автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка технологии многопроходной сварки стыков рельсов в полевых условиях

Приазовский государственный технический университет

:г5 од

/ 6 ШОП Сергиенко

Юрий Викторович

УДК 691.791.75:625.143.(043.3)

Разработка технологии многопроходной сварки стыков рельсов в

полевых условиях.

Специальность: 05.03.06. - Сварка и родственные технологии.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Мариуполь 1998г.

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Приазовском государственном техническом университете Министерства Образования Украины, г.Мариуполь.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Чигарев Валерий Васильевич 111 ТУ, завкафедрой.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гулаков Сергей Владимирович 111 ТУ, профессор; кандидат технических наук Зареченский Анатолий Васильевич. ОАО «Азов», г.Мариуполь, начальник НИОСП.

Ведущая организация: Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Министерства Образования Украины, г.Киев.

Защита состоится 30 июня 1998 г. в 9 часов на заседании специализированного ученого совета К.12.052.01 при Приазовском государственном техническом университете по адресу 341000, г.Мариуполь, пер.Республики 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГИТУ: 341000, г.Мариуполь, ул Апатова, 115.

Автореферат разослан < » мая1998 г.

Ученый секретарь специализированного ученого сов доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Железнодорожный транспорт широко используется в различных отраслях народного хозяйства, т.к.-это эффективный и высокоэкономичный способ перевозок. Для работы в условиях промышленных предприятий к железнодорожному пути предъявляется ряд специфических требований. Транспорт на железных дорогах промышленных предприятий обычно движется с небольшими скоростями, частыми остановками при больших тормозных и тяговых усилиях. В условиях промышленных предприятий рельсовое полотно подвергается высоким удельным статическим и динамическим нагрузкам, воздействию абразивных материалов и др. Частые остановки транспорта вызывают просадку полотна, особенно в области стыков рельсов. Все это приводит к повышенному износу рельсов, рельсовых переводов и скреплений. Традиционно применяемый сборный рельсовый стык на накладках и обхватах быстро выходит из строя. Выход рельсового пути из строя приводит к остановкам движения транспорта и необходимости проведения ремонтных работ, что в условиях непрерывного цикла производства не всегда возможно.

Поскольку стытс рельсов является одним из наиболее узких мест путевого хозяйства промышленных предприятий, целесообразно применение бесстыкового пути.

Актуальность темы. Для получения бесстыковых плетей и ремонта пути находят применение различные способы сварки: контактная, термитная, газопрессовая и дуговая. При сварке стыков рельсов и ремонте пути в условиях промышленных предприятий возможно применение дуговой, термитной и контактной сварки. Следует отметить, что термитная сварка не обеспечивает стабильности качества сварного стыка и отсутствует возможность сварки в зимних условиях, а также требует специальные меры техники безопасности. 90 % железнодорожного пути стран СНГ сварено контактным способом, который обеспечивает достаточную стабильность качества сварки, но используется дорогостоящее и громоздкое оборудование, который применяется в основном для укладки новых рельсовых плотей. Ручной дуговой способ имеегг низкую производительность и не всегда обеспечивает требуемое качество сварного соединения.

В этой связи можно констатировать, что дальнейшие исследования и разработки, направленные на совершенствование технологии сварки стыков рельсов в условиях промышленных предприятий, являются актуальной задачей.

Связь работы с научными программами, планами, темами.

Работа выполнена на основании постановления ГКНТ о научно-технической программе 0.54.07. от 30.10.85г. №555 «О создании и внедрении прогрессивных систем технических средств и технологических процессов промышленности и новых специализированных видов транспорта», приказа Минчермета СССР от 16.02.88г. №138 «О мерах по повышению технического уровня и укреплению материально-технической базы путевого хозяйства железнодорожного транспорта предприятий отрасли», хоздоговорной темы с ЦГЖТБтрансчермст г. Мариуполь «Создание и внедрение головного образца установки для сварки рельсовых нитей в условиях предприятий Минметаллургии СССР».

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии сварки и ремонта стыков рельсов в условиях промышленных предприятий, повышающей производительность и качество сварного шва.

