Tehnologija kontrole zaostalog naprezanja i poboljšanje trajnosti zavarenih spojeva tračnica
Koje su karakteristike raspodjele zaostalog naprezanja u zavarenim spojevima tračnica?
Karakteristike raspodjele zaostalog naprezanja u zavarenim spojevima tračnica suočigledna nehomogenost, s dvosmjernim vrhovima vlačnog naprezanja u zoni zavara i zoni utjecaja topline-. Tijekom zavarivanja, metal u zoni zavara prolazi kroz brzo taljenje i skrućivanje s izuzetno velikim temperaturnim gradijentom: temperatura u središtu zavara može doseći iznad 1500 stupnjeva, dok je temperatura osnovnog metala samo sobna temperatura. Ova temperaturna razlika uzrokuje da metal u zoni zavara bude ograničen osnovnim metalom kada se skuplja tijekom hlađenja, stvarajući vlačno naprezanje. U uzdužnom smjeru (smjeru duljine) tračnice, vršni uzdužni zaostali vlačni napon u središtu zavara može doseći 80%-90% granice razvlačenja materijala, postupno se smanjuje na obje strane osnovnog metala i u osnovi se vraća u stanje nultog naprezanja iznad 50 mm. U poprečnom smjeru (smjer širine), vršno poprečno vlačno naprezanje u zoni utjecaja topline iznosi oko 60%-70% granice razvlačenja, uglavnom koncentrirano u području 10-20 mm s obje strane zavara. Osim toga, postoje razlike u raspodjeli zaostalog naprezanja između glave i dna tračnice: glava tračnice ima veći vrh zaostalog naprezanja zbog veće brzine hlađenja, što je područje visoke učestalosti pucanja spojeva.
Koje su mjere optimizacije procesa zavarivanja jezgre za kontrolu zaostalog naprezanja zavarenih spojeva tračnica?
Mjere optimizacije procesa zavarivanja jezgre za kontrolu zaostalog naprezanja zavarenih spojeva tračnica usvajaju procespredgrijavanje + više-slojno više{2}}zavarivanje + segmentirano zavarivanjekako bi se smanjio temperaturni gradijent tijekom zavarivanja. Predgrijavanje je ključni korak: prethodno zagrijte spoj tračnica na 200-250 stupnjeva prije zavarivanja kako biste smanjili temperaturnu razliku između zavara i osnovnog metala i smanjili stezni stres tijekom skupljanja pri hlađenju. Pretjerano niska temperatura predgrijavanja nema očit učinak, dok će pretjerano visoka temperatura dovesti do grubih zrna. Više-slojni više{9}}proces zavarivanja dijeli zavar u 3-5 slojeva za zavarivanje. Nakon što je svaki sloj zavaren, potrebno ga je ohladiti na 150-200 stupnjeva prije zavarivanja sljedećeg sloja, izbjegavajući pretjeranu koncentraciju topline kod jednoslojnog zavarivanja, smanjujući temperaturni gradijent. U isto vrijeme, naprezanje višeslojnih zavara može se međusobno kompenzirati, smanjujući vrh zaostalog naprezanja. Proces segmentiranog zavarivanja usvaja simetričnu segmentiranu metodu, kao što je segmentirano zavarivanje od središta zavara na obje strane, kako bi se toplina ravnomjerno rasporedila i izbjegla neravnoteža naprezanja uzrokovana jednostranom koncentracijom topline. Optimizirani postupak zavarivanja može smanjiti vrh zaostalog naprezanja za 30%-40%, uvelike poboljšavajući stabilnost spoja.
Koje su ključne točke procesa toplinske obrade nakon-zavarivanja za kontrolu zaostalog naprezanja zavarenih spojeva tračnica?
Ključne točke procesa toplinske obrade nakon-zavarivanja za kontrolu zaostalog naprezanja zavarenih spojeva tračnica su usvajanje kompozitnog procesa obradežarenje za ublažavanje naprezanja + lokalno kaljenjeza uklanjanje ili smanjenje zaostalog naprezanja. Žarenje za ublažavanje naprezanja je ključni korak: zagrijte cijeli zavareni spoj na 550-600 stupnjeva, držite ga toplim 2-3 sata, zatim ga polako ohladite na sobnu temperaturu pomoću peći i kontrolirajte brzinu hlađenja unutar 50 stupnjeva/h. Ovaj proces može učiniti da se mikrostruktura unutar spoja podvrgne oporavku i rekristalizaciji, otpusti zaostalo naprezanje i smanji vršno uzdužno zaostalo vlačno naprezanje ispod 30% granice razvlačenja. Lokalni proces kaljenja usmjeren je na zonu glave tračnice pod utjecajem topline: zagrijte glavu tračnice na 400-450 stupnjeva, držite je toplom 1 sat, dodatno smanjite vršno opterećenje glave tračnice i poboljšajte otpornost na zamor. Tijekom toplinske obrade, brzina zagrijavanja i brzina hlađenja moraju se strogo kontrolirati kako bi se izbjegla nova opterećenja uzrokovana pretjeranim promjenama temperature. Za spojeve tračnica koje se koriste u brzim željeznicama također je potrebna obrada ultrazvučnim udarom: mehanički udar se koristi za proizvodnju plastične deformacije na površini zavara, pomakne dio vlačnog naprezanja i formira koristan sloj tlačnog naprezanja.
