автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Оценка кинетики тепловых процессов и структурообразования при восстановлении наплавкой колес вагонов с разной степенью их изношенности

На правах рукописи

Неклюдов Алексей Николаевич

ОЦЕНКА КИНЕТИКИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ И СТРУКТУРООБ-РАЗОВАНИЯ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ НАПЛАВКОЙ КОЛЕС ВАГОНОВ С РАЗНОЙ СТЕПЕНЬЮ ИХ ИЗНОШЕННОСТИ

Специальность 05.03.06. - Технологии и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2004

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Киселев С.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Куркин А.С.

кандидат технических наук Павлов Н.В.

Ведущая организация - ЗАО Тверской институт вагоностроения

Защита состоится «Л г 2004 г. на заседании

диссертационного совета Д212.141.01 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью организации, просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГТУ имени Н.Э. Баумана.

Телефон для справок: 267-09-63 Автореферат разослан

г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

А.В. Коновалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Безотказность подвижного состава определяется эксплутационными характеристиками всех основных элементов конструкции и в первую очередь ходовых частей. Одним из главных элементов ходовых частей вагона является колесная пара, которая направляет движение по рельсовому пути, обеспечивает передачу горизонтальных и вертикальных усилий между кузовом вагона и рельсовой колеей. Существенное увеличение, в последние годы, объема работ по восстановлению и упрочнению колес привело к необходимости разработки и совершенствования технологических процессов, а также глубокого научного обоснования основных параметров этих процессов с позиции обеспечения необходимого уровня безопасности эксплуатации подвижного состава. Проблема повышения ресурса такого ответственного и металлоемкого конструктивного элемента, каким является колесо вагона, находится в центре внимания специалистов, обеспечивающих надежную работу транспорта во всем мире.

Одним из наиболее широко распространенных на сети ж.д. России методов восстановления гребней цельнокатаных колес грузовых вагонов (ЦКК) является однодуговая наплавка, предполагающая целый ряд этапов изменения теплового состояния обода колеса в процессе восстановления: предварительный подогрев обода колеса, многопроходная наплавка гребня, охлаждение колеса после наплавки. Качество восстановления гребней и безотказность колес в эксплуатации в значительной мере определяются основными параметрами технологического процесса наплавки, которые в свою очередь зависят от геометрии восстанавливаемого колеса — степени изношенности обода и гребня. Известны работы, связанные с обоснованием параметров технологических процессов наплавки гребня, однако, остается не исследованным вопрос о влиянии степени изношенности обода и гребня ЦКК на тепловые процессы и структурообразование при наплавке.

Существенные проблемы при реализации технологии восстановления гребней колес наплавкой заключаются в том, что даже при незначительных отклонениях в некоторых параметрах технологического процесса в колесной стали марки 2 возможно возникновение закалочных структур и в условиях сложного напряженного состояния образование микротрещин, которые не могут быть зафиксированы существующими методами контроля, а в эксплуатации приводят к разрушению. Причем последующие операции, связанные с повторными нагревами могут приводить к благоприятному изменению структуры и снижению напряжений, что не снимает проблемы возникновения разрушения от ранее образовавшейся трещины. Это реальная проблема, связанная с возникновением трещин при наплавке гребней колес. Такие процессы могут быть подвергнуты анализу только на основе компьютерного моделирования всей последовательности тепловых воздействий и структу-рообразования с учетом всех параметров технологического процесса. На

создание условий для решения вышеуказанных проблем и направлена излагаемая работа.

Анализ кинетики тепловых процессов и структурных превращений в ЦКК при наплавке целесообразно проводить на основе проведения компьютерного моделирования тепловых процессов и структурных превращений в колесе на всех этапах технологического процесса на базе фундаментальных положений теории сварочных процессов и решения нелинейных, нестационарных задач теплопроводности.

В связи с этим проблема оценки кинетики тепловых процессов и структурных превращений при восстановлении наплавкой цельнокатаных колес вагонов с учетом степени изношенности обода колеса и гребня является актуальной.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование технологического процесса восстановления наплавкой гребней ЦКК вагонов на основе компьютерного моделирования и экспериментального исследования тепловых процессов и структурообразо-вания в ОШЗ с учетом степени изношенности обода и гребня.

На основе проведенного анализа состояния вопроса, характера эксплуатационных повреждений, методов восстановления, расчетной и экспериментальной оценки тепловых процессов и структурообразования в ходе исследований сформулированы и решены следующие задачи:

1. Проведение анализа повреждаемости ЦКК в эксплуатации, способов восстановления, методов расчетной и экспериментальной оценки тепловых процессов и структурообразования.

2. Разработка методики и программного обеспечения, проведение анализа кинетики тепловых процессов и структурных превращений при наплавке ЦКК грузовых вагонов с учетом изменения геометрии колеса вследствие изнашивания.

3. Разработка методики анализа структурного состава в ОШЗ при решении задач в нестационарной постановке на основе использования серии диаграмм анизотермического распада аустенита (АРА) в координатах Т-'8/7.

4. Разработка методики перестроения диаграмм АРА в координатах Т-'6/5 в координаты Т-'8/7.

5. Разработка методики компьютерного моделирования кинетики структу-рообразования при незавершенности структурных превращений при неоднократных нагревах и охлаждениях в процессе многопроходной наплавки.

6. Обоснование и определение следующих параметров и характеристик технологического процесса наплавки гребней ЦКК с учетом геометрических параметров обода колеса с позиции оценки структурного состава в околошовной зоне: необходимости предварительного и сопутствующего подогрева, времени предварительного подогрева, оптимального значения

температуры подогрева, интервала времени между окончанием подогрева до начала наплавки, изменение глубины проплавления и определение критерия оценки качества технологического процесса наплавки. 7. Разработка рекомендации по корректировке параметров технологии наплавки гребня ЦКК с учетом изменения геометрии колеса вследствие изнашивания.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы компьютерного моделирования тепловых процессов и структурных превращений, теории теплопереноса, теории конечно-элементного анализа, металлографических исследований; экспериментального определения температуры контактными термопарами.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Установлены зависимости параметров технологического процесса восстановления наплавкой гребней цельнокатаных колес вагонов от степени их изношенности в эксплуатации

2. Методика анализа кинетики структурных превращений на основе использования серии диаграмм анизотермического распада аустенита для различных максимальных температур нагрева.

3. Методика перестроения диаграмм анизотермического распада аустенита из координат в координаты основанная на установлении соотношений скоростей охлаждения ху^/зМ^ для диаграмм АРА, соответствующих различным максимальным температурам.

4. Методика анализа кинетики незавершенных структурных превращений при неоднократных нагревах и охлаждениях в процессе многопроходной наплавки на основе определения приращения структурных составляющих на текущем шаге решения с учетом структурного состава на предыдущем шаге решения.

Практическая ценность работы. В диссертации получены следующие результаты, характеризующие практическую ценность работы:

1. Результаты анализа кинетики тепловых процессов и структурных превращений в ОШЗ во время наплавки гребня с учетом степени изношенности ЦКК в эксплуатации.

2. Рекомендации по совершенствованию технологического процесса одно-дуговой наплавки гребней ЦКК.

3. Программное обеспечение для компьютерного моделирования тепловых процессов и структурных превращений в ОШЗ при восстановлении наплавкой гребней ЦКК.

Реализация и внедрение результатов работы. Рекомендации по совершенствованию технологического процесса наплавки приняты в отделение сварки ВНИИЖТ, имеется акт внедрения.

Апробация работы. Основные результаты были доложены на заседании кафедры «ТСМИ» (г. Москва, 2004 г.); на научном семинаре кафедры МТ-7 «Сварка и диагностика» МГТУ им Баумана (г. Москва, 2004 г.); на научном семинаре лаборатории «Сварка» ВНИИЖТ (г. Москва, 2004 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве» (г. Москва, 2003 г.); на Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Сварка и контроль» (г. Пермь, 2004 г.)

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы из 68 наименований. Основная часть работы изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 128 рисунков, 43 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава. Проведен анализ эксплуатации и повреждаемости цельнокатаных колес вагонов. Отмечается, что в последние годы значительно возрос износ ЦКК в эксплуатации Основными причинами интенсивности износа является сужение колеи, применение профиля поверхности катания колес с уменьшенной конусностью, существенное превышение твердости рельса над твердостью колеса, возвышение наружного рельса над внутренним, изменение жесткости ж. д полотна за счет применения железобетонных шпал Элементами конструкции колеса являются обод, диск, ступица (рис. 1). На ободе имеется гребень, ограничивающий перемещение вагона в колее.

В результате исследований установлено, что к 2000 г. основными причинами неисправностей колесных пар грузовых вагонов (50...55 %) является износ, остроконечный накат и подрез гребня ЦКК.

На колеса приходится значительная часть основных фондов отрасли и эксплуатационных расходов Поэтому затраты на повышения их надежности и увеличение срока службы экономически целесообразны. Основными целями при этом являются мак-

симально возможное замедление износа гребней колес или восстановление их геометрии без уменьшения толщины обода.

Создание и внедрение технологии и оборудования для наплавки изнашиваемых гребней цельнокатаных колес вагонов является одной из основных задач развития способов восстановления колес на железнодорожном транспорте, т.к. представляет собой один из наиболее эффективных методов увеличения ресурса колесных пар. Эта проблема осложняется тем, что ЦКК изготавливается из колесной стали марки 2 по ГОСТ 10791-89, которая содержит около 0.6% углерода и относится к сталям с. ограниченной свариваемостью, что связано с возможностью образования в ОШЗ закалочных структур, растягивающих напряжений и образованием холодных трещин. В связи с этим основная концепция работы заключается в том, чтобы проанализировать процесс наплавки ЦКК с целью исключения мартенситной структуры в ОШЗ на всех стадиях процесса восстановления.

Воздействие на элементы конструкции концентрированных источников теплоты связано с протеканием комплекса взаимосвязанных процессов: интенсивного нагрева и охлаждения металла, его плавления и кристаллизации, структурных и фазовых превращений, деформирования, насыщения газами и др. Изучению процессов, связанных со сваркой и наплавкой посвящены работы многих ученых. Наибольший вклад в изучение процессов при сварке и наплавке внесли такие ученые как: Е.О. Патон, Г.А. Николаев, Н.О. Окерблом, Н.Н. Рыкалин, С.А. Куркин, О.А. Бакши, Н.Н. Прохоров, В.А. Винокуров, А.Г. Григорьянц, Г.П. Карзов, Э.Л. Макаров, В.И. Махненко, В.Ф. Демченко, Р.З. Шрон, Л.А. Копельман, А.А. Углов, Чернышев Г.Г., В.И. Труфяков, В.М. Сагалевич, В.Ф. Лукьянов, С.Н. Киселев, В.А. Судник, Н.Никол. Прохоров, А.С. Зубченко, В.А. Кархин, Б.З. Марголин, А.С. Кур-кин, А.С. Киселев и некоторые другие.

Однако целый ряд вопросов, связанных с реализацией технологического процесса восстановления ЦКК остается не решенным. Требуют обоснования вопросы о рациональной температуре и времени предварительного подогрева, источниках нагрева и т.д., с позиции обеспечения качества восстанавливаемых колес.

На основании проведенного анализа состояния вопроса сформулированы цель и задачи исследования изложенные выше.

Вторая глава. Приводятся основные положения разработанной методики и программного обеспечения для компьютерного моделирования кинетики тепловых процессов и структурных превращений в цельнокатаном колесе вагона, при восстановлении однодуговой наплавкой гребней под слоем флюса. На основе использования фундаментальных положений теории теп-лопереноса и теплообмена, а также метода конечных элементов (МКЭ) разработана методика для анализа кинетики тепловых процессов в нестационарной нелинейной постановке. Разработана методика моделирования кине-

тики структурных превращений на основе использования серии диаграмм анизотермического распада аустенита при охлаждении с различных максимальных температур ОШЗ.

Колесо вагона имеет достаточно сложную геометрию, поэтому анализ процессов теплопереноса при восстановлении наплавкой гребней целесообразно проводить на основе использования моделей колеса с высокой степенью дискретизации на конечные элементы и уточненной физической модели материала, в которой учитывается зависимость теплофизических характеристик материала, от температуры и текущего структурного состава материала конечного элемента (КЭ).

При разработке методик анализа тепловых процессов широкое применение получили численные методы, в том числе МКЭ.

Математическая модель построена на основе использования основных положений МКЭ и основного уравнения теплопроводности в цилиндрических координатах;

к д*Т + К„ дТ „ д*Т . „ ЗТ ' дг

Э 2Т

гт2

где: - коэффициенты теплопроводности в направлении осей;

- внутренний источник тепла; ср - коэффициент объемной теплоемкости; Г—температура. Система дифференциальных уравнений имеет вид:

где: - матрица теплопроводности:

и]- ^-иг-иь

Ые>1

где: [В ■] - матрица градиентов элемента;

- матрица теплопроводности элемента;

- вектор функций форм элемента; к - коэффициент теплообмена;

(/■'"'} - вектор тепловых нагрузок:

{/•<'>}=- |е [А/М]Г.2-я гА<+ -я-гЛ- -2-я-гЛ,

где: q — тепловой поток на поверхности; Таг, - температура окружающей среды; |с(е*] — матрица теплоемкости: |еМ]= \cp-\Nf Л

- вектор значений температур.

Для компьютерного моделирования тепловых процессов разработано программное обеспечение, в состав которого входит библиотека 4х, 8ми, 12™, 1611 и 20™ узловых изопараметрических осесимметричных КЭ. В качестве базового КЭ при разработке моделей ЦКК для решения поставленных задач использован 4 узловой осесимметричный конечный элемент.

Механические, технологические и служебные свойства сталей и сварных соединений в значительной мере определяются структурным составом. Нестационарные тепловые процессы, связанные с воздействием концентрированных источников теплоты, являются причиной протекания структурных превращений в металле на этапах нагрева и охлаждения. Особенность фазовых и структурных превращений при воздействии сварочных источников тепла заключается в том, что они протекают в условиях быстрого нагрева и охлаждения. Характер превращений зависит от химического состава сплава, максимальных температур нагрева и скорости охлаждения др.

В излагаемой диссертации разработана методика анализа кинетики структурных превращений при компьютерном моделировании процесса восстановления наплавкой, основанная на использования серии диаграмм ани-зотермического распада аустенита при охлаждении с различных максимальных температур. Оценка структурного состава на текущем шаге решения осуществляется на основе анализа максимальной температуры на этапе нагрева, скорости охлаждения в интервале температур 800-700 °С и температуры на текущем шаге, определяющей положение точки на совмещенной диаграмме, построенной на основе использования диаграмм распада аустенита при охлаждении с максимальных температур 900, 1100, 1350 °С (рис. 2).

Рис. 2. Совмещенная диаграмма анизотермического распада аустенита Т — колесной стали марки 2 для различных (сплошные линии - охлаждение с 900 °С, пунктирные линии - охлаждение с 1100 °С, штрихпунк-тирные линии - охлаждение с 1350 °С)

Разработанная методика анализа кинетики структурного состава при повторных нагревах основана на оценке теплового состояния КЭ на текущем шаге решения и времени пребывания КЭ в соответствующем температурном диапазоне структурных превращений. Структурный состав КЭ в текущий момент времени определяется с учетом приращения температуры на текущем шаге решения, температурного диапазона соответствующего структурного превращения и структурного состава на предыдущем шаге решения.

I Та ОСНОВ© аНЗЛИЗа СОБрбтсККЫХ ГГрОГрамтНЫХ СрбДСТБ ПОДОБНОГО КЛаСса и уровня, при разработке программного комплекса (ПК) реализован принцип многомодульного построения, обеспечивающий возможность объединения в едином программном продукте отдельных компонентов, каждый из которых отличается значительным объемом кода и функциональным назначением. Реализован принцип поэтапной работы пользователя с ПК: составление и описание КЭ-модели, задание граничных условий и формирование банка данных по характеристикам материала, решение температурно-

структурной задачи, обработка результатов с возможностью представления в числовом и графическом форматах.

Укрупненная структурная схема разработанного программного комплекса SANAK представлена на рис. 3.

Для проведения верификации разработанной методики и программного обеспечения выполнен сравнительный анализ результатов компьютерного моделирования и экспериментальной оценки тепловых процессов в ЦКК при закалке, опубликованных в литературе. Расхождение расчетных и экспериментальных значений температур в точках расположенных на различной глубине обода от поверхности катания колеса не превышает 15 %.

Третья глава. В третьей главе

приводятся результаты компьютерно-Рис.3. Структурная схема ПК го моделирования восстановления однодуговой наплавкой гребней ЦКК с учетом износа обода в эксплуатации, а также результаты экспериментального определения значений температур. 8

Согласно инструкции ТИ-5-02-98У на технологический процесс восстановления наплавкой основными параметрами процесса являются: I - сила тока (310 JI), U -напряжение (31 В), V - скорость наплавки (22,5 м/ч), d,« -диаметр электродной проволоки (3 мм), марка проволоки - СВ-08ХГ2СМФ, флюс - АН 348А. Предварительный подогрев ТП0д0фсва- 160. 180 °С, время подогрева - 45...50 мин, зона подогрева - поверхность катания и поверхность гребня со стороны поверхности катания, зона контроля температуры (термопара, пирометр) - внутренняя поверхность обода в зоне гребня. Указанные параметры не связаны согласно инструкции, со степенью изношенности ЦКК в эксплуатации.

Для компьютерного моделирования разработан ряд конечно-элементных моделей, характеризующих возможное изменение геометрических размеров обода и гребня ЦКК в эксплуатации

Согласно инструкции наплавка колеса выполняется, если толщина обода изменяется в пределах от 70 до 30 мм, а гребня от 27 до 20 мм.

В связи с этим, были разработаны параметризованные конечно-элементные модели ЦКК, имеющие геометрические размеры в указанных выше пределах изменения толщины обода и гребня Количество конечных элементов в моделях изменялось в зависимости от степени изношенности обода и гребня (от 2207 до 3509) На рис. 4 приведена конечно-элементная модель ЦКК, для

Рассмотрен процесс предварительного подогрева ЦКК, в значительной степени определяющей конечную структуру и свойства наплавленного колеса, перед наплавкой и проведено многовариантное моделирование этого процесса. В результате были сделаны следующие выводы:

1. Установлено, что для обеспечения подогрева зоны наплавки колеса с полномерным ободом до нормативного значения 180 °С за время равное 45 мин плотность теплового потока нагревательных устройств должна быть не менее

Рис. 4. Конечно-элементная модель колеса вагона, имеющего толщину, обода 70 мм, гребня 20 мм

2. Анализ результатов компьютерного моделирования процесса подогрева свидетельствует о том, что нормативное значение максимальной температуры подогрева (180 °С) при уменьшении толщины обода и неизменном нормативном времени нагрева (45 мин) не может быть выдержано. Для обода толщиной 30 мм (минимальная толщина обода, допускаемая к восстановлению наплавкой) фактическая температура в конце нагрева составляет 223 °С, т.е. на 43 °С превышает нормативную.

3. Установлена функциональная зависимость между толщиной обода изношенного ЦКК и временем его подогрева до нормативной температуры 180 °С. Это время изменяется от 33 мин для ЦКК с минимальной толщиной обода 30 мм до 52 мин для ЦКК с ободом 70 мм.

4. Установлено, что увеличение времени подогрева в пределах нормативного допуска с 45 мин до 50 мин приводит к повышению температуры от 267 °С для обода с толщиной 30 мм до 186 °С для обода 50 мм.

5. Установлено, что охлаждение зоны наплавки с максимальной температуры подогрева до минимально допустимого нормативного значения 160 °С для колес с толщиной обода от 30 до 70 мм происходит за время не менее 6 мин, что удовлетворяет нормативному интервалу времени от окончания подогрева до начала наплавки.

6. В случае увеличения температуры подогрева в зоне наплавки до 250 °С время нагрева должно находится в пределах 55 мин для толщины обода 30 мм и 94 мин для толщины 70 мм соответственно.

Проведено многовариантное моделирование структурообразования при наплавке. Полученные результаты изменения структурного состава в ОШЗ наплавленного слоя на различной глубине (3-5 мм) при наплавке первого и второго валиков и различных температурах предварительного подогрева для ЦКК со средней толщиной обода (50 мм) представлены в табл. 1.

Анализ результатов компьютерного моделирования, представленных в табл. 1, позволяет сформулировать следующие выводы: 1) отсутствие предварительного подогрева приводит к формированию условий образования в ОШЗ закалочных структур при наложении первого валика с последующим их распадом на феррито-цементитные смеси в результате повторного нагрева при наложении второго валика; 2) наиболее неблагоприятные структуры формируются после наплавки первого валика без предварительного подогрева, когда структура состоит из 60 % мартенсита и 40 % бейнита; 3) наибольшие структурные изменения при наплавке происходят в ОШЗ на глубине 3-4 мм от поверхности наплавки.

Аналогичные результаты получены для ЦКК с различной толщиной обода и гребня в указанных выше пределах. Установлено, что изменение толщины обода и гребня не оказывают заметного влияния на структурный состав в ОШЗ. Основное влияние оказывает температура предварительного подогрева.

Таблица 1.

Обобщенные данные о структурном составе в ОШЗ по результатам компьютерного моделирования наплавки гребня ЦКК _при различной температуре предварительного подогрева_

Глубина от поверхности наплавки, мм Вид структурной составляющей Процентное содержание структурных составляющих, %

1 валик 2 валик

20 °С 180 °С 250 °С 20 °С 180 °С 250 °С

3 мм Аустенит 0 61 60 0 0 0

Бейнит 40 39 40 0 0 0

Мартенсит 60 0 0 0 0 0

Троостит 0 0 0 100 0 0

Сорбит 0 0 0 0 100 100

4 мм Аустенит 0 5 0 0 0 0

Феррито-перлит 83 32 59 83 32 59

Бейнит 17 63 41 17 0 0

Сорбит 0 0 0 0 68 41

5 мм Феррито-перлит 100 100 64 100 100 64

Бейнит 0 0 36 0 0 0

Сорбит 0 0 0 0 0 36

Основными результатами проведенного компьютерного моделирования тепловых процессов и структурных превращений при наплавке ЦКК является получение регрессионных зависимостей для оценки следующих технологических параметров:

1) Приращения температуры (ДТ) в контрольных точках при наплавке в зависимости от температуры предварительного подогрева и порядкового номера валика при постоянной толщине обода. Для обода с толщиной 30 мм эта зависимость для имеет вид:

' (0.000139-Т-,, +0.023725)- Л/,4 -(0 00301 • Та + 0.6595)-Л^1 +

+ (0.022148-Го + 6.62145)-ЛГ,3 -(0.050744• Т„ + 31.84|13)-М, -- (0.094444 ■ 7"„ - 85.888888) при 20 й Г„ <180

Д71 =

- (0.000167 Г0 - 0.078786)-ЛГ,4 + (0.0042914-Г0 -1.973757)-А1,1 -

- (0.0392 • Т0 -17.66374)- + (о.16И-Т0 - 69.973)- /V, --(0.339686-Г0 -130.0324)при 180<Г„ <250

Аналогичные зависимости получены для ЦКК с толщиной обода 50 и 70 мм. Ни рис. 5 приведено графическое представление уравнения

Рис. 5. Функциональная зависимость приращения температуры в контрольной зоне от номера накладываемого валика и температуры предварительного подогрева (8„бода=30 мм, 5гребм=20 мм)

2) Приращения температуры (АТ) в контрольных точках при наплавке в зависимости от толщины обода и порядкового номера валика при постоянной температуре предварительного подогрева. Для температуры предварительного подогрева То=180 0С эта зависимость для 60опда=30...70 мм имеет вид:

-(0001331 Т„- 0 088625) Ы' +(0029925 Т0~ 2 09905) М/ -- (0 241075 - 7"0 — 17 84025) Л',: +(0 8443 Г0 -66.304) /V, --(1 18335-Г0-Ю4 3895)при 30<<У2 50

ДГ =

(-0 000405-Г,,+0 04235) <+(0 01176-Г0 -1 1908) Л/,5-~(0 11711-Г0 -11 642)-ЛГ;+(0 4874 7-,,-48459) ТУ, -- (0 7722 • Г0 - 83 832) при 50 < 3 <. 70

Аналогичные зависимости получены для ЦКК при предварительном подогреве до температур 20 и 250 °С. На рис. 6 приведено графическое представление уравнения д

3) Регрессионная зависимость глубины проплавления (Ьпр) от температуры предварительного подогрева имеет вид:

И... = 3 ■ 10"' • г„2 + 0 0017 • Г„ + 2.3458

Следует отметить, что функция близка к линейной.

4) В результате многовариантных расчетов установлена регрессионная зависимость процентного содержания мартенситной составляющей (М) в ОШЗ на глубине 3 мм от поверхности наплавки под первым валиком в зависимости от температуры предварительного подогрева, которая имеет вид:

М =-00026 + 00785 Г0 + 58 416

Рис. 6. Функциональная зависимость приращения температуры в контрольной зоне от номера накладываемого валика и толщины обода (То=180 °С, 5|р(;д|1Я=20 мм) В табл. 2 представлены обобщенные данные по значениям приращений температур в контрольной зоне на момент окончания наплавки 1го и 9го валиков при различных температурах предварительного подогрева для рассмотренных вариантов толщин обода колеса. Анализ данных, приведенных в таблице, свидетельствует о том, что с увеличением температуры предварительного подогрева приращение температуры в контрольной зоне после наплавки первого и последнего валиков существенно снижается, что, очевидно, связано с температурным подпором при повышении температуры колеса С этим же связано и существенное уменьшение приращение температуры при наплавке последнего валика. Снижение приращения температуры при увеличении толщины обода связано с тем, что теплота отводится не только в окружающую среду, но и в менее нагретые участки обода

Таблица 2.

Приращение температуры

^обода 30 мм 70мм

Т0,°С 20 180 250 20 180 250 20 180 250

Наплавка 1го валик 57 37 22 43 26 18 36 18 14

Наплавка 9го валик 10 3 1 11 3 0 11 4 0

Установлено, что независимо от толщины обода ЦКК, содержание мартенситной составляющей в структуре в ОШЗ на глубине 3 мм от поверхности наплавки, соответствует приведенной выше регрессионной зависимости. Процентное содержание мартенситной составляющей в случае подогрева перед наплавкой выше 165 °С снижается до нуля.

Установлено, что при наплавке без предварительного подогрева независимо от толщины обода ЦКК в структуре в ОШЗ под первым валиком на момент начала наплавки второго валика возможно образование до 60 % мартенсита, что недопустимо с позиции образования в ОШЗ холодных трещин с последующим их развитием и разрушением колеса.

При подогреве ЦКК перед наплавкой в пределах 180 - 250 °С в ОШЗ формируется феррито-перлитая или феррито-сорбитная структура, благоприятная с позиции исключения образования холодных трещин. Структурный состав в ОШЗ по окончании наплавки, определяемый на основе компьютерного моделирования по разработанной методике, соответствует данным металлографического анализа. Результаты компьютерного моделирования с достаточной степенью достоверности соответствуют данным экспериментальных исследований, проведенных в ВЧД Сасово.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1) На основании анализа состояния вопроса и нормативных материалов по однодуговой наплавке ЦКК определена необходимость уточнения и обоснования ряда параметров технологического процесса с учетом различной степени изношенности обода и гребня колеса:

• температуры подогрева и распределение температур в колесе перед началом наплавки;

• интервала времени от окончания подогрева до начала наплавки по критерию обеспечения определенной температуры начала наплавки;

• влияния изменения толщины обода на температуру подогрева колеса перед наплавкой и ее изменение при многопроходной наплавке;

• кинетики изменения структурного состава в ОШЗ при многопроходной наплавке гребня ЦКК с различной степенью изношенности обода, наличие смеси структур и их зависимости от температуры в каждом КЭ.

2) Разработанные методика и программное обеспечение для анализа кинетики тепловых процессов в нестационарной нелинейной постановке при наплавке ЦКК основаны на использовании современных численных методов и средств программирования. В отличие от ранее выполненных работ в излагаемой диссертации для анализа кинетики структурных превращений разработана методика, основанная на использовании серии диаграмм анизотермического распада аустенита при охлаждении с различных максимальных температур, характерных для всего спектра температур в ОШЗ от подсолидусных до Ас|. Обоснована необходимость анализа на основе использования диаграмм АРА в координатах Т-\У8/7. Предложена методика перестроения диаграмм из координат

3) Для анализа кинетики структурных превращений в процессе повторных нагревов, связанных с наложением последующих валиков при многопроходной наплавке гребней ЦКК разработана методика, основанная на использовании принципа приращения структурных составляющих на текущем шаге решения с учетом температурных интервалов структурных превращений и структурного состава на предыдущем шаге решения.

4) Разработанное программное обеспечение соответствует поставленным в диссертации целям и задачам. Эффективность разработанного методического и программного обеспечения подтверждена результатами проведенной верификации. Разработаны конечно-элементные модели ЦКК, соответствующие различной степени изношенности ЦКК в эксплуатации.

5) На основе моделирования установлено, что для обеспечения подогрева зоны наплавки колеса с полномерным ободом до нормативного значения 180 °С за время, равное 45 мин, плотность теплового потока нагревательных устройств должна быть не менее 10 Вт/см2. Установлено, что в случае непрерывного ведения процесса наплавки гребня дополнительный подогрев не требуется ввиду того, что при этом имеет место приращение температур от всех проходов для всех рассмотренных технологических вариантов наплавки.

6) Установлено, что глубина проплавления остается практически независимой при изменении толщины обода от 30 до 70 мм и является практически линейной функцией от температуры предварительного подогрева при неизменных параметрах режима наплавки. Установлено, что структуро-образование в ОШЗ практически не зависит от толщины обода и гребня, а в основном определяется температурой предварительного подогрева и ее изменением в процессе наплавки.

