Исследование фазовых и структурных превращений при формировании сварного соединения из рельсовой стали. Сообщение 3. Использование термокинетической и изотермической диаграмм распада аустенита для выбора оптимальных режимов электроконтактной сварки

При контактной стыковой сварке рельсов оплавлением происходит нагрев и непрерывное охлаждение металла в зоне термического влияния. Ускоренный нагрев и последующее интенсивное охлаждение, реализуемые пульсирующим методом оплавления, приводят к образованию закалочных структур. В последующем, при эксплуатации сварного стыка рельсов это ведет к образованию трещин и к хрупкому разрушению. Исследованы возможности использования контактного подогрева после сварки для исключения образования закалочных структур в металле сварного соединения из рельсовой стали R350LHT. Проведена запись термических циклов при сварке и  последующем контактном подогреве. Установлена закономерность формирования структуры металла сварного шва, включая зону термического влияния, при импульсном контактном подогреве для рельсовой стали R350LHT. Показано, что контактный импульсный подогрев замедляет охлаждение сварного стыка и позволяет предотвратить образование закалочных структур. Однако контактный импульсный подогрев при использовании неоптимальных режимов может привести и к обратному эффекту. Определено, что при значительном вложении тепла с помощью контактного подогрева скорость охлаждения металла превышает критическую, процесс превращения проходит по бездиффузионному механизму с образованием крупнозернистой структуры мартенсита. Использование термокинетических и изотермических диаграмм распада аустенита при известных термических циклах сварки позволяет значительно сузить пределы поиска оптимальных режимов контактной стыковой сварки железнодорожных рельсов и последующего контактного подогрева. Использование оптимальных режимов контактного подогрева позволяет получить минимальную протяженность зон термического влияния с пониженной твердостью без образования закалочных структур в сварном стыке железнодорожных рельсов.

1. Штайгер М.Г. Балановский А.Е. Анализ технологий для сварки высокопрочных рельсов с позиции структурообразования при строительстве и реконструкции скоростных железнодо рожных магистралей. Часть 1 // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. № 6 (137). С.48–74. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-6-48-74

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

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

4. Okumura M., Karimine K., Uchino K., Yurioka N. Development of field fusion welding technology for railroad rails // Nippon Steel Technical Report. 1995. Vol. 65. No. 4. P. 41–49.

5. Myers J., Geiger G.H., Poirier D.R. Structure and properties of thermite welds in rails // Welding Journal. 1982. Vol. 258. No. 8. P.258–268.

6. Yuan-qing Wang, Hui Zhou, Yong-jiu Shi, Bao-rui Feng. Mechanical properties and fracture toughness of rail steels and thermite welds at low temperature // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2012. Vol. 19. No. 5. P. 409–420. https://doi.org/10.1007/s12613-012-0572-8

7. Kavunichenko A.V., Shvets V.I., Antipin E.V. Peculiarities of flashbutt welding of rail frogs with rail ends // The Paton Welding Journal. 2018. No. 4. P. 14–18. https://doi.org/10.15407/tpwj2018.04.03

8. Тихомирова Л.Б., Ильиных А.С., Галай М.С., Сидоров Е.С. Исследование структуры и механических свойств алюминотермических сварных соединений рельсов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Металлургия. 2016. Т. 16. № 3. С. 90–95. http://doi.org/10.14529/met160313

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

10. Weingrill L., Krutzler J., Enzinger N. Temperature field evolution during flash butt welding of railway rails // Materials Science Forum. 2017. Vol. 879. P. 2088–2093. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.879.2088

11. Штайгер М.Г., Балановский А.Е. Анализ технологий для сварки высокопрочных рельсов с позиции структурообразования при строительстве и реконструкции скоростных железнодорожных магистралей (обзор). Часть 2 // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. № 7 (138). С. 41–68.

12. Bajic D., Kuzmenko G.V., Samardžić I. Welding of rails with new technology of arc welding // Metalurgija. 2013. Vol. 52. No. 3. P.399–402.

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

14. Козырев Н.А., Шевченко Р.А., Усольцев А.А., Прудников А.Н., Бащенко Л.П. Разработка и моделирование технологического процесса сварки дифференцированно термоупрочненных железнодорожных рельсов. Моделирование процессов, протекаю­ щих при сварке и локальной термической обработке // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 2. С. 93–101. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-2-93-101

15. Кархин В.А., Хомич П.Н., Иванов С.Ю. Расчет температурного поля при контактной стыковой сварке стали непрерывным оплавлением // Известия ТулГУ. Технические науки. 2008. №2. С. 211–218.

16. Каpхин В.А., Хомич П.Н., Федотов Б.В., Pаямяки П. Анализ термических циклов пpи контактной стыковой сварке стали оплавлением // Сварочное производство. 2008. № 1. С. 12–17.

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

18. Резанов В.А., Федин В.М., Башлыков А.В., Фимкин А.И., ЗеманС.К. Дифференцированная закалка сварных стыков рельсов // Вестник ВНИИЖТ. 2013. № 2. С. 28–34.

19. Кучук-Яценко С.И., Богорский М.В., Горонков Н.Д. Контактная стыковая сварка рельсов повышенной прочности // Автоматическая сварка. 1994. № 3 (492). С. 34–40.

20. Шевченко Р.А., Козырев Н.А., Шишкин П.Е., Крюков Р.Е., Усольцев А.А. Расчет оптимальных режимов электроконтактной сварки железнодорожных рельсов // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2016. № 37. С. 175–180.