ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2018-7-41-68ipolytech-129Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEАНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ РЕЛЬСОВ С ПОЗИЦИИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕКОНСТРУКЦИИ СКОРОСТНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ (ОБЗОР). ЧАСТЬ 2ANALYSIS OF WELDING TECHNOLOGIES OF HIGH-STRENGTH RAILS IN TERMS OF STRUCTURE FORMATION UNDER CONSTRUCTION AND RECONSTRUCTION OF HIGH SPEED RAILROADS (REVIEW). PART 2ШтайгерМ. Г.ShtaigerM. G.noemail@neicon.ruБалановскийА. Е.BalanovskyA. E.fuco.64@mail.ruПАО «Мечел»РоссияMechel PJSCRussian FederationИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research State Technical UniversityRussian Federation2018150920202274168Copyright © Штайгер М.Г., Балановский А.Е., 20202020Штайгер М.Г., Балановский А.Е.Shtaiger M.G., Balanovsky A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/129

ЦЕЛЬ. Проанализировать работы в области сварки высокопрочных рельсовых сталей для бесстыкового пути с позиции структурообразования в сварном рельсовом стыке, выполненные в России и за рубежом. МЕТОДЫ. Сравниваются и анализируются различные технологии сварки рельсов. На основе металлографических исследований проанализирован структурный фактор сварного рельсового соединения. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Рассмотрены основные направления исследований и полученные разными авторами результаты в области сварки рельсов. Проанализированы особенности, предъявляемые к бесстыковому пути, в области сварки для различных технологических способов (алюминотермитная сварка, стыковая контактная сварка оплавлением, газопрессовая сварка, сварка трением, ручная дуговая сварка). Выполнен анализ работ с учетом получаемых структур в сварочном шве и зоне термического влияния для основных способов сварки рельса: алюминотерминого, газопрессового, стыкового с оплавлением, линейного способа трением, электродугового, электрошлакового. Выполнен сравнительный анализ макроструктуры и твердости сварного рельсового стыка для анализируемых способов сварки. Проведен анализ технологий сварки рельса, внедренных на дорогах РФ и мира. ВЫВОДЫ. Показано, что алюминотермитную сварку рельсов с позиции структурного фактора, низких значений ударной вязкости и трещиностойкости при отрицательных температурах, высокого уровня дефектообразования в рельсовом стыке нельзя рекомендовать при строительстве и реконструкции скоростных бесстыковых путей, поскольку этот способ не обеспечивает высокое качество рельсового стыка и снижает безопасность движения. Другие способы сварки рельса по физико-механическим свойствам в сварном шве обеспечивают высокое качество рельсового стыка и являются более перспективными. Однако необходимо провести дополнительные исследования процессов структурообразования в сварочном шве и зоне термического влияния в условиях отрицательных температур и высоких удельных нагрузок на рельсовый стык.

The PURPOSE of the study is to analyze the welding of high-strength rail steels for continuous welded rail in terms of structure formation in the welded rail joint performed in Russia and abroad. METHODS. Various technologies of rail welding are compared and analyzed. The structural factor in the welded rail joint is analyzed on the basis of metallographic studies. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. Consideration is given to the main research directions and the results obtained by different authors in the field of rail welding. Analysis is given to the requirements for the continuous rail track in the field of welding for various technological methods (aluminothermic welding, flash butt resistance welding, gas pressure welding, friction welding, manual arc welding). The works are analyzed taking into account the received structures in the welding joint and the zone of thermal influence for the main methods of rail welding including aluminothermic, gas pressure, resistance flash welding, linear friction method, electric arc, and electroslag methods. The macrostructures and hardness of the welded rail joint are compared for the welding methods under investigation. In addition, the rail welding technologies introduced on the Russian and foreign railroads are analyzed. CONCLUSIONS. It is shown that in terms of the structural factor, low values of impact resilience and crack resistance at negative temperatures, high level of defect formation in the rail joint, the aluminothermic welding of rails can not be recommended for the construction and reconstruction of high-speed continuous welded railroads. This method does not provide high quality of the rail joint and reduces traffic safety. Other methods of rail welding provide high quality of the rail joint and are more promising according to the physical and mechanical properties in the welded joint. However, it is required to conduct additional studies of the processes of structure formation in the welded joint and the zone of thermal influence under conditions of negative temperatures and high specific loads on the rail joint.

