | 10 ≤ k ≤12 | 12 ≤ k ≤14 | 15 ≤ k ≤18 |
| 6,0 ≤ h < 8,0 | 12 ≤ k ≤14 | 14 ≤ k ≤17 | 18 ≤ k ≤21 |
| 8,0 ≤ h < 10,0 | 14 ≤ k ≤17 | 17 ≤ k ≤20 | 21 ≤ k ≤25 |
| 10,0 ≤ h ≤ 14,0 | 17 ≤ k ≤20 | 20 ≤ k ≤24 | 25 ≤ k ≤30 |
где:
k - высота изгиба рельса в зоне восстановления, соответствующая наибольшему расстоянию между опорной поверхностью и подошвой рельса, мм,
h - толщина наплавляемого слоя металла в зоне восстановления, мм,
L - длина зоны восстановления, м.
4. Способ восстановления профиля острякового рельса Р65 электродуговой наплавкой, включающий определение зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, и их предварительную механическую обработку; определение участков наплавок в зонах восстановления; выполнение изгиба рельса; нагрев каждого участка зоны восстановления и последующую электродуговую наплавку данного участка; окончательную механическую обработку поверхности рельса после завершения наплавки и остывания рельса; отличающийся тем, что при восстановлении профиля острякового рельса Р65 электродуговую наплавку производят поочередно в каждой зоне восстановления, при этом в зоне восстановления выполняют изгиб рельса и закрепление рельса по концам упомянутой зоны, причем высоту изгиба рельса выбирают в соответствии с приведенной ниже таблицей 4 на основе предварительно полученных значений толщины наплавляемого слоя металла в упомянутой зоне восстановления и длины упомянутой зоны; после выполнения изгиба рельса в зоне восстановления каждый участок наплавки упомянутой зоны нагревают до температуры 380-550°С и выполняют электродуговую наплавку поверхности участка при температуре 380-450°С; после завершения наплавки упомянутой зоны восстановления освобождают ее концы от закрепления.
Таблица 4
Значения высоты изгиба рельса в зоне восстановления
при выполнении наплавки острякового рельса Р65
| h | k | ||
| 0,6 ≤ L < 1,0 | 1,0 ≤ L < 1,8 | L ≥ 1,8 | |
| 3,0 ≤ h < 6,0 | 8 ≤ k ≤10 | 10 ≤ k ≤12 | 12 ≤ k ≤15 |
| 6,0 ≤ h < 8,0 | 10 ≤ k ≤12 | 12 ≤ k ≤15 | 15 ≤ k ≤18 |
| 8,0 ≤ h < 10,0 | 12 ≤ k ≤14 | 15 ≤ k ≤17 | 18 ≤ k ≤21 |
| 10,0 ≤ h ≤ 14,0 | 14 ≤ k ≤16 | 17 ≤ k ≤20 | 21 ≤ k ≤24 |
где:
k - высота изгиба рельса в зоне восстановления, соответствующая наибольшему расстоянию между опорной поверхностью и подошвой рельса, мм,
h - толщина наплавляемого слоя металла в зоне восстановления, мм,
L - длина зоны восстановления, м.
5. Способ восстановления профиля рельса по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что участок наплавки зоны восстановления нагревают посредством электромагнитного индуктора.
6. Способ восстановления профиля рельса по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что предварительную механическую обработку зон восстановления поверхности рельса, подлежащих наплавке, выполняют путем вышлифовки повреждений поверхности до чистого металла.
7. Способ восстановления профиля рельса по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что окончательную механическую обработку поверхности рельса выполняют путем шлифовки.
8. Способ восстановления профиля рельса по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что изгиб рельса в зоне восстановления выполняют таким образом, что точка максимального изгиба рельса в упомянутой зоне расположена на расстоянии (0,5L) ± (0,1L) от какого-либо конца упомянутой зоны, где L – длина зоны восстановления.
9. Способ восстановления профиля рельса по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что изгиб зоны восстановления рельса выполняют путем установки вкладыша между опорной поверхностью и подошвой рельса.
