Eigenspannungskontrolltechnologie und Verbesserung der Schweißhaltbarkeit von Schienenschweißverbindungen
Was sind die Verteilungseigenschaften der Eigenspannung in Schienenschweißverbindungen?
Die Verteilungseigenschaften der Eigenspannung in Schienenschweißverbindungen sindoffensichtliche Inhomogenität mit bidirektionalen Zugspannungsspitzen in der Schweißzone und der Wärmeeinflusszone. Während des Schweißens erfährt das Metall in der Schweißzone ein schnelles Schmelzen und Erstarren mit einem extrem großen Temperaturgradienten: Die Temperatur in der Schweißnahtmitte kann über 1500 Grad erreichen, während die Temperatur des Grundmetalls nur Raumtemperatur beträgt. Dieser Temperaturunterschied führt dazu, dass das Metall in der Schweißzone durch das Grundmetall eingeengt wird, wenn es beim Abkühlen schrumpft, wodurch Zugspannung entsteht. In der Längsrichtung (Längsrichtung) der Schiene kann die maximale Restzugspannung in Längsrichtung in der Schweißnahtmitte 80 %-90 % der Streckgrenze des Materials erreichen, nimmt zu beiden Seiten des Grundmetalls hin allmählich ab und kehrt im Wesentlichen nach 50 mm in den Nullspannungszustand zurück. In Querrichtung (Breitenrichtung) beträgt die maximale Querzugspannung in der Wärmeeinflusszone etwa 60–70 % der Streckgrenze und konzentriert sich hauptsächlich auf den Bereich 10–20 mm auf beiden Seiten der Schweißnaht. Darüber hinaus gibt es Unterschiede in der Eigenspannungsverteilung zwischen Schienenkopf und Schienenunterseite: Der Schienenkopf weist aufgrund der schnelleren Abkühlgeschwindigkeit eine höhere Eigenspannungsspitze auf, was ein Bereich mit hoher Wahrscheinlichkeit für Verbindungsrisse ist.
Was sind die Kernmaßnahmen zur Optimierung des Schweißprozesses zur Eigenspannungskontrolle von Schienenschweißverbindungen?
Die Kernmaßnahmen zur Optimierung des Schweißprozesses zur Eigenspannungskontrolle von Schienenschweißverbindungen umfassen den Prozess vonVorwärmen + mehrlagiges Mehrlagenschweißen + segmentiertes Schweißenum den Temperaturgradienten beim Schweißen zu reduzieren. Das Vorwärmen ist der entscheidende Schritt: Erwärmen Sie die Schienenverbindung vor dem Schweißen auf 200 -250 Grad, um den Temperaturunterschied zwischen der Schweißnaht und dem Grundmetall zu verringern und die Zwangsspannung beim Kühlschrumpfen zu reduzieren. Eine zu niedrige Vorwärmtemperatur hat keine offensichtlichen Auswirkungen, während eine zu hohe Temperatur zu groben Körnern führt. Beim mehrschichtigen Mehrlagen-Schweißverfahren wird die Schweißnaht zum Schweißen in 3-5 Schichten unterteilt. Nachdem jede Schicht geschweißt ist, muss sie vor dem Schweißen der nächsten Schicht auf 150–200 Grad abgekühlt werden, um eine übermäßige Wärmekonzentration beim Einzelschichtschweißen zu vermeiden und den Temperaturgradienten zu verringern. Gleichzeitig können sich die Spannungen bei mehrlagigen Schweißnähten gegenseitig ausgleichen und so die Eigenspannungsspitze reduzieren. Der segmentierte Schweißprozess verwendet eine symmetrische segmentierte Methode, wie z. B. segmentiertes Schweißen von der Schweißnahtmitte zu beiden Seiten, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen und Spannungsungleichgewichte durch einseitige Wärmekonzentration zu vermeiden. Durch den optimierten Schweißprozess kann die Eigenspannungsspitze um 30–40 % reduziert werden, was die Stabilität der Verbindung deutlich verbessert.
Was sind die wichtigsten Punkte der Wärmebehandlung nach dem Schweißen zur Eigenspannungskontrolle von Schienenschweißverbindungen?
Die wichtigsten Punkte des Wärmebehandlungsprozesses nach dem Schweißen zur Eigenspannungskontrolle von Schienenschweißverbindungen sind die Verwendung des Verbundbehandlungsprozesses vonSpannungsarmglühen + lokales Anlassenum Eigenspannungen zu beseitigen oder zu reduzieren. Das Spannungsarmglühen ist der Kernschritt: Erhitzen Sie die gesamte Schweißverbindung auf 550 {7}}600 Grad, halten Sie sie 2 {12}}3 Stunden lang warm, kühlen Sie sie dann mit dem Ofen langsam auf Raumtemperatur ab und steuern Sie die Abkühlgeschwindigkeit auf 50 Grad/h. Dieser Prozess kann dazu führen, dass sich die Mikrostruktur im Inneren der Verbindung erholt und rekristallisiert, Restspannungen abgebaut werden und die Spitzenzugspannung in Längsrichtung auf unter 30 % der Streckgrenze reduziert wird. Der lokale Vergütungsprozess zielt auf die Wärmeeinflusszone des Schienenkopfes ab: Erhitzen Sie den Schienenkopf auf 400–450 Grad, halten Sie ihn 1 Stunde lang warm, reduzieren Sie die Spannungsspitze des Schienenkopfes weiter und verbessern Sie die Ermüdungsbeständigkeit. Während der Wärmebehandlung müssen die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit streng kontrolliert werden, um neue Spannungen durch übermäßige Temperaturänderungen zu vermeiden. Für Schienenverbindungen, die in Hochgeschwindigkeitsstrecken zum Einsatz kommen, ist außerdem eine Ultraschall-Schlagbehandlung erforderlich: Durch mechanische Einwirkung wird eine plastische Verformung der Schweißnahtoberfläche erzeugt, ein Teil der Zugspannung ausgeglichen und eine vorteilhafte Druckspannungsschicht gebildet.
