авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ПРОМЫШЛЕННЫЙ ФОРУМ «ПАТОН ЭКСПО 2012»

ООО «ЦЕНТР ТРАНСФЕРА ТЕХНОЛОГИЙ

«ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОСВАРКИ ИМ. Е.О. ПАТОНА»

ДЕРЖАВНА АДМIНIСТРАЦIЯ ЗАЛIЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

УКРАЇНИ

Научно-техническая конференция «Пути повышения

эксплуатационной безопасности и надежности

ж/д транспорта на основе инновационных

технологий сварки и родственных процессов»

СБОРНИК ДОКЛАДОВ

17-18 апреля 2012

Киев ПРОМЫШЛЕННЫЙ ФОРУМ «ПАТОН ЭКСПО 2012»

ОРГКОМИТЕТ научно-технической конференции «Пути повышения эксплуатационной безопасности и надежности ж/д транспорта на основе инновационных технологий сварки и родственных процессов»

С.И. Кучук-Яценко – замдиректора ИЭС им. Е.О. Патона Л.М. Лобанов - замдиректора ИЭС им. Е.О. Патона В.Н. Проскудин – зам гендиректора НТК «ИЭС им. Е.О. Патона»

А.А. Мазур – завотделом ИЭС им. Е.О. Патона В.Д. Позняков - завотделом ИЭС им. Е.О. Патона В.В. Тисенков – завгруппой ИЭС им. Е.О. Патона, координатор от ИЭС им. Е.О. Патона Ю.В. Демченко – завотделом НТК «ИЭС им. Е.О. Патона», ответственный секретарь конференции В.А. Яковлев – главный инженер Главного управления путевого хозяйства, координатор от Укрзализницы Е.В. Ткаченко - главный инженер Главного управления локомотивного хозяйства И.И. Лагута - главный инженер Главного управления электрификации и электроснабжения С.Б. Гладишко – главный технолог Главного пассажирского управления Ю.Н. Чикин – зам главного инженера Главного управления вагонного хозяйства В.В. Рядковский – зам начальника Главного управления пригородных пассажирских перевозок А.В. Лищинский – начальник отдела контроля технического состояния отделения Центра технического аудита Государственного научно-исследовательского центра Укрзализницы СОВРЕМЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ ИЭС им. Е.О.ПАТОНА В ОБЛАСТИ СВАРКИ И ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ Академик НАН Украины Л.М. Лобанов Дуговая сварка остается основой сварочного производства. Поэтому получили развитие исследова ния, связанные с углублением знаний в области физики дугового разряда, управления плавлением и переносом электродного металла, металлургии и металловедения сварки, компьютерного моделиро вания теплофизических, металлургических и термодеформа-ционных процессов. Эти фундаменталь ные исследования послужили научной основой технологий сварки новых сталей, сплавов на основе алюминия и титана.



Перспективным направлением развития дуговой сварки является управление проплавлением. Одним из примеров в этой области является разработанный в ИЭС способ дуговой сварки по активирующему флюсу, который получил название АТИГ. Активирующая добавка вызывает сжатие дуги, что приводит к усилению электродинамического воздействия на металл, повышению интенсивности его поверхностно го нагрева и, как следствие, к резкому возрастанию глубины проплавления.

В последние годы разрабатываются гибридные способы сварки, заключающееся в одновременном использовании лазерного луча и электрической дуги. Совместное воздействие на металл двух источни ков тепла дает возможность существенно повышать эффективность использования энергии каждого из них.

Для соединения деталей больших толщин разработан новый процесс электродуговой сварки с ис пользованием специального закладного электрода, предварительно введенного в узкий зазор между свариваемыми деталями и покрытого тонким (около 1 мм) изолирующим слоем. Сварка закладным электродом выполняется в автоматическом режиме и обеспечивает ряд преимуществ, в том числе вы сокую производительность, возможность применения в монтажных условиях и в труднодоступных ме стах. Этим способом весьма эффективно осуществляется сварка рельсов.

