Jäännösjännityksen hallintatekniikka ja kiskojen hitsausliitosten hitsin kestävyyden parantaminen
Mitkä ovat jäännösjännityksen jakautumisominaisuudet kiskon hitsausliitoksissa?
Jäännösjännityksen jakautumisominaisuudet kiskon hitsausliitoksissa ovatilmeistä epähomogeenisuutta, kaksisuuntaisia vetojännityspiikkejä hitsausalueella ja lämmön{0}}vaikutusalueella. Hitsauksen aikana hitsausvyöhykkeellä oleva metalli sulaa ja jähmettyy nopeasti erittäin suurella lämpötilagradientilla: lämpötila hitsauskeskuksessa voi nousta yli 1500 asteeseen, kun taas perusmetallin lämpötila on vain huoneenlämpöinen. Tämä lämpötilaero aiheuttaa sen, että perusmetalli rajoittaa hitsausvyöhykkeen metallia, kun se kutistuu jäähtyessään, jolloin syntyy vetojännitystä. Kiskon pituussuunnassa (pituussuunnassa) pituussuuntaisen jäännösvetolujuuden huippu hitsin keskipisteessä voi saavuttaa 80 %-90 % materiaalin myötörajasta, vaimenee vähitellen perusmetallin molemmille puolille ja palaa periaatteessa nollajännitystilaan yli 50 mm:n. Poikittaissuunnassa (leveyssuunnassa) poikittaisen vetojännityksen huippu lämpövaikutusalueella on noin 60–70 % myötörajasta, keskittyen pääasiassa alueelle 10–20 mm hitsin molemmille puolille. Lisäksi kiskon pään ja kiskon pohjan jäännösjännitysjakaumassa on eroja: kiskon päässä on suurempi jäännösjännityshuippu nopeamman jäähtymisnopeuden ansiosta, mikä on alue, jossa on paljon sauman halkeilua.
Mitkä ovat ydinhitsausprosessin optimointitoimenpiteet kiskon hitsausliitosten jäännösjännityksen hallintaan?
Hitsausprosessin ydinprosessin optimointitoimenpiteet kiskon hitsattujen liitosten jäännösjännityksen hallintaan ottavat käyttöön prosessinesilämmitys + monikerroksinen monipäästöhitsaus + segmentoitu hitsauslämpötilagradientin vähentämiseksi hitsauksen aikana. Esilämmitys on tärkein vaihe: esilämmitä kiskon liitos 200-250 asteeseen ennen hitsausta vähentääksesi hitsin ja perusmetallin välistä lämpötilaeroa ja vähentääksesi jäähdytyskutistumisen aiheuttamaa rajoitusjännitystä. Liian matalalla esilämmityslämpötilalla ei ole ilmeistä vaikutusta, kun taas liian korkea lämpötila johtaa karkeisiin rakeisiin. Monikerroksinen moni-hitsausprosessi jakaa hitsin 3-5 kerrokseen hitsausta varten. Kun jokainen kerros on hitsattu, se on jäähdytettävä 150-200 asteeseen ennen seuraavan kerroksen hitsaamista välttäen liiallista lämmön keskittymistä yksikerroksisessa hitsauksessa, mikä vähentää lämpötilagradienttia. Samaan aikaan monikerroksisten hitsien jännitys voi kompensoida toisiaan, mikä vähentää jäännösjännityksen huippua. Segmentoidussa hitsausprosessissa käytetään symmetristä segmentoitua menetelmää, kuten segmentoitu hitsaus hitsin keskipisteestä molemmille puolille, jotta lämpö jakautuu tasaisesti ja vältetään yksipuolisen lämmön keskittymisen aiheuttama jännitysepätasapaino. Optimoitu hitsausprosessi voi vähentää jäännösjännityksen huippua 30–40%, mikä parantaa liitoksen vakautta.
Mitkä ovat tärkeimmät{0}}hitsauksen jälkeiset lämpökäsittelyprosessit kiskon hitsausliitosten jäännösjännityksen hallinnassa?
Tärkeimmät{0}}hitsauksen jälkeiset lämpökäsittelyprosessit kiskon hitsattujen liitosten jäännösjännityksen hallinnassa ovat yhdistelmäkäsittelyprosessi.stressinpoistohehkutus + paikallinen karkaisujäännösstressin poistamiseksi tai vähentämiseksi. Jännityksenpoistohehkutus on ydinvaihe: lämmitä koko hitsausliitos 550-600 asteeseen, pidä se lämpimänä 2-3 tuntia, jäähdytä se sitten hitaasti huoneenlämpöön uunin avulla ja säädä jäähdytysnopeus 50 astetta/h. Tämä prosessi voi saada liitoksen sisällä olevan mikrorakenteen palautumaan ja uudelleenkiteytymään, vapauttamaan jäännösjännityksen ja pienentämään pitkittäisen jäännösvetolujuuden huipun alle 30 prosenttiin myötörajasta. Paikallinen karkaisuprosessi on suunnattu kiskon pään lämpövaikutteiselle vyöhykkeelle: lämmitä kiskon pää 400-450 asteeseen, pidä se lämpimänä 1 tunnin ajan, vähentää kiskon pään jännityshuippua entisestään ja parantaa väsymiskestävyyttä. Lämpökäsittelyn aikana lämmitysnopeutta ja jäähdytysnopeutta on valvottava tarkasti, jotta vältetään liiallisten lämpötilamuutosten aiheuttama uusi rasitus. Suurnopeuksilla rautateillä käytettäville kiskon liitoksille tarvitaan myös ultraääniiskukäsittely: mekaanisella iskulla saadaan aikaan plastinen muodonmuutos hitsin pintaan, kompensoituu osittain vetojännitys ja muodostetaan hyödyllinen puristusjännityskerros.
