Технология и оборудование для восстановления надрессорной балки вагона

Предложена технология и оборудование для восстановления надрессорной балки вагона, разработанные Институтом сварки России. Изложены результаты исследования особенностей процесса, сделан вывод о необходимости его более глубокого экспериментального и теоретического изучения.

Институт сварки России, участвуя в решении задач по ресурсосбережению на железнодорожном транспорте по заказу службы вагонного хозяйства Октябрьской ж.д. разработал автоматизированный наплавочный комплекс и технологию восстановления всех изношенных поверхностей надрессорной балки грузовых вагонов: зеркала подпятника, внутреннего и наружного бурта подпятника, наклонных поверхностей.

Как известно, надрессорная балка вагона — высоконагруженная литая металлоконструкция коробчатого сечения массой около 700 кг, подвергающаяся интенсивному трению и износу. Величина его в зеркале подпятника достигает 18 — 20 мм, а на наклонных поверхностях — 10 — 12 мм. Для восстановления балки до чертежных размеров в пересчете количества металла на сварочную проволоку масса наплавки должна составить от 15 до 20 кг. При этом на четыре наклонных поверхности приходится около шести килограммов.

Перед институтом была поставлена задача — обеспечить автоматическую наплавку с производительностью 10 балок в смену, т.е. наплавить за указанное время до 200 кг металла или, образно говоря, создать автоматизированную электропечь с производительностью 40-50 кг металла в час. При этом учитывается только технологическое время, т.к. подготовительно-заключительное может составлять не менее 50 %.

Впервые для ремонта железнодорожной техники в автоматизированном комплексе была реализована высокопроизводительная технология широкослойной наплавки под флюсом четырьмя проволочными электродами диаметром 2 мм. Специальный подвесной 4-х проволочный автомат помимо четырех кассет повышенной емкости и четырех проволокоподающих трактов располагает механизмами продольного перемещения и вращения сварочной головки с плавно регулируемыми скоростями, управляемым механизмом колебания с изменяемыми частотой и амплитудой, а также устройствами ориентации каждой пары горелок относительно мест наплавки. Конструктивно-технологические решения позволяют производить наплавку за один проход зеркала подпятника по кольцу диаметрами 320 /90 мм при толщине слоя от 10 до 15 мм за время от 10 до 12 минут. При этом одновременно вваривается новая втулка взамен изношенного внутреннего бурта.

Наплавка наклонных поверхностей также выполняется четырьмя электродами за 2,5-3 минуты на одну поверхность. При этом расплавляется 1,2-1,7 кг электродного металла с обеспечением толщины наплавленного слоя 6-10 мм.

Наплавка наружного бурта выполняется двумя проволочными электродами. Переналадка сварочной головки с четырех- на двухпроволочную не сложна, что предусмотрено конструктивными решениями и занимает не более одной минуты. Полная наплавка бурта выполняется в три прохода, длительность каждого из которых составляет 2-2,2 минуты при расходе металла 3,0-3,5 кг.

Хронометрирование процесса полного восстановления надрессорной балки показало, что время наплавки составляет 29-30 минут, а время позиционирования и переналадки 30-35 минут и зависит от опыта оператора автоматизированного комплекса. Таким образом суммарная трудоемкость восстановления одной балки составляет около 60 минут. При этом энергетические затраты составляют 65-70 кВт/час, расход сварочной проволоки 18-20 кг, флюса 15-16 кг.

Оценочный экономический расчет показал, что стоимость восстановления составляет около 6 % стоимости новой балки и в 6-7 раз меньше по сравнению с наплавкой штучными электродами или полуавтоматическим способом.

Высокая эффективность технологического процесса многоэлектродной наплавки, по нашему мнению, достигается за счет технологических особенностей, обусловленных характером горения дуги и переноса металла.

  1. Попеременное горение дуги между изделием и каждой проволокой в отдельности в течение 0,2-0,5 с при неизменном сварочном токе в 1100-1200 А создает в каждый момент времени плотность тока в дуговом промежутке в 3,5-4 раза превышающую однодуговой процесс.
  2. В результате высокой плотности тока происходит возгонка электродного металла с переходом его в жидкую сварочную ван­ну. При изменении сопротивления дугового промежутка дуга скачкообразно переходит на другую сварочную проволоку.
  3. Мелкокапельный, а теоретически парообразный, переход металла в сварочную ванну обеспечивают высокую химическую однородность и плотность металла, при увеличении коэффициента наплавки в 2-2,5 раза по сравнению с однопроволочным вариантом и обеспечивает соответственно массу наплавки 50- 60 кг в час.
  4. При больших размерах сварочной ванны и длительном времени ее остывания происходит интенсивная дегазация поверхностного слоя металла, увеличивается скорость и глубина окислительно-восстановительных процессов в реакционной зоне жидкий металлошлак и соответственно изменяются коэффициенты перехода легирующих компонентов и углерода.
  1. Высокое теплосодержание сварочной ванны позволяет вводить в нее экономно легирующие порошковые добавки ферросплавов, а, следовательно, создаются предпосылки для управления физикомеханическими свойствами и износостойкостью поверхности.

Все технологические особенности много электродного процесса, изложенные выше, безусловно требуют более глубокого теоретического и экспериментального подтверждения. Например, два последних положения послужили предметом теоретических и экспериментальных исследований но технологии восстановления корпусов автосцепных устройств, согласно которой повышенная износостойкость контактно-ударных поверхностей достигается путем легирования металла наплавки через через активирующие добавки во флюсе.

Учитывая, что проблемы ремонта на железнодорожном транспорте стоят очень остро, институт сварки России совместно с субподрядчиками, начиная с 1994 года, занимается их последовательным решением.

Созданы и внедрены: технология и оборудование для двухдуговой наплавки гребней колесных пар (УДНФ2х500); технология и оборудование для 4-х электродной наплавки балок, фрикционных клиньев и планок (КДНФ4-1200); технология и оборудование для двухдуговой наплавки большого и малого зуба корпуса автосцепки (КДНФ-2-1000).

Оборудование без сбоев функционирует с 1995 года. Институт обеспечивает гарантийное и сервисное обслуживание. За прошедшие годы восстановлены несколько десятков тысяч колесных пар, более 10 тысяч надрсссорных балок. Начиная с 2001 года, институт сварки по заказу MПC РФ совместно с генеральным поставщиком комплектного оборудования организует серийное производство и поставку оборудования для восстановления балок, включающего в себя: наплавочный комплекс КДНФ- 4120, специальные станки для механической обработки, станки и печи для подготовки проволоки и флюса; обеспечивает обучение персонала и шеф-монтажные пусконаладочные работы.