алюминотермитная сваркастыковая контактная сварка с оплавлениемсварка трениемэлектрошлаковая сваркаструктураперлитферритаустениттвердостьдефекты рельсаконтроль качестватвердость рельсаотказынеисправностибесстыковой путьрельсовые сталиaluminothermic weldingresistance flash weldingfriction weldingelectroslag weldingstructureperliteferriteaustenitehardnessrail defectsquality controlrail hardnessfailuresfaultscontinuous welded railrail steelsReferencesШтайгер М.Г., Балановский А.Е. Анализ технологий для сварки высокопрочных рельсов с позиции структурообразования при строительстве и реконструкции скоростных железнодорожных магистралей (обзор). Часть 1 // Вестник ИрГТУ. 2018. Т. 22. № 6. С. 48-74. DOI: https://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-6-48-74Штайгер М.Г., Балановский А.Е. Анализ технологий для сварки высокопрочных рельсов с позиции структурообразования при строительстве и реконструкции скоростных железнодорожных магистралей (обзор). Часть 1 // Вестник ИрГТУ. 2018. Т. 22. № 6. С. 48-74. DOI: https://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-6-48-74Малкин Б.В., Воробьев А.А. Термитная сварка рельсов. М.: Министерство коммунального хозяйства РСФСР, 1963. 102 с.Малкин Б.В., Воробьев А.А. Термитная сварка рельсов. М.: Министерство коммунального хозяйства РСФСР, 1963. 102 с.Каргин В. А., Тихомирова Л.Б., Галай М.С., Кузнецова Е.С. Повышение эксплуатационных параметров соединений, полученных алюминотермитной сваркой // Сварочное производство. 2014. № 2. С. 29-32.Каргин В. А., Тихомирова Л.Б., Галай М.С., Кузнецова Е.С. Повышение эксплуатационных параметров соединений, полученных алюминотермитной сваркой // Сварочное производство. 2014. № 2. С. 29-32.Воронин Н.И., Трынкова О.Н., Фомичева О.В. Алюминотермитная сварка рельсов зимой // Мир транспорта. 2012. № 4. С. 56-59.Воронин Н.И., Трынкова О.Н., Фомичева О.В. Алюминотермитная сварка рельсов зимой // Мир транспорта. 2012. № 4. С. 56-59.Гудков А.В., Лыков А.М., Кярамян К.А. Расчет процесса алюминотермитной сварки рельсов // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2013. № 2. С. 50-54.Гудков А.В., Лыков А.М., Кярамян К.А. Расчет процесса алюминотермитной сварки рельсов // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2013. № 2. С. 50-54.Yuan-qing Wang, Hui Zhou, Yong-jiu Shi1, Bao-rui Feng. Mechanical properties and fracture toughness of rail steels and thermite welds at low temperature // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2012. Vol. 19. No. 5. P. 409. DOI: 10.1007/s12613-012-0572-8Yuan-qing Wang, Hui Zhou, Yong-jiu Shi1, Bao-rui Feng. Mechanical properties and fracture toughness of rail steels and thermite welds at low temperature // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2012. Vol. 19. No. 5. P. 409. DOI: 10.1007/s12613-012-0572-8Myers J., Geiger G.H., Poirier D.R., Structure and properties of thermite welds in rails // Welding Journal. 1982. Vol. 258. P. 8-19.Myers J., Geiger G.H., Poirier D.R., Structure and properties of thermite welds in rails // Welding Journal. 1982. Vol. 258. P. 8-19.Штайгер М.Г., Лисицын А.И., Палкин С.В., Елкин К.С., Балановский А.Е., Кондратьев В.В., Карлина А.