Tehnologija nadzora preostale napetosti in izboljšanje vzdržljivosti zvarov zvarjenih spojev
Kakšne so značilnosti porazdelitve preostale napetosti v zvarjenih spojih tirnic?
Značilnosti porazdelitve preostale napetosti v tirnih varjenih spojih soočitna nehomogenost z dvosmernimi vrhovi natezne napetosti v območju zvara in območju toplotnega-prizadetega. Med varjenjem se kovina v območju zvara hitro tali in strdi z izjemno velikim temperaturnim gradientom: temperatura v središču zvara lahko doseže nad 1500 stopinj, medtem ko je temperatura osnovne kovine le sobna temperatura. Ta temperaturna razlika povzroči, da je kovina v območju zvara omejena z osnovno kovino, ko se skrči med ohlajanjem, kar ustvarja natezno napetost. V vzdolžni smeri (smer dolžine) tirnice lahko najvišja vzdolžna preostala natezna napetost v središču zvara doseže 80 %-90 % meje tečenja materiala, postopoma oslabi na obe strani osnovne kovine in se v bistvu vrne v stanje ničelne napetosti nad 50 mm. V prečni smeri (smer širine) je najvišja prečna natezna napetost v toplotno-prizadetem območju približno 60 %-70 % meje tečenja, večinoma koncentrirana v območju 10-20 mm na obeh straneh zvara. Poleg tega obstajajo razlike v porazdelitvi preostale napetosti med glavo in spodnjo stranjo tirnice: glava tirnice ima višjo konico preostale napetosti zaradi hitrejše hitrosti ohlajanja, kar je pogosto območje za pokanje spoja.
Kateri so ukrepi za optimizacijo procesa varjenja jedra za nadzor preostale napetosti zvarjenih spojev tirnic?
Ukrepi za optimizacijo procesa varjenja jedra za nadzor preostale napetosti zvarjenih spojev tirnic sprejemajo postopekpredgretje + več{1}}slojno več{2}}varjenje + segmentno varjenjeza zmanjšanje temperaturnega gradienta med varjenjem. Predgretje je ključni korak: pred varjenjem segrejte tirnični spoj na 200-250 stopinj, da zmanjšate temperaturno razliko med zvarom in osnovno kovino ter zmanjšate stiskalno napetost med krčenjem pri hlajenju. Prenizka temperatura predgretja nima očitnega učinka, medtem ko bo previsoka temperatura povzročila groba zrna. Več-slojni več{9}}postopek varjenja razdeli zvar na 3-5 plasti za varjenje. Ko je vsak sloj zvarjen, ga je treba pred varjenjem naslednjega sloja ohladiti na 150-200 stopinj, pri čemer se izogibamo prekomerni koncentraciji toplote pri enoslojnem varjenju in zmanjšamo temperaturni gradient. Hkrati se lahko napetost večslojnih zvarov medsebojno izravna, kar zmanjša vrh preostale napetosti. Postopek segmentiranega varjenja uporablja simetrično segmentirano metodo, kot je segmentno varjenje od središča zvara na obe strani, da se toplota enakomerno porazdeli in prepreči neravnovesje napetosti, ki ga povzroča enostranska koncentracija toplote. Optimiziran postopek varjenja lahko zmanjša konico preostale napetosti za 30%-40%, kar močno izboljša stabilnost spoja.
Katere so ključne točke postopka toplotne obdelave po -varjenju za nadzor preostale napetosti zvarjenih spojev tirnic?
Ključne točke procesa toplotne obdelave po-varu za nadzor preostale napetosti zvarjenih spojev tirnic so sprejetje postopka kompozitne obdelavežarjenje za razbremenitev napetosti + lokalno popuščanjeza odpravo ali zmanjšanje preostalega stresa. Žarjenje za razbremenitev napetosti je ključni korak: segrejte celoten zvarjeni spoj na 550-600 stopinj, ga hranite na toplem 2-3 ure, nato ga s pečjo počasi ohladite na sobno temperaturo in nadzorujte hitrost ohlajanja znotraj 50 stopinj/h. Ta proces lahko povzroči okrevanje in rekristalizacijo mikrostrukture znotraj spoja, sprosti preostalo napetost in zmanjša najvišjo vzdolžno preostalo natezno napetost pod 30 % meje tečenja. Lokalni proces kaljenja je usmerjen na območje glave tirnice, ki je izpostavljeno toploti: segrejte glavo tirnice na 400-450 stopinj, jo hranite toplo 1 uro, dodatno zmanjšajte vrh napetosti glave tirnice in izboljšajte odpornost proti utrujenosti. Med toplotno obdelavo morata biti hitrost segrevanja in hlajenja strogo nadzorovana, da se izognemo novim obremenitvam zaradi čezmernih temperaturnih sprememb. Za tirne spoje, ki se uporabljajo pri železnicah za visoke hitrosti, je potrebna tudi ultrazvočna udarna obdelava: mehanski udarci se uporabljajo za plastično deformacijo na površini zvara, izravnajo del natezne napetosti in tvorijo koristno tlačno napetostno plast.
