Совершенствование процессов сварки и термической обработки рельсов магистральных железных дорог

• Автор: Николин, Аркадий Игорьевич
• Шифр специальности: 05.16.01, 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 199 с. : ил.

1. Анализ повреждаемости сварных стыков рельсов в процессе эксплуатации и разработка направлений повышения их эксплуатационной стойкости

1.1 Особенности эксплуатации сварных рельсов.

1.2 Дефекты, возникающие в сварных стыках рельсов

в процессе эксплуатации

1.3 Анализ причин возникновения дефектов в сварных стыках рельсов и необходимые меры

но снижению их количества

1.3.1 Анализ причин возникновения дефектов

в стыках рельсов

1.3.2 Сварка рельсов пульсирующим оплавлением как мера по снижению количества дефектов

сварочного характера

1.3.3 Предпосылки применения в качестве закалочной среды при упрочнении сварного стыка
рельсов сжатого воздуха.
1.3.4 Обоснование создания дифференцированного
уровня свойств по сечению сварного стыка рельсов
1.3.5 Предпосылки разработки ресурсосберегающего оборудования для термической обработки сварных стыков рельсов
в стационарных и путевых условиях.
1.4 Выводы.
2. Материалы и методика исследования
2.1 Исследуемые марки стали
2.2 Определение химического состава сталей.
2.3 Исследование макро и микроструктуры.
2.4 Исследование твердости.
2.5 Определение механических свойств и ударной вязкости
2.6 Расчетная методика определения прокаливаемости сталей
исследуемых марок.
2.7 Определение температурных полей в металле рельса после контактной сварки непрерывным оплавлением, пульсирующим оплавлением, индукционного нагрева
и воздушного упрочняющего охлаждения
2.8 Испытания на статическую прочность.
2.9 Испытания на циклическую прочность.
2. Испытания на хрупкую прочность динамическую прочность
2. Определение внутренних остаточных напряжений.
2. Статистическая обработка экспериментальных данных
3. Разработка технологических основ упрочнения сварных стыков рельсов сжатым воздухом после пульсирующего оплавления, оценка механических свойств
и металлографические исследования.
3.1 Исследование условий эффективного упрочнения сварных
стыков рельсов в потоке сжатого воздуха.
3.1.1 Оценка распределения скоростей охлаждения сжатым воздухом металла сварного стыка рельсов расчетным методом
3.1.2 Исследование условий эффективного упрочнения металла головок сварных стыков рельсов сжатым воздухом
3.1.3 Исследование макро и микроструктуры упрочненного
слоя и определение его механических свойств
3.1.4 Исследование условий двустороннего упрочнения
сварных стыков рельсов сжатым воздухом.
3.1.5 Исследование напряженного состояния сварного стыка после двустороннего упрочнения и определение механических свойств
металла головки шейки и подошвы
3.2 Исследование влияния пульсирующего оплавления
при контактной сварке рельсов на качественные показатели металла сварных стыков рельсов
3.2.1 Исследование температурного воздействия контактной сварки пульсирующим оплавлением
на макро и микроструктуру сварного стыка рельсов
3.2.2 Исследование механических свойств и ударной вязкости металла сварных стыков рельсов
после пульсирующего оплавления.
3.3 Выводы.
4. Разработка энергосберегающего оборудования
для термической обработки сварных стыков рельсов и исследование влияния нагрева токами высокой частоты и последующего упрочнения сжатым воздухом на комплекс металлографических и механических свойств металла
сварных рельсов после пульсирующего оплавления
4.1 Разработка индукционного оборудования
для дифференцированной термической обработки
сварных стыков рельсов с упрочнением сжатым воздухом
4.2 Исследование механических свойств,
макро и микроструктуры металла сварных стыков рельсов после пульсирующего оплавления и упрочнения сжатым воздухом с индукционного нагрева токами высокой частоты.
4.3 Исследование конструкционной прочности сварных стыков рельсов после пульсирующего оплавления
и закалки сжатым воздухом с индукционного нагрева с помощью установки УИН1 0РТ
4.3.1 Исследование статической прочности.
4.3.2 Исследование усталостной прочности.
4.3.3 Исследование хрупкой прочности.
4.4 Выводы.
5. Работы по промышленному внедрению пульсирующего оплавления и упрочнения сварных стыков рельсов сжатым воздухом с тепла сварочного нагрева
и нагрева токами высокой частоты.
5.1 Внедрение технологии упрочнения сварных стыков рельсов сжатым воздухом с тепла сварочнот нагрева.
5.2 Внедрение технологии сварки рельсов пульсирующим оплавлением в технологических линиях рельсосварочных предприятий на сети железных дорог
5.3 Опытное использование и внедрение в промышленную эксплуатацию технологии упрочнения сварных стыков рельсов сжатым воздухом с индукционного нагрева
на установке УИН1 0РТ.
5.4 Выводы.
Общие выводы
Список литературы


