เทคโนโลยีการควบคุมความเค้นตกค้างและการปรับปรุงความทนทานในการเชื่อมของรอยเชื่อมราง
ลักษณะการกระจายตัวของความเค้นตกค้างในข้อต่อเชื่อมรางมีอะไรบ้าง?
ลักษณะการกระจายตัวของความเค้นตกค้างในรอยต่อเชื่อมรางมีดังนี้ความไม่สอดคล้องกันอย่างเห็นได้ชัด โดยมีจุดสูงสุดของความเค้นดึงแบบสองทิศทางในโซนการเชื่อมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน-. ในระหว่างการเชื่อม โลหะในบริเวณรอยเชื่อมจะเกิดการหลอมละลายและการแข็งตัวอย่างรวดเร็วโดยมีการไล่ระดับอุณหภูมิที่ใหญ่มาก อุณหภูมิที่จุดศูนย์กลางการเชื่อมสามารถสูงกว่า 1,500 องศา ในขณะที่อุณหภูมิของโลหะฐานจะเป็นเพียงอุณหภูมิห้องเท่านั้น ความแตกต่างของอุณหภูมินี้ทำให้โลหะในบริเวณรอยเชื่อมถูกจำกัดโดยโลหะฐานเมื่อหดตัวระหว่างการทำความเย็น ทำให้เกิดความเค้นดึง ในทิศทางตามยาว (ทิศทางความยาว) ของราง แรงดึงตกค้างตามยาวสูงสุดที่จุดศูนย์กลางการเชื่อมสามารถเข้าถึง 80%-90% ของกำลังครากของวัสดุ โดยค่อยๆ ลดทอนลงทั้งสองด้านของโลหะฐาน และโดยทั่วไปจะกลับสู่สถานะความเค้นเป็นศูนย์เกินกว่า 50 มม. ในทิศทางตามขวาง (ทิศทางความกว้าง) ความเค้นดึงตามขวางจุดสูงสุดในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน-คือประมาณ 60%-70% ของกำลังคราก โดยส่วนใหญ่จะกระจุกตัวอยู่ที่พื้นที่ 10-20 มม. บนทั้งสองด้านของแนวเชื่อม นอกจากนี้ การกระจายความเค้นตกค้างระหว่างหัวรางและก้นรางมีความแตกต่างกัน: หัวรางมีจุดสูงสุดของความเค้นตกค้างที่สูงกว่าเนื่องจากความเร็วในการทำความเย็นที่เร็วขึ้น ซึ่งเป็นบริเวณที่เกิดข้อต่อแตกร้าวสูง
มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเชื่อมหลักสำหรับการควบคุมความเค้นตกค้างของข้อต่อเชื่อมรางมีอะไรบ้าง
มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเชื่อมหลักสำหรับการควบคุมความเค้นตกค้างของข้อต่อรอยเชื่อมรางกำลังใช้กระบวนการของการอุ่นเครื่อง + การเชื่อมหลาย-หลายชั้น หลาย- ผ่านการเชื่อม + การเชื่อมแบบแบ่งส่วนเพื่อลดความลาดชันของอุณหภูมิระหว่างการเชื่อม การอุ่นก่อนเป็นขั้นตอนสำคัญ: อุ่นข้อต่อรางไว้ที่ 200-250 องศาก่อนทำการเชื่อม เพื่อลดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างรอยเชื่อมและโลหะฐาน และลดความเครียดจากข้อจำกัดระหว่างการหดตัวด้วยการทำความเย็น อุณหภูมิอุ่นที่ต่ำเกินไปจะไม่ส่งผลที่ชัดเจน ในขณะที่อุณหภูมิสูงเกินไปจะทำให้เมล็ดหยาบ กระบวนการเชื่อมหลาย-หลายชั้น-ผ่านการเชื่อมจะแบ่งการเชื่อมออกเป็น 3-5 ชั้นสำหรับการเชื่อม หลังจากเชื่อมแต่ละชั้นแล้วจะต้องทำให้เย็นลงถึง 