Iš kur atsiranda liekamasis įtempis suvirinant bėgius
Suvirinimas sujungia bėgius lydydamas ir{0}}sujungdamas plieną, o procesas palieka įtemptas-. Suvirinimo centras pasiekia daugiau nei 1500 laipsnių Celsijaus, o netauriųjų metalų temperatūra išlieka aplinkos temperatūroje; kai išlydytas metalas kietėja ir susitraukia, standus netaurieji metalai neleidžia laisvai susitraukti, todėl tempiamasis įtempis sustingsta į jungtį. Kadangi šis įtempis padidina eksploatavimo įtempį, atsirandantį dėl eismo, suvirinimo siūlė su dideliu likutiniu įtempimu yra suvirinimo siūlė, kurios eksploatavimo laikas yra mažesnis ir yra tinkamiausia vieta įtrūkimams. Todėl liekamojo įtempio valdymas yra pagrindinė suvirinimo ilgaamžiškumo inžinerijos dalis, o ne apdailos detalė.
Įtempių pasiskirstymas visoje suvirinimo zonoje
Bėgio suvirinimo siūlės liekamasis įtempis yra labai nehomogeniškas. Išilgine kryptimi didžiausias tempiamasis įtempis suvirinimo centre pasiekia 80-90 procentų medžiagos takumo ribos ir suyra link netauriojo metalo, iš esmės grįždamas į nulį maždaug 50 mm atstumu nuo suvirinimo siūlės. Skersine kryptimi smailė yra 60-70 procentų išeiga ir koncentruojasi po 10-20 mm kiekvienoje suvirinimo siūlės pusėje šilumos paveiktoje zonoje. Taip pat yra skirtumas nuo galvos iki pėdos: bėgio galvutė atvėsta greičiau ir turi didesnį įtempių smailę, todėl suvirinimo defektai kaupiasi galvutėje ir todėl svarbu patikrinti galvos pusę.
Suvirinimo proceso valdymas, siekiant apriboti liekamąjį įtampą
Proceso valdymas veikia išlyginant temperatūros gradientą suvirinimo metu. Standartinė seka yra išankstinis pašildymas ir kelių{1}}sluoksnių kelių{2} eigų suvirinimas ir segmentinis suvirinimas.
Išankstinis pašildymas: jungtį pakėlus iki 200-250 laipsnių Celsijaus prieš suvirinimą sumažinamas suvirinimo siūlės ir netauriojo metalo temperatūrų skirtumas, sumažinamas suvaržymo įtempis aušinimo metu. Per mažas pašildymas neturi jokio poveikio; per didelis pašildymas grūdus sutirpia.
Daugiasluoksnis kelių-praėjimas: suvirinimas sudaromas 3–5 sluoksniais ir kiekvienas sluoksnis atšąla iki 150–200 laipsnių Celsijaus prieš nusodinant kitą. Taip išvengiama šilumos koncentracijos per vieną storą praėjimą ir leidžia nuoseklių sluoksnių įtempimas kompensuoti vienas kitą.
Segmentinis suvirinimas: suvirinimas vyksta simetriškai nuo suvirinimo centro į išorę, todėl šiluma pasiskirsto tolygiai, o vienašalė šilumos koncentracija neišbalansuoja įtempių lauko.
Taikant teisingai, šios priemonės sumažina liekamąjį įtempį 30–40 procentų, o tai tiesiogiai reiškia ilgesnį suvirinimo tarnavimo laiką esant eismo srautui.
Po-suvirinimo terminis apdorojimas ir paviršiaus pagerinimas
Terminis apdorojimas po suvirinimo pašalina didžiąją dalį -įtempių. Atkaitinimas nuo streso įkaitina visą jungtį iki 550-600 laipsnių Celsijaus, palaiko 2-3 valandas, tada lėtai atšaldo krosnyje ne daugiau kaip 50 laipsnių Celsijaus per valandą. Atsigavimas ir perkristalizacija atpalaiduoja liekamąjį įtampą, todėl išilginė smailė yra mažesnė nei 30 procentų derliaus. Tada vietinis grūdinimas nukreipiamas į bėgio galvutės karščio paveiktą zoną: vieną valandą pakaitinus galvutę iki 400–450 laipsnių Celsijaus, dar labiau sumažėja galvos apkrovos pikas ir padidėja atsparumas nuovargiui. Greitųjų bėgių suvirinimo siūlėms pridedamas ultragarsinis smūginis apdorojimas: mechaninis poveikis plastiškai deformuoja suvirinimo paviršių, atsveria dalį tempimo įtempių ir palieka naudingą gniuždomąjį sluoksnį.