Разработана и внедрена на предприятиях Укрзализныци технология двухдуговой наплавки под флю сом гребней железнодорожных колес с использованием проволоки Св-08ХМ что позволило повысить их износостойкость на 35%.

Разработана и внедрена на ОАО «Днепропетровский стрелочный завод» технология механизирован ной дуговой сварки в среде защитного газа продольного стыка стрелочных окончаний.

Создание конкурентноспособного подвижного железнодорожного состава вызывает необходимость широкого применения стали повышенной и высокой прочности при изготовлении грузовых вагонов нового поколения. Исследована свариваемость и разработан технологический процесс сварки стали 10Г2ФБ класса прочности С 450, которые были внедрены на ОАО «Крюковский вагоностроительный за вод» при изготовлении специализированных вагонов-платформ для транспортировки крупнотоннажных конструкций.

На протяжении многих лет проводятся исследования по всем основным направлениям сварки давле нием – стыковой контактной оплавлением, трением, взрывом. Созданы новые технологии контактной сварки оплавлением, системы автоматического управления и диагностики качества соединений, а так же специализированное сварочное оборудование и источники питания. Наиболее широкое применение получили машины для сварки рельсов в полевых и специальных условиях, машины для сварки труб.

Имеются существенные достижения в создании рациональных сварных конструкций. Из работ, выпол ненных с участием ИЭС, следует отметить широкий комплекс исследований статической и циклической прочности сварных соединений, сопротивляемости их хрупким усталостным и слоистым разрушениям, разработку научных основ методов обеспечения надежности и долговечности сварных конструкций с учетом требований снижения их металлоемкости. Создана система нормативных документов, регла ментирующих проектирование, расчет и изготовление различных сварных конструкций. Разработаны новые типы экономичных и надежных сварных конструкций.





Так как большая часть сварных конструкций работает в условии их повторно-переменных нагруже ний, то в ИЭС значительное внимание уделяется разработке методом повышения сопротивления уста лости сварных соединений. Эффективно применение упрочняющих технологических обработок швов после сварки, особенно ударной ультразвуковой обработки, поскольку она весьма технологична и дает возможность обеспечивать прочность соединений на уровне прочности основного металла, а долговеч ность сварных соединений увеличивать на порядок и более. Такая технология применяется для упроч нения сварных соединений пролетных строений железнодорожных мостов.

При оценке несущей способности конструкций большое значение имеет знание величины и распре деления остаточных сварочных напряжений в зависимости от различных конструктивных и технологи ческих факторов. Существенные успехи достигнуты в разработке расчетных подходов к определению остаточных сварочных напряжений на основе теории термопластичности и численных методов, а также в создании эффективных экспериментальных способов измерения остаточных напряжений.

В ИЭС разработан эффективный метод и портативная аппаратура для оперативного определения остаточных напряжений, основанный на применении спекл-интерферометрии в сочетании с зонди рующим отверстием диаметром 1-2 мм. Этот метод успешно применяется для выявления локальных особенностей распределения остаточных сварочных напряжений в сварных соединениях различных конструкций.

Создание системы диагностики сварных конструкций приобретает все большее значение. Широкие возможности в этом отношении представляет метод акустической эмиссии. В ИЭС разработаны спе циализированные методики и оборудование на основе использования эффекта акустической эмиссии, возникающей при деформировании и разрушении материалов. Портативная аппаратура позволяет на дежно вести контроль технического состояния различных конструкций. Сопоставление сигналов аку стической эмиссии с реальными дефектами подтверждает высокую достоверность полученной инфор мации. При этом осуществляется локация ослабленных зон на ранних стадиях разрушения. Конечной задачей является определение остаточного ресурса конструкций.

Созданы технические средства для комплексной автоматизированной оценки технического состоя ния верхнего строения железнодорожного пути. Разработана лазерно-телевизионная система для из мерения ширины колеи. Проведенные ее испытания в условиях движения путеизмерительного вагона показали, что система позволяет выполнять измерения при высоких скоростях движения (более 80 км/ час) и осуществлять оценку изношенности рельсов.