Kakšen je vpliv različnih načinov varjenja na preostale napetosti tirnih spojev?
Vpliv različnih načinov varjenja na preostale napetosti tirnih spojev je bistveno različen, predvsem v odvisnosti odenergijsko gostoto in hitrost segrevanja vira varilne toplote. Sočelno varjenje je pogosto uporabljena metoda za-varjenje tirnic na mestu. Njegov vir toplote ima visoko energijsko gostoto in hitro hitrost segrevanja, kar ima za posledico velik temperaturni gradient v območju zvara in visoko konico preostale napetosti: najvišja vzdolžna natezna napetost lahko doseže približno 85 % meje tečenja. Vendar pa ima visoko učinkovitost varjenja in je primeren za-varjenje na kraju samem običajnih-hitrih železnic in težkih-železnic. Termitno varjenje ima nizko energijsko gostoto vira toplote in počasno hitrost segrevanja, z relativno majhnim temperaturnim gradientom in nizko konico preostale napetosti: najvišja vzdolžna natezna napetost je približno 60 % meje tečenja. Vendar pa je trdnost zvara nizka, kar je primerno za nujna popravila in odseke krivulje z majhnim-polmerom. Plinsko tlačno varjenje uporablja plinski plamen kot vir toplote z enakomernim segrevanjem in majhnim temperaturnim gradientom, kar ima za posledico najnižjo konico preostale napetosti: najvišja vzdolžna natezna napetost je le 40 %-50 % meje tečenja, kakovost zvara pa je stabilna, primerna za varjenje tirnic pri-hitrostnih železnicah. Lasersko varjenje ima izjemno visoko energijsko gostoto, majhno območje segrevanja in ozko območje toplotnega vpliva z enakomernejšo porazdelitvijo preostale napetosti. Vendar pa so stroški opreme visoki in trenutno se uporablja predvsem za tovarniško varjenje tirnic.
Kakšne so metode odkrivanja in sprejemljivi standardi za preostale napetosti zvarjenih spojev tirnic?
Metode odkrivanja preostale napetosti zvarjenih spojev v glavnem vključujejometoda slepih lukenj, metoda rentgenske difrakcije in ultrazvočna metoda. Metoda slepih lukenj je pogosto uporabljena metoda za-odkrivanja na kraju samem, standardi sprejemljivosti pa morajo biti skladni s standardi za varjenje tirnic TB/T 1632-2014. Koraki zaznavanja metode slepe luknje so: izvrtajte slepo luknjo s premerom 1-2 mm na površini spoja, izmerite spremembo deformacije pred in po vrtanju, izračunajte vrednost preostale napetosti s formulo deformacije-napetosti, z natančnostjo zaznavanja ±10MPa, primerno za hitro odkrivanje na-gradišču. Metoda rentgenske difrakcije je ne-destruktivna metoda zaznavanja, ki izračuna preostalo napetost z merjenjem premika kristalnih uklonskih vrhov. Ima visoko natančnost zaznavanja in je primeren za natančno laboratorijsko zaznavanje, vendar ga omejuje oprema za zaznavanje in ga je težko uporabljati na mestu-. Ultrazvočna metoda zazna preostalo napetost z uporabo spremembe hitrosti valovanja ultrazvočnih valov pod napetostjo, ki lahko izvede brez{17}}kontaktno zaznavanje in je primerna za hitro skeniranje velikih-območij. Standard sprejemljivosti določa, da je najvišja vzdolžna preostala natezna napetost zvarjenih spojev tirnic za železnice za visoke -hitrosti manjša ali enaka 150 MPa, za železnice za težke razdalje manjša ali enaka 200 MPa in za železnice za navadne hitrosti manjša ali enaka 250 MPa; porazdelitev preostale napetosti mora biti enakomerna brez očitne koncentracije napetosti. Razmerje vzorčenja je 3 sklepi na 100 sklepov. Če je eden nekvalificiran, se izvede dvojno vzorčenje; če je še vedno nekvalificiran, je treba postopek varjenja prekiniti in preveriti procesne parametre.