Технология за контрол на остатъчното напрежение и подобряване на издръжливостта на заварени съединения на релсови заварени съединения
Какви са характеристиките на разпределението на остатъчното напрежение в заварените съединения на релсите?
Характеристиките на разпределението на остатъчното напрежение в релсовите заварени съединения саочевидна нехомогенност с двупосочни пикове на напрежението на опън в зоната на заваръчния шев и зоната, засегната от топлина-. По време на заваряване металът в заваръчната зона претърпява бързо топене и втвърдяване с изключително голям температурен градиент: температурата в центъра на заварката може да достигне над 1500 градуса, докато температурата на основния метал е само стайна температура. Тази температурна разлика кара метала в заваръчната зона да бъде ограничен от основния метал, когато се свива по време на охлаждане, генерирайки напрежение на опън. В надлъжната посока (посока на дължина) на релсата пиковото надлъжно остатъчно напрежение на опън в центъра на заваръчния шев може да достигне 80%-90% от границата на провлачване на материала, постепенно намалява от двете страни на основния метал и основно се връща към състояние на нулево напрежение над 50 mm. В напречна посока (посока на ширина), пиковото напречно напрежение на опън в засегнатата от топлина-зона е около 60%-70% от границата на провлачване, основно концентрирано в зоната 10-20 mm от двете страни на заваръчния шев. Освен това има разлики в разпределението на остатъчното напрежение между главата на релсата и дъното на релсата: главата на релсата има по-висок пик на остатъчното напрежение поради по-бързата скорост на охлаждане, което е зона с висока честота на напукване на фугите.
Какви са мерките за оптимизиране на процеса на заваряване на сърцевината за контрол на остатъчното напрежение на заварените съединения на релсите?
Мерките за оптимизиране на процеса на заваряване на сърцевината за контрол на остатъчното напрежение на заварените съединения на релсите приемат процеса напредварително загряване + много{1}}слойно много-заваряване + сегментно заваряванеза намаляване на температурния градиент по време на заваряване. Предварителното загряване е ключовата стъпка: загрейте предварително релсовото съединение до 200-250 градуса преди заваряване, за да намалите температурната разлика между заваръчния шев и основния метал и да намалите ограничаващото напрежение по време на свиване при охлаждане. Твърде ниската температура на предварително загряване няма очевиден ефект, докато прекалено високата температура ще доведе до едри зърна. Процесът на много-слойно много-заваряване разделя заваръчния шев на 3-5 слоя за заваряване. След като всеки слой е заварен, той трябва да се охлади до 150-200 градуса преди заваряването на следващия слой, като се избягва прекомерната концентрация на топлина при еднослойно заваряване, намалявайки температурния градиент. В същото време напрежението на многослойните заварки може да се компенсира взаимно, намалявайки пика на остатъчното напрежение. Процесът на сегментирано заваряване приема симетричен сегментиран метод, като например сегментирано заваряване от центъра на заварката към двете страни, за равномерно разпределяне на топлината и избягване на дисбаланс на напрежението, причинен от едностранна концентрация на топлина. Оптимизираният процес на заваряване може да намали пика на остатъчното напрежение с 30%-40%, значително подобрявайки стабилността на съединението.
Кои са ключовите точки от процеса на термична обработка след-заваряване за контрол на остатъчното напрежение на заварени съединения на релси?
Ключовите точки на процеса на термична обработка след заваряване за контрол на остатъчното напрежение на заварените съединения на релсите са възприемането на процеса на композитна обработка наотгряване за освобождаване на напрежението + локално темпериранеза премахване или намаляване на остатъчното напрежение. Отгряването за освобождаване на напрежението е основната стъпка: загрейте цялата заварена връзка до 550-600 градуса, дръжте я топла за 2-3 часа, след това я охладете бавно до стайна температура с пещта и контролирайте скоростта на охлаждане в рамките на 50 градуса/ч. Този процес може да накара микроструктурата вътре в съединението да претърпи възстановяване и рекристализация, да освободи остатъчното напрежение и да намали пиковото надлъжно остатъчно напрежение на опън до под 30% от границата на провлачване. Процесът на локално темпериране е насочен към засегнатата от топлина зона на главата на релсата: загрейте главата на релсата до 400-450 градуса, поддържайте я топла за 1 час, допълнително намалете пика на напрежението на главата на релсата и подобрете устойчивостта на умора. По време на топлинна обработка скоростта на нагряване и скоростта на охлаждане трябва да се контролират стриктно, за да се избегне нов стрес, причинен от прекомерни температурни промени. За релсови съединения, използвани във високоскоростни железопътни линии, е необходима и обработка с ултразвуков удар: механичното въздействие се използва за създаване на пластична деформация на повърхността на заваръчния шев, компенсиране на част от напрежението на опън и образуване на полезен слой за натиск.
