Разделы: Информационные технологии, Техника, Управление и организация
Размещена 21.05.2026. Последняя правка: 08.06.2026.
Просмотров - 108

Совершенствование технологии алюминотермитной сварки при ремонте железнодорожного пути

Шаймарданова Азалия Рамильевна

Колледж железнодорожного транспорта ФГБОУ ВО УрГУПС

Студент

Тарасова Галина Александровна, преподаватель высшей квалификационной категории, Колледж железнодорожного транспорта федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Уральский государственный университет путей сообщения»

УДК 625.143.4:621.791.763.1.004.58

Введение

Алюминотермитная сварка рельсов (АТС) является одним из наиболее распространенных и экономически эффективных методов соединения рельсов в бесстыковой путь. Однако, несмотря на отработанную технологию, человеческий фактор, отклонения от регламентов подготовки стыка, зазора, температурного режима и последующей обработки шва остаются основными причинами возникновения дефектов: пор, трещин, непроваров и шлаковых включений. Традиционные бумажные журналы контроля не обеспечивают оперативного доступа к истории сварки, не позволяют проводить статистический анализ и, зачастую, заполняются постфактум, теряя критически важные детали.

Актуальность работы обусловлена необходимостью внедрения сквозной системы контроля (СКУ АТС) — единой цифровой среды, которая сопровождает каждый сварочный цикл от проверки оборудования до финальной маркировки и подписи руководителя работ. Согласно требованиям, предъявляемым к современным рельсосварочным предприятиям, внедрение комплексной автоматизированной системы контроля должно обеспечивать сплошную видеорегистрацию операций, формирование итогового протокола контроля и ведение «Электронного паспорта плети» [1]. Однако существующие решения, такие как многоканальный дефектоскоп МИГ-УКСМ, фокусируются преимущественно на ультразвуковом контроле и не охватывают в едином интерфейсе организационные этапы (наряд-допуск, инструктаж, фотофиксацию зазора и цвета каления), что и призвана восполнить предлагаемая СКУ АТС

Основные проблемы существующей системы контроля АТС:

1. Разрозненность данных: информация о тигле, партии смеси, зазоре, результатах подогрева и ультразвукового контроля находится в разных документах.

2. Невозможность прослеживаемости: при возникновении дефекта сложно восстановить полную картину: кто выполнял сварку, какое оборудование использовалось, соблюдался ли температурный режим.

3. Субъективность оценки: дефекты классифицируются неединообразно, отсутствует балльная оценка критичности.

4. Отсутствие аналитики: накопленные данные не используются для прогнозирования и выявления системных проблем (например, брак из-за конкретной партии смеси или неисправности горелки).

Таким образом, актуальной задачей является создание сквозной цифровой системы, которая стандартизирует контроль, обеспечивает полную прослеживаемость и формирует базу для принятия решений.

Цель исследования: разработать и обосновать эффективность программного комплекса для сквозного контроля алюминотермитной сварки рельсов, охватывающего все технологические этапы и предоставляющего аналитику дефектов.

Задачи:

1. Сформулировать 12 обязательных этапов контроля АТС, от подготовки до приемки.

2. Реализовать в веб-интерфейсе пошаговый сбор данных с возможностью фотофиксации.

3. Разработать механизм автоматического выявления и классификации дефектов (критические, значительные, незначительные) на основе введенных параметров.

4. Создать базу отчетов с фильтрацией по участку, типу дефектов и сортировкой.

5. Провести тестовый анализ на 20 виртуальных объектах для демонстрации аналитических возможностей.

В качестве материала использовано веб-приложение (HTML/CSS/JS), эмулирующее работу СКУ АТС. Методология основана на:

• Регламенте АТС (инструкции по алюминотермитной сварке).
• Правилах неразрушающего контроля (визуальный и измерительный контроль — ВИК, ультразвуковая дефектоскопия — УЗК).
• Принципах цифрового чек-листа с обязательными полями и фотофиксацией (фото зазора с линейкой, фото термометра, фото после кристаллизации и т.д.).
• Методе балльной оценки критичности: критический дефект — 10 баллов, значительный — 4 балла, незначительный — 1 балл.
• Для тестирования аналитического модуля сгенерирована выборка из 20 отчетов (15 с дефектами, 5 — эталонных).

Научная новизна

В отличие от классической двухуровневой системы контроля, предложенной Кучук-Яценко и др. [2], где верхний уровень предполагает статистическую обработку протоколов в диагностическом центре, наша реализация встраивает элементы статистического анализа (фильтрация по критичности, средний балл) непосредственно в интерфейс пользователя-мастера, что соответствует современной концепции «цифрового подсказчика», успешно применяемой на ЕВРАЗ ЗСМК [3, 4]

1. Интеграция пошагового контроля с фотоархивом: в отличие от существующих систем, каждый из 12 этапов снабжен не просто чек-боксом, а контекстной инструкцией и обязательной фотофиксацией для подтверждения (зазор, цвет каления, маркировка). Это повышает доверие к данным и исключает фальсификацию.