Для достижения поставленной цели потребовалось решать следующие задачи:

- исследовать влияние температуры предварительного подогрева на образование закалочных структур при сварке высокоуглеродистых рельсовых сталей;

- выбрать и обосновать параметры режима сварки и сопутствующего подогрева;

- разработать технологию местного сопутствующего подогрева, с целью исключения образования закалочных структур;

- обосновать выбор методики, имитирующей условия эксплуатации для проведения исследований по определению прочностных характеристик сварных рельсов;

- обосновать выбор сварочных материалов, применительно к выбранному способу сварки;

- разработать технологию сварки и ремонта стыков рельсов в условиях промышленных предприятий.

Научная новизна полученных результатов. С помощью математического и физического моделирования определены температурные, поля в зоне термического влияния сварных соединений стыков рельсов и впервые установлено, что при сварке стойки рельсов погонная энергия увеличивается в 1,2-1,5 раза по отношению к головке и подошве рельса, что позволило повысить производительность процесса сварки.

Установлено, что предварительный подогрев рельсовой стали до 300 °С обеспечивает охлаждение металла после сварки со скоростью соответствующей превращению в бейнитной области, а до 340-360 °С с упреждающей сопутствующей тепловой обработкой, обеспечивает получение феррито-сорбитной структуры со свойствами, близкими к основному металлу.

Установлена зависимость распределения твердости в зоне термического влияния от параметров предварительного и сопутствующего подогрева, что позволило выбрать оптимальный режим сварки.

Численным решением дифференциального уравнения теплопроводности при многопроходной сварке, определено время упреждающего и сопутствующего подогрева для стали М76 - 70-90 секунд, М75 - 80100 секунд, 60ГД - 60-80 секунд.

Практическое значение полученных результатов. Определены тепловые параметры и оптимальный зазор, которые обеспечивают высокое качество сварного соединения стыков рельсов. Установлены параметры предварительного и сопутствующего подогрева, на основании которых разработана и опробована технология сварки стыков рельсов в полевых условиях.

Использование предложенной технологии сварки стыков рельсов позволило улучшить качество сварного соединения и повысить производительность сварочных работ по сравнению с ранее применявшейся ручной дуговой сваркой.

Разработано и опробовано сборочно-сварочное приспособление, обеспечивающее соосность собранных рельсов и существенно снижающее трудоемкость процесса. Проведена апробация предложенной технологии в условиях комбината «Азовсталь» и принята к внедрению.

Личный вклад соискателя. Автором выполнен анализ влияния температуры предварительного и сопутствующего подогрева на микротвердость основного металла и зоны термического влияния при сварке рельсовых сталей, построена математическая модель и на ее основе построены температурные поля в зоне термического влияния при сварке стыков рельсов, исследованы влияния зазора в стыке рельсов на статическую прочность. Автором проведен расчет и получены зависимости предела выносливости при сварке стыков рельсов по различным технологиям. Разработанная автором технология сварки стыков рельсов внедрена на комбинате «Азовсталь» при личном участии соискателя. Автором подтверждено ожидаемое повышение производительности при проведении ремонтных работ по сварке стыков рельсов в сравнении с ранее при менявшейся для этой цели ручной дуговой сварки и снижение затрат на

оборудование при соединении новых рельсов с использованием контактной сварки.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались на V Всесоюзной научной конференции (Одесса, 1991 год); Всесоюзной конференции "Быстрорежущие стали, их производство, применение и прогрессивные технологии упрочнения режущего инструмента (Москва, НТЦИ, 1992 год); Региональной научно-технической конференции (Мариуполь, 1992 год); II региональной научно-технической конференции (Мариуполь, 1993 год); III региональной научно-технической конференции (Мариуполь, 1995 год); Юбилейной научно-технической конференции (Мариуполь, 1996 год); на научных семинарах кафедр "Оборудование и технология сварочного производства" и "Металлургия и технология сварочного производства" Приазовского государственного технического университета (Мариуполь, 1994, 1997 годы).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 статьи в научных журналах, 4 тезиса докладов на научно-практических конференциях, получен патент по заявке №93006489 государственной регистрации приоритет от 19.05.93.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов, списка литературы из 102 наименований, 2 приложений и содержит 138 страниц машинописного текста, 28 рисунков, 3 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Раздел 1. Характеристика условий работы железных дорог.