Kaip lyginami suvirinimo metodai ir kaip priimamas stresas
Suvirinimo metodas nustato pradinį įtempių lygį, nes šilumos šaltinio energijos tankis lemia temperatūros gradientą.
| Suvirinimo būdas | Išilginis smailės įtempis | Tipiškas naudojimas |
|---|---|---|
| Blykstinis suvirinimas | Apie 85 procentus derliaus | -Suvirinimas vietoje, įprastos-greitos ir sunkios{2}}gabenimo linijos |
| Termitas suvirinimas | Apie 60 procentų derliaus | Avarinis remontas, mažo{0}}spindulio kreivės |
| Dujų slėginis suvirinimas | 40-50 procentų derliaus | Greitojo{0}}geležinkelio bėgių suvirinimas |
| Lazerinis suvirinimas | Vienoda, siaura karščio{0}}veikiama zona | Gamyklinis bėgių suvirinimas |
Priėmimas vertinamas pagal matavimus. Aklosios skylės metodas yra standartinė vietoje naudojama technika: išgręžiama 1-2 mm skylė, užregistruojamas deformacijos pokytis ir įtempis apskaičiuojamas pagal įtempių-įtempimo santykį maždaug plius arba minus 10 MPa tikslumu. Rentgeno spindulių difrakcija suteikia laboratorinio-laipsnio tikslumą matuojant kristalinės gardelės poslinkį, o ultragarso metodais nuskaitomi dideli plotai be kontakto. Pagal TB/T 1632{13}}2014 m. išilginis liekamasis tempimo įtempis ties suvirinimo siūle neturi viršyti 150 MPa greitųjų geležinkelių, 200 MPa sunkiasvorių geležinkelių ir 250 MPa įprasto greičio geležinkelių, kurių įtempių koncentracijos pasiskirstymas yra vienodas ir nėra akivaizdaus įtempių koncentracijos. Mėginių ėmimas yra trys jungtys 100; jei vienas nepavyksta, seka dvigubas mėginių ėmimas, o antrasis gedimas sustabdo suvirinimą, kol bus peržiūrėti proceso parametrai.
Dažnai užduodami klausimai
Kodėl suvirinimo centras turi didžiausią tempimo įtempį?
Kadangi tai yra karščiausias taškas, todėl aušinimo metu labiausiai susitraukia, o šaltas netaurieji metalai iš abiejų pusių blokuoja susitraukimą. Kuo greitesnis temperatūros gradientas, tuo didesnis užfiksuotas-pikas.
Ar galima visiškai pašalinti liekamąjį stresą?
Ne. Atkaitinimas nuo įtempių sumažina išilginę smailę žemiau 30 procentų derliaus, tačiau tam tikras įtempis visada išlieka. Inžinerijos tikslas yra nuleisti jį žemiau priimtinos ribos, kad suvirinimo siūlė išlaikytų savo nuovargio ribą esant eksploatacinėms apkrovoms.
Kuris suvirinimo būdas tinka greitųjų{0}} bėgiams?
Suvirinant dujomis, gaunama mažiausia išilginė smailė – 40-50 procentų išeiga ir stabili kokybė, todėl jis yra pageidautinas didelės-greičių linijose. Blykstinis suvirinimas išlieka sunkiasvorių ir įprastų linijų darbo arkliu.
Kiek proceso optimizavimas gali sumažinti liekamąjį įtampą?
Išankstinis pašildymas ir kelių{0}}sluoksnių kelių takų segmentinis suvirinimas paprastai sumažina smailę 30-40 proc., o kartu su terminiu apdorojimu po suvirinimo liekamasis išilginis įtempis nukrenta žemiau 30 proc.
Kokios yra liekamojo streso priimtinumo ribos?
Išilginė tempimo smailė ne didesnė kaip 150 MPa greitųjų -greičių, 200 MPa sunkiųjų- vilkimų ir 250 MPa įprastų -greičių geležinkelių, su vienodu pasiskirstymu ir be įtempių koncentracijos, patvirtinta pagal TB/T 1632-2014 atrankos taisykles.
Kaip vietoje matuojamas liekamasis įtempis?
Aklosios skylės metodas yra standartinis aikštelės metodas, kurio tikslumas yra maždaug plius minus 10 MPa. Rentgeno spindulių difrakcijos ir ultragarso metodai naudojami ten, kur reikia didesnio tikslumo arba didelio ploto-nuskaitymo.