Исследование закономерностей процессов в искровом промежутке при контактной стыковой сварке железнодорожных рельсов

Современное оборудование для контактной стыковой сварки железнодорожных рельсов имеет огромное количество технологических параметров (входных факторов), влияющих на качество получаемого сварного соединения. Такое количество параметров не позволяет в полной мере подобрать оптимальные режимы сварки. Изучение процессов, протекающих в искровом промежутке (образование микроконтактов, увеличение или уменьшение их площади поперечного сечения, взрыв образовавшихся микроконтактов), позволит определить количество и равномерность вложенного тепла при сварке рельсов. Полученные знания сократят количество влияющих факторов на качество сварного стыка. С использованием большого количества статистических данных исследованы процессы, протекающие в искровом промежутке при контактной стыковой сварке железнодорожных рельсов типа Р65 категории ДТ350 на рельсосварочной машине К1000. При изучении влияния характера перемещения подвижной плиты сварочной машины во время оплавления на силу сварочного тока, определено, что зависимости между данными величинами нет. Предположительно, распределение силы сварочного тока имеет случайный характер, изменяющегося в результате процессов образования, существования и взрыва большого количества мельчайших электрических контактов. Исходя из анализа распределения частот определено, что распределение сопротивления искрового промежутка не соответствует нормальному закону распределения. При увеличении выборки отклонение от него усиливается, визуально гистограмма описывает гамма-распределение. С помощью закона гамма-распределения смоделирована сила сварочного тока при контактной стыковой сварке оплавлением. Результаты исследований планируется применять для моделирования тепловых процессов и формирования структуры металла шва и зон термического влияния сварного соединения железнодорожных рельсов.

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

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

3. Шур Е.А. Перспективные требования Российских железных дорог к рельсам // Железнодорожный транспорт. 2008. № 2. С. 41–45.

4. Шур Е.А. Влияние структуры на эксплуатационную стойкость рельсов. В кн.: Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов. Екатеринбург: УИМ, 2006. С. 37–63.

5. 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, протекающих 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

6. 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. Промышленное опробование // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 5. С. 305–312. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-5-305-312

7. Солодовников С.А. и др. Оборудование для контактной сварки рельсов и его эксплуатация. Киев: Изд-во «Наукова думка», 1974. 184 с.

8. Schmid-Fetzer R., Andersson D., Chevalier P.Y., etc. Assessment techniques, database design and software facilities for thermodynamics and diffusion // Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2007. Vol. 31. No. 1. P. 38–52. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2006.02.007

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

10. Kavunichenko A.V., Shvets V.I., Antipin E.V. Peculiarities of flash-butt 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

11. Duvel J., Mutton P. Rail requirements for 40 tonne axle loads. In: Int. Heavy Haul Association Conf. 2005. P. 719–729.

12. Saita K., Ueda M., Miyazaki T. Developing technologies to improve the reliability of flash-butt welds. In: Int. Heavy Haul Association Conf. Grabe P.J., Frohling R.D. eds. Cape Town, South Africa, 2017. P. 208–215.

13. Farhangi H., Mousavizadeh S.M. Horizontal split-web fractures of flash butt welded rails. In: Proceedings of the 8th Int. Fracture Conf. 2007. P. 509–517.

14. Porcaro R.R., Araújo F.C., Godefroid L.B., Faria G.L., Silva L.L. Simulation of flash-butt welding process of a railway steel. Part 2: Dilatometric and numerical analysis // Soldagem & Inspeção. 2020. No. 25. Article 2533. https://doi.org/10.1590/0104-9224/SI25.33

15. Pernach M. Application of the mixed-mode model for numerical simulation of pearlitic transformation // Journal of Materials Engineering and Performance. 2019. No. 28. P. 3136–3148. https://doi.org/10.1007/s11665-019-04069-0

16. Milenin A., Pernach M., Rauch R., Kuziak R., Zygmunt T., Pietrzyk M. Modelling and optimization of the manufacturing chain for rails // Procedia Engineering. 2017. No. 207. P. 2011–2016. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.1112

17. Faria G.L., Godefroid L.B., Cândido L.C., Porcaro R.R. Microstructural characterization and kinetic study about phase transformations in standard and premium rail steels. In: Congresso Anual da ABM, Rio de Janeiro-RJ. Anais. Rio de Janeiro: ABM, 2016. https://doi.org/10.5151/1516-392X-27668

18. Tawfik D., Mutton P.J., Chiu W.K. Experimental and numerical investigations: Alleviating tensile residual stresses in flash-butt welds by localized rapid post-weld heat treatment // Journal of Materials Processing Technology. 2008. Vol. 196. No. 1-3. P. 279–291. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.05.055

19. Гладков Э.А. Управление процессами и оборудованием при сварке. М.: ИЦ «Академия», 2006. 432 с.

20. Джонсон Н.Л., Коц С., Балакришнан Н. Одномерные непрерывные распределения. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2010. 703 с.