Tehnologia de control al tensiunii reziduale și îmbunătățirea durabilității sudurii îmbinărilor sudate pe șine
Care sunt caracteristicile de distribuție a tensiunilor reziduale în îmbinările sudate pe șine?
Caracteristicile de distribuție a tensiunilor reziduale în îmbinările sudate pe șină suntneomogenitate evidentă, cu vârfuri bidirecționale ale tensiunii de tracțiune în zona de sudură și zona afectată de căldură-. În timpul sudării, metalul din zona de sudură suferă o topire și solidificare rapidă cu un gradient de temperatură extrem de mare: temperatura la centrul de sudare poate atinge peste 1500 de grade, în timp ce temperatura metalului de bază este doar temperatura camerei. Această diferență de temperatură face ca metalul din zona de sudură să fie constrâns de metalul de bază atunci când acesta se micșorează în timpul răcirii, generând tensiuni de tracțiune. În direcția longitudinală (direcția lungimii) șinei, efortul de întindere rezidual longitudinal de vârf la centrul sudurii poate atinge 80%-90% din limita de curgere a materialului, se atenuează treptat pe ambele părți ale metalului de bază și practic revine la starea de tensiune zero peste 50mm. În direcția transversală (direcția lățimii), efortul transversal de tracțiune maxim în zona afectată de căldură-este de aproximativ 60%-70% din limita de curgere, concentrat în principal în zona 10-20mm pe ambele părți ale sudurii. În plus, există diferențe în distribuția tensiunii reziduale între capul șinei și fundul șinei: capul șinei are un vârf de tensiune reziduală mai mare datorită vitezei mai mari de răcire, care este o zonă cu incidență mare pentru fisurarea îmbinărilor.
Care sunt măsurile de optimizare a procesului de sudare de bază pentru controlul tensiunii reziduale a îmbinărilor sudate pe șine?
Măsurile de optimizare a procesului de sudare de bază pentru controlul tensiunii reziduale ale îmbinărilor sudate șinelor adoptă procesul depreîncălzire + sudare cu mai multe-strat cu mai multe treceri + sudare segmentatăpentru a reduce gradientul de temperatură în timpul sudării. Preîncălzirea este pasul cheie: preîncălziți îmbinarea șinei la 200-250 de grade înainte de sudare pentru a reduce diferența de temperatură dintre sudură și metalul de bază și pentru a reduce stresul de constrângere în timpul contracției la răcire. Temperatura de preîncălzire excesiv de scăzută nu are un efect evident, în timp ce temperatura excesiv de ridicată va duce la boabe grosiere. Procesul de sudare cu mai multe-straturi cu mai multe treceri-împarte sudarea în 3-5 straturi pentru sudare. După ce fiecare strat este sudat, acesta trebuie să fie răcit la 150-200 de grade înainte de a suda următorul strat, evitând concentrația excesivă de căldură în sudarea cu un singur strat, reducând gradientul de temperatură. În același timp, tensiunea sudurilor multistrat se poate compensa reciproc, reducând vârful tensiunii reziduale. Procesul de sudare segmentată adoptă o metodă segmentată simetrică, cum ar fi sudarea segmentată de la centrul sudurii către ambele părți, pentru a distribui uniform căldura și pentru a evita dezechilibrul de tensiune cauzat de concentrația unilaterală a căldurii. Procesul de sudare optimizat poate reduce vârful tensiunii reziduale cu 30%-40%, îmbunătățind considerabil stabilitatea îmbinării.
Care sunt punctele cheie ale procesului de tratare termică post-sudare pentru controlul tensiunii reziduale a îmbinărilor sudate șinelor?
Punctele cheie ale procesului de tratare termică post-sudare pentru controlul tensiunii reziduale ale îmbinărilor sudate șinelor adoptă procesul de tratare compozită derecoacere de detensionare + revenire localapentru a elimina sau reduce stresul rezidual. Recoacere de reducere a tensiunii este pasul de bază: încălziți întreaga îmbinare sudată la 550-600 de grade, păstrați-o cald timp de 2-3 ore, apoi răciți-o încet la temperatura camerei cu cuptorul și controlați viteza de răcire în interval de 50 de grade/h. Acest proces poate face ca microstructura din interiorul îmbinării să fie supusă recuperării și recristalizării, să elibereze stresul rezidual și să reducă tensiunea de întindere reziduală longitudinală de vârf la sub 30% din limita de curgere. Procesul de călire locală vizează zona afectată de căldură a capului șinei: încălziți capul șinei la 400-450 de grade, mențineți-l cald timp de 1 oră, reduceți și mai mult vârful de stres al capului șinei și îmbunătățiți rezistența la oboseală. În timpul tratamentului termic, viteza de încălzire și viteza de răcire trebuie controlate cu strictețe pentru a evita un nou stres cauzat de schimbările excesive de temperatură. Pentru îmbinările șinelor utilizate în căile ferate de mare viteză, este necesar și un tratament de impact cu ultrasunete: impactul mecanic este utilizat pentru a produce deformare plastică pe suprafața de sudură, pentru a compensa o parte a tensiunii de întindere și pentru a forma un strat de compresiune benefic.
