18 апреля 2021 04:44

Накал на стыке технологий

Алюминотермитная сварка позволит снизить затраты на ремонт колеи

С каждым годом растёт грузонапряжённость на главных направлениях сети, увеличиваются вес грузовых поездов и скорости движения. Поэтому возрастают требования к качеству рельсовой продукции. Необходимы её надёжность и увеличение срока службы. По мнению специалистов, снизить затраты на ремонт колеи, в том числе бесстыковых плетей на участках высокоскоростного движения, помогут современные технологии сварки.
Когда из тигля с расплавленной термитной смесью вырывается фонтан огня и искр, и без того тусклый зимний свет в окнах рельсосварочного участка моментально меркнет. Потом, когда в этой кажущейся темноте раскалённый металл заполнит сварочный шов, невольно отворачиваешь лицо от пышущего жаром, искрящегося, ослепительно яркого стыка рельсов.

Вот так эффектно прошли на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» показательные испытания новых технологических решений в области алюминотермитной сварки. Специалисты получили возможность в рамках проводимого ОАО «РЖД» конкурса сравнить результаты сварки и испытаний на излом опытных образцов рельсовых стыков по немецкой, российской и французской технологиям.

Процесс алюминотермитной сварки известен в мире давно, поэтому сейчас речь идёт только о нюансах технологии и рецептур. О том, что ожидает ОАО «РЖД» от этих испытаний и как на практике можно будет использовать их результаты, рассказал начальник Управления диагностики и мониторинга инфраструктуры Центральной дирекции инфраструктуры Вячеслав Бирюзов.
«Выбор в пользу одной, а может быть, сразу нескольких технологий, – говорит он, – будет сделан по целому комплексу показателей. Нам важно время, затраченное на сварку, оно определяет продолжительность путейского «окна», сравнительная стоимость работ и материалов, а также ресурс сваренного рельса по пропущенному тоннажу».

Причём акцент совершенно необязательно будет сделан на снижении стоимости работ, нельзя исключать вариант, когда более дорогой процесс позволяет за то же время сварить больше стыков или гарантирует пропуск, к примеру, миллиарда тонно-километров.
«Сегодня нам предложены варианты сварки широкого – до 70 мм – стыка, это очень востребовано путейцами», – рассказывает Вячеслав Бирюзов.

В каких же тонкостях процесса термитной сварки предстоит разобраться специалистам? Ведь ещё в 1859 году русский учёный Николай Бекетов доказал, что смесь порошков алюминия и оксида железа горит и плавится при температуре несколько тысяч градусов. В 1898 году уже немецкий химик Ганс Гольдшмидт впервые осуществил термитную сварку двух железных брусков термитной смесью. В 1901 году он получил патент на сварку рельсов, организовал фирму Goldschmidt-Thermit-Group, которая существует до сих пор, варит рельсы во многих странах мира. И ведь вот какой поворот судьбы: более века спустя её дочерняя компания «ГТ-АТС» успешно выходит на рынок России. Она с 2006 года сотрудничает с ОАО «РЖД». За это время силами 30 бригад было сварено более 15000 стыков на Октябрьской, Северной, Забайкальской, Приволжской, Южно-Уральской и Горьковской железных дорогах. Компания «ГТ-АТС» работает по всем направлениям – выполняет сварку рельсов различного профиля и назначения собственными бригадами и подрядным способом, поставляет весь спектр оборудования и расходных материалов для сварки, а также проводит обучение персонала.

На испытаниях на кольце ВНИИЖТа эта компания представила опытный образец сваренного широкого стыка, так сказать, обязательный элемент показательной программы, а кроме этого, наплавку места глубокого дефекта в головке рельса. Но главное, и это действительно технологическая новинка, яркая, как искры горячего металла, была показана электродуговая наплавка изношенного, разбитого стыка, когда сварочный шов наносится на головку сразу после сварки, пока металл разогрет изнутри. Этим достигается высокая прочность соединения с присадочным материалом без пережога и тепловых перенапряжений. Общая длина восстановленного сваркой и наплавкой дефектного места составляет 180 мм. Трудно даже представить то количество рельсов, которые можно было бы не изымать из пути из-за смятия стыков, а отремонтировать данным способом.

Из других изюминок немецкой технологии можно отметить герметичную металлическую оболочку одноразового керамического тигля с уже помещённой в него в заводских условиях термитной порцией. И хотя внешне это напоминает простое жестяное ведро, преимущество такой упаковки – удобство, малый вес, снижение стоимости по сравнению с тиглями другого типа, уменьшение влияния человеческого фактора при сварке.