150-200 องศา ก่อนเชื่อมชั้นถัดไป เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้มข้นของความร้อนที่มากเกินไปในการเชื่อมชั้นเดียว ลดการไล่ระดับของอุณหภูมิ ในเวลาเดียวกัน ความเค้นของการเชื่อมหลายชั้นสามารถชดเชยซึ่งกันและกันได้ ซึ่งช่วยลดจุดสูงสุดของความเค้นตกค้าง กระบวนการเชื่อมแบบแบ่งส่วนใช้วิธีการแบ่งส่วนแบบสมมาตร เช่น การเชื่อมแบบแบ่งส่วนจากศูนย์กลางการเชื่อมไปทั้งสองด้าน เพื่อกระจายความร้อนอย่างสม่ำเสมอ และหลีกเลี่ยงความไม่สมดุลของความเครียดที่เกิดจากความเข้มข้นของความร้อนด้านเดียว กระบวนการเชื่อมที่ได้รับการปรับปรุงสามารถลดความเค้นตกค้างสูงสุดได้ 30%-40% ซึ่งช่วยเพิ่มเสถียรภาพของข้อต่อได้อย่างมาก
จุดสำคัญในกระบวนการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อม-สำหรับการควบคุมความเค้นตกค้างของข้อต่อเชื่อมรางคืออะไร
จุดสำคัญในกระบวนการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อมสำหรับการควบคุมความเค้นตกค้างของข้อต่อที่เชื่อมด้วยรางกำลังใช้กระบวนการบำบัดแบบคอมโพสิตของการบรรเทาความเครียด + การแบ่งเบาบรรเทาในท้องถิ่นเพื่อกำจัดหรือลดความเครียดที่ตกค้าง การอบอ่อนเพื่อบรรเทาความเครียดเป็นขั้นตอนหลัก: ให้ความร้อนแก่รอยเชื่อมทั้งหมดเป็น 550-600 องศา เก็บไว้ให้อบอุ่นเป็นเวลา 2-3 ชั่วโมง จากนั้นทำให้เย็นลงช้าๆ จนถึงอุณหภูมิห้องด้วยเตาเผา และควบคุมอัตราการทำความเย็นภายใน 50 องศา /ชม. กระบวนการนี้สามารถทำให้โครงสร้างจุลภาคภายในข้อต่อได้รับการกู้คืนและการตกผลึกใหม่ ปลดปล่อยความเค้นตกค้าง และลดความเค้นดึงตกค้างตามยาวสูงสุดให้ต่ำกว่า 30% ของความแข็งแรงของคราก กระบวนการแบ่งเบาบรรเทาในท้องถิ่นมุ่งเป้าไปที่โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของหัวราง: ให้ความร้อนหัวรางที่ 400-450 องศา เก็บไว้ให้อบอุ่นเป็นเวลา 1 ชั่วโมง ลดความเครียดสูงสุดของหัวราง และปรับปรุงความต้านทานต่อความเมื่อยล้า ในระหว่างการบำบัดความร้อน อัตราการทำความร้อนและอัตราการทำความเย็นจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงความเครียดใหม่ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่มากเกินไป สำหรับข้อต่อรางรถไฟที่ใช้ในรถไฟความเร็วสูง จำเป็นต้องมีการบำบัดแรงกระแทกด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงด้วย: ใช้แรงกระแทกทางกลเพื่อสร้างการเสียรูปพลาสติกบนพื้นผิวการเชื่อม ชดเชยส่วนหนึ่งของความเค้นดึง และสร้างชั้นความเค้นอัดที่เป็นประโยชน์
วิธีการเชื่อมแบบต่างๆ มีอิทธิพลต่อความเค้นตกค้างของข้อต่อรางอย่างไร?