Разработана также путеизмерительная тележка, оснащенная микропроцессорным регистратором результатов измерений и компьютерными программами для автоматического определения отклоне ний ширины пути от нормативных требований. В настоящее время проводятся приемочные испытания тележек. Запланировано их промышленное изготовление и внедрение.

ИЭС располагает обширным арсеналом научно-технических достижений. Они являются хорошей основой для дальнейшего развития взаимополезного сотрудничества с Укрзализныцей.

КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ д.т.н. А.Я.Недосека, ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины Практика эксплуатации машин, конструкций и сооружений все настойчивее требует со-здания ме тодов и средств, с помощью которых можно было бы определять их функцио-нальные возможности в любой момент времени как в прошлом, так и в настоящем, а также уметь на базе этих данных получать информацию об их состоянии и поведении в будущем.

Обеспечение безопасности конструкции начинается задолго до пуска ее в эксплуата-цию. На пер вой стадии проводятся расчеты, предварительные испытания, проектно-конструкторские и другие ра боты, связан-ные с созданием конструкции. И лишь на второй стадии – стадии эксплуатации – начи нают проводить меро-приятия по контролю ее состояния, определяют реальный остаточный ресурс конструкции. Мы не будем оста-навливаться на первой стадии – это задача специалистов в области прочности, конструкторов и проектиров-щиков конструкций. На второй стадии, которая наступает по сле ввода конструкции в эксплуатацию, случайные просчеты в некоторых конструктивных решениях, нарушения технологии изготовления и эксплуатации, внеш-няя среда и время приводят к необратимым процессам накопления повреждений в материалах. При этом в отдельных локальных областях сум марный объем повреждений может достигнуть критической величины, и может начаться разрушение.

Сказанное определяет основную задачу технической диагностики – создание тех-нологии определения и прогнозирования состояния материалов конструкций в процессе их испытаний или экс-плуатации.

Опыт показывает, что наиболее вероятными причинами отказов и аварий являются либо дефекты в исходном материале, из которого изготовлены конструкции, либо вторичные – технологические и эксплуата-ционные – дефекты, по-явившиеся в нем в процессе производства конструкций или их ре монта и развившиеся до недопустимых размеров при эксплуатации, либо те и другие, проявляющиеся в зависимости от величины нагрузок, действующих на различных этапах деформирования материалов.

В некоторых случаях причиной разрушения может стать нарушение условий эксплуатации. Дефекты, возникающие в процессе изготовления конструкций или их ремонта, достаточно жестко контролируются как на стадии технологического контроля, так и в процессе эксплуатации. Результаты контроля оцени ваются по существующим нормативным документам, регламентирующим допустимость тех или иных дефектов. Обнаружение недопустимых дефектов приводит либо к их устранению, либо к отбраковке конструкции или дефектного узла. Процедура контроля достаточно сложна и, как правило, не охватыва ет объект полностью. Контроль осуществляется выборочно в наиболее “проблемных”, по мнению спе циалистов, местах. Актуальность рассматривае-мой проблемы диктует необхо-димость поиска более простых и эффективных методов ре-шения задачи оценки состояния материалов эксплуатирующихся или испытываемых кон-струкций.

Как правило, расчетным путем трудно оценить, как и при каких значениях параметров, характеризую щих работоспособность конструкции, начнется разрушение. Существующе-го объема знаний о зависи мости принимаемых критериев разрушения от многочисленных параметров чаще всего недостаточно.

Если учесть, что могут иметься и такие параметры эксплуатации, влияющие на исчерпание несущих свойств материалов, о которых просто ничего неизвестно, то сложно оценить точность расчета, и в не которых случаях погрешность может оказаться недопустимо высокой.

