Дефектность стыков алюмотермитной сварки рельсов
Ю.П. РУКАВЧУК, С.А. РОЖДЕСТВЕНСКИЙ, И.З. ЭТИНГЕН
Сварка рельсов — процесс образования их неразъемного соединения в результате местного сплавления и деформирования их концов, применяемый при изготовлении плетей бесстыкового пути и комплексном ремонте рельсов. Сварка рельсов может выполняться алюминотермитным, электродуговым, газопрессовым и электроконтактным способами.
Алюминотермитная сварка (AЛTC) — сварка металлических деталей жидким металлом заданного химического состава, получаемого в результате алюминотермической реакции. Алюминий способен восстанавливать окислы металлов со значительным выделением тепла, в результате чего изменяется потенциальное состояние энергии и рекристаллизуются компоненты, участвующие в процессе.
АЛТС рельсов имеет ряд преимуществ перед стыковой электроконтактной сваркой: возможность изготовления стыков в районе стрелочных переводов, нет необходимости использовать сложное дорогостоящее оборудование, большое количество обученного персонала и продолжительные «окна» в движении поездов.
Принцип получения трудно восстанавливаемых металлов из окислов впервые был предложен русским ученым Н.Н. Бекетовым [1|. На отечественных железных дорогах термитный способ сварки рельсов начал применяться в середине 30-х годов прошлого века. Его использовали довольно широко в 1961 — 1965 гг., однако, затем прекратили применять в связи с низкими прочностными характеристиками сварного стыка, небольшой производительностью и сравнительной дороговизной. Почти все рельсы, сваренные этим способом, были изъяты из путей |2|.
В настоящее время фирмами России, Германии, Франции, США и Японии разработаны и внедрены усовершенствованные технолог и и AЛTC рельсов.
На сети железных дорог Российской Федерации первый стык АЛ ТС был выполнен в 1996 г. [3]. В настоящее время сваривается около 45 тыс. стыков рельсов ежегодно.
В соответствии с планом ИТР ОАО «РЖД» НИИ мостов проанализировал данные об изъятых из пути 897 дефектных сварных стыках АЛ ТС на сети железных дорог за 2009 г. и 9 мес. 2010 г.
Ниже приведем выводы, сделанные в ходе проведенных исследований.
1. Основное количество дефектов в забракованных стыках АЛТС сосредоточено в головке рельса — 64,1 %. в шейке рельса — 10,2 %, в подошве — 7 % дефектов. Оставшиеся 18.7 % стыков были забракованы из-за превышения допусков на прямолинейность рельсов в зоне сварных стыков или нарушения технологии изготовления болтовых отверстий.
2. Не проработали в течение гарантийного срока 89 % стыков АЛТС (710 шт.), изъятых из пути по всей сети железных дорог. На Октябрьской, Московской, Горьковской, Юго-Восточной, Свердловской, Южно-Уральской, Дальневосточной дорогах этот показатель достигает 97—100 %. За указанный период зафиксировано два излома стыков АЛТС.
3. Основная часть дефектов, расположенных в головке рельса, была выявлена при сплошном контроле рельсов съемными и мобильными средствами дефектоскопии.
4. В абсолютном большинстве рассмотренных случаев излома или принудительного долом а сварных стыков, забракованных по результатам сплошного контроля, были обнаружены дефекты, связанные с нарушениями технологии сварки — непровары, поры и т.д. Следов их постепенного роста (усталостных колец) не зафиксировано (рис. I и 2). Таким образом, эти дефекты должны были обнаружить уже при приемочном ручном ультразвуковом контроле (УЗК) непосредственно после сварки.
5. Отмечены многочисленные случаи, когда остатки песка или литейного компонента присутствуют в околошовной зоне сварного стыка. Из-за этого во время УЗК нарушается акустический контакт между пьезоэлектрическим преобразователем и рельсом, что может привести к пропуску дефекта.
6. Приемочный УЗК выполняют в основном без бригады, ведущей сварочные работы. Поэтому при обнаружении дефекта в сварном стыке дефектное сечение вырезают путейцы дистанции, а не предприятия изготовителя сварного стыка.
7. Действующая периодичность контроля стыков АЛТС (не позже 6 мес с момента сварки, затем не реже одного раза в год), большинство из которых эксплуатируется с предохранительными накладками, выше периодичности контроля стыков, сваренных электроконтактным способом, эксплуатируемых без накладок (не реже одного раза в год в первые два года после укладки. затем не реже одного раза в два года).
Кроме того, первый ручной эксплуатационный УЗК стыка АЛТС предписывается выполнять не позже 6 мес с момента сварки, т.е. зимой (исходя из того, что основной объем сварки рельсов приходится на летний период). В то же время в соответствии с СТО РЖД 1.11.003-2009 «Метод ультразвукового контроля сварных стыков» УЗК должен проводиться при температуре окружающего воздуха выше +5 °С.
8. Отсутствуют месячные нормы ручного УЗК, что не позволяет выполнять корректный расчет штата участков дефектоскопии дистанций пути.
9. Отсутствует описание процедуры предъявления претензий предприятию-изготовителю сварного стыка, не выдержавшего гарантийный срок.
В результате проведенного анализа и выборочной перепроверки сварных стыков сформированы некоторые рекомендации:
на следующих этапах данной работы рассмотреть возможность снижения объемов эксплуатационного контроля стыков АЛТС;
до ввода в действие новой редакции НТД дополнить существующую классификацию дефектов в рельсах дефектами АЛ ТС — 26.4, 46.4, 56.4, 66.4;
разработать единую процедуру приемки стыков АЛ ТС. включающую описание соответствующих должностных обязанностей работников дистанций пути;
направить в дистанции пути полный комплект документов, регламентирующих приемку и эксплуатацию стыков АЛТС. Ознакомить причастных специалистов с Классификатором дефектов сварных стыков рельсов. 1.20.002-2008, разработанным ВНИИЖТом;
усилить рекламационно-претензионную работу в отношении сварных стыков, не выдержавших гарантийных условий, для чего следует вести учет пропущенного тоннажа по данным стыкам;
организовать сбор данных о дефектных сварных стыках по различным организациям, выполнявшим сварочные работы.
Рождественский Сергей Александрович — научный сотрудник НИИ мостов и дефектоскопии.
E-maii.rsa@ndt.sp.ru:
Рукавчук Юлия Петровна — научный сотрудник НИИ мостов и дефектоскопии . E-mail:ylyruk @mail. ru;
Этинген Илья Зусевич — заведующий лабораторией НИИ мостов и дефектоскопии. E-mail:etingen @ndt.sp. ru
1. Б.В. Малкин, А.А. Воробьев. Термитная сварка. М. : Минкоммхоз, 1963. 104 с.
2. Энциклопедия «Железнодорожный транспорт». М. : Большая российская энциклопедия, 1994. 450 с.
3. «СНАГА»: настойчивость и последовательность действий — слагаемые сегодняшних достижений // Международное и нформа ц ион но -а на л ити ческое обозрение «Евразия-Вести». 2010. N 8.