Какво е влиянието на различните методи на заваряване върху остатъчното напрежение на релсовите съединения?
Влиянието на различните методи на заваряване върху остатъчното напрежение на релсовите съединения е значително различно, главно в зависимост отенергийната плътност и скоростта на нагряване на източника на топлина при заваряване. Плавното челно заваряване е често използван метод за -заваряване на релси на място. Неговият източник на топлина има висока енергийна плътност и бърза скорост на нагряване, което води до голям температурен градиент в зоната на заваряване и висок пик на остатъчното напрежение: пиковото надлъжно напрежение на опън може да достигне около 85% от границата на провлачване. Той обаче има висока ефективност на заваряване и е подходящ за-заваряване на място на обикновени-скоростни железопътни линии и тежко-железопътни линии. Термитното заваряване има ниска енергийна плътност на топлинния източник и бавна скорост на нагряване, с относително малък температурен градиент и нисък пик на остатъчното напрежение: пиковото надлъжно напрежение на опън е около 60% от границата на провлачване. Въпреки това, якостта на заваръчния шев е ниска, което е подходящо за спешен ремонт и участъци с крива с малък-радиус. Заваряването под налягане с газ използва газов пламък като източник на топлина с равномерно нагряване и малък температурен градиент, което води до най-нисък пик на остатъчното напрежение: пиковото надлъжно напрежение на опън е само 40%-50% от границата на провлачване, а качеството на заварката е стабилно, подходящо за заваряване на релси на високо-скоростни железопътни линии. Лазерното заваряване има изключително висока енергийна плътност, малък диапазон на нагряване и тясна зона на топлинно въздействие, с по-равномерно разпределение на остатъчното напрежение. Въпреки това, цената на оборудването е висока и в момента се използва главно за фабрично заваряване на релси.
Какви са методите за откриване и стандартите за приемане на остатъчното напрежение на заварени съединения на релси?
Методите за откриване на остатъчното напрежение на заварените съединения на релсите включват главнометод на сляпа дупка, метод на рентгенова дифракция и ултразвуков метод. Методът със сляпа дупка е често използван-метод за откриване на място и стандартите за приемане трябва да отговарят на стандартите за заваряване на релси TB/T 1632-2014. Стъпките за откриване на метода на глухия отвор са: пробиване на глух отвор с диаметър 1-2 mm върху повърхността на съединението, измерване на промяната на деформацията преди и след пробиването, изчисляване на стойността на остатъчното напрежение чрез формулата за напрежение-деформация, с точност на откриване от ±10MPa, подходяща за бързо-откриване на място. Методът на рентгенова дифракция е не-деструктивен метод за откриване, който изчислява остатъчното напрежение чрез измерване на изместването на кристалните дифракционни пикове. Той има висока точност на откриване и е подходящ за прецизно лабораторно откриване, но е ограничен от оборудването за откриване и е труден за използване на-на място. Ултразвуковият метод открива остатъчно напрежение чрез използване на промяната на скоростта на вълната на ултразвукови вълни при напрежение, което може да реализира без{17}}контактно откриване и е подходящо за бързо сканиране на големи-области. Стандартът за приемане постановява, че пиковото надлъжно остатъчно напрежение на опън на релсови заварени съединения за високо-скоростни железопътни линии По-малко или равно на 150MPa, за тежкотоварни железопътни линии По-малко или равно на 200MPa, а за железопътни линии с обикновена скорост По-малко или равно на 250MPa; разпределението на остатъчното напрежение трябва да бъде равномерно без очевидна концентрация на напрежение. Съотношението на вземане на проби е 3 стави на 100 стави. Ако някой е неквалифициран, се извършва двойно вземане на проби; ако все още не е квалифициран, заваръчната операция трябва да бъде спряна и параметрите на процеса трябва да бъдат проверени.