Разработка и моделирование технологического процесса сварки дифференцированно термоупрочненных железнодорожных рельсов. Промышленное опробование

Исследованы процессы сварки с последующим управляемым охлаждением полнопрофильных рельсовых стыков, проводимым путем пропускания импульсов переменного электрического тока после сварки. Изучено влияние режимов сварки на качественные показатели сварного стыка. Сварку проводили на машине для контактной стыковой сварки МСР-6301 в условиях рельсосварочного предприятия ООО «РСП-М» (РСП-29). Для исследования вырезали образцы полнопрофильных рельсов типа Р65 категории ДТ350 длиной 600 мм. Управление режимами изотермической выдержки после сварки осуществляли с помощью персонального компьютера с изменением программы промышленного контроллера SIMATIC S7–300 и программного обеспечения Simatic Step 7, позволяющего задавать режимы управляемого охлаждения. Управляющая программа написана на графическом языке LAD. Для поиска оптимальных режимов управляемого охлаждения проведен полный факторный эксперимент N = 2^k. Испытаны нетермообработанные стыки на трехточечный статический изгиб согласно СТО РЖД 1.08.002 – 2009 «Рельсы железнодорожные, сваренные электроконтактным способом». Испытания на статический изгиб проводили на прессе типа ПМС-320. Определены значения усилия, возникающего при изгибе P_изг, и величина стрелы прогиба f_пр, при которых происходит разрушение контрольного образца или максимальные значения этих показателей, если образец не разрушился во время испытаний. В ходе экспериментов получены регрессионные модели для выходных параметров усилия при изгибе и стрелы прогиба. Изучена макроструктура образцов и распределение твердости металла на поверхности катания сварного стыка рельсов. Разработан новый способ контактной стыковой сварки, который позволяет получать сварное соединение рельсов типа Р65 категории ДТ350 со свойствами, превосходящими технические требования СТО РЖД 1.08.002 – 2009.

рельсы, контактная сварка, термическая обработка, ток, импульс, режим сварки, твердость, зона термического влияния

1. Meade B. Railroad welding demands specialized processes // Welding Journal. 1997. Vol. 76. No. 9. P. 47 – 52.

2. Kargin V.A., Tikhomirova L.B., Abramov A.D., Galai M.S. Effect of vibroimpact treatment on the physical and mechanical properties of the surface layer of welded joints in rails // Welding International. 2014. Vol. 28. No. 3. P. 245 – 247.

3. Yamamoto R., Komizu Y., Fukada Y. Experimental examination for understanding of transition behaviour of oxide inclusions on gas pressure weld interface: joining phenomena of gas pressure welding // Welding International. 2014. Vol. 28. No. 7. P. 510 – 520.

4. Karimine K., Uchino K., Okamura M. Susceptibility to and occurrence of HAZ liquation cracking in rail steels: Study of rail welding with high-C welding materials (4 th Report) // Welding International. 1997. Vol. 11. No. 6. P. 452 – 461.

5. Kuchuk-Yatsenko S.I., Shvets Yu.V., Didkovskii A.V., Chvertko P.N., Shvets V.I., Mikitin Ya.I. Technology and equipment for resistance flash welding of railway crossings with rail ends through an austenitic insert // Welding International. 2008. Vol. 22. No. 5. P. 338 – 341.

6. Irving B. Long Island Rail Road orders an all-welded fleet // Welding Journal. 1997. Vol. 22. No. 9. P. 33 – 37.

7. Клименко Л.B. Бесстыковой путь – прогрессивная конструкция железнодорожного пути // Приложение к журналу «Мир транспорта» МКЖТ МПС РФ. 2004. № 1. C. 88 – 93.

8. Калашников Е.А., Королев Ю.А. Технологии сварки рельсов: тенденции в России и за рубежом // Путь и путевое хозяйство. 2015. № 8. C. 2 – 6.

9. Sergejevs D., Mikhaylovs S. Analysis of factors affecting fractures of rails welded by alumino-thermic welding // Transport Problems. 2008. Vol. 3. P. 33 – 37.

10. Mitsuru F., Hiroaki N., Kiyoshi N. Rail flash-butt welding technology // JFE Technical Report. 2015. No. 20. P. 159 – 163.

11. Saita K., Karimine K., Ueda M., Iwano K., Yamamoto T., Hiroguchi K. Trends in rail welding technologies and our future approach // Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical Report. 2013. No. 105. P. 84 – 92.

12. Dahl B., Mogard B., Gretoft B., Ulander B. Repair of rails on-site by welding // Svetsaren. 1995. Vol. 50. No. 2. P. 10 – 14.

13. Takimoto T. Latest welding technology for long rail and its reliability // Tetsu-to-Hagane. 1984. Vol. 70. No. 10. P. 40 – 45.

14. Tachikawa H., Uneta T., Nishimoto H. Steel welding technologies for civil construction applications // Nippon Steel Technical Report. 2000. Vol. 82. No. 7. P. 35 – 41.

15. Шур Е.А. Влияние структуры на эксплуатационную стойкость рельсов. – В кн.: Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов. Материалы II Всерос. науч.-техн. семинара (Екатеринбург, 16-17 мая, 2006 г.). – Екатеринбург: изд. УИМ, 2006. С. 37 – 63.

16. Weingrill L., Krutzler J., Enzinger N. Temperature field evolution during flash-butt welding of railway rails // Materials Science Forum. May 2016. Vol. 879. P. 2088 – 2093.

17. Шур Е.А., Резанов В.А. Комплексный метод контактной сварки рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 3. С. 20 – 22. P. 338 – 341.

18. Гудков А.В., Николин А.И., Турбина Л.А., Насонов Д.С., Аверкина В.А. Контактная сварка рельсов и термическая обработка сварных стыков рельсов современного производства на рельсосварочных предприятиях ОАО «РЖД». – В кн.: Сварочные и наплавочные технологии на железнодорожном транспорте. Сб. науч. тр. ОАО «ВНИИЖТ» / Под. ред. А.В. Гудкова. – М.: Интекст, 2008. С. 42 – 49.

19. Shevchenko R.A., Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Patrushev A.O., Usoltsev A.A. Multi-factor regression analysis of the process of rails contact welding on K1000 machine // Metallurgy 2017. IOP Publishing IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 411. Article 012088.

20. Пат. 2641586 РФ. МПК В 23 К 11/04. Способ контактной стыковой сварки рельсов / Е.В. Протопопов, Н.А. Козырев, Р.А. Шевченко, Р.Е. Крюков, С.В. Фейлер, А.А. Усольцев; заявл. 07.12.2016; опубл. 18.01.18. Бюл. № 2.