Honnan származik a maradék feszültség egy sínhegesztésnél
A hegesztés az acél olvasztásával és újra{0}}megszilárdításával összekapcsolja a sínt, és a folyamat feszültségben-reteszelve marad. A hegesztési központ eléri az 1500 Celsius fokot, miközben az alapfém környezeti hőmérsékleten marad; amikor az olvadt fém megszilárdul és zsugorodik, a merev alapfém megakadályozza a szabad összehúzódást, így a húzófeszültség befagy a kötésbe. Mivel ez a feszültség növeli a forgalomból adódó üzemi igénybevételt, a nagy maradékfeszültségű hegesztési varrat csökkentett kifáradási élettartammal rendelkezik, és előnyös hely a repedésekhez. A visszamaradó feszültség szabályozása ezért a hegesztési tartósság tervezésének alapvető része, nem pedig a befejező finomság.
Feszültségeloszlás a hegesztési zónában
A sínhegesztésben a maradó feszültség erősen inhomogén. Hosszirányban a csúcs húzófeszültség a hegesztési varrat középpontjában eléri az anyag folyáshatárának 80-90 százalékát, és az alapfém felé csökken, és a hegesztési varrattól körülbelül 50 mm-en túl lényegében nullára tér vissza. Keresztirányban a csúcs a hozam 60-70 százaléka, és 10-20 mm-re koncentrálódik a hegesztési varrat mindkét oldalán a hőhatás{10}}zónában. Van egy fej-láb különbség is: a sínfej gyorsabban hűl és magasabb feszültségcsúcsot hordoz, ezért a hegesztési hibák a fejben halmozódnak fel, és ezért számít a fejoldali ellenőrzés.
Hegesztési folyamat szabályozása a maradék feszültség korlátozása érdekében
A folyamatszabályozás a hegesztés közbeni hőmérséklet-gradiens simításával működik. A standard sorrend az előmelegítés plusz a több-rétegű több-menetes hegesztés plusz a szegmentált hegesztés.
Előmelegítés: a hézag hegesztés előtti 200-250 Celsius fokra emelése csökkenti a hegesztési varrat és az alapfém közötti hőmérséklet-különbséget, csökkentve a hűtés során fellépő kényszerfeszültséget. A túl alacsony előmelegítésnek nincs hatása; a túl magas előmelegítés durvítja a szemeket.
Többrétegű több-menetes: a hegesztés 3-5 rétegben épül fel, és minden réteg 150-200 Celsius-fokra hűl le a következő réteg felhordása előtt. Ezzel elkerülhető a hőkoncentráció egyetlen vastag átmenetnél, és az egymást követő rétegek feszültsége kiegyenlíti egymást.
Szegmentált hegesztés: a hegesztés szimmetrikusan halad a hegesztési varrat középpontjától kifelé, így a hő egyenletesen oszlik el, és az egyoldalú hőkoncentráció nem teszi egyensúlyba a feszültségmezőt.
Helyesen alkalmazva ezek az intézkedések 30-40 százalékkal csökkentik a maradék feszültségcsúcsot, ami közvetlenül a hegesztési varratok hosszabb élettartamát jelenti forgalom alatt.
Hegesztési varrás hőkezelése és felületjavítása-után
A hegesztés utáni hőkezelés eltávolítja a legtöbb bezárt-feszültséget. A feszültségcsökkentő izzítás az egész kötést 550-600 Celsius-fokra melegíti, 2-3 órán keresztül tartja, majd lassan hűti le a kemencével óránként legfeljebb 50 Celsius-fokkal. A fellépő helyreállítás és átkristályosodás felszabadítja a maradék feszültséget, így a hosszirányú csúcs a hozam 30 százaléka alá kerül. A helyi temperálás ezután a sínfej hőhatású zónáját célozza meg: a fej 400-450 Celsius fokra történő melegítése egy órán keresztül tovább csökkenti a fejfeszültség csúcsát és javítja a fáradtság ellenállását. A nagysebességű sínhegesztéseknél az ultrahangos ütéskezelést kiegészítik: a mechanikai hatás plasztikusan deformálja a varrat felületét, kiegyenlíti a húzófeszültség egy részét, és előnyös nyomóréteget hagy maga után.
