过共析钢轨焊接接头冲击磨损性能研究
发布时间：2021-10-08 05:59
无缝钢轨的使用明显降低了轮轨冲击载荷,提高了轮轨使用寿命。然而,焊接接头是无缝线路性能最差的部位,焊接接头在重复的车轮滚动下会发生低塌,增加了焊接接头的不平顺,尤其是当列车提速和轴重增加时,轮轨冲击力急剧增大,造成了钢轨焊接接头的严重破坏。目前国内外对钢轨焊接接头冲击磨损性能的研究较少,鉴于此,本文在自制的冲击磨损试验机上,模拟车轮经过钢轨焊接接头的冲击作用,研究了闪光焊、铝热焊两种焊接工艺下过共析钢轨焊缝、热影响区软化部位及母材的冲击性能,并利用光学显微镜、扫描电镜、MVK-H21维氏硬度仪和激光共聚焦显微镜等设备,对比分析了不同冲击循环次数下焊接接头材料冲击磨损的演变行为和磨损机理。得到的主要结论如下:1.开发的冲击磨损试验机最大冲击力为1000 N,冲击频率为0-20 Hz;试验机系统控制软件利用Labview平台开发,试验参数调整方便,试验数据自动存储,并实现了联网状态下远程监控和控制,系统自动化程度较高。2.随着冲击次数的增加,钢轨焊接接头处材料的冲击磨损均经历着塑性变形、点蚀破坏和疲劳剥落的过程。冲击后试样冲击坑内侧氧元素含量明显高于外侧,冲击磨损是疲劳磨损和氧化磨损共同作...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
闪光焊焊接示意图
西南交通大学硕士研究生学位论文第9页1-焊剂；2-砂型；3-钢轨；4-钢水；5-坩埚；6-坩埚盖；7-熔渣图1-4铝热焊接示意图[10]铝热焊钢轨接头为铸态组织，质量较差，强度和韧塑性也远低于母材，因为焊接中由于铝热反应温度很高，且在空气中缓慢冷却，形成晶粒粗大的奥氏体组织，总体性能下降。常见的铝热焊缺陷有夹渣、气孔、缩孔、疏松、热裂纹等，其焊接质量比闪光焊要差，但其操作相对比较简单，焊接时间短，成本低，适合现场抢修作业，并且铝热焊接的过程类似铸造，焊接中不会干扰原有钢轨的位置，焊后接头的平顺性决定于焊接前的对轨，焊后不需要对钢轨进行校直，因而铝热焊接仍然是很重要的焊接手段。铝热焊剂的质量直接影响铝热焊接接头的质量，因此选择合适的铝热焊剂非常重要，我国于20世纪50年代开始研究铝热焊接技术，1966年起开始自行研究生产铝热焊剂。并在20实际70年代后相继生产出耐磨铝热焊剂和高耐磨铝热焊剂。1993年，我国引进Railtech公司生产的铝热焊剂，到2003年，我国钢轨焊接铝热焊剂的使用量达到3万份，2005年突破10万份。3)气压焊气压焊又称加压焊，钢轨气压焊属于塑性气压焊，焊接前，将待焊接钢轨端面清洁干净，并在一定的压力下移动两端面至紧密接触，此时采用加热器进行氧-乙炔火焰加热，将钢轨端面加热处理至钢轨进入塑性半熔状态，然后施加顶锻力，在力作用下，端面半熔状态的部位发生金属原子的扩散和再结晶，从而将两钢轨焊接在一起。气压焊的工艺流程如图1-5所示。
西南交通大学硕士研究生学位论文第10页图1-5钢轨气压焊流程图[10]气压焊的焊接时间较短，焊接过程中也不需要大功率电源支持，由于顶锻力作用，焊后接头不易形成类似铝热焊接头中的铸态组织和气孔，因而其焊接质量相对较好，同时对于不同品种的钢和不同状态下的钢材的焊接，气压焊也可实现，其适用范围非常广泛。气压焊的缺陷和闪光焊相似，包括未焊合(光斑是未焊合的俗称)以及部分由过烧和焊后推凸引起的裂纹缺陷，严重的光斑缺陷可能造成钢轨断裂。气压焊最大的问题是接头硬度不足，容易导致接头低塌，现在很少在重载线路中应用。总体来说，三种焊接工艺中，由于铝热焊接后的钢轨为铸态组织，导致其强度和韧塑性显著降低，因而铝热焊接的质量最差，闪光焊与气压焊焊后接头强度比较接近，但是由于闪光焊接温度很高，在焊缝处发生碳及合金元素的烧损而形成硬度较低的脱碳层，使得其强度有所降低。因此理论上来说，气压焊接头强度要好于闪光焊，但是由于闪光焊工艺较为成熟，且焊接过程中工艺参数方便控制，因而闪光焊是目前使用最广泛、焊接性能最稳定的焊接方法。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改革开放40年中国重载铁路的发展[J]. 刘建新,蔡久凤. 长安大学学报(社会科学版). 2018(06)