В настоящее время при укладке и содержании пути свариваются новые и бывшие в употреблении рельсы различной длины типов Р75,Р65, Р50 из мартеновской и бессемеровской сталей марок М76, М75, 60ГД с высоким содержанием углерода, легированные медью и другими элементами. На сварку поступают рельсы обычной и повышенной прочности, термически не обработанные, с объемной и поверхностной закалкой по всей длине. Твердость металла рельсов соответственно составляет от 2000 МПа до 2400 МПа, а закаленных частей доходит до 4800 МПа. Сварка позволяет увеличить длину рельсов и уменьшить количество напряженных и дорогостоящих болтовых стыков.

Процесс контактной сварки стыков рельсов в основном исследовался в работах Кучук-Яценко С.И., Сахарнова В.А., Генкина И.З. и Доценко А.В. Показано, что данный способ сварки обеспечивает высокое

и постоянное качество сварных рельсов. Оборудование применяемое для

контактной сварки дорогое и громоздкое.___________________________________________________

____________В работах Наумёнко B.C. и Шепелева В Н. подробно описан способ термитной сварки стыков рельсов. Однако, результаты механических испытаний рельсов, полученных термитной сваркой, указывают на очень низкую усталостную прочность.

Для ремонтных работ и соединения рельсов по длине в полевых условиях применяется ручная дуговая сварка ванным способом. Однако ванный способ сварки приводит к тому, что при сварке стыков рельсов образуется очень большая зона перегрева. Это приводит к образованию горячих, холодных трещин и других дефектов. Кроме этого, ручная сварка обладает довольно низкой производительностью.

Анализ вышеизложенных способов сварки стыков рельсов указывает на необходимость их совершенствования в направлении обеспечения требуемого качества сварного соединения и высокой производительности процесса сварки.

Раздел 2. Оптимизация тепловых условий при сварке высокоуглеродистых рельсовых сталей.

На основе анализа способов сварки стыков рельсов рекомендована для дальнейшего исследования полуавтоматическая сварка в среде защитного газа. Вначале решалась задача оптимизации температуры предварительного подогрева. Для более оперативного исследования зоны термического влияния предложено провести замер микротвердости по сварному шву и околошовной зоне.

Наплавка проводилась полуавтоматом ПДГ-302 на образцы из стали М75, М76 и 60ГД толщиной 10-12 мм, вырезанных из стойки рельса, на одинаковых режимах (1СВ=320А, ид=32В, VCB-10 м/ч). Известно, что рабочая зона , т.е. головка рельса, закаливается до 4800 МПа, тогда как твердость стойки и подошвы рельса составляет 2000-2400 МПа. Первый образец наплавлялся без предварительного подогрева, второй с подогревом до 100 °С, третий до 200 °С, четвертый до 300 °С и пятый до 300-350 °С с сопутствующим локальным подогревом, шестой до 400 °С.

Замер микротвердости проводили при помощи микротвердомера марки ПМТ-3 с нагрузкой 50 г. Распределение микротвердости в зоне термического влияния описывается кривыми с максимумами. Для стали М76 получены следующие результаты, приведенные на рисунке 1. Образец без подогрева имеет максимальную твердость 9000 МПа, что указывает на наличие мартенситных структур и подтверждается металлографическими исследованиями. При подогреве пластины от 100 °С до 400°С максимальная твердость снизилась от 8200 МПа до 3300 МПа.

Расстояние, мм

1 - без подогрева - х; 2 - подогрев до 100 °С - □; 3 - подогрев до 200 °С - 4 - подогрев до 300 °С - 5 - подогрев до 350 °С с местным локальным сопутствующим подогревом - 0; 6 - подогрев до 400 °С - *.

Рис. 1. - Влияние температуры предварительного подогрева на микротвердость зоны термического влияния стали М76. Режим сварки 1Св~320А; Цц=30В; Уев-Юм/ч

Образец №5 подогретый до температуры 350 °С с местным локальным сопутствующим подогревом имел максимальную твердость практически не отличающуюся от твердости основного металла. Параллельно были замерены кривые охлаждения для образцов, сваренных по вышеприведенным технологиям предварительного подогрева для стали М76, приведенные на рисунке 2. Установлено, что кривые охлаждения образцов №1,2,3 (без подогрева, подогрев до 100°С и до 200 °С) наложенные на диаграмму распада аустенита пересекают точку начала мартенситных превращений. Кривая охлаждения образца №4 (подогрев до 300 °С) попадает в зону бейнитных превращений, а образца №6 (подогрев до 400 °С) непродолжительное время находится в зоне перлитных превращений. Возникает некое противоречие. С целью его решения предложено провести предварительный подогрев рельсового стыка до 300-350 °С последующим сопутствующим локальным подогревом с опережением движения сварочной ванны, обеспечивающим более полное перлитное превращение и снижение твердости зоны термического влияния до твердости основного металла (образец №5). Замер микротвердости в зоне термического влияния образца, сваренного по предложенному режиму предварительного и сопутствующего подогрева, указывает на то, что микротвердость в зоне термического влияния практически не отличается от показателя основного металла. Это указывает на то, что предложенный режим подогрева позволяет избежать закалочных структур, трещин в зоне термического влияния.

Твердость рабочих частей рельсов доходит до 4800 МПа, поэтому перед сваркой последнего слоя головки температура предварительного подогрева снижадась до 200°С, что контролировалось термопарами. Сварка проводилась без сопутствующего подогрева. Это позволило получить в последнем слое наплавленный металл, не отличающийся по твердости от закаленных рабочих частей рельсов.

Аналогичные исследования проведены для сталей М75 и 60ГД. Установлено, что сопутствующий подогрев должен проводиться для стали М75 - 120-140 сек, а для стали 60ГД - 60-80 сек.

С целью теоретического обоснования выбранной технологии предварительного и сопутствующего подогрева были построены термические циклы для точек У=0,001 м, У=0,005 м и У=0,01 м. Эти точки располо жены в области перегрева зоны термического влияния. Были выбраны расчетные схемы нагрева. При предварительном подогреве стыка по всей площади рельса принята расчетная схема - стержень. Снижение температуры после прекращения предварительного подогрева определено

1 - без подогрева; 2 - подогрев до 100 °С; 3 - подогрев до 200 °С; 4 - подогрев до 300 °С; 5 - подогрев до 350 °С с местным локальным подогревом; 6 - подогрев до 400 °С.

Рис. 2. - Влияние температуры предварительного подогрева на характер структурных превращений зоны термического влияния стали М76. Режим сварки: 1Св-320А; ид=30В; УСв=Ю м/ч.

— т

X _ н 2

_____г

Ф

(1)

кспериментальным и расчетным путем. Расчет велся по формуле, приеденной в работах Н.Н.Рыкалина: ___________________________________-

(лДагу _

где Т„ - начальная температура, °С; у - расстояние от линии плавления, см; I - время, с; а - коэффициент температуропроводности, ч2/с.

При многопроходной сварке подошвы и головки рельса лучшее эвпадение с реальными термическими циклами дает расчетная схема -.чоскпй слой. В процессе сварки подошвы и головки рельсов в стыке ыделяется дополнительное количество тепла, которое снижает скорость хлаждения. Параметры режима рассчитаны так, чтобы средняя темпе-атура стыка не превышала температуру предварительного подогрева.

Для исключения образования закалочных структур в зоне термиче-кого влияния рассчитана погонная энергия, вносимая в стык упреж-ающим локальным подогревом газовым пламенем. Для построения термических циклов для подошвы и головки рельсов рассчитаны макси-¡альные температуры и скорости охлаждения по следующим формулам ля плоского слоя, приведенных в работах Н.Н.Рыкалина:

Т тах = ^ + Т н (2)

яеУсру

л (Т-Тн)2

Ш = --Щ— (3)

■ Ц.Н

где я - погонная энергия, кал/с; V - скорость сварки, см/с; ср -бъемная теплоемкость, кал/см3-°С; у - расстояние, см; X - коэффици-ит теплопроводности, кал/см-с-°С; Т - температура в данной точке, °С; 'н - начальная температура, °С; га - безразмерный коэффициент. Рассчи-анная погонная энергия составила 4800Дж.

При многослойной сварке стойки рельсов лучшее совпадение с ре-льными термическими циклами дает расчетная схема - пластина. В роцессе сварки стойки рельса в стыке также выделяется дополнительное оличество тепла, которое снижает скорость охлаждения.

Для исключения образования закалочных структур при сварке гойки рельсов также была расчитана погонная энергия, вносимая в стык преждающим локальным подогревом. Для построения термических иклов для стойки рельсов рассчитывали скорости охлаждения по следу лцим формулам для пластины, приведенных в работах Н.Н.Рыкалина:

Ттах"То = ^Усрбу(1"Э (4> (т-т у

ю=-2пХср\ (5)

Ь/уб]2

где 5 - толщина пластины, см; Ь - ширина зоны нагрева, см.