Care este influența diferitelor metode de sudare asupra tensiunii reziduale a îmbinărilor șinei?
Influența diferitelor metode de sudare asupra tensiunii reziduale a îmbinărilor șinei este semnificativ diferită, în principal în funcție dedensitatea energiei și viteza de încălzire a sursei de căldură de sudare. Sudarea cap la cap cu fulger este o metodă folosită în mod obișnuit pentru sudarea șinelor-la fața locului. Sursa sa de căldură are o densitate mare de energie și o viteză de încălzire rapidă, rezultând un gradient mare de temperatură în zona de sudură și un vârf ridicat al tensiunii reziduale: efortul de tracțiune longitudinal maxim poate atinge aproximativ 85% din limita de curgere. Cu toate acestea, are o eficiență ridicată de sudare și este potrivit pentru-sudarea la fața locului a căilor ferate de-viteză obișnuită și a căilor ferate-de transport greu. Sudarea cu termită are o densitate scăzută a energiei sursei de căldură și o rată de încălzire lentă, cu un gradient de temperatură relativ mic și un vârf de tensiune reziduală scăzut: efortul de întindere longitudinal maxim este de aproximativ 60% din limita de curgere. Cu toate acestea, rezistența sudurii este scăzută, ceea ce este potrivit pentru reparații de urgență și secțiuni de curbă cu rază mică{11}}. Sudarea sub presiune cu gaz folosește flacără de gaz ca sursă de căldură, cu încălzire uniformă și un gradient de temperatură mic, rezultând cel mai mic vârf de tensiune reziduală: efortul longitudinal de întindere maxim este de doar 40%-50% din limita de curgere, iar calitatea sudurii este stabilă, potrivită pentru sudarea feroviară-de mare viteză. Sudarea cu laser are o densitate de energie extrem de mare, un interval mic de încălzire și o zonă îngustă afectată de căldură, cu o distribuție mai uniformă a tensiunii reziduale. Cu toate acestea, costul echipamentului este mare și în prezent este utilizat în principal pentru sudarea șinelor din fabrică.
Care sunt metodele de detectare și standardele de acceptare pentru solicitarea reziduală a îmbinărilor sudate șinelor?
Metodele de detectare a tensiunii reziduale ale îmbinărilor sudate pe șine includ în principalmetoda găurii oarbe, metoda-difracției cu raze X și metoda ultrasonică. Metoda găurii oarbe este o metodă de detecție-obișnuită pe șantier, iar standardele de acceptare trebuie să respecte standardele de sudare șinelor TB/T 1632-2014. Pașii de detectare ai metodei găurii oarbe sunt: găuriți o gaură oarbă cu un diametru de 1-2mm pe suprafața îmbinării, măsurați modificarea deformarii înainte și după găurire, calculați valoarea tensiunii reziduale prin formula tensiunii-deformarii, cu o precizie de detecție de ±10MPa, potrivită pentru detecție rapidă{10} la fața locului. Metoda de difracție cu raze X-este o metodă de detecție ne-distructivă, care calculează stresul rezidual prin măsurarea deplasării vârfurilor de difracție a cristalului. Are o precizie ridicată de detecție și este potrivit pentru detectarea precisă în laborator, dar este limitat de echipamentul de detectare și este dificil de utilizat pe site-ul-. Metoda cu ultrasunete detectează stresul rezidual utilizând modificarea vitezei undelor a undelor ultrasonice sub stres, care poate realiza detectarea fără contact și este potrivită pentru scanarea rapidă-de suprafețe mari. Standardul de acceptare prevede că efortul de tracțiune rezidual longitudinal de vârf al îmbinărilor sudate șinelor pentru căile ferate de mare-viteză Mai mică sau egală cu 150 MPa, pentru căile ferate de transport greu Mai puțin sau egal cu 200 MPa și pentru căile ferate cu viteză obișnuită Mai mică sau egală cu 250 MPa; distribuția tensiunilor reziduale trebuie să fie uniformă fără concentrare evidentă a tensiunilor. Raportul de eșantionare este de 3 îmbinări la 100 de îmbinări. Dacă unul nu este calificat, se va efectua o dublă eșantionare; daca este inca necalificata, operatia de sudare va fi suspendata si se vor verifica parametrii procesului.