อิทธิพลของวิธีการเชื่อมแบบต่างๆ ต่อความเค้นตกค้างของข้อต่อรางมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ โดยส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของพลังงานและอัตราการให้ความร้อนของแหล่งความร้อนในการเชื่อม. การเชื่อมแบบแฟลชชนเป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ-การเชื่อมบนรางไซต์งาน แหล่งความร้อนมีความหนาแน่นพลังงานสูงและอัตราการให้ความร้อนที่รวดเร็ว ส่งผลให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิขนาดใหญ่ในบริเวณรอยเชื่อมและจุดสูงสุดของความเค้นตกค้างสูง: ความเค้นดึงตามยาวสูงสุดสามารถเข้าถึงประมาณ 85% ของความแข็งแรงของผลผลิต อย่างไรก็ตาม มีประสิทธิภาพในการเชื่อมสูงและเหมาะสำหรับ-การเชื่อมไซต์งานของ-รถไฟความเร็วธรรมดาและรถไฟลากจูงหนัก- การเชื่อมด้วยเทอร์ไมต์มีความหนาแน่นของพลังงานจากแหล่งความร้อนต่ำและอัตราการให้ความร้อนช้า โดยมีการไล่ระดับอุณหภูมิค่อนข้างน้อยและจุดสูงสุดของความเค้นตกค้างต่ำ: จุดสูงสุดของความเค้นดึงตามยาวคือประมาณ 60% ของความแข็งแรงของคราก อย่างไรก็ตาม ความแข็งแรงในการเชื่อมต่ำ ซึ่งเหมาะสำหรับการซ่อมแซมฉุกเฉินและส่วนโค้ง{11}}ที่มีรัศมีขนาดเล็ก การเชื่อมด้วยแรงดันแก๊สใช้เปลวไฟแก๊สเป็นแหล่งความร้อน โดยมีการให้ความร้อนสม่ำเสมอและการไล่ระดับอุณหภูมิเล็กน้อย ส่งผลให้จุดสูงสุดของความเค้นตกค้างต่ำสุด: ความเค้นดึงตามยาวสูงสุดเป็นเพียง 40%-50% ของความแข็งแรงของผลผลิต และคุณภาพการเชื่อมมีเสถียรภาพ เหมาะสำหรับการเชื่อมรางรถไฟความเร็วสูง- การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก ช่วงการให้ความร้อนต่ำ และโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนแคบ โดยมีการกระจายความเค้นตกค้างที่สม่ำเสมอมากขึ้น อย่างไรก็ตามต้นทุนอุปกรณ์ค่อนข้างสูงและปัจจุบันส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการเชื่อมรางในโรงงาน
วิธีการตรวจจับและมาตรฐานการยอมรับสำหรับความเค้นตกค้างของข้อต่อเชื่อมรางมีอะไรบ้าง
วิธีการตรวจหาความเค้นตกค้างของรอยต่อเชื่อมรางส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีหลุมบอด วิธีเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์- และวิธีอัลตราโซนิก. วิธีหลุมบอดเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปใน-วิธีการตรวจจับไซต์งาน และมาตรฐานการยอมรับจะต้องเป็นไปตามมาตรฐานการเชื่อมราง TB/T 1632-2014 ขั้นตอนการตรวจจับของวิธีรูตันคือ: เจาะรูตันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1-2 มม. บนพื้นผิวข้อต่อ วัดการเปลี่ยนแปลงความเครียดก่อนและหลังการเจาะ คำนวณค่าความเค้นตกค้างผ่านสูตรความเครียด- โดยมีความแม่นยำในการตรวจจับ ±10MPa เหมาะสำหรับการตรวจจับที่ไซต์งานอย่างรวดเร็ว วิธีการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์-เป็นวิธีการตรวจจับแบบไม่-ทำลาย ซึ่งจะคำนวณความเค้นตกค้างโดยการวัดการกระจัดของพีคของการเลี้ยวเบนของคริสตัล มีความแม่นยำในการตรวจจับสูงและเหมาะสำหรับการตรวจจับในห้องปฏิบัติการที่แม่นยำ แต่ถูกจำกัดด้วยอุปกรณ์ตรวจจับและใช้งานยากบนไซต์- วิธีการอัลตราโซนิคจะตรวจจับความเค้นตกค้างโดยใช้การเปลี่ยนแปลงความเร็วคลื่นของคลื่นอัลตราโซนิกภายใต้ความเค้น ซึ่งสามารถตรวจจับ-การสัมผัสแบบไม่สัมผัส และเหมาะสำหรับการสแกนพื้นที่ขนาดใหญ่-อย่างรวดเร็ว มาตรฐานการยอมรับกำหนดว่าค่าความเค้นแรงดึงตกค้างตามยาวสูงสุดของข้อต่อเชื่อมรางสำหรับรถไฟความเร็วสูง-ที่น้อยกว่าหรือเท่ากับ 150MPa สำหรับรถไฟลากจูงหนักน้อยกว่าหรือเท่ากับ 200MPa และสำหรับรถไฟความเร็วธรรมดาน้อยกว่าหรือเท่ากับ 250MPa การกระจายตัวของความเค้นตกค้างจะต้องสม่ำเสมอโดยไม่มีความเข้มข้นของความเค้นที่ชัดเจน อัตราส่วนการสุ่มตัวอย่างคือ 3 ข้อต่อต่อ 100 ข้อต่อ หากขาดคุณสมบัติ จะต้องสุ่มตัวอย่างสองครั้ง หากยังไม่ผ่านเกณฑ์ การดำเนินการเชื่อมจะถูกระงับและจะต้องตรวจสอบพารามิเตอร์ของกระบวนการ