И. Улучшение эксплуатационных свойств рельсов путем снижения совокупности неметаллических включений в рельсовой стали, возникающих вследствие примесей легирующим ферросилиций // Цветные металлы и минералы-2017: сб. докл. IX Международного конгресса (Красноярск, 11-15 сентября 2017 г.). Красноярск: Изд-во ООО «Научно-инновационный центр», 2017. С. 824-831.Штайгер М.Г., Лисицын А.И., Палкин С.В., Елкин К.С., Балановский А.Е., Кондратьев В.В., Карлина А.И. Улучшение эксплуатационных свойств рельсов путем снижения совокупности неметаллических включений в рельсовой стали, возникающих вследствие примесей легирующим ферросилиций // Цветные металлы и минералы-2017: сб. докл. IX Международного конгресса (Красноярск, 11-15 сентября 2017 г.). Красноярск: Изд-во ООО «Научно-инновационный центр», 2017. С. 824-831.Штайгер М.Г., Иванчик Н.Н., Лисицын А.И., Карлина А.И. Использование методов сканирующей электронной микроскопии для металлографии рельсовой стали // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 4 (56). С. 189-196.Штайгер М.Г., Иванчик Н.Н., Лисицын А.И., Карлина А.И. Использование методов сканирующей электронной микроскопии для металлографии рельсовой стали // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 4 (56). С. 189-196.Касаткин О.Г. Особенности водородного охрупчивания высокопрочных сталей при сварке // Автоматическая сварка. 1994. № 1. С. 3-7.Касаткин О.Г. Особенности водородного охрупчивания высокопрочных сталей при сварке // Автоматическая сварка. 1994. № 1. С. 3-7.Походня И.К., Швачко И.В. Физическая природа обусловленных водородом холодных трещин в сварных соединениях конструкционных сталей // Автоматическая сварка. 1997. № 5. С. 3-12.Походня И.К., Швачко И.В. Физическая природа обусловленных водородом холодных трещин в сварных соединениях конструкционных сталей // Автоматическая сварка. 1997. № 5. С. 3-12.Гайворонский А.А. Влияние диффузионного водорода на сопротивляемость замедленному разрушению сварных соединений высокоуглеродистой стали // Автоматическая сварка. 2013. № 5. С. 15-21.Гайворонский А.А. Влияние диффузионного водорода на сопротивляемость замедленному разрушению сварных соединений высокоуглеродистой стали // Автоматическая сварка. 2013. № 5. С. 15-21.Позняков В.Д., Кирьяков В.М., Гайворонский А.А., Клапатюк А.В., Шишикевич О.С. Свойства сварных соединений рельсовой стали при электродуговой сварке // Автоматическая сварка. 2010. № 8 (688). С. 19-24.Позняков В.Д., Кирьяков В.М., Гайворонский А.А., Клапатюк А.В., Шишикевич О.С. Свойства сварных соединений рельсовой стали при электродуговой сварке // Автоматическая сварка. 2010. № 8 (688). С. 19-24.Dahl B., Mogard B., Gretoft B., Ulander B. Repair of rails on-site by welding // Svetsaren. 1995. Vol. 50. No. 2. P. 10-14.Dahl B., Mogard B., Gretoft B., Ulander B. Repair of rails on-site by welding // Svetsaren. 1995. Vol. 50. No. 2. P. 10-14.Bajic D., Kuzmenko G.V., Samardžić I. Welding of rails with new technology of arc welding // Metalurgija. 2013. No. 3. P. 399-402.Bajic D., Kuzmenko G.V., Samardžić I. Welding of rails with new technology of arc welding // Metalurgija. 2013. No. 3. P. 399-402.Altemühl B. Welding tramway rails in Bucharest // Svetsaren. 2002. Vol. 52. No. 2. P. 32-35.Altemühl B. Welding tramway rails in Bucharest // Svetsaren. 2002. Vol. 52. No. 2. P. 32-35.Takimoto T. Latest welding technology for long rail and its reliability // Tetsu-to-Hagane. 1984. Vol. 70. No. 10. P. 40-45.Takimoto T. Latest welding technology for long rail and its reliability // Tetsu-to-Hagane. 