Mikä on erilaisten hitsausmenetelmien vaikutus kiskon liitosten jäännösjännitykseen?
Eri hitsausmenetelmien vaikutus kiskon liitosten jäännösjännitykseen on merkittävästi erilainen, pääasiassa riippuenhitsauslämmönlähteen energiatiheys ja kuumennusnopeus. Puskuhitsaus on yleisesti käytetty menetelmä-työmaalla tehtävässä kiskojen hitsauksessa. Sen lämmönlähteellä on korkea energiatiheys ja nopea kuumennusnopeus, mikä johtaa suureen lämpötilagradienttiin hitsausvyöhykkeellä ja korkeaan jäännösjännityshuippuun: pituussuuntaisen vetojännityksen huippu voi saavuttaa noin 85 % myötölujuudesta. Sillä on kuitenkin korkea hitsaustehokkuus ja se soveltuu tavallisten-nopeajunateiden ja raskaiden{7}}nopeuksien hitsaukseen työmaalla. Termiittihitsauksella on alhainen lämmönlähteen energiatiheys ja hidas kuumennusnopeus, suhteellisen pieni lämpötilagradientti ja pieni jäännösjännityshuippu: pituussuuntaisen vetojännityksen huippu on noin 60 % myötörajasta. Hitsauksen lujuus on kuitenkin alhainen, mikä soveltuu hätäkorjauksiin ja pieniin -sädekäyrän osiin. Kaasupainehitsauksessa lämmönlähteenä käytetään kaasuliekkiä tasaisella kuumennuksella ja pienellä lämpötilagradientilla, mikä johtaa pienimpään jäännösjännityshuippuun: pituussuuntaisen vetojännityksen huippu on vain 40 %-50 % myötörajasta, ja hitsin laatu on vakaa, soveltuu nopean kiskon -hitsaukseen. Laserhitsauksella on äärimmäisen korkea energiatiheys, pieni lämmitysalue ja kapea lämmön vaikutusalue, ja jäännösjännityksen jakautuminen on tasaisempaa. Laitekustannukset ovat kuitenkin korkeat, ja niitä käytetään tällä hetkellä pääasiassa kiskojen tehdashitsaukseen.
Mitkä ovat kiskon hitsausliitosten jäännösjännityksen havaitsemismenetelmät ja hyväksymisstandardit?
Kiskon hitsausliitosten jäännösjännityksen havaitsemismenetelmiä ovat pääasiassasokea reikä -menetelmä, röntgendiffraktiomenetelmä ja ultraäänimenetelmä. Umpireikämenetelmä on yleisesti käytetty-työmaalla havaitsemismenetelmä, ja hyväksymisstandardien on oltava TB/T 1632-2014 kiskojen hitsausstandardien mukaisia. Sokeareikämenetelmän tunnistusvaiheet ovat: poraa läpimitaltaan 1-2mm sokeareikä liitoksen pintaan, mittaa jännityksen muutos ennen ja jälkeen porauksen, laske jäännösjännitysarvo jännitys-venymäkaavan avulla tunnistustarkkuudella ±10 MPa, sopii nopeaan paikan päällä tapahtuvaan{{10} havaitsemiseen. Röntgendiffraktiomenetelmä on ei--hajottava ilmaisumenetelmä, joka laskee jäännösjännityksen mittaamalla kiteiden diffraktiohuippujen siirtymän. Sillä on korkea tunnistustarkkuus ja se soveltuu tarkkaan laboratorioilmaisuun, mutta sitä rajoittavat tunnistuslaitteet ja sitä on vaikea käyttää paikan päällä. Ultraäänimenetelmä havaitsee jäännösjännityksen käyttämällä ultraääniaaltojen aallonnopeuden muutosta jännityksen alaisena, mikä voi toteuttaa kosketuksettoman havaitsemisen ja soveltuu laajan alueen nopeaan skannaukseen. Hyväksymisstandardissa määrätään, että kiskon hitsattujen liitosten pituussuuntaisen jäännösvetolujuuden huippu suurnopeuksilla rautateillä on enintään 150 MPa, raskaan tavaraliikenteen rautateillä enintään 200 MPa ja tavallisten nopeuksien rautateillä enintään 250 MPa; jäännösjännityksen jakauman tulee olla tasainen ilman ilmeistä jännityskeskittymää. Näytteenottosuhde on 3 liitosta 100 liitosta kohti. Jos yksi ei ole pätevä, on suoritettava kaksinkertainen näytteenotto; jos se on edelleen epäpätevä, hitsaus on keskeytettävä ja prosessiparametrit on tarkastettava.