[2]中国最长重载铁路——蒙华铁路隧道工程[J]. 韩星俊. 隧道建设(中英文). 2017(12)
[3]硬质涂层冲击、冲蚀性能的研究进展[J]. 蔡振兵,王璋,朱旻昊. 机械工程学报. 2017(24)
[4]纯铁在球/面接触下的冲击微动磨损行为研究[J]. 王璋,蔡振兵,孙阳,吴松波,彭金方,朱旻昊. 摩擦学学报. 2017(02)
[5]无缝线路钢轨焊接技术发展现状及趋势[J]. 张琪,李力,宋宏图,丁韦. 热加工工艺. 2017(03)
[6]轴承钢的球化退火工艺[J]. 程东妹,郑善举,郝晓东. 热加工工艺. 2016(16)
[7]世界铁路重载运输技术的运用与发展[J]. 田葆栓. 铁道车辆. 2015(12)
[8]山西中南部通道重载列车运输试验及对线路设计的启示[J]. 王宇嘉,徐利民,贾永刚,花伟,魏然. 铁道货运. 2015(10)
[9]大秦铁路重载运输分析与启示[J]. 胡小平,邓成尧,韩金刚,刘映安,李淑华. 交通运输工程与信息学报. 2015(02)
[10]重载铁路曲线上钢轨磨耗和剥离原因及整治措施[J]. 李振基. 铁道建筑. 2014(03)
博士论文
[1]钢轨闪光焊接头灰斑和微裂纹缺陷形成机理研究[D]. 王莹莹.中国铁道科学研究院 2018
[2]几种典型金属和涂层的冲击磨损机理研究[D]. 王璋.西南交通大学 2018
[3]Ti6A14V合金及其改性层的冲击磨损行为研究[D]. 王艳.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]重载线钢轨焊接接头磨损研究[D]. 李金华.中国铁道科学研究院 2012
[2]ZM5镁合金及其微弧氧化陶瓷层的冲击磨损特性研究[D]. 蔡立君.西南交通大学 2007
[3]钢轨接头处轮轨接触有限元分析[D]. 蔡武.西南交通大学 2006
本文编号：3423566
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
闪光焊焊接示意图
西南交通大学硕士研究生学位论文第9页1-焊剂；2-砂型；3-钢轨；4-钢水；5-坩埚；6-坩埚盖；7-熔渣图1-4铝热焊接示意图[10]铝热焊钢轨接头为铸态组织，质量较差，强度和韧塑性也远低于母材，因为焊接中由于铝热反应温度很高，且在空气中缓慢冷却，形成晶粒粗大的奥氏体组织，总体性能下降。常见的铝热焊缺陷有夹渣、气孔、缩孔、疏松、热裂纹等，其焊接质量比闪光焊要差，但其操作相对比较简单，焊接时间短，成本低，适合现场抢修作业，并且铝热焊接的过程类似铸造，焊接中不会干扰原有钢轨的位置，焊后接头的平顺性决定于焊接前的对轨，焊后不需要对钢轨进行校直，因而铝热焊接仍然是很重要的焊接手段。铝热焊剂的质量直接影响铝热焊接接头的质量，因此选择合适的铝热焊剂非常重要，我国于20世纪50年代开始研究铝热焊接技术，1966年起开始自行研究生产铝热焊剂。并在20实际70年代后相继生产出耐磨铝热焊剂和高耐磨铝热焊剂。1993年，我国引进Railtech公司生产的铝热焊剂，到2003年，我国钢轨焊接铝热焊剂的使用量达到3万份，2005年突破10万份。3)气压焊气压焊又称加压焊，钢轨气压焊属于塑性气压焊，焊接前，将待焊接钢轨端面清洁干净，并在一定的压力下移动两端面至紧密接触，此时采用加热器进行氧-乙炔火焰加热，将钢轨端面加热处理至钢轨进入塑性半熔状态，然后施加顶锻力，在力作用下，端面半熔状态的部位发生金属原子的扩散和再结晶，从而将两钢轨焊接在一起。气压焊的工艺流程如图1-5所示。