Контактный способ сварки рельсов обеспечивает высокое и постоянное их качество, что подтверждается результатами многолетнего опыта их эксплуатации на дорогах России. За счет применения сварки рельсов на железных дорогах Российской Федерации протяженность бесстыкового пути на различных дорогах табл. Таблица 1. Бесстыковой путь стал основной конструкцией железнодорожного пути во многих странах мира. В германии сс протяженность составляет около , во Франции и Англии превысила длины главных путей. В последние годы соответствующий полигон резко возрастает и на железных дорогах России. На рис. России по годам. Особенностью эксплуатации сварных рельсовых плетей в России является то, то бесстыковой путь работает в сложных климатических и эксплуатационных условиях. На дорогах Сибири и Дальнего Востока годовые амплитуды температуры рельсов колеблются от 5 до 5 С. Максимальные суточные амплитуды температур равны С. В табл. Сибири и Дальнего Востока 1. Таблица 1. Такие перепады температур создают в сварных стыках рельсов и в самих рельсах критический уровень температурных сил, приводящий к выбросам плетей или их изломам с образованием зазоров мм, причем почти их приходится на места сварки 2. Следует также отметить, что при низких температурах увеличивается вероятность хрупких разрушений как самих рельсов, так и сварных стыков. Протяженность, тыс. Протяженность бесстыкового пути на сети дорог
Рис. Критическое значение температуры, при которой происходит хрупкое разрушение рельсов повышается с образованием в стали крупнозернистой структуры металла при сварке и с появлением в месте дефекта неблагоприятных остаточных напряжений . Проведенные во ВНИИЖТ комплексные исследования показали, что охрупчивание термически не обработанных рельсов наблюдается при С, термически упрочненных при С, сварных стыков термически упрочненных рельсов при С. На рис. ООО мм на вертикальном копре бойком весом 1 ООО кг, падающим с различной высоты. Анализ рис. При температуре С, являющейся основным охрупчивающим фактором, охватывающей все климатические зоны нашей страны и лежащей заведомо ниже критической температуры хрупкости объемно закаленных рельсов и их сварных стыков, сопротивляемость удару у сварных рельсов в 6 раз меньше, чем у не сварных. Хрупкие разрушения рельсов в эксплуатации в настоящее время встречаются очень редко благодаря строгому соблюдению технологии, режимов сварки и обработки стыков и при отсутствии в них пороков дефектов. Если была нарушена технология при изготовлении сварных плетей и в стыках были допущены дефекты, разрушения такого типа возможны, особенно в виде хрупких доломов, которыми заканчивается развитие усталостной трещины, образовавшейся от дефекта 3. Рис. Сварной стык в конструкции бесстыкового пути представляет собой неразъемное соединение металла, размерами и формой идентичное профилю рельса, с небольшими отклонениями по прямолинейности и местным поверхностным неровностям. Срок гарантии на сварные стыки объемно закаленных рельсов типа Р, даваемый предприятием изготовителем, составляет 0 млн т брутто 6, 7. Несмотря на большую работу, проводимую сотрудниками рельсосварочных предприятий РСП в сварных стыках рельсов в процессе эксплуатации средствами дефектоскопии выявляются дефекты. Дефекты в сварных стыках рельсов образуются в трех областях в головке, шейке и подошве. Изъятие сварных рельсов из пути по дефектам в подошве происходит в начальный период эксплуатации при пропуске 0 млн т брутто и особенно при низких температурах. Такие случаи разрушения бесстыковых плетей и длинных рельсов в пути встречаются редко и составляют меньшую часть общего выхода по дефектам сварки, обработки стыков и основного металла. Повреждение сварных стыков рельсов по дефектам головки наблюдаются в эксплуатации позже, после прохождения млн. Эти дефекты сварки выявляются с помощью ультразвуковой дефектоскопии уже в пути после появления и развития усталостной трещины. Дефекты и повреждения в головке сварных стыков рельсов при эксплуатации наблюдаются значительно чаще, чем в шейке и подошве. При эксплуатации сварных стыков с усталостными трещинами в головке может произойти полный излом рельсов по всему сечению 8.