CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNGĐƯỜNG SẮT RAY HÀN LIỀN

CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐƯỜNG SẮT RAY HÀN LIỀN . Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 1. 1. 1. Đường sắt là một công trình hạ tầng quan trọng có ý nghĩa quốc gia, nó giữ một vai trò trọng yếu trong hệ thống giao thông vận tải của nền kinh tế quốc dân. Khi thi công đường sắt phải sử dụng nhiều máy móc, thiết bị, nhân lực và sử dụng vốn đầu tư lớn của nhà nước. 1. 1. 2. Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, việc xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông đường sắt là nhu cầu hết sức cấp bách, tạo tiền đề thúc đẩy các ngành kinh tế mũi nhọn phát triển. Trong công cuộc này Đảng và Nhà nước đã có những quyết định chính sách cụ thể để phát triển ngành đường sắt, trong đó vấn đề về phương pháp và công nghệ thi công ray hàn liền cho đường sắt Việt Nam là vấn đề hết sức quan trọng. 1. 1. 3. Công nghệ thi công đường ray hàn liền là một công nghệ mới, lần đầu tiên được sử dụng trên đường sắt Việt Nam, do đó việc tiếp cận với lý luận và kinh nghiệm của các nước đã sử dụng công nghệ này là cần thiết đối với ngành đường sắt, những nghiên cứu này không những mang ý nghĩa khoa học, hiệu quả kinh tế, mà còn mang tính xã hội cao. 1. 1. 4. Theo quyết định của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt quy hoạch đường sắt Việt Nam từ nay cho đến năm 2020 thì việc nghiên cứu phương pháp và công nghệ thi công ray hàn liền là cần thiết và cấp bách. Do đó việc phân tích, tổng hợp phương pháp - công nghệ thi công ray hàn liền và các vấn đề liên quan, để đánh giá được ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng của công nghệ mang ý nghĩa thực tế và khoa học rất lớn. Nó là cơ sở để triển khai các dự án thi công ray hàn liền ngoài thực tế. 1. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài 1. 2. 1. Với một hệ thống đường sắt tương đối lớn, để đảm bảo giao thông thuận tiện, tiện nghi và tốc độ cao thì cơ sở hạ tầng của đường sắt phải tốt, đặc biệt đường ray phải hàn liền. Chi phí cho việc thi công này rất lớn đồng thời nó đòi hỏi trình độ kỹ thuật thi công cao. Hiện nay, để đảm bảo nhu cầu trước mắt ngành đường sắt vẫn khai thác trên cơ sở đường sắt cũ, các điều kiện vận tốc, tiện nghi, an toàn và êm thuận khi chạy tàu bị hạn chế rất nhiều. Từ năm 1999, Bộ GTVT đã thực hiện chương trình cải tạo, kiên cố do Nhật bản tài trợ, song nó vẫn chưa đáp được các yêu cầu thực tế. 1. 2. 2. Việc sử dụng đường ray hàn dài cho đường sắt Việt Nam sẽ giải quyết được vấn đề cơ bản như sau: - Không cần bu lông liên kết ray và lập lách thông thường, giảm hỏng hóc đầu ray và bánh xe. - Tăng tốc độ chạy tầu, tăng độ êm thuận và thuận tiện cho vận tải hành khách. - Giảm thiểu tiếng ồn, độ rung do chạy tàu gây ra. - Phù hợp với chiến lược phát triển giao thông vận tải đường sắt Việt Nam. 1. 2. 3. Các điều kiện để thi công đường ray hàn dài ở Việt Nam rất khác với các nước, do đó cần phải nghiên cứu đánh giá và xác định phạm vi áp dụng, đồng thời đưa ra các biện pháp xử lý khắc phục và điều kiện áp dụng cho phù hợp với đường sắt Việt Nam. Với phạm vi nghiên cứu rộng, đa dạng nhưng thời gian và khả năng thực hiện của học viên trong quá trình học tập và thực tế còn hạn chế nên mục đích của đề tài là nghiên cứu, phân tích phương pháp và công nghệ thi công đường ray hàn liền .

PHẦN III CHUYÊN ĐỀ

CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐƯỜNG SẮT RAY HÀN LIỀN

CHƯƠNG I

MỞ ĐẦU

1 1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

1 1 1 Đường sắt là một công trình hạ tầng quan trọng có ý nghĩa quốc gia, nó giữ một vai trò trọng yếu trong hệ thống giao thông vận tải của nền kinh tế quốc dân Khi thi công đường sắt phải sử dụng nhiều máy móc, thiết bị, nhân lực và sử dụng vốn đầu tư lớn của nhà nước

1 1 2 Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, việc xây dựng cơ

sở hạ tầng giao thông đường sắt là nhu cầu hết sức cấp bách, tạo tiền đề thúc đẩy các ngành kinh tế mũi nhọn phát triển Trong công cuộc này Đảng và Nhà nước đã

có những quyết định chính sách cụ thể để phát triển ngành đường sắt, trong đó vấn