Kakav je utjecaj različitih metoda zavarivanja na zaostalo naprezanje spojeva tračnica?
Utjecaj različitih metoda zavarivanja na zaostalo naprezanje spojeva tračnica značajno je različit, uglavnom ovisno ogustoću energije i brzinu zagrijavanja izvora topline zavarivanja. Blisko sučeono zavarivanje često je korištena metoda za-zavarivanje tračnica na licu mjesta. Njegov izvor topline ima visoku gustoću energije i brzu brzinu zagrijavanja, što rezultira velikim gradijentom temperature u zoni zavarivanja i visokim vrhom zaostalog naprezanja: vršno uzdužno vlačno naprezanje može doseći oko 85% granice razvlačenja. Međutim, ima visoku učinkovitost zavarivanja i prikladan je za-zavarivanje na gradilištu običnih-brzih željeznica i teških-željeznica. Termitno zavarivanje ima nisku gustoću energije izvora topline i sporu brzinu zagrijavanja, s relativno malim temperaturnim gradijentom i niskim vrhom zaostalog naprezanja: vršno uzdužno vlačno naprezanje je oko 60% granice razvlačenja. Međutim, čvrstoća zavara je niska, što je prikladno za hitne popravke i dijelove krivulje s malim-radijusom. Plinsko zavarivanje pod pritiskom koristi plinski plamen kao izvor topline, s jednolikim zagrijavanjem i malim temperaturnim gradijentom, što rezultira najnižim vršnim zaostalim naprezanjem: vršno uzdužno vlačno naprezanje je samo 40%-50% granice razvlačenja, a kvaliteta zavara je stabilna, prikladna za zavarivanje tračnica na -brzim željeznicama. Lasersko zavarivanje ima izuzetno visoku gustoću energije, mali raspon zagrijavanja i usku zonu utjecaja topline, s ravnomjernijom raspodjelom zaostalog naprezanja. Međutim, cijena opreme je visoka i trenutno se uglavnom koristi za tvorničko zavarivanje tračnica.
Koje su metode detekcije i standardi prihvatljivosti za zaostalo naprezanje zavarenih spojeva tračnica?
Metode detekcije zaostalog naprezanja zavarenih spojeva tračnica uglavnom uključujumetoda slijepe rupe, metoda difrakcije X-zraka i ultrazvučna metoda. Metoda slijepe rupe često je korištena metoda otkrivanja na-licu mjesta, a standardi prihvaćanja moraju biti u skladu sa standardima za zavarivanje tračnica TB/T 1632-2014. Koraci otkrivanja metode slijepe rupe su: izbušite slijepu rupu promjera 1-2 mm na površini spoja, izmjerite promjenu deformacije prije i nakon bušenja, izračunajte vrijednost zaostalog naprezanja pomoću formule za-deformaciju naprezanja, s točnošću detekcije od ±10MPa, prikladno za brzo otkrivanje na-licu mjesta. Metoda difrakcije X-zraka je ne-destruktivna metoda detekcije, koja izračunava zaostalo naprezanje mjerenjem pomaka difrakcijskih vrhova kristala. Ima visoku točnost detekcije i prikladan je za preciznu laboratorijsku detekciju, ali je ograničen opremom za detekciju i težak za korištenje na-licu mjesta. Ultrazvučna metoda detektira zaostalo naprezanje korištenjem promjene brzine valova ultrazvučnih valova pod naprezanjem, što može ostvariti be-kontaktno otkrivanje i prikladno je za brzo skeniranje-velikih područja. Norma prihvaćanja propisuje da je vršno uzdužno zaostalo vlačno naprezanje zavarenih spojeva tračnica za željeznice velikih-brzina manje od ili jednako 150MPa, za željeznice za teški prijevoz manje od ili jednako 200MPa, a za željeznice obične brzine manje od ili jednako 250MPa; raspodjela zaostalog naprezanja mora biti jednolika bez očite koncentracije naprezanja. Omjer uzorkovanja je 3 zgloba na 100 zglobova. Ako je netko nekvalificiran, mora se provesti dvostruko uzorkovanje; ako je i dalje nekvalificiran, postupak zavarivanja treba obustaviti i provjeriti parametre procesa.