К решению этой проблемы можно подойти с другой стороны. Естественно, началу разрушения соответ ствует вполне определенное неблагоприятное сочетание факторов, влияющих на разрушение. И если не обращать внимание на каждый фактор в отдельности, а только на их неблагоприятное сочетание, тогда задача резко упрощается, и необходимо обнаружить лишь момент начала разрушения. Этот мо мент можно зафиксировать с помощью акустической эмиссии, так как каждому этапу разрушения мате риала будет соответствовать вполне конкретный всплеск акустического излучения – единичный квант излучения, который может быть доста-точно просто зафиксирован соответствующей аппаратурой и расшифрован на основе соответствующей техно-логии. Такой подход позволяет совершенно по-новому взглянуть на проблему обеспечения безопасности эксплуатации конструкций. Созданная на такой осно ве технология контроля дает возможность получить более высокую точность оценок, определяемую лишь точностью приборов и методик их применения в каждом конкретном случае. Согласно действую щим нормативным документам, погрешность оценок при вероятности 95% не должна превышать ±15%.

Ниже более подробно рассмотрены факторы, приводящие к потере материалом конструкции своих служебных свойств, некоторые теоретические аспекты этой проблемы, а также примеры применения метода контроля на основе АЭ при оценке состояния материалов промышленных конструкций.

И, наконец, следует отметить, что стремительное развитие средств контроля кон-струкций, особенно с применением АЭ технологии, и то внимание, которое уделяется этому вопросу во многих странах мира, дают основание предположить в дальнейшем широкое применение АЭ для создания “интеллек туальных конструк-ций и сооружений”, которые с заданной точностью и вероятностью сами будут сооб щать о своем состоянии и предлагать меры выхода из “затруднительных” ситуаций. Другими словами, системы не-прерывного монито-ринга, использующие интегральные методы контроля и, в частности, метод АЭ, будут все шире применяться при контроле сначала опасных в эксплуатации, а затем и в обычных промышленных конструкциях. Следует также ожидать расширения сети специализированных центров контроля эксплуатирующихся конструкций. Такие центры будут укомплектованы специалиста ми высокой квалификации, а современные цифровые технологии и средства коммуникации позволят им проводить мониторинг и оценивать состояние конструкций дистанционно, находясь от объекта кон троля на любом расстоянии. Контроль из трудоемкого и неудобного постепенно превращается в более удобный, офисный.

Разработки Института электросварки в области контроля конструкций с использо-ванием метода аку стической эмиссии позволяют проводить кук периодический мобильной аппаратурой, так и стационар ный непрерывный мониторинг с оценкой состояния конструкции в любой момент времени на любом расстоянии от места измерений. В первую очередь, такому контролю могут быть подвергнуты мостовые конструкции, где измерительные датчики могут быть установлены в местах наиболее проблемных для каждой конструкции. Многолетний (более 10 лет) опыт эксплуатации контрольного оборудования такого типа показал его высокую эффективность.

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ РЕЛЬСОВ СОВРЕМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА Академик С.И. Кучук-Яценко, д.т.н. П.Н. Чвертко, А.В. Дидковский В последнее десятилетие в большинстве развитых стран мира наблюдается интенсивная реконструк ция железнодорожных дорог. Это обусловлено увеличением грузонапряженности железных дорог и ско ростей движения. При этом используются рельсы повышенной прочности с более высокой износостой костью. По мере поступления на железные дороги высокопрочных рельсов возникла необходимость существенного совершенствования технологии сварки и также оборудования для ее осуществления.

Прочностные показатели металла увеличились в 1,3-1,5 раза, а требования к показателям пластич ных свойств в соответствии с нормативными показателями сохранились на уровне, установленном для рельсов канонического производства.

Рис. 1- Прочностные показатели новых рельсов Производители:

Комбинат Азовсталь (Украина) –М76, КФ.

ОАО Нижнетагильский (НТМК) и Новокузнецкий (КМК) (РФ) Э76Ф, К76Т Компания металлоконструкций PIETC (КНР) – U75V Corus British Steel (Великобритания) BS113A Проведенными в ИЭС исследованиями было установлено, что обеспечить требуемое качество свар ных соединений высокопрочных рельсов можно при условии использования высококонцентрирован ного нагрева при сварке и строго дозированном энерговложении. При этом сравнительно небольшие отклонения в нагреве от оптимального распределения температуры приводит к снижению показателей при механических испытаниях.