đề về phương pháp và công nghệ thi công ray hàn liền cho đường sắt Việt Nam là vấn đề hết sức quan trọng

1 1 3 Công nghệ thi công đường ray hàn liền là một công nghệ mới, lần đầu tiên được sử dụng trên đường sắt Việt Nam, do đó việc tiếp cận với lý luận và kinh nghiệm của các nước đã sử dụng công nghệ này là cần thiết đối với ngành đường sắt, những nghiên cứu này không những mang ý nghĩa khoa học, hiệu quả kinh tế,

mà còn mang tính xã hội cao

1 1 4 Theo quyết định của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt quy hoạch đường sắt Việt Nam từ nay cho đến năm 2020 thì việc nghiên cứu phương pháp và công nghệ thi công ray hàn liền là cần thiết và cấp bách

Do đó việc phân tích, tổng hợp phương pháp - công nghệ thi công ray hàn liền và các vấn đề liên quan, để đánh giá được ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng của công nghệ mang ý nghĩa thực tế và khoa học rất lớn Nó là cơ sở để triển khai các dự án thi công ray hàn liền ngoài thực tế

1 2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

1 2 1 Với một hệ thống đường sắt tương đối lớn, để đảm bảo giao thông thuận tiện, tiện nghi và tốc độ cao thì cơ sở hạ tầng của đường sắt phải tốt, đặc biệt

đường ray phải hàn liền Chi phí cho việc thi công này rất lớn đồng thời nó đòi hỏi trình độ kỹ thuật thi công cao

Hiện nay, để đảm bảo nhu cầu trước mắt ngành đường sắt vẫn khai thác trên cơ

sở đường sắt cũ, các điều kiện vận tốc, tiện nghi, an toàn và êm thuận khi chạy tàu

bị hạn chế rất nhiều Từ năm 1999, Bộ GTVT đã thực hiện chương trình cải tạo, kiên cố do Nhật bản tài trợ, song nó vẫn chưa đáp được các yêu cầu thực tế

1 2 2 Việc sử dụng đường ray hàn dài cho đường sắt Việt Nam sẽ giải quyết được vấn đề cơ bản như sau:

- Không cần bu lông liên kết ray và lập lách thông thường, giảm hỏng hóc đầu ray

và bánh xe

- Tăng tốc độ chạy tầu, tăng độ êm thuận và thuận tiện cho vận tải hành khách

- Giảm thiểu tiếng ồn, độ rung do chạy tàu gây ra

- Phù hợp với chiến lược phát triển giao thông vận tải đường sắt Việt Nam

1 2 3 Các điều kiện để thi công đường ray hàn dài ở Việt Nam rất khác với các nước, do đó cần phải nghiên cứu đánh giá và xác định phạm vi áp dụng, đồng thời đưa ra các biện pháp xử lý khắc phục và điều kiện áp dụng cho phù hợp với đường sắt Việt Nam

Với phạm vi nghiên cứu rộng, đa dạng nhưng thời gian và khả năng thực hiện củahọc viên trong quá trình học tập và thực tế còn hạn chế nên mục đích của đề tài là nghiên cứu, phân tích phương pháp và công nghệ thi công đường ray hàn liền

CHƯƠNG II

NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VỀ ĐƯỜNG RAY HÀN LIỀN

2.1 Ưu nhược điểm của đường sắt không mối nối và đường sắt có mối nối

2.1.1.Ưu nhược điểm của đường sắt có mối nối:

Hiện nay chiều dài thanh ray thông thường là 12.5m hoặc 25m, vì thế trên đường sắt tồn tại vô số mối nối Đường sắt có mối nối tồn tại các khuyết điểm sau:

(1)-Bánh xe xung kích vào ray rất mạnh (có thể tới 50 tấn) , làm cho mối nối bị gục, giảm tốc độ chạy tàu

(2)-Cường độ chỗ đầu mối ray và giữa ray không đều, làm cho tuyến đường không bằng phẳng êm thuận, làm tăng lực cản chạy tàu( 10%) và hao mòn ray nhanh.(3)-Đường tồn tại mối nối làm cho lực dọc lớn, làm cho ray trôi, phải tăng thêm số lượng ngàm phòng trôi

(4)-Khi có thiết bị đóng đường tự động, phải hàn thêm dây dẫn điện chỗ mối nối ray

Tóm lại đường sắt tồn tại mối nối làm tăng kinh phí sửa chữa đường, tốn thêm sắt thép, tăng lực cản tàu chạy và làm giảm tốc độ tàu chạy

Tuy nhiên đường sắt có mối nối có ưu điểm là thi công không quá phức tạp , kinh phí đầu tư nhỏ hơn nhiều so với đường sắt không mối nối do yêu cầu về tiêu chuẩn kỷ thuật các hạng mục kkhông cao như đường sắt không mối nối

2.1.2 Ưu nhược điểm của đường sắt không mối nối:

Đường sắt không mối nối có các ưu điểm sau:

(1)-Đường sắt sẽ ít bị thay đổi hình dạng hơn

(2)-Sự hao mòn và hỏng hóc của ray và các phụ kiện đường sắt ít hơn

(3)-Tàu chạy êm thuận hơn do lực xung kích nhỏ đi

(4)-Tiếng ồn và dao động ít hơn

(5)-Giảm chi phí duy tu bảo dưỡng đường sắt

Tuy nhiên khi làm đường sắt không mối nối cần phải giải quyết các vấn đề sau đây:

(1)-Phải tránh có độ cong vênh của đường ray

(2)-Phải tránh nứt gãy trên đường ray Nếu co nứt vỡ thì khe hở phải nhỏ hơn giới hạn cho phép

(3)-Độ co giản tại điểm cuối đường ray phải được khống chế

Đặc biệt khi làm đuờng sắt không mối nối do phải hàn các thanh ray thành nhịp ray dài cho nên công việc vận chuyển và đặt nhịp ray dài khó khăn Chất lưọng hànray công nghệ phức tạp, trong đường tồn tại ứng suất nhiệt lớn, làm cho công việc sữa chữa bảo dưỡng phức tạp Kinh phí đầu tư để xây dựng đường sắt không mối nối là cao hơn rất nhiều so vơi xây dựng đường sắt có mối nối

2.2.Nguyên lý cơ bản về đường sắt không mối nối

2.2.1.ứng suất nhiệt  t và lực nhiệt độ P t

Lượng co giản của một thanh ray ở trạng thái tự do co giản như sau:

l=.l t (2.1)

Trong đó:

: Là hệ số giản dài của thép =0,0000118 (1/oC)

tức là ray dài 1m, nhiệt độ thay đổi 1oC thì ray

co giản 0,0000118m

l: Là chiều dài thanh ray(m)

t: Là biên độ thay đổi nhiệt độ(oC)

Trên đường sắt không mối nối, các mối nối ở giữa đã bị hàn lại, hai đầu ray dùng phụ kiện vặn chặt, khoá lại không thể co giản được, do đó trong ray sinh ra ứng suất nhiệt Theo định luật Húc ta tính ứng suất nhiệt như sau:

ta chỉ cần có phụ kiện ghìm chặt ray tốt, làm cho đường ray ổn định thì co thể tăng chiều dài ray không mối nối bao nhiêu cũng được Tuy nhiên do điều kiện vận

chuyển, đặt ray phức tạp và đặc biệt là do điều kiện môi trường ở các khu gian khác nhau là khác nhau nên ta không thể đặt thanh ray dài vô hạn được.

Toàn bộ tiết diện ray chịu kéo hoặc chịu nén do nhiệt độ biến đổi gây nên lực nhiệt độ Lực nhiệt độ trên một thanh ray được tính như sau:

Pt=t.F=E E .t.F=25 t.F (kg).(2.4)

Trong đó F là tiết diện của ray

2.2.2.Nhiệt độ ray và nhiệt độ khoá đường

Vì nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến công tác đặt ray và hoạt động của đường ray không mối nối sau này, nên khi đặt đường ray không mối nối phải xem xét kỷ lưỡng yếu tố này

1.Nhiệt độ ray cao nhất về mùa hè:t max

Theo thực nghiêm thì nhiệt độ ray cao nhất về mùa hè được tính như sau:

tmax=tkk+20 (oC)

Trong đó tkk là nhiệt độ không khí( oC)

2.Nhiệt độ ray thấp nhất về mùa đông t min :

Theo thực nghiệm nhiệt độ ray thấp nhất về mùa đông chỉ bằng nhiệt độ không khí

tmin=tkk

3.Nhiệt độ trung hoà t o :

Nhiệt độ trung hoà là nhiệt độ ray trung bình cộng đại số giữa nhiệt độ ray cao nhất và nhiệt độ ray thấp nhất:

to=( tmax+ tmin)/2

4.Nhiệt độ đặt ray t đ :

Nhiệt độ đặt ray là nhiệt độ thích hợp thi công đặt ray không mối nối ở địa

phương.tđ có thể bằng, lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhiệt độ trung hoà to, bởi vì trong thờigian thi công đặt ray, thực tế nhiệt độ ray có biến động, cho nên xác định nhiệt độ đặt ray cho phép là một miền nhiệt độ chứ không phải là một giá trị nhiệt độ Có thể tính miền nhiệt độ đặt ray như sau:

tđmax=t0+10oC

450C 300C

100C

Nhiệt độ đặt ray Nhiệt độ dự kiến cao nhất

Nhiệt độ dự kiến thấp nhất

tđmin=t0-5oC

Như vậy khoảng dao động cho phép của nhiệt độ đắt ray là tđ=15 oC

5.Nhiệt độ khoá đường t kđ :

Nhiệt độ khoá đường là nhiệt độ khi thi công đặt đường đã hàn xong toàn bộ, đồng thời đã vặn chặt toàn bộ phụ kiện nối giữ ở hai đoạn đầu và lắp xong toàn

bộ ngàm phòng trôi và bu lông lặp lách Nhiệt độ khoá đường là một trị số nằm trong phạm vi đặt ray Có thể tính nhiệt độ khoá đường như sau:

Hiện nay trên thế giới co bốn phương pháp hàn ray cơ bản đó là:

(1)-Hàn hồ quang điện dưới lớp bảo vệ(Enclose Are Welding- Viết tắt là EA) Trong kỷ thuật hàn EA lại chia thành hàn thủ công và hàn bán tự động

(2)-Hàn nhiệt nhôm(Alumino Thermite Welding-Viết tắt làAT)

(3)-Hàn điện trở nén ép hay hàn cháy đối đầu(Flash-but Welding-Viết tắt là Fb) Trong hàn Fb lại chia ra hàn cố định trong xưởng và hàn di động trên đường.

(4)-Hàn hơi nén ép(Gas pressule Welding-Viết tắt là Gp),là phương pháp linh hoạt, có thể sử dụng cả trong xưởng, ở trạm bên đường và di động trên đường

Đế có được sự đánh giá từ đó lựa chọn ra công nghệ hàn áp dụng thích hợp cho điều kiện ở Việt Nam, trước tiên ta đi tìm hiểu quy trình hàn của các công nghệ hàn nói trên

2.3.1.Quy trình hàn hồ quang thủ công EA.

1.Công tác lựa chọn que hàn:

Căn cứ vào thành phần vật liệu thép ray để chọn que hàn Loại que hàn thích hợp nhất chuyên dùng cho việc hàn nối ray là que hàn mác OK74-78 để hàn phần lớn thân ray và một ít que hàn OK83-28 hoặc OK83-29 để hàn phần trên nấm ray So với nhiều sản phẩm cùng loại trên thị trường thì các loại que hàn trên có các ưu điểm nổi bật sau:

- Thành phần thép lắng động tạo thành mối hàn hoàn toàn giống như thép ray

do đó cường độ mối hàn xấp xỉ cường dộ ray cơ bản Mối hàn OK74-78 có độ bền kéo lý tưởng

- Que hàn OK74-78 cho hiệu quả và năng suất cao Như vậy với cùng một khối lượng mối hàn như nhau sẽ tiêu tốn ít que hàn hơn, ít thời gian và ít năng lượng hơn các que hàn khác

- Mối hàn sử dụng OK74-78 ít khi tạo ra vết nứt ở vùng biên giới mối hàn- Lànơi đáng quan tâm nhất trong kỷ thuật hàn ray Một số đặc trưng của que hàn OK74-78 được giới thiệu trong bảng dưới đây:

K.lượng kim loại mối hàn/1giờ hồ qung (kg) 1.3 1.8 2.6 3.5

N.lượng tiêu thụ cho 1kgK.loại mối hàn(KWh) 2.5 2.5 2.5 2.6

Dự nhiệt- đốt nóng trước- các đầu ray lên đến 300-350oC trên chiều

dài tối thiểu 20cm kể từ mối hàn cho mỗi đầu ray

) 5 -(

Dùng tấm lót OK Backing21-21 đặt áp sát đế ray phía dưới khoảng

trống chuẩn bị hàn và cố định tấm lót chắc chắn

) 6 -(

Bắt đầu hàn chân ray trước tiên bằng que hàn OK74-78 đường kính

5mm, dòng điện hàn trong khoảng 240-250 A

) 7 -(

Sau khi hàn xong đế ray, tháo tấm lót ra khỏi mối hàn, dùng tấm gương

soi để kiểm tra mặt dưới mối hàn

) 8 -(

Gõ sạch xỉ, lắp khuôn đồng và kẹp chặt chúng lại Kiểm tra khe hở giữa

khuôn và thân ray khoảng 2-2,5mm, giữa khuôn và đầu ray khoảng 3-3,5mm

là tiến hành hàn thân ray ngay lập tức

) 9 -(

ở phần nấm ray, khi chiều cao còn 6-8mm thì sử dụng que hàn

OK83-28 hoặc OK83-29 đường kính 4,5mm Vật liệu này cho phép đạt được độ

cứng phần trên nấm ray giống như ray nguyên bản Dòng điện 230-250A

) 10 -(

Tháo khuôn đồng , gõ xỉ quanh mối hàn

) 11 -(

Mài thô phần trên nấm ray, mặt dẫn hướng bánh xe và cạnh đế ray

) 12 -(

Dùng thước thẳng bằng kim loại cứng 1000x50x10 kiểm tra lưng nấm

ray và mặt dẫn hướng

) 13 -(

Mài tinh ,kiểm tra lại kích thước bằng dưỡng Sai lệch theo cả hai

phương không được vượt quá 0,3mm

) 14 -(

Tái nhiệt, khử ứng suất bên trong mối hàn bàng cách đốt nóng mối hàn

trên chiều dài về mỗi bên 10cm, nhiệt độ 600-650oC, thời gian giữ nhiệt 10

phút hoặc ít nhất đạt được sự đồng đều trên cả ba vùng đế ray, thân ray và

nấm ray

) 15 -(

Làm nguội mối hànm, dùng hai con lăn vô cơ dài 40cm, dày 6-8cm ép

sát hai bên thân ray Bằng cách này mối hàn sẽ nguội từ từ trên cả mặt cắt

ngang

) 16 -(

Sau khi mối hàn hoàn tất thì sơn dấu, bôi mỡ bảo vệ mối hàn

4 Tiến bộ kỷ thuật hàn hồ quang bảo vệ bán tự động

Về nguyên lý hàn hồ quang bảo vệ bán tự động cũng gần như hàn thủ công

nhưng có thêm bộ phận đẩy dây hàn tự động thay cho tay người

Một máy hàn hồ quang bán tự động hoạt động độc lập ngoài hiện trường cần

co các thiết bị cơ bản sau

:

Máy phát điện

-

Máy biến thế hàn

-

Máy đẩy dây hàn

-

Thiết bị cấp khí co2 bảo vệ vùng chảy

-

Các thiết bị cầm tay như máy cưa, máy mài ray

-

Các thiết bị đo kiểm

-

Các thiết bị bảo hiểm lao động

2.3.2.Hàn nhiệt nhôm AT:

1 Giới thiệu chung về công nghệ hàn nhiệt nhôm AT

:

Hàn nhiệt nhôm là quá trình mà trong đó người ta đốt cháy một hỗn hợp chứa nhôm nguyên chất và ôxít sắt để tạo ra thép nóng chảy và xỉ Nước thép ở nhiệt

độ cao khoảng 2450oC sau đó chảy vào khuôn, ở đó nó làm chảy các đầu ray đã được dự nhiệt, điền đầy khe hở giữa hai đầu ray và tạo thành mối hàn liền nóng chảy.Phương trình của quá trình hàn nhiệt nhôm như sau

:

Fe203+2.Al=2.Fe+Al203+850KJ

Nếu tính theo khối lượng

-

Các mối nối ghép giữa các loại ray khác nhau

-

Tất cả các loại thép ray thông dụng bao gồm cả ray cường hoá nấm

Hàn trên đường, trên ghi và giao cắt

-

Hàn các mối treo và mối đỡ

-

Phương pháp dự nhiệt nhanh SKV-F được thiết kế để sử dụng trên hiện trường

từ trước đến nay đều cho một kết quả được kiểm soát chặt chẽ: Một mối hàn tincậy, tính chất quen biết, hoàn toàn nóng chảy và cấu trúc vững chắc Phương pháp dự nhuệt nhanh SKV-F làm giảm thời gian hàn thực tế, cho phép việc

chiếm dụng đường ít hơn, hiệu quả kinh tế hơn khi hàn các đoạn đươnngf có

mật độ chạy tàu cao

2 Chuẩn bị mối hàn

:

Cần phải kiểm tra các đầu mối ray một cch cẩn thận để đảm bảo một cách

chắc chắn la các ray không phải sửa, các lỗ bulông mòn hoặc bị đứt thì phải cắt

bỏ và thay thế bằng ray kết Ba lát dưới chỗ mối hàn cần phải được dọn dẹp, đủ chỗ cho công việc hàn Dùng máy cưa ray hoặc đèn xì để cắt các đầu mút ray, đạt được khoảng cách giữa hai đầu ray trong phạm vi yêu cầu Phải đảm bảo tất

cả các ôxít sắt sau khi cắt được tẩy sạch khỏi đầu mút ray Khe hở giữa hai đầu mút ray cần phải được kiểm tra bằng dụng cụ đo khe hở mút ray Đảm bảo

khoảng cách đồng đều trên toàn bộ mặt cắt và mặt cắt phải thẳng đứng

3 Lắp thẳng các ray chuẩn bị hàn

:

Các đầu mút ray phải được nâng lên bằng cách đặt các nêm giữa tà vẹt và tấm

đỡ đế ray Điều chỉnh các nêm để đạt được đọ cao của hai đầu mút ray cao hơn 2mm Công việc này nhằm bù lại sự co rút của mối hàn trong khi nguội lạnh

4 Thiết bị và nguyên vật liệu hàn

:

Tổ hợp khuôn được kẹp chặt vào ray, sau đó mỏ đốt được lắp vao giá đỡ và

được định tâm tên đầu khe hàn Độ cao chuẩn tuỳ thuộc vào loại ray và được kiểm tra bằng dưỡng Khuôn cát chế tạo sẵn được kiểm tra lại xem co ăn khớp với ray không Các khe hở giữa ray và khuôn có thể được lloại bỏ bàng cách cà nhẹ khuôn lên thân ray Một nửa khuôn cát sau đó được đặt vào trong giá đỡ

khuôn và được kẹp chạt bằng hàm kẹp vạn năng Nửa khuôn đối diện được áp chặt vào ray, phải đảm bảo nó hoàn toàn khớp với khuôn thứ nhất Các khe hở còn lại giữa khuôn và giá đỡ, giữa khuôn và ray sau đó được gắn chặt bằng cát matít Vật liệu trát được chuẩn bị trước cho mục đích này Cả hai chảo xỉ được gắn với giá đỡ khuôn và tất cả các khe hở còn lại đều được bịt kín nhằm ngăn ngừa kim loại lỏng chảy ra ngoài