Анализируя полученные термические циклы для сварки подошвы и стойки рельса установлено, что при выполнении многослойного заполнения сварного соединения стыков рельсов возвратно-поступательным перемещением электрода погонная энергия при сварке стойки увеличена в 1,2-1,5 раза по отношению к головке и подошве рельса при сохранении требуемого качества.

Раздел 3. Оценка механических свойств сварных стыков и обоснование выбора сварочных материалов.

Для практического уяснения влияния разработанной технологии предварительного и сопутствующего подогрева, а также выбранных режимов сварки проведены испытания влияния зазора между стыками на статическую прочность сварного рельсового стыка. Прочность сварных стыков при статическом нагружении является важным показателем механических свойств, качества сварки и сварных стыков рельсов, сваренных сварочной проволокой СВ08Г2С полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа в зависимости от зазора в стыке по предложенной технологии предварительного и сопутствующего подогрева. Согласно рекомендации МПС, величина зазора в стыке должна колебаться от 10 до 30 мм. Сваривалось по десять образцов с зазорами в 10, 20 и 30 мм. Нагрузка прикладывалась к головке и подошве рельсов, согласно требований и методики испытаний рельсов, разработанных МПС. Качество сварных соединений зависит от условий формирования шва. Рельсы сваренные с зазором в стыке 20 мм выдерживают нагрузку большую, чем сваренные с зазором в 10 и 30 мм. Следовательно зазор в 20 мм является оптимальным. Сопоставляя полученные данные с испытаниями на статическое нагружение цельного рельса, установлено, что нагрузка, выдерживаемая сварными стыками с зазором 20 мм, незначительно уступает ему. Однако, сваренные рельсы несколько уступают цельному рельсу по выдерживаемой нагрузке.

Для оперативного исследования влияния сварочного материала на качество рельсового стыка проведены замеры микротвердости зоны термического влияния и сварного шва. Для сравнения были выбраны

i сварочных материала: малоуглеродистый Св08Г2С, аустенитный

0Х18Н9Т и сред нелегированный с повышенным пределом прочности_______________

-екучестн Св08ХЗГ2СМ. Сварка проводилась на стали М76 с предва-гельным подогревом до 350 °С, с локальным сопутствующим подогре-si с опережением движения сварочной ванны. Микротвердость замеря-:ь прибором ПМТ-3 с нагрузкой 50 г.

Исходя из полученных данных и учитывая то, что проволока 08X3Г2СМ имеет более высокие показатели предела прочности и платности, рекомендовано использовать данный материал для сварки лков рельсов в полевых условиях.

Для наплавки последних слоев рельсов, упрочненных закалкой, именялась сварочная проволока Нп-50ХФА, которая в наплавленном эе имеет твердость, равную твердости закаленной части основного ме-гсла.

'аздел 4. Испытание рельсов и рельсовых стыков на прочностную

выносливость.

льсовые стыки в процессе эксплуатации испытывают значительные грузки имеющие усталостный характер. Поэтому испытания сварных ыков рельсов на усталостную прочность имеют большое значение. Ха-ктерной особенностью результатов испытаний на усталостность явля-ся их разброс, поэтому для построения зависимостей предела выносли-сти от количества циклов испытывалось по 7-10 образцов каждой cení. Были испытаны четыре серии образцов. Первая серия представляла бой контрольные образцы, вырезанные та цельного рельса. Вторая се-[я это образцы, сваренные без подогрева. Третья серия включала в себя 1разцы сваренные с предварительным и сопутствующим подогревом, (нако сварочный материал имел низкий предел прочности и пластично-и. Четвертая серия представляла собой образцы, сваренные с предва-1тельным и сопутствующим подогревом с использованием сварочных ггериалов, обеспечивающих равнопрочное соединение с основным ме-ллом.

Оценка эффективности рассмотренных технологий сварки выполнись путем сравнения предела выносливости образца, вырезанного из 5льного рельса и сваренных по предложенным технологиям. Результаты ^следований представлены на рисунке 3. Из рисунка 3 видно, что пре-:л выносливости контрольных образцов (первая серия) составил =190 МПа. По литературным данным для стандартного образца из-;льсовой стали 0.1=220 МПа. Уменьшение предела выносливости

350

ж

д зоо 2

В 250 §

I § 200 3 190 « 180

I

Си

С

100 90

4

1

\

...... *\ v V

-- *—1

.......... \ а- р.

[_*-

4 5 6 7 8

Г.-образцы, вырезанные из прокатного рельса; 2-.образцы, сваренные без предварительного и сопутствующего подогрева; З-.образцы, сваренные с предварительным и сопутствующим подогревом сварочным материалом Св08Г2С; 4-.образцы, сваренные с предварительным и сопутствующим подогревом сварочным материалом Св08ХЗГ2СМ. Рис. 3. - Кривые выносливости для образцов, представляющие различные технологии сварки.

объясняется большими размерами и более грубой обработкой поверхности образца. Предел выносливости 190 МПа принимался в дальнейших расчетах за 100 %. Во второй серии образцов предел выносливости составил 90 МПа, в третьей -180 МПа, в четвертой - 200 МПа. Соответственно =45 %, ri^j=94,5%, Г|^,=99,5 %. Следовательно, наилучшую усталостную прочность получали образцы четвертой серии, сваренные по рекомендуемой технологии. Степень увеличения долговечности, в сравнении с базовой, соответствующей 104 степени циклов составил для второй серии Г) =0.4; для третьей серии Т)^ =0,6; для четвертой серии т)^,=1,0. Для уровня 105 степени циклов картина изменения долговечности такая же. Следовательно, рекомендованный вариант технологии сварки обеспечивает долговечность не ниже основного металла.

Раздел 5. Разработка технологии сварки стыков рельсов в полевых

условиях

Подготовка стыков рельсов под сварку включала в себя операцию предварительного подогрева. Для этого приваривались ударно-конденсаторной сваркой несколько хромель-алгомелевых термопар по высоте стыка на разном расстоянии от места сварки.

Горелка состояла из двух частей, которые позволяли охватить весь стык рельса сразу и прогреть все сечение. Подогрев производился до 300350 °С. Если после прекращения предварительного подогрева тепла, выделяемого сварочной дугой и сопутствующим газовым пламенем недостаточно, чтобы поддерживать температуру стыка рельсов в процессе сварки на уровне 350 °С, то рекомендуется уменьшить потери тепла за счет обкладки рельса теплоизоляционным материалом или дополнительно подогревать газовым пламенем. Для сварки стыков рельсов было разработано приспособление, которое устанавливалось на свариваемый стык и латам заполнялся зазор стыка рельсов снизу вверх. Сварка проводилась полуавтоматом ПДГ-302 проволокой Св08ХЗГ2СМ диаметром 1,6мм в среде защитного углекислого газа. Подошва рельса сваривалась до заполнения зазора на всю высоту. Сварка проводилась электродной проволокой диаметром 1,6 мм. Сварочной горелкой при этом совершали возвратно-поступательные колебательные движения поперек зазора, несколько задерживаясь на его краях. Сварка начиналась от середины зазора и велась к краям, а затем в обратном направлении. По мере заполнения зазора по высоте перемещение электрода относительно середины стыка постепенно сокращалось и сварка подошвы заканчивалась в середине против шейки, когда высота достигала 25-27 мм. После наложения

каждого слоя, контролировалось появление видимых дефектов. Особен но тщательно прослеживалась возможность появления дефектов в мест! перехода подошвы в шейку рельсов. Сварка шейки рельсов велась з; один проход в отличие от подошвы. Возбуждалась дуга в центре шейю рельса и горелка перемещалась вдоль зазора. У медных ползунов горелк; задерживалась с направлением дуги на торцы рельсов. Процесс свари проходил быстро, без остановок, чтобы не допустить остывания нагрето го стыка ниже 350 °С. При сварке шейки рельса по мере заполнения за зора поднимался подвижный медный ползун, установленный на свароч ном приспособлении. Одновременно при сварке стойки рельса за сче-однопроходной сварки погонная энергия увеличилась в 1,2-1,5 раза п< отношению к подошве рельса. При этом соответственно уменыпалао мощность пламени сопутствующего подогрева. Особенно внимательн< вели наблюдение за появлением дефектов в месте перехода стойки рельс; в головку.

Последним этапом сварки стыка являлось заполнение головю рельса. Перед началом сварки контролировалась температура стыка, ко торая должна быть на уровне 350°С. При этом подвижный медный пол зун в сварочном приспособлении находился в крайнем верхнем положе нии. Дуга возбуждалась в середине места перехода стойки рельса в го ловку. Вначале сваривался нижний слой, а затем колебательными дви жениями горелки от середины к краям заполнялся весь оставшийся зазо] между головками свариваемых рельсов. При сварке рельсов с рабоче) зоной, упрочненной закалкой, перед наплавкой рабочего слоя выдержи валась пауза, обеспечивающая снижение температуры предварительное подогрева до'200 °С и производилась наплавка без сопутствующего по догрева. Сварка проводилась сварочной проволокой Нп-50ХФА. Во из бежание появления дефектов после окончания процесса сварки и снята сборочно-сварочного приспособления.перекрывался весь периметр стык декоративным швом. После окончания сварки сваренный стык накры вался теплоизоляционным материалом (асбестовым полотном), обеспе чивающим замедленное остывание.

В соответствии с разработанными параметрами технологическое процесса сварки стыков рельсов в полевых условиях была проведен сварка в условиях комбината "Азовсталь" (г. Мариуполь), Климовско го АТК (г. Москва) и ряда других промышленных предприятий. Экс плуатационные испытания показали, что стыки, сваренные по вышепри веденной технологии сопутствующего и местного локального подогрева применением рекомендуемых сварочных материалов, позволили увели чить срок службы, увеличить производительность по отношению к ранее

[рименявшейся технологии ручной дуговой ванной сварки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ---------------------------

1. Анализ вышеизложенных способов сварки стыков рельсов ука-ывает на то, что повышение производительности и улучшение качества варки может быть достигнуто с помощью полуавтоматической сварки плотной проволокой в среде защитного газа.

2. Установлено, что при сварке стыков рельсов подогрев до 300°С юзволил снизить твердость в зоне термического влияния с 9000 МПа до ¡500 МПа, что выше твердости основного металла на 1300 МПа. С це-?ыо снижения твердости зоны термического влияния предложено прово-1ить предварительный подогрев до 340-360 °С с применением сопутст-¡ующего локального подогрева, что обеспечивает превращение в перлит-юй области и снижение твердости зоны термического влияния до твер-юсти основного металла. Это позволило избежать появления закалочных лруюур в зоне термического влияния.

3. Показано, что сварку рельсов с рабочей зоной, упрочненной за-салкой, необходимо производить при нагреве до 200 °С без сопутствую-цсго подогрева с целью получения твердости зоны термического влия-шя, равной твердости закаленной рабочей зоны рельсов.

4. Установлено, что с целью исключения образования закалочных структур в зоне термического влияния время упреждающего сопутст-5ующего подогрева составило: для стали М76 - 70-90 секунд, для стали ^175 - 80-100 секунд и для стали 60ГД - 60-80 секунд.

5. Показано, что при формировании сварного соединения между горцами рельсов возвратно-поступательным перемещением электрода, тогонная энергия при сварке стойки рельса должна быть увеличена в 1.2-1,5 раза по отношению к головке и подошве рельса, это позволяет увеличить производительность сварки и обеспечить требуемое качество два.

6. Проведенные испытание на статическое разрушение показали, гго при выбранном режиме сварки и зазоре в стыке 20 мм получена максимальная разрушающая нагрузка, сравнимая с разрушающей нагрузкой дельных рельсов.

7. Разработано приспособление для сварки стыков рельсов, улучшающее условия труда сварщика и обеспечивающее повышение качества сварного соединения.

8. Обоснован выбор сварочной проволоки СВ08ХЗГ2СМ, котора обеспечивает получение сварного шва со свойствами близкими к ochoi ному металлу.

9. Проведенные усталостные испытания стыков рельсов показал! что применение предварительного и сопутствующего подогрева пр сварке рельсов обеспечивают прочностные характеристики сварного шв не ниже основного металла.

Ю.На основании проведенных исследований разработана высокс производительная технология сварки стыков рельсов, которая опробовг на и предложена к внедрению в условиях ОАО «Азовсталь».

Основное содержание диссертации изложено в следующи публикациях:

1.Сергиенко Ю.В., Носовский Б.И., Чигарев В.В. Исследовани влияния температуры предварительного и сопутствующего подогрева н твердость зоны термического влияния / Вестник ПГТУ, 1996 - с. 163-164

2.Сергиенко Ю.В., Носовский Б.И., Чигарев В.В. Особенност сварки стыков рельсов в полевых условиях / Сварочное производство. №8,- 1997.- с .39-40.