Рис.2- Зависимость нагрузки при испытаниях на статический изгиб от прогиба рельса 1. -КМК, НТМК Э78ХСФ, 2006 – 2012, РФ.

2. - КМК, НТМК Э76Ф + Э76Т, 2006 – 2012, РФ 3. - КМК, НТМК К76Т 2003г, РФ.

4. - Азовсталь К76Ф 2011 – 2012 Украина.

5. - КНР, U75 V 2003 -2012г.

6. - Азовсталь М76, 1985 Украина.

Уменьшение энерговложения и соответственно температуры в приконтактных участках шва приводит к появлению тонких оксидных структур по линии сварки. При увеличенном энерговложении происходит укрупнение зерна и образование сплошной ферритной сетки по его границам (рис. 3).

Для получения оптимальных термических циклов в ИЭС была разработана технология сварки, по лучившая название пульсирующего оплавления. За счет многофакторного регулирования величины искрового зазора, существующего между контактирующими деталями в процессе оплавления, а также мгновенных значений напряжения, обеспечивается интенсификация контактного нагрева, при которой сокращаются потери металла на оплавлении и повышается к.п.д. по сравнению с каноническими про цессами непрерывного оплавления или прерывистым подогревом сопротивлением. Длительность на Рис.3- Распределение температуры при сварке рельсов Р65.

1- Зона формирования оксидных включений по ли нии сварки.

2- Зона перегрева (крупное зерно с выделениями феррита по его границам).

3- Оптимальная структура.

Рис.4- Макроструктура сварных соединений рельсов Э76Ф а - непрерывное оплавление;

б – пульсирующее оплавление;

грева и припуски на оплавление сокращаются в 1,5-2 раза. Получение качественных соединений обе спечивается при меньшей ширине ЗТВ (рис. 4).

В ИЭС в последнее десятилетие разработано новое поколение стационарных машин К1000, К предназначенных для сварки высокопрочных рельсов. В этих машинах, как и в мобильных, использу ется технология сварки пульсирующим оплавлением. Машины отличаются высокой производительно стью (время сварки рельсов максимального сечения не превышает 70-120 секунд) при мощности кВа, что почти вдвое меньше мощности известных зарубежных стационарных рельсосварочных машин.

Машины обеспечивают высокую точность центровки свариваемых рельсов, особенно необходимую для рельсовых плетей, укладываемых в скоростные пути. В машине производится автоматическая срезка Машина К1100 Машина К922-1 Машина К для сварки рельсов с натяжением бесконечной длинны утолщения металла в месте сварки.

Мобильные машины новых поколений имеют привод осадки развивающий усилия в 2-2,5 раза боль ше чем машины предыдущих поколений, оборудованы устройствами автоматической срезки грата в го рячем состоянии. При этом свариваемые рельсы удерживаются после сварки в зажатом состоянии, что предотвращает возможность повреждения сварного шва от воздействия растягивающих напряжений создаваемых в плети после сварки в зоне нагретого металла, что позволяет применять сварку рельсов с натяжением и выполнять контактную сварка рельсовых плетей бесконечной длины, протяжностью до нескольких сотен километров, без болтовых соединений, (от станции до станции).

Современные мобильные рельсосварочные комплексы, выпускаемые КЗЭСО, представляют собой самоходные установки, которые могут передвигаться на рельсовом ходу или на комбинированном ходу, позволяющим перемещаться как по рельсам, так и по шоссейным и грунтовым дорогам.

На передвижных комплексах кроме рельсосварочных машин установлены дизель-генераторные установки мощностью 200-300 кВт, гидроподъемники, вспомогательное оборудование для резки рельсов, подготовки перед сваркой, система неразрушающего контроля. Подобного типа мобильные комплексы, где используются машины К920, К922, применяются на железных дорогах Европы, фир мой Холланд в США, в Великобритании фирмой G.O.S., в Китае, Австралии, Бразилии, Тайване, СО Схема раскрепления плети перед сваркой при вос Технология сварки рельсов пульсирующим оплавлением становлении ее методом натяга.