5 Công tác chuẩn bị lắp đặt và nạp thuôc vào bầu đốt

:

Đốt nóng bầu đốt cho đến khi ngoài vỏ bầu đốt đạt đén 100oC Công việc dự

nhiệt có thể được tiến hành trong khi chuẩn bị mối hàn Lắp đặt giá đỡ và bầu đốt lên thân ray, chỉnh vị trí bầu đốt bằng cách đu đưa sao cho bầu đốt nằm

đúng phía trên trung tâm của mối hàn Nâng hoặc hạ bầu đốt để xác định độ caotrên khuôn phù hợp Tiếp theo quay bầu đốt ra khỏi khuôn và làm các nut tự

động bên trong bầu đốt(đã đốt nóng) bằng một vật liệu chuyên dùng và với một

động tác gõ nhẹ.Khi nút chuyên dùng còn ở nguyên vị trí, rót bột gắn ( cát gắn) đồng đều xung quanh họng của bầu đốt Tháo các nút chuyên dùng ra và trút túi bột hàn Thermit vào trong bầu đốt

mỏ của bầu đốt nằm đúng tâm của khe hở mối hàn Việc đốt nóng nhanh các

đầu ray sử dụng Ôxygen và Propane dĩên ra chỉ trong 1,5 đến 2,5 phút phụ

thuộc vào dạng ray Nhiệt độ đầu mút ray được nâng lên đạt mức chỉ định đồng thời đảm bảo trục xuất hoàn toàn hơi ấm có thể có ở đầu mút ray Thời gian dự nhiệt ray phụ thuộc cỡ ray theo chỉ định và phải tham khảo sự hướng dẫn cảu nhà chế tạo

Trong quá trình dự nhiệt phải đảm bảo các đầu rót khô bằng cách nâng hạ mỏ đốt, sử dụgn các kẹp để chỉnh

7 Châm lửa thuốc hàn và rót kim loại lỏng

:

Sau khi dự nhiệt xong, tháo mỏ đốt dự nhiệt ra khỏi khuôn cát và bỏ ra ngoài Quay bầu đốt quanh trụ đỡ đến vị trí trung tâm trên khuôn và đặt phễu rót vào khuôn Sử dụng mồi lửa, châm lửa thuốc hàn, chụp lại mũ bầu đốt Khi phản

ứng cháy đã kết thúc và đủ thời gian chờ đợi thì nút tự động sẽ mở và cho phép vật liệu Thermit nóng chay rót vào khuôn cát thông qua đậu rót Xỉ lỏng nhẹ

hơn sẽ tràn qua khuôn cát vào các chảo hứng xỉ

8 Cắt bỏ phần kim loại thừa

:

Kết thúc giai đoạn rót kim loại lỏng có thể tháo bầu đốt và các chảo xỉ ra

ngoài Người ta chỉ tháo khuôn cát sau 4 đến 5 phút kể từ khi hoàn tất việc rót kim loại lỏng Theo hướng dẫn, thời gian tháo khuôn phụ thuộc cỡ ray, tham

khảo tài liệu của nhà chế tạo Lưọng vật liệu thép thừa bavia phía trên và bên cạnh mối hàn lúc này cần được cắt xén bỏ Việc cắt xén bỏ bavia nói chung đòi hỏi thiết bị xén thuỷ lực và cũng cần thêm một bệ đục búa để đục kim loại nóngtrước khi mài

9 Hoàn tất mối hàn

:

Mối hàn được mài thô ngay lập tức sau khi xén bỏ bavia trong phạm vi 2 đến 3

mm bề mặt trên nấm ray

Mài tinh: khi mối hàn hoàn toàn nguội, nó được mài( trên đỉnh và mặt cạnh

dẫn hướng) bằng máy mài ray Kiểm tra liên tục bằng một thước cạnh thẳng

đảm bảo đạt được hình dạng Profile nấm ray chính xác Sự sai lệch cho phép

phụ thuộc vào đòi hỏi của khách hàng tuỳ thuộc cấp hạng đường và dung sai cho phép

2.3.3 Quy trình hàn điện nén ép Fb:

1

Giới thiệu

:

Hàn điện nén ép còn gọi là hàn cháy đối đầu, đây là phương pháp tiên tiến và hiện đại nhất vì nó cho năng suất cao, chất lượng mối hàn tốt và giá thành mối hàn hạ nếu sản xuất hàng loạt lớn và rất lớn