2. Автоматизированное формирование дефектного профиля: на основании данных этапов (например, «зазор отклоняется», «непровар», «отклонение облива») система динамически генерирует список дефектов, присваивает им тип и уровень критичности без участия эксперта, что ускоряет первичную оценку.

3. Двухуровневая фильтрация архива с балльной оценкой: реализована возможность фильтрации не только по наличию/отсутствию дефектов, но и по уровню критичности (только критические или только значительные), а также вычисляется средний балл по всем отчетам, что позволяет менеджменту оперативно оценивать общее качество работ на участке.

4. Сквозная прослеживаемость: от момента регистрации руководителя и номера наряда-допуска до подписи ответственного лица — все элементы связаны в едином отчете, который может быть экспортирован в PDF и сохранен в локальном хранилище.

Ниже представлен детальный анализ ключевых модулей системы и результатов тестовой эксплуатации.

1. Архитектура и модули СКУ АТС

Разработанная система представляет собой одностраничное веб-приложение (SPA) с двумя основными вкладками: «Новая сварка (пошаговый чек-лист)» и «Архив отчетов / Контроль дефектов». Взаимодействие с пользователем построено на последовательном прохождении 12 этапов. Каждый этап включает текстовую инструкцию и поля ввода.

Модуль 1: Подготовка и организационные данные (этапы 0-3).

На этом этапе фиксируются: участок работ, руководитель, сварщики, номер наряда-допуска, документ о закрытии перегона. Ключевой чек-бокс — «Инструктаж проведён». Важно, что без отметки инструктажа система все равно позволяет сохранить данные, но при формировании отчета добавляет критический дефект «Инструктаж не проведён». Далее проверяется оборудование (рельсорез, генератор, тигель, горелка) и срок годности литейной смеси с фото этикетки. Этап подготовки стыка требует подтверждения демонтажа накладок и фото готовой площадки.

Модуль 2: Технологические параметры (этапы 4-8).

Это ядро системы. Измерение стыкового зазора (25±1 мм) с фото линейкой. Контроль температуры воздуха и цвет каления (светло-вишневый соответствует 1100-1200°C). Особенность — встроенные таймеры: 26 секунд на химическую реакцию и динамический таймер кристаллизации (от 6 до 9 минут в зависимости от температуры). Важно, что пользователь может запустить таймер и видеть обратный отсчет, что снижает риск отклонений от регламента.

Модуль 3: Контроль качества (этапы 9-12).

Включает фото до и после шлифовки, чек-боксы по отсутствию пор, трещин, непроваров, шлака и отклонения облива. Отдельно вносится ФИО дефектоскописта и дата УЗК. Завершается этап фото готовой маркировки и подписью руководителя работ. Система генерирует HTML-отчет со всеми данными и сохраняет его в архив.

2. Аналитический модуль и управление дефектами

Ключевая инновация — автоматическое формирование списка дефектов на основе данных чек-листа. Например:

• Если ckCracks = false (трещины не отсутствуют), добавляется дефект «Трещины» с severity = «critical».
• Если gapValue выходит за пределы [24, 26] мм, добавляется «Зазор отклоняется» (major).
• Если metalOut = «no_manual» (ручное протыкание), фиксируется незначительный дефект.

Каждому дефекту присваивается вес, вычисляется severityScore. В архиве эта оценка визуализируется цветом: красный (>15 баллов — высокая критичность), оранжевый (5-15), зеленый (<5).

 3. Анализ виртуальной выборки и результаты

Для тестирования были сгенерированы 20 отчетов (Таблица 1 — сводные данные). Параметры: даты 2024-2026 гг., случайные участки перегонов, 15 отчетов содержали дефекты.

Пример распределения дефектов (фрагмент):

• Трещины: встречаются в 40% дефектных отчетов.
• Непровар: в 35%.
• Отклонение облива >3 мм: в 25%.
• Инструктаж не проведён: в 15% (несмотря на требование — человеческий фактор).

Вывод по результатам аналитики: система позволяет оперативно выделить наиболее часто повторяющиеся критические дефекты (трещины, непровар) и принять меры: провести внеочередной инструктаж, проверить калибровку зазоров или качество предварительного подогрева. Фильтр «Только критические» дает руководителю список «тревожных» стыков, требующих немедленного пересмотра или переварки.

Предложенное решение имеет ряд преимуществ: прослеживаемость, объективизация, возможность экспорта PDF. Однако существуют ограничения:

• Локальное хранение: в текущей версии данные хранятся в localStorage браузера, что не подходит для централизованного управления на сети дорог. Требуется интеграция с серверной базой (PostgreSQL, MySQL) и API.
• Отсутствие аналитики по фотографиям: система хранит фото как base64, но не выполняет их автоматический анализ (например, распознавание зазора или цвета каления с помощью компьютерного зрения). Это направление для будущих исследований.
• Тестовая выборка: виртуальные данные не заменяют полевых испытаний, но демонстрируют логику работы.