с натягом в полевых условиях.

1 – закрепленный участок плети, на котором нахо Схема изгиба плети перед сваркой при восстановлении диться ПРСМ;

её методом частичного раскрепления 2 – ввариваемая вставка с ослабленным крепежом;

1 – закрепленный участок плети, на котором находиться 3 – раскреплённый участок;

ПРСМ;

4 – закрепленный участок плети :

2 – ввариваемая вставка з ослабленным крепежом;

5-сварочная машина.

3– прямой участок привариваемой плети;

4 – участок CD со снятым крепежом и изгибом;

5 – закрепленный участок плети;

A – первый стык, В –второй стык;

f – стрела изгиба пле ти;

Lв –длина изгиба плети;

Lвв –длина ввариваемой вставки.

Комплекс КРС Комплекс КСМ ДОСЛІДЖЕННЯ РУЙНУВАНЬ БАНДАЖІВ КОЛІС КОЛІСНИХ ПАР ТЯГОВОГО РУХОМОГО СКЛАДУ Р.Ю. Дьомін, начальник відділення, В.С. Константіді, начальник відділу, Л.Ф. Яценко, інженер, П.О. Гріндей, інженер, М.П. Терещук, інженер, Відділення інжинірингу та випробувань ДП «ДНДЦ УЗ»

Відділенням інжинірингу та випробувань ДП «ДНДЦ УЗ» протягом 2008-2011 рр. були досліджені випадки руйнувань бандажів локомотивних коліс, при яких втомні тріщини розвивались з області крайки виточки під бандажне кільце. При цьому такі тріщини в усіх випадках ви являлись після зняття бандажів з колісних центрів. Більшість досліджених бандажів було виготовлено у 1998-1999 рр. зі сталі марки 2 згідно з ГОСТ 398-96 [1].

При подальшому дослідженні всіх зруйнованих бандажів були виявлені такі характерні особливості:

1) в усіх трьох випадках руйнування носять втомний характер, про що свідчать концентричні смуги в місцях розлому (див. рис. 1);

Рисунок 1 – Картина розлому бандажа те пловоза 2М62у- 2) зародження тріщин, що призвели до руйнування, відбувалося в області крайки виточки під бандажне кільце (див. рис. 2). При детальному огляді в цій зоні були виявлені аналогічні тріщини, які в майбутньо му також могли призвести до руйнування бандажів (див. рис. 3). Наявність цих тріщин була доведена вихрострумовим методом. (Як відомо, при виявленні тріщин в зоні виточки бандажів за інструкцією [2] вони бракуються);

Рисунок 2 – Місце зародження тріщини Рисунок 3 – Тріщини на поверхні бандажа колеса бандажа колеса тепловоза 2М62у-0327 тепловоза 2М62у- 3) зародження тріщин в зоні виточки відбувалось за циферблатним механізмом (див. рис. 4).

Результати аналізу показали, що за характеристиками твердості та мікротвердості, за хімічним складом і мікроструктурою досліджені бандажі коліс колісних пар локомотивів в цілому відповідають нормам, встановленим ГОСТ 398-96 [1].

Аналіз виявлених випадків руйнувань бандажів коліс колісних пар ТРС та літературних джерел свідчить про відсутність практичних даних щодо детально досліджених випадків розвитку втомних тріщин в місцях виточки під бандажне кільце [3, 4]. Крім того, можна стверджувати, що не розроблено ефективно го методу виявлення таких тріщин на стадії зародження, оскільки такі тріщини зазвичай виявляють після зняття бандажів з колісних центрів. Найчастіше руйнування бандажів відбувається через розвиток втом них тріщин по знаку маркування, у приповерхневій зоні кочення, у внутрішній зоні ураженого корозією Рисунок 4 – Зародження тріщин бандажа за циферблатним механізмом металу. Концентраторами напружень також є гострі кромки упорних буртів, в зоні яких зароджуються і далі розвиваються втомні тріщини [5 – 7].