7) Предложено считать одним из критериев качества процесса наплавки гребней отсутствие мартенситной составляющей в структуре ОШЗ на всех этапах процесса. Установлено, что вероятность образования мартен-ситной структурной составляющей уменьшается до нуля при подогреве перед наплавкой до температур выше Гт1П=1б5°С. Температура подогрева должна быть не ниже чем Установлено, что при наплавке без предварительного подогрева независимо от толщины обода ЦКК в структуре в ОШЗ под первым валиком на момент начала наплавки второго валика возможно образование до 60 % мартенсита, что недопустимо с позиции возможности образования трещин в ОШЗ с последующим их развитием в эксплуатации. При подогреве ЦКК перед наплавкой в пределах 180 - 250 °С, в ОШЗ формируется феррито-перлитная или фер-рито-сорбитная структура, что соответствует данным металлографического анализа. Такая структура благоприятна с позиции повышения эксплуатационных характеристик колеса, восстановленного наплавкой.

8) На основе обобщения результатов компьютерного моделирования тепловых процессов и структурных превращений при восстановлении наплавкой гребней ЦКК получен ряд регрессионных зависимостей, удобных для использования в инженерной практике для определения: времени подогрева до заданной температуры от бобода; кинетики приращения температуры в зависимости от температуры предварительного подогрева и порядкового номера прохода; возможного процентного содержания мартенсита в зависимости от температуры предварительного подогрева.

9) На основе проведенных исследований даны конкретные рекомендации но возможному уточнению ряда параметров технологического процесса, указанных в п. 1 выводов, направленных на повышение эксплуатационных характеристик наплавленных колес.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Оценка взаимодействия колеса с рельсом с учетом остаточных напряжений / С.Н. Киселев, АС. Киселев, А.В. Саврухин, А.Н. Неклюдов // Тяжелое машиностроение. - 2002. - № 12. - С. 20 - 21.

2. Саврухин А.В. , Неклюдов АН. Тепловые процессы при восстановлении наплавкой фрикционной планки тележки грузового вагона // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2002. - №7. - С. 16-20.

3. Контроль параметров термической обработки колес вагонов на основе компьютерного моделирования / С.Н. Киселев, А. С. Киселев, И. А. Мартьянова, А.Н. Неклюдов // Контроль. Диагностика. - 2002. - №12. - С. 19-23.

4. Компьютерная диагностика тепловых режимов в колесах вагонов при различных режимах торможения / С.Н. Киселев, А.С.Киселев, А.В.Саврухин, АН. Неклюдов // Контроль. Диагностика. - 2004. - №6. — С. 22 - 26.

5.Расчетно-экспериментальный метод определения остаточных напряжений с учетом распределения по глубине металла / С.Н. Киселев, А.С. Киселев, А.В. Саврухин, А.Н. Неклюдов // Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве: Тезисы докладов ВТНК. - М., 2003. -С. 270-275.

6. Киселев С.Н., Саврухин А.В., Неклюдов А.Н. Оценка кинетики структурных превращений в колесах вагонов при восстановлении наплавкой // Сварка и контроль: Тезисы докладов Всероссийской с международным участием научно-технической конференции. - Пермь, 2004. - С. 131 — 132.

Подписано в печать 4$", 4^04г- Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ ¿£2. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.

»22900

142

Введение.

1. Анализ состояния вопроса и задачи исследования.

1.1. Анализ данных по повреждаемости колес вагонов.

1.2. Анализ технологического процесса изготовления и требований к термической обработке колес вагонов.

1.3. Анализ способов восстановления наплавкой колес вагонов.

1.4. Анализ методов расчетной и экспериментальной оценки тепловых процессов и структурных превращений при различных технологических воздействиях.

1.5. Выводы по главе 1. Цели и задачи исследования.

2. Разработка методики компьютерного моделирования тепловых процессов и структурных превращений в колесах вагонов при восстановлении наплавкой и сопутствующих процессах.

2.1. Разработка методики расчетной оценки кинетики тепловых процессов

2.2. Применение основных положений метода конечных элементов для анализа кинетики тепловых процессов в ЦКК при технологических воздействиях, с учетом теплоты структурных превращений на основе решения нелинейной нестационарной задачи теплопроводности.

2.2.1. Стационарный перенос теплоты.

2.2.2. Нестационарный перенос теплоты.

2.2.3. Типы конечных элементов, примененных для разработки программного комплекса.

2.2.4. Численное интегрирование и преобразование координат.

2.2.5. Осесимметричная задача переноса теплоты.

2.3. Разработка методики конечно-элементного анализа тепловых процессов и структурообразования при восстановлении ЦКК многопроходной наплавкой на основе использования серии диаграмм анизотермического распада аустенита колесной стали марки 2.

2.4. Разработка алгоритма и программного обеспечения для компьютерного моделирования тепловых процессов и структурообразования в колесах вагонов при изготовлении и ремонте.

2.4.1. Выбор и обоснование основных принципов построения программного обеспечения. Характеристика архитектуры комплекса.

2.4.2. Верификация методического и программного обеспечения.

2.5. Выводы по главе 2.

3. Расчетный и экспериментальный анализ кинетики тепловых процессов и структурообразования при различных технологических воздействиях на колеса вагонов.

3.1. Разработка конечно-элементных моделей колеса вагона с учетом изменения геометрии при эксплуатационном изнашивании.

3.2. Анализ и формирование граничных условий для оценки кинетики тепловых процессов и структурных превращений в колесах вагонов

3.3. Компьютерное моделирование кинетики тепловых процессов и структурных превращений при тепловом воздействии, связанном с восстановлением наплавкой.

3.3.1. Оценка кинетики тепловых процессов при подогреве ЦКК перед наплавкой с различной толщиной обода.

3.3.2. Анализ структурного состояния и кинетики тепловых процессов колеса вагона при восстановлении наплавкой ЦКК при изменении толщины обода в пределах от 30 до 70 мм при различной температуре предварительного подогрева (20 °С, 180 °С, 250 °С).

3.3.3. Анализ структурного состояния и кинетики тепловых процессов колеса вагона при восстановлении наплавкой ЦКК при увеличении толщины гребня в пределах нормативных рекомендаций (20 - 27 мм) при толщине обода 30 мм и температуре предварительного подогрева

180 °С.

3.3.4. Экспериментальная оценка кинетики тепловых процессов и структурного состояния при наплавке.

3.4. Выводы по главе 3. Рекомендации по корректировке нормативной документации.

Ведущее положение в транспортной системе России занимает рельсовый транспорт, поскольку он обеспечивает приблизительно две трети общего грузооборота по магистральным железным дорогам и около половины пассажирских перевозок в межобластном, пригородном и городском сообщении. От эффективности и качества его работы в значительной мере зависят темпы экономического и социального развития общества.

Эффективность перевозочного процесса в значительной мере обеспечивается необходимым уровнем безотказности подвижного состава ж.д. транспорта (вагонов и локомотивов). Колесные пары подвижного состава относятся к конструктивным узлам высокой ответственности.

Колесная пара является одной из главных и ответственных частей вагона. Она направляет движение по рельсовому пути и воспринимает все нагрузки, передающиеся от вагона на рельсы и обратно [1].

Выход из строя колесной пары влечет за собой отказ в эксплуатации целого вагона или локомотива, вызывает увеличение времени их простоя в нерабочем парке.

Как показывает анализ отцепок вагонов в текущий ремонт, 35-40 % приходится на неисправность колесных пар.

Исторический анализ показывает, что в прошлом резкое увеличение износа рельсов и колес подвижного состава, как правило, было связано либо с заменой локомотивной тяги, либо с повышением весовой нормы поездов.