Nguyên lý của phương pháp này là cho một dòng điện rất lớn ( khoảng

20000 Ampe) đi qua vùng tiếp xúc giữa hai đầu ray và làm cho ray nóng chảy Trong khi đó thì một lực rất lớn (khoảng 25 đến 34 tấn) nén ép cho hai đầu ray dính liền lại Qúa trình diễn ra trong khoảng 180giây và hoàn toàn được điều

khiển tự động bằng Computer đã lập trình sẵn Thời gian để thực hiện mối hàn khoảng 5 phút Tuy nhiên đầu tư cho hệ thống hàn Fb cần rất nhiều tiền và nó không thích hợp cho mô hình sản xuất nhỏ Thiết bị hàn Fb khá đồ sộ nên phải

để tạ chỗ trong xưởng hàn hoặc đặt trên ôtô tải lớn có bánh sắt hoặc toa xe

chuyên dùng- tự chạy- mở máy hàn, có công suất tương đương một đầu máy cỡ nhỏ 400 đến 500 mã lực

2 Trình tự các bước hàn Fb

:

) 1 -(

Cắt thẳng góc các đầu ray hoặc mài sáng ánh kim mặt cắt các đàu ray

Trong trường hợp đầu ray có vệt nưt hoặc có các lỗ ray cũ cần cắt bỏ thì thực hiện ở bước này

) 2-(

Mài sáng ánh kim phần thân ray trong một khoảng 60 cm, cách đầu ray

10cm Động tác này nhằm cải thiện bề mặt tiếp xúc giữa hàm kẹp máy

hàn( đồng thời cũng là điện cực) nơi truyền dòng điện hàn vào ray Mỗi đầu ray

đều được mài cả hai bên thân ray bằng máy mài đá quya cầm tay

) 3-(

Bấm nút đưa ray vào vị trí hàn, đóng thẳng đường trục và các cạnh ray

) 4-(

Bấm nút đưa hàm kẹp vào kẹp chặt các thân ray va ép các đầu ray chặt với

nhau

) 5-(

Phóng các xung điện dự nhiệt( đốt nóng trước) các đầu ray( thời gian 55

giây)

) 6-(

Phóng các xung điện hàn kết hợp lực nén ép( thời gian 30 giây)

) 7-(

Nén ép ( chồn ray) thời gian 55 giây

) 8-(

Cắt bavia- phần kim loại thừa

) 9 -(

Làm nguội mối hàn

) 10 -(

Nắn thẳng ray chỗ mối nối

) 11-(

Mài phẳng mặt nấm ray và mặt dẫn hướng

) 12-(

Kiểm tra từ tính , kiểm tra siêu âm

) 13-(

Công tác hoàn công, kiểm tra dung sai, sơn quét đánh dấu

2.3.4.Công nghệ hàn gas nén ép của Nhật Bản:

1 Giới thiệu chung

:

Công nghệ hàn gas nén ép là công nghệ đang được áp dụng phổ biến ở Nhật

Bản, nó chiếm khoảng 33% tổng số mối hàn trên đường sắt ở Nhật Bản

bị chảy lỏng mà các chi tiết ở đây được nối kết với nhau trong trạng thái rắn

Do đó không có pha lỏng xen vào giữa bề mặt nối kết Vậy nguyên lý của hàn gas nén ép là dựa trên cơ sở liên kết pha rắn cơ giới

Một trong những điều kiện cần thiết cho việc nối kết pha rắn là tăng nhiệt độ

bề mặt moói nối lên cao hơn nhiệt độ tái kết tinh của kim loại và mặt khác là

dung lực nén để cho các nguyên tử bố trí lại ở bề mặt mối nối, trong khi vượt qua lực đông kết của chát rắn Nhiệt độ tái kết tinh của kim loại phụ thuộc vào từng kim loại và trạng thái có hay không có lực căng Nói chung nó được xem

như trong phạm vi 35% đến 50% của điểm nóng chảy

2 Thiết bị hàn nén ép

:

Thiết bị hàn nén ép ngày nay đã được thu nhỏ hơn rất nhiều so với nhữn thiết

bị chế tạo năm 1953 Trong đề tài này chỉ giới thiệu máy hàn gas nén ép kiểu nhỏ TGP-5, là kiểu được sử dụng phổ biến trên hiện trưòng thông qua một số đặc điểm kỷ thuật của nó: Bảng 3 dưới đây giới thiệu một số thông số kỷ thuật của máy hàn gas nén ép TGP-5

Máy hàn gas nén ép kiểu TGP-5

3 Hàn nén ép các loại ray tiêu chuẩn:

Ray tiêu chuẩn ở Nhật Bản là các loại ray 60 kg-ND

(1)- Mài hai mặt đầu ray sắp được hàn, sử dụng máy mài đầu ray tẩy sạch các vết rỉ trên cả hai mặt đầu ray và mài cho mặt đầu ray thật vuông góc với trục dọc ray sao cho khi ghép đối đầu hai ray thì không có khe hở giữa chúng xuất hiện

(2)- Tẩy sạc bụi bẩn trên bề mặt đầu ray bắng chất tẩy rửa sau đó chỉnh độ cao, độ thẳng của ray, nhanh chóng gá lắp hai mặt đầu ray thẳng tâm và thẳng hàng( công việc gá lắp)

(3)- Hạ máy hàn từ phía trên xuống và đặt máy lên phía trên bề mặt nấm ray

(4)- Mở van thủy lực để các hàm kẹp chặt thân ray

(5)- Mở van thuỷ lực để nén các đầu thanh ray với nhau theo áp suất chỉ định Phải khẳng định được trạng thái hai thanh ray thẳng tâm với nhau, điềukhiển bộ phận chỉ thị hành trình nén ép đúng giá trị đã định trước

(6)- Lắp ráp các lưỡi cắt bavia lên máy hàn nén ép.

(7)- Lắp đặt mỏ đốt kiểu hai mảnh từ hai phía của ray Điều chỉnh áp suất

và lưu lượng hơi đốt sẵn sàng Kiển tra vị trí mỏ đốt và châm lửa mồi cháy hơi Oxy actylen hàn nén ép

(8)- Khi việc nén ép đạt đến hành trình quy định, các đầu ray hàn nối xong,

di chuyển về phía cạnh hàn kẹp Đu đưa mỏ đốt tiến hành đốt nóng một cáchcẩn thận phần mối hàn đối đầu Khi hành trình nén còn lại 5mm thì gỡ bỏ tấm chắn lửa, đẩy lưỡi cắt phía trên vào và lắp ráp hoàn thiện bộ lưỡi cắt bavia

(9)- Trong trường hợp hàn các loại ray cơ bản như ray 50 kg thì nói chung các cạnh đế ray thường biến dạng ở giai đoạn giữa của quá trình hàn nén ép Như vậy cấn phải nâng các đầu ray lên, sử dụng một dụng cụ để nắn thẳng (10)- Sau khi đã đạt đến hành trình nén, tách hai nửa mỏ đốt, đồng thời tháo chúngkhổi mối hàn

(11)-Tháo mỏ đốt xong , đóng van nén ép ray, nhả hàm kẹp thân ray dịch sang bên cạnh và ngay lập tức thực hiện việc xén bavia ở trạng thái nóng (12)- Sau khi hoàn thiện việc xén bavia, xả áp suất nén và mở hàm kẹp, tháo máy hàn ra Nừu chỗ hàn nén bị cong thì phải sửa cho thẳng trong khi mối hàn vẫn còn nóng đỏ

Độ tin cậy mối

Giá thiết bị

Giá nguyê

n liệu

ứng suất mối hàn

Xưởng

Trạm Tr

đườn

g hànHàn Fb Cố định

Bảng 5:

EA

Hàn AT

Hàn Fb

Hàn Gp

2.3.6 Các yếu tố khác liên quan đến việc lựa chọn công nghệ hàn cho

Đờng Sắt Việt Nam:

1 Vật liệu ray sử dụng trên Đờng Sắt Việt Nam:

Nhằm có cơ sở lý lựân từ gốc rễ của vấn đề lựa chọn công nghệ hàn- bao gồmcả thiết bị hàn, nguyên vật liệu hàn và quy trình thao tác- chúng ta cần xem xét thành phần kim loại ray đang đợc sử dụng trê Đờng Sắt Việt Nam Một khi loại ray đang đợc sử dụng có thành phần giống một loại ray tham khảo thì cũng có thểchấp nhận các công nghệ hàn đã thành công trên loại ray tham khảo đó

Hỗu hết ray đang sử dụng trên Đờng Sắt Việt Nam là loại ray P43 đựoc sản xuất từ Liên Xô và Trung Quốc nhng hoàn toàn theo tiêu chuẩn và công nghệ của Liên Xô

Nhằm mục đích tham khảo các công nghệ hàn tiên tiến của Châu Âu, Mĩ và Nhật Bản; chúng ta so sánh ray Liên Xô với ray của Châu Âu( UIC), ray

Mĩ(AREA) và ray Nhật Bản(JIS) loại tơng đơng( bảng 7)

Bảng 7

<0,05

0,72-0,820,80-1,100,10-0,60

<0,035

<0,037

0,50-0,700,80-1,200,15-0,50

<0,04

<0,04

0,63-0,750,70-1,100,15-0,30

Nh vậy nếu chỉ xét về yếu tố công nghệ kim loại thì phơng pháp hàn nào đạt hiệu quả cao nhất trên đờng sắt Nhật Bản có thể sẽ phù hợp nhất với Đờng Sắt Việt Nam

2 Các chỉ tiêu kinh tế: Bảng 8, 9

- Chi phí đâu t ban đầu chủ yếu:

Chi phí đầu t ban đầu chủ yếu đợc tóm tắt trong bảng sau bao gồm:

+ Chi phí mua máy chính( trực tiếp thực hiên công nghệ hàn)

+ Chi phí mua máy phụ trợ cho công nghệ hàn( nh máy phát điện, máy ca, máy kéo ray, máy cắt bavia )

+ Chi phí đào tạo và chuyển giao công nghệ

Chuyểngiao công nghệ

Tổng cộng

Mỏy múc thiết bị phụ trợMP

điện

M ca ray

M kộo ray

M xộn

bavia

M mài ray