1984. Vol. 70. No. 10. P. 40-45.Okumura M., Karimine K., Uchino K., Yurioka N. Development of field fusion welding technology for railroadrails // Nippon Steel Techn. Rept. 1995. Vol. 65. No. 4. P. 41-49.Okumura M., Karimine K., Uchino K., Yurioka N. Development of field fusion welding technology for railroadrails // Nippon Steel Techn. Rept. 1995. Vol. 65. No. 4. P. 41-49.Tachikawa H., Uneta T., Nishimoto H. Steel welding technologies for civil construction applications // Nippon Steel Techn. Rept. 2000. Vol. 82. No. 7. P. 35-41.Tachikawa H., Uneta T., Nishimoto H. Steel welding technologies for civil construction applications // Nippon Steel Techn. Rept. 2000. Vol. 82. No. 7. P. 35-41.Кузьменко Г.В., Кузьменко В.Г., Галинич В.И., Тагановский В.М. Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей // Автоматическая сварка. 2012. № 5 (709). С. 40-44.Кузьменко Г.В., Кузьменко В.Г., Галинич В.И., Тагановский В.М. Новая технология электродуговой сварки ванным способом рельсов в условиях трамвайных и подкрановых путей // Автоматическая сварка. 2012. № 5 (709). С. 40-44.Sun J., Davis D., Steel R.TTCI searching for improved in track welding methods // Railway Track & Structures. 2001. No. 1. P. 13-15.Sun J., Davis D., Steel R.TTCI searching for improved in track welding methods // Railway Track & Structures. 2001. No. 1. P. 13-15.Волошкевич Г.З. Метод принудительного формирования и его применение // Автоматическая сварка. 1951. № 1. С. 3-19.Волошкевич Г.З. Метод принудительного формирования и его применение // Автоматическая сварка. 1951. № 1. С. 3-19.Волошкевич Г.З. Автоматическая сварка кожуха доменной печи // Автоматическая сварка. 1951. № 1. С. 37-51.Волошкевич Г.З. Автоматическая сварка кожуха доменной печи // Автоматическая сварка. 1951. № 1. С. 37-51.Светлополянский Ю.И. Полуавтоматическая электрошлаковая сварка рельсов // Автоматическая сварка. 1966. № 3. С. 53-54.Светлополянский Ю.И. Полуавтоматическая электрошлаковая сварка рельсов // Автоматическая сварка. 1966. № 3. С. 53-54.Коперман Л.Н., Муканаев К.К. Электрошлаковая сварка крановых рельсов // Cварочное производство. 1967. № 5. С. 32-36.Коперман Л.Н., Муканаев К.К. Электрошлаковая сварка крановых рельсов // Cварочное производство. 1967. № 5. С. 32-36.Gutscher D. Development and evaluation of electroslag welding for railroad applications // Railway Track and Structures. 2009. No. 11. P. 53-58.Gutscher D. Development and evaluation of electroslag welding for railroad applications // Railway Track and Structures. 2009. No. 11. P. 53-58.Сварка рельсов на железных дорогах США // Железные дороги мира. 2010. № 3. С. 66-70.Сварка рельсов на железных дорогах США // Железные дороги мира. 2010. № 3. С. 66-70.Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. М.: Машиностроение, 1986. 276 с.Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. М.: Машиностроение, 1986. 276 с.Гельман А.С. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение, 1970. 312 c.Гельман А.С. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение, 1970. 312 c.Yamamoto R., Komizu Y., Fukada Y. Experimental examination for understanding of transition behaviour of oxide inclusions on gas pressure weld interface: joining phenomena of gas pressure welding // Welding International. 