Тем не менее, предложенная концепция сквозного контроля уже на данном этапе способна значительно повысить качество АТС.

Заключение

В ходе работы была разработана и проанализирована система сквозного контроля алюминотермитной сварки рельсов «Рельс-Контроль», реализующая 12-этапный цифровой чек-лист, фотофиксацию, автоматическое выявление дефектов и ведение архива отчетов. Основные результаты:

1. Стандартизация контроля: предложен единый шаблон из 12 этапов, охватывающий все критические точки технологии АТС — от проверки оборудования до УЗК и маркировки.

2. Автоматизация выявления дефектов: система на основе введенных параметров формирует дефектный профиль с разделением на критические, значительные и незначительные дефекты, вычисляя интегральный балл критичности.

3. Аналитическая ценность: на тестовой выборке из 20 отчетов (15 с дефектами) продемонстрирована возможность фильтрации по участку, типу дефекта и уровню критичности, что позволяет менеджменту быстро локализовать проблемные зоны.

4. Практическая применимость: каждый отчет может быть сохранен в PDF, а архив доступен для поиска и сортировки.

Внедрение подобных сквозных цифровых систем контроля является обязательным условием для повышения надежности бесстыкового пути. Представленное решение снижает риск человеческой ошибки, обеспечивает полную прослеживаемость и создает базу для статистического анализа дефектов. Дальнейшее развитие должно идти по пути централизации данных в облачных сервисах и внедрения элементов ИИ для автоматической верификации фото (контроль зазора, цвета каления).

Разработанная система следует общему тренду цифровизации рельсового хозяйства, где всё большее значение приобретают сквозные решения по контролю жизненного цикла. Если на уровне металлургического производства уже внедряются системы класса «ТРО» для управления качеством рельсовой заготовки [5], а на уровне оператора инфраструктуры — блокчейн-платформы для отслеживания пути рельса [3], то предлагаемая СКУ АТС закрывает нишу операционного контроля непосредственно на этапе алюминотермитной сварки, обеспечивая прослеживаемость от наряда-допуска до подписи руководителя.

1. Распоряжение ОАО «РЖД» от 11.04.2016 № 787р «Об утверждении Технологической инструкции по комплексному автоматизированному контролю сварных стыков рельсов в рельсосварочном предприятии аппаратно-программным средством АВТОКОН-С». – Москва : ОАО «РЖД», 2016. – 45 с.
2. Кучук-Яценко С. И. Статистическое управление процессом контактной стыковой сварки рельсов. Двухуровневая система контроля и управления / С. И. Кучук-Яценко, П. М. Руденко, В. С. Гавриш [и др.] // Автоматическая сварка. – 2016. – № 5-6 (753). – С. 17-20.
3. ЕВРАЗ подключился к системе контроля жизненного цикла рельсов РЖД // Гудок / НПК. – 2021. – 13 апреля. – Текст : электронный. – URL: https://www.gudok.ru (дата обращения: 21.05.2026). – Режим доступа: свободный.
4. На ЕВРАЗ ЗСМК сделали цифровой подсказчик для аттестации рельсов // Металлоснабжение и сбыт. – 2025. – 27 августа. – Текст : электронный. – URL: https://www.metalinfo.ru (дата обращения: 21.05.2026). – Режим доступа: свободный.
5. Система «ТРО» (Through-Process Optimization) позволит ЕВРАЗ ЗСМК улучшить качество производства рельсов // Металлоснабжение и сбыт. – 2022. – 31 января. – Текст : электронный. – URL: https://www.metalinfo.ru (дата обращения: 21.05.2026). – Режим доступа: свободный.

Рецензии:

22.05.2026, 8:35 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: В статье "Совершенствование технологии алюминотермитной сварки при ремонте железнодорожного пути" автор исследует внедрению системы сквозного контроля для технологии алюминотермитной сварки рельсов. Статья написана на актуальную тему. Алюмотермическая (термитная) сварка используется для соединения или ремонта железнодорожных путей на месте без демонтажа пути, где используется экзотермическая химическая реакция между порошком алюминия и оксидом железа, в результате которой образуется перегретая жидкая сталь, которая сплавляет концы рельсов. Для проверки качества сварки рельсов используется ультразвуковой контроль (УЗК), который является стандартным и обязательным методом в полевых условиях (т.к. гамма-радиография не применяется из-за сложности и радиационной опасности). Статью "Совершенствование технологии алюминотермитной сварки при ремонте железнодорожного пути" рекомендую к публикации.

2.06.2026, 18:27 Макарова Наталья Александровна
Рецензия: Статья автора Шаймарданова Азалия Рамильевна написана в соответсвии с требованиями, предъявляемыми к научным публикациям. В работе поставлена цель и задачи, сформулирована актуальность и научная новизна. Выводы по работе раскрывают поставленные задачи. Научная работа Шаймардановой А.Р. может быть опубликована в журнале.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий