Помощь студентам в учебе
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ РЕЛЬСОВ В РЕЛЬСОСВАРОЧНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ РОССИИ
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ТЕХНОЛОГИЯ, ТЕХНИКА СВАРКИ РЕЛЬСОВ И ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СТЫКОВ 11
1.1 Современное оборудование для контактной сварки рельсов и
термической обработки в России и за рубежом 11
1.2 Факторы, влияющие на процесс контактной сварки в пластическом
состоянии металла 16
1.3 Описание технологии контактной сварки рельсов 21
1.4 Проблемы существующих способов контактной сварки рельсов и
локальной термической обработки сварных стыков 23
2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ЛОКАЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СТЫКОВ С ИЗМЕНЕНИЕМ КОНСТРУКЦИИ СПРЕЕРА ОХЛАЖДЕНИЯ 28
2.1 Методы оплавления при производстве сварных стыков 28
2.1.1 Характеристика методов оплавления при сварке рельсов контактным
способом 28
2.1.2 Распределение температурных полей при разных методах
оплавления 34
2.1.3 Механические свойства сварных стыков при разных методах
оплавления 36
2.1.4 Статическая прочность и пластичность сварных стыков при разных
методах оплавления 36
2.2 Сравнительные исследования сварных стыков после закалки заводским исполнением и модернизированным спреером системы охлаждения установки УИН 40
2.2.1 Анализ работы современного индукционного оборудования с
воздушным охлаждением 40
2.2.2 Усовершенствование индукционного оборудования для
дифференцированной термической обработки сварных стыков рельсов с введением измененного спреера охлаждения сжатым воздухом 44
2.2.3 Исследование изменения температуры и давления воздуха в системе
при закалке заводским и модернизированным спреером системы охлаждения установки УИН 48
2.2.4 Распределение твердости при одностороннем и двустороннем
охлаждении 51
2.2.5 Исследование микроструктуры упрочненного слоя 57
2.3 Исследование конструкционной прочности сварных стыков рельсов после различных методов термической обработки 62
2.3.1 Исследование статической прочности 62
2.3.2 Исследование усталостной прочности 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 72
... некоторые рисунки отсутствуют
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ТЕХНОЛОГИЯ, ТЕХНИКА СВАРКИ РЕЛЬСОВ И ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СТЫКОВ 11
1.1 Современное оборудование для контактной сварки рельсов и
термической обработки в России и за рубежом 11
1.2 Факторы, влияющие на процесс контактной сварки в пластическом
состоянии металла 16
1.3 Описание технологии контактной сварки рельсов 21
1.4 Проблемы существующих способов контактной сварки рельсов и
локальной термической обработки сварных стыков 23
2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ЛОКАЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СТЫКОВ С ИЗМЕНЕНИЕМ КОНСТРУКЦИИ СПРЕЕРА ОХЛАЖДЕНИЯ 28
2.1 Методы оплавления при производстве сварных стыков 28
2.1.1 Характеристика методов оплавления при сварке рельсов контактным
способом 28
2.1.2 Распределение температурных полей при разных методах
оплавления 34
2.1.3 Механические свойства сварных стыков при разных методах
оплавления 36
2.1.4 Статическая прочность и пластичность сварных стыков при разных
методах оплавления 36
2.2 Сравнительные исследования сварных стыков после закалки заводским исполнением и модернизированным спреером системы охлаждения установки УИН 40
2.2.1 Анализ работы современного индукционного оборудования с
воздушным охлаждением 40
2.2.2 Усовершенствование индукционного оборудования для
дифференцированной термической обработки сварных стыков рельсов с введением измененного спреера охлаждения сжатым воздухом 44
2.2.3 Исследование изменения температуры и давления воздуха в системе
при закалке заводским и модернизированным спреером системы охлаждения установки УИН 48
2.2.4 Распределение твердости при одностороннем и двустороннем
охлаждении 51
2.2.5 Исследование микроструктуры упрочненного слоя 57
2.3 Исследование конструкционной прочности сварных стыков рельсов после различных методов термической обработки 62
2.3.1 Исследование статической прочности 62
2.3.2 Исследование усталостной прочности 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 72
... некоторые рисунки отсутствуют
В настоящее время современный этап развития всего путевого комплекса Российских железных дорог (ОАО «РЖД») характеризуется всё большим распространением прогрессивных технологий ремонта и технического обслуживания железнодорожного пути, высокопроизводительной путевой техникой, внедрением более эффективных конструкций пути, к числу которых относится бесстыковой путь. Главным направлением усиления верхнего строения пути является замена болтовых стыков сварными. Прочность и надежность рельсов, сваренных контактным способом, определяется правильным выбором технологии сварки, термической и механической обработки сварных стыков. При этом сварные стыки остаются слабым звеном бесстыкового пути, на сварные стыки приходится 12,9% всех рельсов, снимаемых в одиночном порядке, 27,1% всех случаев изломов рельсов в пути. Местные неровности в зоне сварных стыков сдерживают возможности повышения скорости движения пассажирских и грузовых поездов.
Выпускная квалификационная работа посвящена решению проблемы повышения работоспособности сварных рельсовых плетей путем совершенствования сварки методом оплавления и термической обработки. Сейчас по сети дорог идет очень большое количество дефектов в рельсах именно по причине нарушения твердости сварных стыков на поверхности катания рельсов (смятия, выкрашивание, разрушение сварных швов). Актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью обеспечения безопасности перевозок, безаварийной работы железнодорожного транспорта. Это определяется надежностью сварных стыков в бесстыковом пути.
Оснащение рельсосварочных предприятий (РСП ООО «РСП-М») компании- партнера ОАО «РЖД» современным рельсосварочным оборудованием, средствами контроля и ультразвуковой дефектоскопии , внедрение новых разработок в области сварки позволило увеличить объем выпуска сварных плетей для бесстыкового пути из новых и старогодных рельсов до 7000 км пути в год.
В условиях роста грузонапряженности, скорости движения и нагрузок на ось высокие требования предъявляются к качеству рельсовой стали, как отечественных, так и зарубежных производителей .
К сварным стыкам рельсовых плетей, укладываемых в главный путь, предъявляются серьезные требования, обеспечивающие качество по плоскости соединения сварного стыка и полное отсутствие дефектов сварочного характера. Дефекты, образовавшиеся во время сварки и обработки сварного стыка, даже незначительных размеров, могут являться очагами зарождения и дальнейшего развития усталостных трещин. Выход из строя сварного стыка рельсов угрожает безопасности движения, поэтому к качеству сварного стыка, его надежности, стойкости уделяется особое внимание .
В настоящее время активно ведется строительство высокоскоростных железнодорожных магистралей, где в верхнем строении пути широко применяются рельсы типа Р65 производства ЕВРАЗ ЗСМК и ПАО «ЧМК».
Одна из главных проблем при производстве сварных плетей из рельсов, изготовленных из низколегированных сталей, является в нестабильности результатов при проведении испытании контрольных образцов на трехточечный изгиб после сварки методами непрерывного и пульсирующего оплавления, без локальной термической обработки сварного стыка. По сравнению с технологией изготовления сварных рельсов отечественного производства, при сварке рельсов импортного производства введено обязательное требование по проведению локальной термической обработки после сварки рельсов пульсирующим методом оплавления, для устранения недостатка связанного с формированием слоя с отдельными участками мартенсита на месте микрообъемов с повышенным содержанием хрома, никеля и углерода. Метод непрерывного оплавления, при котором происходит длительный технологический процесс нагрева, ведет к увеличению линейной величины зоны термического влияния (ЗТВ), что оказывает негативное влияние на конструкционную прочность сварного стыка
Выпускная квалификационная работа посвящена решению проблемы повышения работоспособности сварных рельсовых плетей путем совершенствования сварки методом оплавления и термической обработки. Сейчас по сети дорог идет очень большое количество дефектов в рельсах именно по причине нарушения твердости сварных стыков на поверхности катания рельсов (смятия, выкрашивание, разрушение сварных швов). Актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью обеспечения безопасности перевозок, безаварийной работы железнодорожного транспорта. Это определяется надежностью сварных стыков в бесстыковом пути.
Оснащение рельсосварочных предприятий (РСП ООО «РСП-М») компании- партнера ОАО «РЖД» современным рельсосварочным оборудованием, средствами контроля и ультразвуковой дефектоскопии , внедрение новых разработок в области сварки позволило увеличить объем выпуска сварных плетей для бесстыкового пути из новых и старогодных рельсов до 7000 км пути в год.
В условиях роста грузонапряженности, скорости движения и нагрузок на ось высокие требования предъявляются к качеству рельсовой стали, как отечественных, так и зарубежных производителей .
К сварным стыкам рельсовых плетей, укладываемых в главный путь, предъявляются серьезные требования, обеспечивающие качество по плоскости соединения сварного стыка и полное отсутствие дефектов сварочного характера. Дефекты, образовавшиеся во время сварки и обработки сварного стыка, даже незначительных размеров, могут являться очагами зарождения и дальнейшего развития усталостных трещин. Выход из строя сварного стыка рельсов угрожает безопасности движения, поэтому к качеству сварного стыка, его надежности, стойкости уделяется особое внимание .
В настоящее время активно ведется строительство высокоскоростных железнодорожных магистралей, где в верхнем строении пути широко применяются рельсы типа Р65 производства ЕВРАЗ ЗСМК и ПАО «ЧМК».
Одна из главных проблем при производстве сварных плетей из рельсов, изготовленных из низколегированных сталей, является в нестабильности результатов при проведении испытании контрольных образцов на трехточечный изгиб после сварки методами непрерывного и пульсирующего оплавления, без локальной термической обработки сварного стыка. По сравнению с технологией изготовления сварных рельсов отечественного производства, при сварке рельсов импортного производства введено обязательное требование по проведению локальной термической обработки после сварки рельсов пульсирующим методом оплавления, для устранения недостатка связанного с формированием слоя с отдельными участками мартенсита на месте микрообъемов с повышенным содержанием хрома, никеля и углерода. Метод непрерывного оплавления, при котором происходит длительный технологический процесс нагрева, ведет к увеличению линейной величины зоны термического влияния (ЗТВ), что оказывает негативное влияние на конструкционную прочность сварного стыка
1. Проведенный анализ существующих технологий сварки и термической обработки сварных стыков выявил существенные их недостатки, связанные с формированием структур с участками мартенсита в сварных стыках рельсов изготовленных из низколегированных сталей, образованием ожогов в местах контакта с электродами сварочных машин и появлением двух новых зон термического влияния при локальной термической обработке сварных стыков. Это приводит к тому, что со сварными стыками связано до трети всех изломов рельсов в пути и до 12,9 % всех изъятых остродефектных рельсов. Всё это требует оптимизации всех технических параметров, связанных со сваркой и термической обработкой сварных стыков.
2. Изменение конструкции спреера охлаждения, рассмотренное в работе при локальной термической обработке сварных стыков рельсов обеспечивает получение на поверхности катания головки рельса твердости металла, соответствующей нормативной документации, что подтверждается результатами замера твердости, металлографическими исследованиями, результатами усталостных испытаний.
3. Результаты исследования головки рельса при локальной термической обработке сварных стыков подтвердили необходимость интенсификации закалочного охлаждения в центральной зоне головки рельса, что было достигнуто изменением конструкции верхнего закалочного устройства и схемы раздачи сжатого воздуха на головку рельса. Доработка верхнего закалочного блока (спреера охлаждения) позволило равномерное распределения скорости истечения воздуха на поверхность катания головки, что обеспечило равномерное распределение твердости в ЗТВ сварного стыка.
4. Промышленные испытания модернизированной индукционной установки промышленных испытаний и полученные результаты исследований дают основания предполагать, что срок гарантии сварных стыков рельсов по количеству пропущенного по ним груза: для рельсов типа Р65 увеличится на 2535 %.
2. Изменение конструкции спреера охлаждения, рассмотренное в работе при локальной термической обработке сварных стыков рельсов обеспечивает получение на поверхности катания головки рельса твердости металла, соответствующей нормативной документации, что подтверждается результатами замера твердости, металлографическими исследованиями, результатами усталостных испытаний.
3. Результаты исследования головки рельса при локальной термической обработке сварных стыков подтвердили необходимость интенсификации закалочного охлаждения в центральной зоне головки рельса, что было достигнуто изменением конструкции верхнего закалочного устройства и схемы раздачи сжатого воздуха на головку рельса. Доработка верхнего закалочного блока (спреера охлаждения) позволило равномерное распределения скорости истечения воздуха на поверхность катания головки, что обеспечило равномерное распределение твердости в ЗТВ сварного стыка.
4. Промышленные испытания модернизированной индукционной установки промышленных испытаний и полученные результаты исследований дают основания предполагать, что срок гарантии сварных стыков рельсов по количеству пропущенного по ним груза: для рельсов типа Р65 увеличится на 2535 %.