Последнее увеличение интенсивности износа наблюдается, начиная с 1985 г., причем, если раньше барьерными местами были перевальные участки с затяжными подъемами и спусками, то в последние годы износ стал распространенным явлением по всей сети железных дорог страны. На ряде участков сети фактическая интенсивность износа в 3 - 6 раз выше предусмотренной нормами эксплуатации пути и подвижного состава. В результате сроки службы колес вагонов и локомотивов между переточками и их полный ресурс сократились в несколько раз, соответственно возросли и продолжают увеличиваться эксплуатационные затраты предприятий вагонного и локомотивного хозяйства на ремонт, замену и приобретение колесных пар.

В настоящее время нет четкого представления о причинах внезапного обострения бокового износа колес подвижного состава и рельсов. Называется до 50 причин, которые в сумме привели к эффекту взрывного повышения изнашивания гребней колес и боковых поверхностей рельсов. За годы, предшествующие резкому повышению бокового износа, на железных дорогах произошло много необратимых изменений, таких, как:

• уменьшение ширины колеи со стандарта 1524 мм на стандарт 1520 мм;

• протяжение термоупрочненных рельсов на сети дорог увеличилось на 50 %, а протяжение рельсов первой группы качества, имеющих повышенную твердость, возросло более чем в 2 раза;

• изменение профиля головки рельса предусматривающего одноточечный контакт на утвержденный в 1979 г. профиль, предусматривающий наличие двухточечного контакта профиля катания колеса с головкой рельса.

В этот же период осуществлялся переход с чугунных на композиционные тормозные колодки, завершился перевод буксовых узлов с подшипников скольжения на подшипники качения. Повышены максимальные и средние уровни статических осевых, а, следовательно, вертикальных и поперечных горизонтальных динамических нагрузок от подвижного состава на рельсы. Началась интенсивная эксплуатация тяжеловесных и соединенных поездов. Произошло моральное и физическое старение многих вагонов и локомотивов. В 1995 г. наблюдался новый всплеск повышения скорости изнашивания гребней колес и боковых поверхностей рельсов. В последние годы, как следствие интенсивной лубрикации (смазывание рельсов), наблюдается снижение износа гребней колес с одновременным увеличением количества контактно-усталостных повреждений. Это, вероятно, связано с попаданием смазки на поверхность катания колес и рельсов и проявлением эффекта Ребиндера.

По данным из различных источников в 1992 г. по износу гребня браковалось 70.80 % колес, по выщербинам 4.7 % и ползунам и наварам 5.7 %. В 1997 г. - по состоянию гребня 55.60 %, по выщербинам 12.15 %, ползунам и наварам 22.25 %.

К 2000 г. - по гребню 50.55 %, по выщербинам 15.18 %, ползунам и наварам 25.27 %. Такой дефект как прокат, т.е. равномерное изнашивание по толщине обода колеса, представлявшийся основным дефектом до 1985 г., стал редкостью.

В результате анализа установлено, что надежность колесной пары главным образом определяется материалами и технологиями, применяемыми при изготовлении и ремонтном производстве, а также условиями ее эксплуатации.

Стандартами устанавливается средний срок службы колес в пределах 12 лет, однако фактически срок службы колес существенно меньше.

Установлено, что в среднем при ремонте колес по гребню методом механической обработки в стружку уходит 12. 15 мм толщины обода с каждого колеса (см. рис. I), а при ремонте по термо-контактно-усталостным дефектам 5.7 мм и более. Учитывая, что в настоящее время колесная пара интенсивно эксплуатируемого рабочего парка вагонов в год обтачивается по одному из дефектов, не менее одного раза, то средний срок службы колес составляет порядка 3.4 лет.

После двух-трех обточек упрочненный заводской при термической обработке слой срезается в стружку. Весь остальной период службы колесные пары интенсивнее изнашиваются и поражаются дефектами термо-контактно-усталостного происхождения.

Учитывая, что в настоящее время в эксплуатации находится порядка 50 % колесных пар грузо- Рис. 1. Ремонт ЦКК методом механической обработки вых вагонов с толщиной обода менее 40 мм, из них 50 % с толщиной менее 30 мм, при существенном увеличении объемов перевозок возникнет угроза потери работоспособности железных дорог и колоссального увеличения эксплуатационных затрат предприятий вагонного хозяйства на ремонт, замену и приобретение колесных пар.

Если до недавнего времени вагонные депо выходили из положения, пополняя свой запас за счет колесных пар исключенных из инвентаря вагонов, то в настоящее время делать это, становится все сложнее.

В настоящее время увеличился объем работ, связанных с восстановлением и упрочнением колес в эксплуатации, при применении различных технологий восстановления и упрочнения колес вагонов. В связи с этим необходимо их глубокое научное обоснование применяемых технологий для обеспечения необходимого уровня безопасности перевозочного процесса.

Важнейшими факторами, обеспечивающими необходимый уровень качества при восстановлении наплавкой являются тепловые процессы и структурообразование. Следует отметить, что на эксплуатационные характеристики ЦКК после ремонта наплавкой влияют также другой ряд факторов, в частности напряженно-деформированное состояние, однако, в рамках данной работы рассматривается важная и самостоятельная часть этой проблемы, связанная с тепловыми процессами и структурообразованием.

Следует отметить, что, несмотря на достаточно широкое применение наплавки для восстановления гребней ЦКК отсутствует информация о влиянии степени изношенности колеса (изменение геометрии обода и гребня колеса) на тепловые процессы и структурообразование при наплавке.

В связи с этим проблема оценки кинетики тепловых процессов и струк-турообразования при восстановлении наплавкой колес вагонов с разной степенью изношенности в эксплуатации является актуальной. ч

Общие выводы и заключения

На основании анализа состояния вопроса и нормативных материалов по однодуговой наплавке ЦКК определена необходимость уточнения и обоснования ряда параметров технологического процесса с учетом различной степени изношенности обода и гребня колеса:

1.1. температуры подогрева и распределение температур в колесе перед началом наплавки;

1.2. интервала времени от окончания подогрева до начала наплавки по критерию обеспечения определенной температуры начала наплавки;

1.3. влияния изменения толщины обода на температуру подогрева колеса перед наплавкой и ее изменение при многопроходной наплавке;

1.4. кинетики изменения структурного состава в ОШЗ при многопроходной наплавке гребня ЦКК с различной степенью изношенности обода, наличие смеси структур и их зависимости от температуры в каждом КЭ.

Разработанные методика и программное обеспечение для анализа кинетики тепловых процессов в нестационарной нелинейной постановке при наплавке ЦКК основаны на использовании современных численных методов и средств программирования. В отличие от ранее выполненных работ в излагаемой диссертации для анализа кинетики структурных превращений разработана методика, основанная на использовании серии диаграмм ани-зотермического распада аустенита при охлаждении с различных максимальных температур, характерных для всего спектра температур в ОШЗ от подсолидусных до Acl. Обоснована необходимость анализа на основе использования диаграмм АРА в координатах T-w8/7. Предложена методика перестроения диаграмм из координат T-w6/5 в T-w8/7.

3. Для анализа кинетики структурных превращений в процессе повторных нагревов, связанных с наложением последующих валиков при многопроходной наплавке гребней ЦКК разработана методика, основанная на использовании принципа приращения структурных составляющих на текущем шаге решения с учетом температурных интервалов структурных превращений и структурного состава на предыдущем шаге решения.

4. Разработанное программное обеспечение соответствует поставленным в диссертации целям и задачам. Эффективность разработанного методического и программного обеспечения подтверждена результатами проведенной верификации. Разработаны конечно-элементные модели ЦКК, соответствующие различной степени изношенности ЦКК в эксплуатации.