A hegesztési módszerek összehasonlítása és a stressz elfogadása
A hegesztési módszer beállítja az alapfeszültségi szintet, mivel a hőforrás energiasűrűsége vezérli a hőmérsékleti gradienst.
| Hegesztési módszer | Hosszanti csúcsfeszültség | Tipikus használat |
|---|---|---|
| Flash tompahegesztés | A hozam körülbelül 85 százaléka | Helyszíni hegesztő |
| Termit hegesztés | A hozam körülbelül 60 százaléka | Sürgősségi javítás, kis{0}}sugarú görbék |
| Gáznyomásos hegesztés | A hozam 40-50 százaléka | Nagysebességű{0}}vasúti sínek hegesztése |
| Lézeres hegesztés | Egységes, szűk hőhatású zóna- | Sínek gyári hegesztése |
Az elfogadást mérés alapján ítélik meg. A zsákfurat módszer a szabványos helyszíni technika: egy 1-2 mm-es lyukat fúrnak, rögzítik a nyúlásváltozást, és a feszültséget a feszültség-húzódási összefüggésből körülbelül plusz-mínusz 10 MPa pontossággal számítják ki. A röntgendiffrakció a kristályrács elmozdulásának mérésével laboratóriumi-pontosságot ad, az ultrahangos módszerek pedig érintés nélkül vizsgálják meg a nagy területeket. A TB/T 1632-2014 szerint a hosszirányú maradó húzófeszültség a hegesztésnél nem haladhatja meg a 150 MPa-t nagysebességű vasutaknál, a 200 MPa-t nagy sebességű vasutaknál és a 250 MPa-t a normál sebességű vasutaknál, egyenletes eloszlás mellett, és nincs nyilvánvaló feszültségkoncentráció. A mintavétel 100-onként három ízület; ha az egyik meghibásodik, kettős mintavétel következik, a második hiba pedig felfüggeszti a hegesztést a folyamatparaméterek felülvizsgálatáig.
Gyakran Ismételt Kérdések
Miért a hegesztési központ viseli a legnagyobb húzófeszültséget?
Mert ez a legmelegebb pont, ezért hűtés közben a legjobban zsugorodik, míg a kétoldali hideg nemesfém blokkolja az összehúzódást. Minél gyorsabb a hőmérsékleti gradiens, annál magasabb a zárt -csúcs.
A maradék stressz teljesen kiküszöbölhető?
Nem. A feszültségmentesítő lágyítás a hosszirányú csúcsot a hozam 30 százaléka alá csökkenti, de némi feszültség mindig megmarad. A mérnöki cél az átvételi plafon alá helyezése, hogy a hegesztési varrat megtartsa fáradási határát az üzemi terhelés alatt.
Melyik hegesztési módszer illik a nagy sebességű{0}}sínekhez?
A gáznyomásos hegesztés a legalacsonyabb hosszirányú csúcsot, 40-50 százalékos hozamot produkál, stabil minőség mellett, ezért előnyös a nagy sebességű vezetékeknél. A villogó tompahegesztés továbbra is a nagy fuvarozás és a közönséges vonalak igáslója.
Mennyire csökkentheti a folyamatoptimalizálás a maradék feszültséget?
Az előmelegítés és a több{0}}rétegű több-menetes szegmentált hegesztés általában 30-40 százalékkal csökkenti a csúcsot, és a hegesztés utáni hőkezeléssel kombinálva a maradó hosszirányú feszültség a hozam 30 százaléka alá csökken.
Melyek a maradék feszültség elfogadási határai?
A hosszirányú szakítócsúcs nem haladja meg a 150 MPa nagy-sebességű, 200 MPa a nehéz- és 250 MPa a közönséges-sebességű vasutak, egyenletes eloszlású és feszültségkoncentráció nélkül, a TB/T 1632-2014 mintavételi szabályai szerint.
Hogyan mérik a maradék feszültséget a helyszínen?
A vaklyuk módszer a szabványos helyszíni technika, körülbelül plusz-mínusz 10 MPa pontossággal. Röntgendiffrakciós és ultrahangos módszereket alkalmaznak ott, ahol nagyobb pontosságra vagy nagy-területű szkennelésre van szükség.