Welchen Einfluss haben unterschiedliche Schweißverfahren auf die Eigenspannung von Schienenstößen?
Der Einfluss verschiedener Schweißverfahren auf die Eigenspannung von Schienenstößen ist deutlich unterschiedlich und hängt hauptsächlich davon abdie Energiedichte und Heizrate der Schweißwärmequelle. Das Abbrennstumpfschweißen ist eine häufig verwendete Methode zum -Schienenschweißen vor Ort. Seine Wärmequelle verfügt über eine hohe Energiedichte und eine schnelle Aufheizrate, was zu einem großen Temperaturgradienten in der Schweißzone und einer hohen Eigenspannungsspitze führt: Die maximale Längszugspannung kann etwa 85 % der Streckgrenze erreichen. Es verfügt jedoch über eine hohe Schweißeffizienz und eignet sich zum -Vor-Ort-Schweißen von normalen{{6}Schnellbahnen und Schwerlastbahnen. Das Thermit-Schweißen weist eine niedrige Energiedichte der Wärmequelle und eine langsame Aufheizgeschwindigkeit auf, mit einem relativ kleinen Temperaturgradienten und einer niedrigen Eigenspannungsspitze: Die maximale Längszugspannung beträgt etwa 60 % der Streckgrenze. Allerdings ist die Schweißnahtfestigkeit gering, was für Notfallreparaturen und Kurvenabschnitte mit kleinem Radius geeignet ist. Beim Gasdruckschweißen wird eine Gasflamme als Wärmequelle mit gleichmäßiger Erwärmung und geringem Temperaturgradienten verwendet, was zu der niedrigsten Eigenspannungsspitze führt: Die maximale Zugspannung in Längsrichtung beträgt nur 40 %-50 % der Streckgrenze, und die Schweißqualität ist stabil, geeignet für das Schienenschweißen von Hochgeschwindigkeitsbahnen. Das Laserschweißen weist eine extrem hohe Energiedichte, einen kleinen Erwärmungsbereich und eine schmale Wärmeeinflusszone mit einer gleichmäßigeren Restspannungsverteilung auf. Allerdings sind die Ausrüstungskosten hoch und es wird derzeit hauptsächlich zum Fabrikschweißen von Schienen verwendet.
Welche Nachweismethoden und Akzeptanzstandards gibt es für die Eigenspannung von Schienenschweißverbindungen?
Zu den Nachweismethoden für die Eigenspannung von Schienenschweißverbindungen gehören hauptsächlichSacklochmethode, Röntgenbeugungsmethode und Ultraschallmethode. Die Sacklochmethode ist eine häufig verwendete -Erkennungsmethode vor Ort und die Akzeptanzstandards müssen den Schienenschweißstandards TB/T 1632-2014 entsprechen. Die Erkennungsschritte der Sacklochmethode sind: Bohren eines Sacklochs mit einem Durchmesser von 1-2 mm auf der Verbindungsoberfläche, Messen der Dehnungsänderung vor und nach dem Bohren, Berechnen des Restspannungswerts mithilfe der Spannungs-Dehnungsformel mit einer Erkennungsgenauigkeit von ±10 MPa, geeignet für eine schnelle Erkennung vor Ort. Die Röntgenbeugungsmethode ist eine zerstörungsfreie Nachweismethode, die die Eigenspannung durch Messung der Verschiebung von Kristallbeugungspeaks berechnet. Es verfügt über eine hohe Erkennungsgenauigkeit und eignet sich für die präzise Laborerkennung, ist jedoch durch die Erkennungsausrüstung begrenzt und vor Ort schwierig zu verwenden. Die Ultraschallmethode erkennt Restspannungen mithilfe der Wellengeschwindigkeitsänderung von Ultraschallwellen unter Belastung, wodurch eine berührungslose Erkennung möglich ist und sich für das schnelle Scannen großer Flächen eignet. Die Abnahmenorm legt fest, dass die maximale Längszugeigenspannung von Schienenschweißverbindungen für Hochgeschwindigkeitsbahnen höchstens 150 MPa, für Schwerlastbahnen höchstens 200 MPa und für Normalgeschwindigkeitsbahnen höchstens 250 MPa beträgt; Die Eigenspannungsverteilung muss gleichmäßig sein und darf keine offensichtliche Spannungskonzentration aufweisen. Das Stichprobenverhältnis beträgt 3 Gelenke pro 100 Gelenke. Wenn einer nicht qualifiziert ist, muss eine Doppelprobenahme durchgeführt werden; Liegt weiterhin keine Qualifikation vor, ist der Schweißvorgang zu unterbrechen und die Prozessparameter zu überprüfen.