В очередной раз можно удивиться тому, как легко мы забываем всё, что было создано в нашей стране. Ведь термитной сваркой в середине XX века у нас варили тысячи трамвайных и железнодорожных рельсов. Потом это было настолько прочно забыто, что компания «Снага», существующая с 1996 года, восстанавливала процесс термитной сварки фактически с нуля.
«В Европе термитной сваркой занимаются более 120 лет, а нам за 20 лет самим без всякой помощи пришлось делать то же самое, совершенствовать все процессы, подтягивая их к уровню современных технологий», – заметил председатель совета директоров Владимир Карабанов.

Важным конкурентным преимуществом компании «Снага» можно считать стопроцентно российское производство. Материалы и оборудование выпускают два завода, один из которых находится в городе Воскресенске Московской области, а второй – «Снага-Сибирь» – в Новосибирске. Он тоже выпускает расходные материалы, формы и занимается подготовкой специалистов по сварке для регионов Урала, Сибири и Дальнего Востока. Подготовка специалистов идёт и на базе МИИТа. В институте они получают теоретические знания, а практические навыки приобретают на производстве.

Положительные лабораторные результаты по сварке широкого стыка были получены компанией ещё в 2011 году, и эта технология стала использоваться на сети – на Горьковской железной дороге сварили около ста таких стыков, которые получили хорошую оценку. Но технология требует дальнейшего продвижения. К этому всё готово: производятся формы, необходимые рецептуры – весовая часть литейного компонента для заполнения широкого стыка должна быть значительно больше. Специалисты уверены, что ширина стыка свыше 70 мм нецелесообразна, но очень востребована при ремонте пути, особенно по 21 рисунку каталога рельсовых дефектов. Кроме того, на испытаниях был продемонстрирован дефектоскоп разработки самой компании «Снага», который уже сертифицирован Институтом неразрушающего контроля НИИФИ. А оборудование, производимое компанией «Снага», учитывает менталитет российских путейцев – оно «неубиваемое», работает по 20 лет.

Ещё одним участником показательных испытаний стало ЗАО «Сварочная наплавочная компания» (СНК). Она была создана в 2009 году в Санкт-Петербурге на партнёрских отношениях с мировым лидером в области термитной сварки французским концерном Railtech International. Всего за годы работы её специалисты сварили более 52000 стыков. Компания «СНК» вела алюминотермитную сварку рельсов по своей технологии на объектах Октябрьской, Московской, Горьковской, Северной, Северо-Кавказской, Юго-Восточной и Куйбышевской дирекций инфраструктуры ОАО «РЖД», а также на Белорусской «чугунке». Показателями качества сварных стыков стали скорости, которые достигают 250 км/ч, и грузонапряжённость до 110 млн тонн брутто в год.

В работе компании очевидно стремление исключить человеческий фактор, влияющий на качество. Все ошибки, нарушения технологии, как правило, возникают из-за «инициативы» сварщика в самых простых вещах, таких, например, как подготовка стыка. Партнёры французского концерна используют специальные домкраты, с которыми люди не устают, а рельсы легко выравниваются даже в кривой. Есть и ещё ряд профессиональных и технологических секретов.

Кстати, что немаловажно, учитывается и наша специфика. Так, по российским законам перевозка термитных спичек, относящихся к классу опасных веществ, и термитных смесей в одной машине запрещена. Электроподжиг позволяет уйти от риска опасных ситуаций, при этом удорожание работ минимально – всего на 100–200 руб.

Приходится приспосабливать технологию и к таким нередким явлениям, как низкое качество сварочных газов в нашей глубинке. Чтобы избежать случаев, когда пропан отказывается нормально гореть на холодном воздухе, компания перешла на прогрев места сварки с помощью генератора бензовоздушной смеси. Многие специалисты утверждают, что бензиновое пламя создаёт более мягкий нагрев без местных перекалов и температурных напряжений. Эта технология также более безопасна.

Все сваренные компаниями-конкурентами образцы там же, на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа, были на наших глазах сначала пропущены через рельсовую дефектоскопию, а затем сварочные швы прошли на стенде испытания на излом. Дело в том, что зафиксированная нагрузка и характер излома являются лучшими показателями качества представленных образцов. Но результаты обсуждать пока не будем.

Участников ещё ждут испытания на расширение допустимого температурного диапазона использования алюминотермитной сварки: с сегодняшних –5 градусов Цельсия до –15. В случае успеха сезон сварочных работ в районах Крайнего Севера с экстремальными условиями, в частности на Восточном полигоне сети дорог, можно будет увеличить.

Окончательный выбор в пользу той или иной технологии будет сделан через два года, только после того, как все компании сварят положенное им число стыков из тех 40000, которые выставлены на конкурс ОАО «РЖД», с гарантированным качеством.

Артур Берзин


Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
        1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31