2014. Vol. 28. Issue 7. P. 510-520.Yamamoto R., Komizu Y., Fukada Y. Experimental examination for understanding of transition behaviour of oxide inclusions on gas pressure weld interface: joining phenomena of gas pressure welding // Welding International. 2014. Vol. 28. Issue 7. P. 510-520.Yamamoto R., Komizu Y., Fukada Y. Experimental examination for understanding of transition behaviour of oxide inclusions on gas pressure weld interface: joining phenomena of gaspressure welding // Welding International. 2014. No. 7. P. 510-520. DOI: 10.1080/09507116.2012.753237Yamamoto R., Komizu Y., Fukada Y. Experimental examination for understanding of transition behaviour of oxide inclusions on gas pressure weld interface: joining phenomena of gaspressure welding // Welding International. 2014. No. 7. P. 510-520. DOI: 10.1080/09507116.2012.753237Yamamoto R. Advances in Gas Pressure Welding Technology for Rails. Railway // Technology Avalanche. 2007. No. 17. P. 99-105.Yamamoto R. Advances in Gas Pressure Welding Technology for Rails. Railway // Technology Avalanche. 2007. No. 17. P. 99-105.Кучук-Яценко С.И. Сварка рельсов непрерывным оплавлением // Автоматическая сварка. 1964. № 4. С. 55-62.Кучук-Яценко С.И. Сварка рельсов непрерывным оплавлением // Автоматическая сварка. 1964. № 4. С. 55-62.Кучук-Яценко С.И., Дидковский А.В., Кривенко В.Г., Гудков А.В. Контактная стыковая сварка рельсов. Опыт применения и перспективы совершенствования // Путь и путевое хозяйство. 2004. № 9. С. 5-8.Кучук-Яценко С.И., Дидковский А.В., Кривенко В.Г., Гудков А.В. Контактная стыковая сварка рельсов. Опыт применения и перспективы совершенствования // Путь и путевое хозяйство. 2004. № 9. С. 5-8.Кучук-Яценко С.И., Швец Ю.В., Думчев Е.В., Швец В.И., Микитин Я.И., Тараненко С.Д., Никитина Н.Н. Контактная стыковая сварка железнодорожных крестовин с рельсовыми окончаниями через промежуточную вставку // Автоматическая сварка. 2005. № 1. С. 6-9.Кучук-Яценко С.И., Швец Ю.В., Думчев Е.В., Швец В.И., Микитин Я.И., Тараненко С.Д., Никитина Н.Н. Контактная стыковая сварка железнодорожных крестовин с рельсовыми окончаниями через промежуточную вставку // Автоматическая сварка. 2005. № 1. С. 6-9.Резанов В.А. Методика исследования изменения температуры на различном расстоянии от стыков при сварке рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2011. № 4. С. 40-43.Резанов В.А. Методика исследования изменения температуры на различном расстоянии от стыков при сварке рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2011. № 4. С. 40-43.Шур Е.А. Резанов В.А. Комплексный метод контактной сварки рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 3. С. 20-22.Шур Е.А. Резанов В.А. Комплексный метод контактной сварки рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 3. С. 20-22.Шур Е.А., Резанов В.А. Совершенствование контактной сварки рельсов // Железнодорожный транспорт. 2013. № 4. С. 58-60.Шур Е.А., Резанов В.А. Совершенствование контактной сварки рельсов // Железнодорожный транспорт. 2013. № 4. С. 58-60.Кучук-Яценко С.И., Дидковский А.В., Швец В.И., Руденко П.М., Антипин Е.В. Контактная стыковая сварка высокопрочных рельсов современного производства // Автоматическая сварка. 2016. № 5-6 (753). С. 7-16.Кучук-Яценко С.И., Дидковский А.В., Швец В.И., Руденко П.М., Антипин Е.