西南交通大学硕士研究生学位论文第10页图1-5钢轨气压焊流程图[10]气压焊的焊接时间较短，焊接过程中也不需要大功率电源支持，由于顶锻力作用，焊后接头不易形成类似铝热焊接头中的铸态组织和气孔，因而其焊接质量相对较好，同时对于不同品种的钢和不同状态下的钢材的焊接，气压焊也可实现，其适用范围非常广泛。气压焊的缺陷和闪光焊相似，包括未焊合(光斑是未焊合的俗称)以及部分由过烧和焊后推凸引起的裂纹缺陷，严重的光斑缺陷可能造成钢轨断裂。气压焊最大的问题是接头硬度不足，容易导致接头低塌，现在很少在重载线路中应用。总体来说，三种焊接工艺中，由于铝热焊接后的钢轨为铸态组织，导致其强度和韧塑性显著降低，因而铝热焊接的质量最差，闪光焊与气压焊焊后接头强度比较接近，但是由于闪光焊接温度很高，在焊缝处发生碳及合金元素的烧损而形成硬度较低的脱碳层，使得其强度有所降低。因此理论上来说，气压焊接头强度要好于闪光焊，但是由于闪光焊工艺较为成熟，且焊接过程中工艺参数方便控制，因而闪光焊是目前使用最广泛、焊接性能最稳定的焊接方法。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改革开放40年中国重载铁路的发展[J]. 刘建新,蔡久凤. 长安大学学报(社会科学版). 2018(06)
[2]中国最长重载铁路——蒙华铁路隧道工程[J]. 韩星俊. 隧道建设(中英文). 2017(12)
[3]硬质涂层冲击、冲蚀性能的研究进展[J]. 蔡振兵,王璋,朱旻昊. 机械工程学报. 2017(24)
[4]纯铁在球/面接触下的冲击微动磨损行为研究[J]. 王璋,蔡振兵,孙阳,吴松波,彭金方,朱旻昊. 摩擦学学报. 2017(02)
[5]无缝线路钢轨焊接技术发展现状及趋势[J]. 张琪,李力,宋宏图,丁韦. 热加工工艺. 2017(03)
[6]轴承钢的球化退火工艺[J]. 程东妹,郑善举,郝晓东. 热加工工艺. 2016(16)
[7]世界铁路重载运输技术的运用与发展[J]. 田葆栓. 铁道车辆. 2015(12)
[8]山西中南部通道重载列车运输试验及对线路设计的启示[J]. 王宇嘉,徐利民,贾永刚,花伟,魏然. 铁道货运. 2015(10)
[9]大秦铁路重载运输分析与启示[J]. 胡小平,邓成尧,韩金刚,刘映安,李淑华. 交通运输工程与信息学报. 2015(02)
[10]重载铁路曲线上钢轨磨耗和剥离原因及整治措施[J]. 李振基. 铁道建筑. 2014(03)
博士论文
[1]钢轨闪光焊接头灰斑和微裂纹缺陷形成机理研究[D]. 王莹莹.中国铁道科学研究院 2018
[2]几种典型金属和涂层的冲击磨损机理研究[D]. 王璋.西南交通大学 2018
[3]Ti6A14V合金及其改性层的冲击磨损行为研究[D]. 王艳.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]重载线钢轨焊接接头磨损研究[D]. 李金华.中国铁道科学研究院 2012
[2]ZM5镁合金及其微弧氧化陶瓷层的冲击磨损特性研究[D]. 蔡立君.西南交通大学 2007
[3]钢轨接头处轮轨接触有限元分析[D]. 蔡武.西南交通大学 2006
本文编号：3423566
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3423566.html