5. На основе моделирования установлено, что для обеспечения подогрева зоны наплавки колеса с полномерным ободом до нормативного значения 180 °С за время, равное 45 мин, плотность теплового потока нагревательных устройств должна быть не менее 10 Вт/см2. Установлено, что в случае непрерывного ведения процесса наплавки гребня дополнительный подогрев не требуется ввиду того, что при этом имеет место приращение температур от всех проходов для всех рассмотренных технологических вариантов наплавки.

6. Установлено, что глубина проплавления остается практически независимой при изменении толщины обода от 30 до 70 мм и является практически линейной функцией от температуры предварительного подогрева при неизменных параметрах режима наплавки. Установлено, что структурооб-разование в ОШЗ практически не зависит от толщины обода и гребня, а в основном определяется температурой предварительного подогрева и ее изменением в процессе наплавки.

7. Предложено считать одним из критериев качества процесса наплавки гребней отсутствие мартенситной составляющей в структуре ОШЗ на всех этапах процесса. Установлено, что вероятность образования мартенситной структурной составляющей уменьшается до нуля при подогреве перед наплавкой до температур выше т™п =,65°с. Температура подогрева должна быть не ниже чем =rmm+(20-50°c)> Установлено, что при наплавке без предварительного подогрева независимо от толщины обода ЦКК в структуре в ОШЗ под первым валиком на момент начала наплавки второго валика возможно образование до 60 % мартенсита, что недопустимо с позиции возможности образования трещин в ОШЗ с последующим их развитием в эксплуатации. При подогреве ЦКК перед наплавкой в пределах 180 -250 °С, в ОШЗ формируется феррито-перлитная или феррито-сорбитная структура, что соответствует данным металлографического анализа. Такая структура благоприятна с позиции повышения эксплуатационных характеристик колеса, восстановленного наплавкой.

8. На основе обобщения результатов компьютерного моделирования тепловых процессов и структурных превращений при восстановлении наплавкой гребней ЦКК получен ряд регрессионных зависимостей, удобных для использования в инженерной практике для определения: времени подогрева до заданной температуры от ообода; кинетики приращения температуры в зависимости от бобода, температуры предварительного подогрева и порядкового номера прохода; возможного процентного содержания мартенсита в зависимости от температуры предварительного подогрева.

9. На основе проведенных исследований даны конкретные рекомендации по возможному уточнению ряда параметров технологического процесса, указанных в п. 1 выводов, направленных на повышение эксплуатационных характеристик наплавленных колес.

1. Шадур JI.A. Вагоны. М.: Транспорт, 1980. - 439 с.

2. Безкенный В.И. Технология вагоностроения и ремонта вагонов: Учебник для вузов ж. д. транспорта. М.: Транспорт, 1976. - 432 с.

3. Выбор показателен свойств колесных и бандажных сталей для существующих и перспективных условий эксплуатации: Отчет о НИР (закл.) / МИ ИТ; Рук. С.Н. Киселев. ГР №01830156649; Инв. №02007503054. - М., 1999. - 175 с.

4. Киселев С.Н., Панюлок ИЛ. Перспективные направления работ в области повышения износостойкости, восстановления и упрочнения железнодорожных колес // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте: Тез. докл. ВНТК. — М., 1988. — С. 15 — 19.

5. Исследования в опытных составах / В.А. Иванов, М.В. Орлов, А.А. Иранов и др. // Жел. дор. транспорт. 1996. - №12. - С. 32 - 35.

6. Школьник JT.M., Сунруров А.С. Прогнозирование предела выносливости и циклической несушей способности цельнокатаных колес вагонов // Вестник ВНИИЖТ. 1983. - №6. - С. 35 - 39.

7. Исследование колес Выксунского металлургического завода сломавшихся в 1992 году в эксплуатации: Отчет о НИР (закл.) / ВНИИЖТ; Рук. Л.М. Школьник. ГР №01845067; Инв. №3020/92. - М., 1992.-77 с.

8. Об остаточных напряжениях в цельнокатаных железнодорожных колесах / Т.В. Ларин, И.Г. Узлов, Н.Г. Мирошниченко и др. // Вестник ВНИИЖТ. 1978. - №7. - С. 32 - 36.

9. Корякин С.Н. Анализ и выбор технологических решении по У повышению нзносостонкости гребней колесных пар: Дне. канд. техн.паук. М., 2000. - 156 с.

10. Временная технологическая инструкция по восстановлению наплавкой гребней цельнокатаных вагонных колес / МПС; ВосточноСибирская железная дорога. Инв. №5-02-91/4. - Иркутск, 1991. - 22 с.

11. Меликов В.В. Широкослойная многоэлектродная электрошлаковая наплавка: Автореф. дис. д-ра техн. наук. М., 1993. - 4.5 с.

12. Макаров Э.Л. Сварка и свариваемые материалы: Справочник. М.: Металлургия, 1991. - 256 с.

13. Наплавка гребней вагонных колесных пар / Н.В. Павлов, И.Д. Козубенко, Н.Е. Вызова, А.И. Рассоха // Железнодорожный транспорт. -1993. №7. - С. 37 - 40.

14. Якимов А.В., Шейман ЕЛ., Лозинский В.Н. О возможности многоэлектроднон наплавки для восстановления изношенных гребней бандажей локомотивных колес // Вестник ВНИИЖТ. 1992. - №2. - С. 35 -37.

15. Унифицированная технологическая инструкция по автоматической наплавке под флюсом гребней вагонных колесных пар / МПС; ВНИИЖТ. Инв. №5-02-98У. - М., 1998 г. - 32 с.

16. Совершенствование и внедрение технологии двухдуговой наплавки гребней цельнокатаных колес грузовых вагонов: Отчет о НИР (закл.) / МИ ИТ; Рук. С.Н. Киселев. ГР №02030136649; Инв. №41/95. -М., 1995. - 367 с.

17. Восстановительная наплавка ободьев колесных пар / М.И. Осмак, Н.Ф. Новнкевнч, А.И. Желем, М.С. Соболь // Вестник львовского политехнического института. — 1990. № 240. - С. 92 - 94.

18. Восстановление гребней цельнокатаных вагонных колес наплавкой без применения термообработка / В.В. Шефе ль, Б.В. Парамонов, В.М. Лонко и др. // Сварочное производство. 1997. - №3. с. 44 - 45.

19. Вихрова A.M., Ларин Т.В. О соотношении твердостен рельсовой н колесной сталей // Вестник ВНИИЖТ. 1996. - №6. - С. 34 - 38.

20. Марков Д.П. Закалка гребней колес подвижного состава на высокую твердость для снижения бокового износа // Вестник ВНИИЖТ. 1997.-№1.-С. 36-43.

21. Building UP Welding of wheels, quotation No / DE 8203. ESAAB. -Sweden, 1986.-112 s.

22. Sarkar N.K. Krichna Prasad B.N. Kirloskar Electric Co Ltd Bon-glore. — Bombay: Western Railway, 1989. 40 c.

23. Ruznue A. Dispozitiv de racire lasudarea bandajelor rotilor de tramvai // Intrepriderea Judeteana de Transport Local. — 1986. -№ 15. — S. 5.

24. Киселев A.C. Разработка методов анализа и проектирования сварочной технологии на основе компьютерного моделирования термо-деформнрованного и структурного состояния сварных конструкций: Дне. д-ра техн. наук. М., 2000. — 345 с.

25. Макаров Э.Л., Коновалов А.В. Система компьютерного анализа свариваемости и технологии сварки легированных сталей // Сварочное производство. 1995. - № 3. - С. 6 - 9.

26. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. М.: Машиностроение, 1981. - 247 с.

27. Прохоров Н.Н. Технологическая прочность сварных швов в процессе кристаллизации. М.: Металлургия, 1979. - 248 с.

28. Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике / Пер. с англ. М.: Мир, 1975. - 344 с.

29. Винокуров В.А., Григорьянц А.Г. Теория сварочных деформаций н напряжении. М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

30. Махненко В.И. Расчетные методы исследования кинетики сварочных напряжении и деформаций. Киев: Наукова думка, 1976. -320 с.

31. Ueda Y., Murakawa Н. New trends of research on mechanics in welding and fabrication in Japan // Trans, of JWR1. 1993. - V.22, №2. -P. 189-200.

32. Three dimensional numerical simulation of various tliermo-mcclianical processes by FEM (Report IV) / Y. Ueda, J. Wang, H.Murakawa, M. Yuan // Trans, of JWR1. 1993. - V.22, №2. - P. 289 - 294.

33. Куркин Л.С. Прямое математическое моделирование процесса разрушения сварных конструкций для определения их прочности и трешиностоикости: Дне. д-ра техн. наук. М., 1998. - 247 с.

34. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Методы граничных элементов в прикладных науках. М.: Мир, 1984. - 289 с.

35. Free J., Goff R. Predicting residual stresses in multi-pass weld-ments with the finite element method // Computers and Structures. 1989. -V. 12, №2. - P. 365 - 378.

36. Карзов Г.П., Леонов В.П., Марголин Б.З. Расчетное определение полей остаточных сварочных напряжении в конструкциях оболо-чечного типа // Автоматическая сварка. 1992. - № 3. - С. 3 - 8.

37. Куркин А.С., Киселев А.С. Разработка программного обеспечения для моделирования термонапряженного состояния деталей н его применение для повышения качества сварных конструкций // Труды МВТУ им. Н.Э.Баумана. 1988. - № 511. - С. 89 - 105.

38. Лладинскнй В.В., Маханев В.О., Павлович Л.Л. Профессиональное программное обеспечение для моделирования в задачах индустрии сварки // САПР н экспертные системы в сварке: Сб. статей. Тула, 1995.-С. 32-36.

39. Giilick L. Finite element welding computations using general purpose nonlinear analysis codes // ASME Pressure Vessel and Piping div. 1988.- № 143.-P. 13-22.

40. Leung C., Pick R., Mok D. Finite element modeling of a single pass weld // Welding Research Council Bulletin Series. 1990. - № 356. - P. 1 - 10.

41. Leung C., Pick R. Finite element analysis of multipass welds // Welding Research Council Bulletin Series. 1990. - № 356. - P. 11 - 33.

42. Карзов Г.П., Марголнн Б.З., Швецова B.A. Физико-механическое моделирование процессов разрушения. СПб.: Политехника, 1993.-391 с.

43. Попова JI.E., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-растворах в сплавах титана. М.: Металлургия, 1991. — 504 с.

44. Лошкарев В.Е. Математическое моделирование процесса закалки с учетом влияния напряжений на структурные превращения в стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 1986. - №1.- С. 2 6.

45. Эфнменко Л.А. Кинетические особенности структурообразования в толстолистовых конструкционных сталях при сварке и ихвлияние на сопротивление разрушению: Автореф. лис.д-ра техн. наук. -СПб., 1992.-3.2 с.

46. Температурные поля, деформации и напряжения при наплавке гребней колес вагонов: Отчет о НИР (закл.) / МИИТ; Рук. С.Н. Киселев. ГР № 01250156321; Инв. №142-92. - М., 1992 - 137 с.

47. Анализ кинетики температурных полей и НДС при восстановлении наплавкой поверхности катания и гребня пельнокатанных вагонных колес: Отчет о НИР (закл.) / МИИТ; Рук. С.Н. Киселев. — ГР №01520153322; Инв. № 159/93. М., 1993 - 150 с.

48. Технология наплавки цельнокатаных колес грузовых вагонов: Отчет о НИР (закл.) / МИИТ, ВНИИЖТ; Рук. С.Н. Киселев, Е.А. Калашников. ГР №02830100352; Инв. № 132/96. - М., 1996- 108 с.

49. Стародубов К.Ф., Узлов И.Г. Исследование влияния скорости охлаждения на микроструктуру и свойства колесной стали // Вопросы производства железнодорожных цельнокатаных колес. 1959.-№11.— С. 85 - 89.

50. Schneider Е., Herzer R. Minden Qualitats-und Betriebssicherung von Eisenbahradern mittels zerstorungsfreier Ultraschall // Kolloquium Qualitatssicherung durch Werkstoffprufung in der Hochschule fur Technik und Wirtschaft. 1993. - P. 23 - 24.

51. Контроль остаточных напряжений в цельнокатаных колесах в процессе изготовления и эксплуатации на основе компьютерного моделнровпння / С.Н. Киселев, Ал-др С. Киселев, Ал-ей С. Киселев и др. // Контроль. Диагностика. 1999. - №4. - С. 15.

52. Исследование тепловых процессов н структурообразования при двухдуговой наплавке колес вагонов на основе компьютерного моделирования / С.Н. Киселев, Н.Н. Воронин, Э.Л. Макаров, А.А. Куликов // Сварочное производство 2000. - №3. - С. 3 - 8.

53. Авдуевскнн B.C., Галннейский Б.М. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической техннке: Учебник для авиационных специальностей вузов.-М.: Машиностроение, 1992. —528 с.

54. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. — М.: Мир, 1979.-392 с.

55. Метод суперэлементов с расчетах инжннерных сооружений / В.А. Постнов, С.А. Дмитриев, Б.К. Елтышев и др. Л.: Судостроение, 1979. - 288 с.

56. Постнов В.А, Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. — Л.: Судостроение, 1974. 342 с.

57. Теория сварочных процессов: Учеб. для вузов по спек. «Обо-руд. и технология сварочного пр-ва» / под ред. В.В. Фролова. — М.: Высш. шк., 1988.-559 с.

58. Кузьмина Г.Д. Совершенствоване и обоснование технологии ^ восстановления наплавкой гребней ЦКК вагонов на основе моделирования тепловых процессов: Дне. канд. техн. наук. М., 1998. - 167 с.

59. Нойман А., Рихтер Е. Справочник по сварке, пайке, склейке и резке металлов и пластмасс. М.: Металлургия, 1980. - 464 с.

60. Заключение по результатам металлографического исследования металла гребня вагонного колеса, наплавленного в ВЧД Барабинск Западно-Сибирской ж. д. М., 2000. — 13 с.о внедрении резуль¥атбв*исследований диссертационной работы асп. МИИТа Неклюдова А.Н.

61. К практически значимым результатам относятся следующие положения и рекомендации:

62. Необходимость четкого указания в техпроцессах схемы подогрева, мощности источника теплового потока нагревательного устройства, а также времени подогрева с учетом толщины обода колеса.

63. Установление предельной минимальной температуры подогрева в момент начала наплавки для обеспечения качества технологического процесса по критерию отсутствия в околошовной зоне (ОШЗ) мартенситной структуры не ниже 165 °С.

64. Установление критерия качества технологического процесса наплавки в виде отсутствия мартенситной составляющей в структуре ОШЗ в течение всего процесса многопроходной наплавки.

65. Вышеприведенные рекомендации будут учтены при корректировке технологических инструкций по автоматической наплавке гребней и поверхности катания вагонных i И.о. Заведующего КО «Сварк1. Заведующий лабораторией1. ВНИИЖТ1. А. В. Гудков Н.В.Павлов