В. Контактная стыковая сварка высокопрочных рельсов современного производства // Автоматическая сварка. 2016. № 5-6 (753). С. 7-16.Резанов В.А., Федин В.М., Башлыков A.B., Фимкин А.И., Земан С.К. Дифференцированная закалка сварных стыков рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2013. № 2. С. 28-34.Резанов В.А., Федин В.М., Башлыков A.B., Фимкин А.И., Земан С.К. Дифференцированная закалка сварных стыков рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2013. № 2. С. 28-34.Андреева Л.А., Федин В.М., Башлыков А.В., Фимкин А.И., Резанов В.А. Термическое упрочнение сварных стыков рельсов на промышленном транспорте // Промышленный транспорт XXI век. 2013. № 1. С. 19-20.Андреева Л.А., Федин В.М., Башлыков А.В., Фимкин А.И., Резанов В.А. Термическое упрочнение сварных стыков рельсов на промышленном транспорте // Промышленный транспорт XXI век. 2013. № 1. С. 19-20.Ofem U., Addison A., Russell M. Energy and force analysis of linear friction welds in medium carbon steel // Science and Technology of Welding and Joining. 2010. Vol. 15. No. 6. P. 479-482.Ofem U., Addison A., Russell M. Energy and force analysis of linear friction welds in medium carbon steel // Science and Technology of Welding and Joining. 2010. Vol. 15. No. 6. P. 479-482.Шур Е.А. Влияние структуры на эксплуатационную стойкость рельсов // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: материалы II Всерос. Науч.-техн. семинара (Екатеринбург, 16-17 мая, 2006 г.). Екатеринбург: Изд-во УИМ, 2006. С. 37-64.Шур Е.А. Влияние структуры на эксплуатационную стойкость рельсов // Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: материалы II Всерос. Науч.-техн. семинара (Екатеринбург, 16-17 мая, 2006 г.). Екатеринбург: Изд-во УИМ, 2006. С. 37-64.Борц А.И., Заграничек К.Л., Долгих Л.В. Результаты сравнительных испытаний рельсов отечественных и зарубежных производителей на контактно-усталостную выносливость // Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений: сб. докл. по материалам 129-го заседания межотраслевой Рельсовой комиссии. Екатеринбург: Изд-во ОАО «УИМ». 2013. С. 113-128.Борц А.И., Заграничек К.Л., Долгих Л.В. Результаты сравнительных испытаний рельсов отечественных и зарубежных производителей на контактно-усталостную выносливость // Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений: сб. докл. по материалам 129-го заседания межотраслевой Рельсовой комиссии. Екатеринбург: Изд-во ОАО «УИМ». 2013. С. 113-128.Павлов В.В., Темлянцев М.В., Корнева Л.В. [и др.]. Дефекты и качество рельсовой стали. М.: Теплотехник, 2006. 218 с.Павлов В.В., Темлянцев М.В., Корнева Л.В. [и др.]. Дефекты и качество рельсовой стали. М.: Теплотехник, 2006. 218 с.Уэда М., Ивано К., Ямамото Т. Характеристики термоупрочненных рельсов и новейшие разработки Nippon Steel // Инженерные решения. 2012. № 1. С. 5-7.Уэда М., Ивано К., Ямамото Т. Характеристики термоупрочненных рельсов и новейшие разработки Nippon Steel // Инженерные решения. 2012. № 1. С. 5-7.Павлов В.В., Темлянцев М.В., Корнева Л.В., Сюсюкин А.Ю. Перспективные технологии тепловой и термической обработки в производстве рельсов. М.: Теплотехник, 2007. 280 с.Павлов В.В., Темлянцев М.В., Корнева Л.В., Сюсюкин А.Ю. Перспективные технологии тепловой и термической обработки в производстве рельсов. М.: Теплотехник, 2007. 280 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.