3.Сергиенко Ю.В., Носовский Б.И., Чигарев В.В. Совершенствовг ние технологии ремонта железнодорожных рельсов с применением дуге вой сварки / Автоматическая сварка - №3- 1998 - с.46-48.

4.Чигарев В.В., Сергиенко Ю.В. Особенности полуавтоматическо сварки стыков рельсов. // Региональная научно-техническая конферев ция, май 1993.: Тез.докл. - Мариуполь, 1993. - т2. Машиностроение. с.52.

5.Авторское свидетельство на патент Украины № 93006489 гос. р£ гистрации, приоритет от 19.05.93г. "Способ сварки стыков рельсов" Сергиенко Ю.В., Чигарев В.В.

6.Сергиенко Ю.В. Особенности сварки стыков рельсов // Юбилек ная научно-техническая конференция, сентябрь 1996.: Тез,докл. - Мг риуполь, 1996. - с.59.

7.Чигарев В.В., Сергиенко Ю.В. Способ сварки стыков рельсов , III региональная научно-техническая конференция, май 1995.: Тез.докл. Мариуполь, 1995. - с.79.

Анотащя.

Серпенко Ю.В. Розробка технологи багатопрохадного варювання стиюв рейок у польових умовах.- Рукопис:

Диссрташя на здобутгя вченого ступеня кандидата техжчних юук з спещальносп 05.03.06- Зварювання i спорщнеш технолога'. -Триазовський державний техшчний ушверситет Мшютерства освгги .'кражи, Мариуполь, 1998.

Дисертащя присвячена питанию розробки технологи зварювання :тик!в рейок у польових умовах. В робота розроблена технолопя юпереднього i попутнього щщгр1вання, що дозволяе отримати зварне ;'еднання за властивостями близьке до основного металу. Залропонована »птимальна ширина зазора у стиков! рейок 1 обгрунтований виб1р 1атер1алу для зварювання. Проведет випробування на втомлешсть леталу показали, що зразки, звареш за запропонованою у робот! -ехнолопею, мають мщтсш показники не нижч1 основного металу. Зсновш результата роботи знайшли застосування в умовах зал!зничних ;олш промислових щдприемств Украши.

Ключов! слова: м1кротвсрд!сть, тдщлвання, терм1чш цикли, ;татична мщшсть, втомлювальна мщшсть, технолопя.

Аннотация.

Ссргиенко Ю.В. Разработка технологии многопроходной сварки ;тыков рельсов в полевых условиях.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата техниче-:ких наук по специальности 05.03.06 - сварка и родственные техноло-ии - Приазовский государственный технический университет Мини-черства образования Украины, Мариуполь, 1998.

Диссертация посвящена вопросу разработки технологии сварки :тыков рельсов в полевых условиях. В работе разработана технология хредварительного и сопутствующего подогрева, позволяющая получать ¡варное соединение по свойствам близким к основному металлу. Пред-гожена оптимальная ширина зазора в стыке рельса и обоснован выбор ;г,арочного материала. Проведенные усталостные испытания показали, 1то образцы, сваренные по предложенной в работе технологии имеют фочностные показатели не ниже основного металла. Основные результаты работы нашли применение в условиях железнодорожных путей громышленных предприятий Украины.

Ключевые слова: микротвердость, подогрев, термические циклы, ггатическая прочность, усталостная прочность, технология.

Summary.

Sergienko Y.V. Technology development of multipass welding of cast welded rails under field conditions.- Manuscript.

The thesis for academic degree of Candidate of Technical Science ii speciality 05.03.06.- Welding and related techniques.- Priazovsky State Tech nical University.- Ministry of Education, Ukraine, Mariupol, 1998.

The thesis deals with the technology development of multipass weldin: of cast-welded rails under field conditions. The technology of preheat and addi tional heating making it possible to produce weld joint with the propertie similar to the base metal has been developed in this work. Optimum width c joint in cast-welded rails has been offered and selection of weld materials ha been based on.

Tested fatique experiments showed that samples welded according t the offered technology have firm indices not below than the base metal. Th main results of the work have found its application in railway of industrial er terprises in Ukraine.

Key words: microhardness, preheat, thermal cycle, statical strengtl fatique strength, technology.