Что такое алюмотермическая сварка при замене рельсов?

Реакция в одной строке.

Оксид железа восстанавливается алюминием: алюминий поглощает кислород, железо выходит в виде жидкого металла, а оставшийся оксид алюминия плавает в виде шлака на поверхности расплава. Поскольку реакция самоподдерживается после воспламенения, весь процесс заливки зависит от подготовки, а не от оборудования: концы рельсов обрезаются ровно и очищаются, зазор устанавливается в соответствии с конструкцией формы, форма герметизируется, чтобы предотвратить вытекание расплавленной стали, концы рельсов предварительно нагреваются пламенем пропана/кислорода, а тигель загружается и воспламеняется.

Опубликованные характеристики системы термотермической сварки рельсов Molaton TWS указывают на следующие рабочие параметры: температура реакции ≥2500 °C , время охлаждения сварного шва около 5–8 минут в зависимости от температуры окружающей среды и общий цикл ≤25 минут, включая предварительный нагрев, заливку и удаление формы, обеспечивающий прочность сварного шва ≥95 % от прочности на растяжение базового рельса . Предварительный нагрев поддерживается в диапазоне 350–500 °C и регулируется расходомером кислорода, поскольку как холодный шов, так и перегретый конец рельса являются дефектами, которые проявляются только после возвращения пути в эксплуатацию.

Где место термитной сварки — и где ей не место.

Правила сформулированы четко, а не являются вопросом вкуса. Согласно TB 10082—2017 §8.0.6 , сварка рельсов должна производиться заводской контактной сваркой с использованием заводских комплектов рельсов длиной не менее 500 м , сварка на месте также должна выполняться контактной сваркой, а термитная сварка может использоваться для фиксирующего шва внутри стрелочного перевода и на двух концах стрелочного перевода, если рельс короткий, ограничен в движении или уже является частью собранного переезда.

Начиная с 2025 года, направление развития было сформулировано еще более четко. В заключении руководства, опубликованном вместе с уведомлением о трещинах в сварных швах на стрелочных переводах (工电线路电〔2025〕5号), содержится требование о замене термитной сварки на контактную и газопрессовую сварку на новых и модернизированных железных дорогах. Указанные причины носят технический и экономический характер: термитная сварка имеет меньшую прочность, чем основной рельс , и склонна к образованию поверхностных вмятин и неровностей, а частота неразрушающего контроля при ней значительно выше, чем при контактной или газопрессовой сварке, поэтому объем работ по осмотру и техническому обслуживанию постоянно возрастает на протяжении всего срока службы соединения.

В совокупности эти два документа определяют истинную роль алюмотермической сварки: это метод соединения и заделки участков, недоступных для сварочного аппарата — сварные швы стрелок, короткие соединительные рельсы, ограниченные пространства, участки смешанного типа — а не стандартный метод для сборки длинных секций на новой линии.

Что входит в комплект

Области применения шире, чем для обычной герметизации: рельсы 50 кг/м и 60 кг/м, рельсы с канавками 59R2/60R2 , крановые рельсы QU70–QU150 , а также немецкие A/S, японские и корейские CR, британские BS и UIC серии в соответствии с TB/T 1632.3-2014 — именно так используется тот же процесс для портовых крановых рельсов и для катодных стальных прутков на алюминиевых заводах, где среда жаркая, пыльная и магнитно-шумная.

Шлифовка — это половина работы.

Готовый термитный сварной шов не является готовым соединением. Залитый металл образует воротник и окатыш, выступающие над рабочей поверхностью, и этот воротник представляет собой именно тот тип коротковолновой неровности, который повышает динамическую нагрузку на шлифовальный круг. Допустимые пределы, применяемые к обработанному соединению, те же, что используются для профильной обработки: шероховатость поверхности Ra ≤ 10 мкм , плоскостность в пределах 0,3 мм под линейкой длиной 1 м, отсутствие непрерывного синего пригорания , глубина шлифовки ≤ 0,5 мм за проход и сглаживание лучше 1‰ .

Поскольку термитная сварка представляет собой зону термического воздействия с твердостью, отличающейся от твердости основного металла, резка должна быть контролируемой. При скорости вращения шлифовального круга от 1000 до 3000 об/мин шероховатость увеличивается с 6,6 до 8,4 мкм , а толщина белого слоя — примерно с 45 мкм до 320 мкм . Твердость этого белого слоя составляет приблизительно 870 HV0.3 против 340 HV0.3 у основного металла, и он разрушается на ранних стадиях эксплуатации. Неглубокий, многократный проход правильным шлифовальным кругом не наносит вреда соединению; один агрессивный проход — наносит.

Дело и данные

В ходе кампании по шлифованию рельсов на локомотиве Liuzhou GMC-96X за два часа простоя было удалено 18,72 проходных километра , а испытания 2026 года на шлифовальном поезде Loram DM01 завершились без синего нагара и с шероховатостью поверхности Ra 1,05–9,0 мкм, в основном 2–4 мкм — все в пределах допустимого диапазона ≤10 мкм . Компания RailwayCare производит шлифовальные круги для рельсов с 2004 года , являясь первым специализированным производителем в Китае, разработала отраслевой стандарт JB/T 11431 и имеет сертификаты ISO 9001 , ISO 45001 и CRCC , а независимые испытания в Китайской академии железнодорожных наук показали износ кругов в 1,4–2,6 раза лучше, чем указано в спецификации.