Для визначення умов руйнування бандажів колісних пар при максимальному пробігу величина зносу, рекомендована ВНИИЖТ, приймається рівною 0,5 мм на 10 тис. км пробігу. При вимірюванні геометрич них параметрів зруйнованих бандажів електровоза ЧС2 і тепловоза 2М62у-0327 було встановлено, що загальний пробіг складає 1 050 тис. км за 10 років, тобто добовий пробіг приблизно становить 287 км.

З використанням 3D-моделі бандажа було побудовано кінцево-елементну модель, розроблено схему навантаження та виконано розрахунки на міцність. При цьому розглянуто 4 розрахункові схеми – для нового і зношеного бандажів на прямих та криволінійних ділянках колії.

При виконанні розрахунків були прийняті спрощення, за якими не враховуються:

- різні місця прикладання вертикальної сили до поверхні кочення колеса;

- рух колеса з повзуном і нерівномірним прокатом;

- кількість розрахункових товщин бандажів.

Розрахунки для визначення втомної довговічності бандажів проводились за умови, що всі цикли ма ють однакові знакозмінні та середні напруження. За цикл навантаження приймається оберт колеса.

За відсутності статистичної інформації про кількість прямих та кривих за маршрутом обороту того чи іншого локомотива впродовж всього терміну служби, його, як правило, розділяють на 70 % прямих і % кривих.

За проведеними розрахунками у пакеті COSMOSWorks прогнозований термін служби бандажа колісної пари складає: Т = 5,4 років.

Дослідження й аналіз особливостей використання неруйнівних методів контролю показали, що серед сучасних поширених методів (ультразвуковий, вихрострумовий, капілярний, акустичний) найбільш ефективним при виявленні втомних тріщин у бандажах саме в зоні крайки виточки під бандажне кільце є акустичний метод. Низька ефективність інших методів пояснюється такими їх особливостями:

1) ультразвуковий контроль бандажів необхідно проводити при розвантаженій колісній парі, оскільки через велику масу локомотива втомні тріщини будуть «спресовуватися» в нижній частині ко леса. Крім того, ультразвукові хвилі можуть відбиватися від місць стику бандажного кільця з іншими елементами колісної пари, що утруднює ідентифікацію прийнятого сигналу;

2) вихрострумовий метод контролю використовується для контролю тріщин і розшарувань матеріалу, що знаходяться на відносно невеликій глибині, тобто у приповерхневій зоні. При цьому поведінка вихрових струмів значно залежить від фізичних і магнітних властивостей об’єкту контролю, внутрішньої будови, тощо;

3) капілярний метод контролю широко використовується для виявлення невидимих поверхневих дефектів (тріщин), що мають виробничо-технологічне та експлуатаційне походження [8], при цьому деякі фактори, як, наприклад, низька температура навколишнього середовища, знижують чутливість даного методу.

В той же час, акустичний метод широко застосовується при обстеженні конструкцій рухомого складу залізниць завдяки тому, що хвилі легко вводяться в об’єкт контролю, добре розповсюджуються в мета лах та ефективні при виявленні дефектів з малим розкриттям. Крім того, існує можливість використання різних типів хвиль (поздовжніх, поперечних, поверхневих, нормальних та ін.), що збільшує точність ме тоду.

При дослідженні особливостей застосування акустичного методу при аналізі стану колісних пар було визначено, що обробку сигналу необхідно проводити з мінімальною кількістю його неінформативних складових для забезпечення ефективності аналізу, тому основне завдання – максимально уникнути присутності в сигналі складових звучань об’єктів, що не підлягають діагностиці. Разом з тим, ймовірно, буде практично неможливо виключити вплив елементів з’єднання рами з буксовими вузлами і наявність рейок. Принципова блок-схема приладу для виявлення втомних тріщин у бандажах колісних пар пред ставлена на рис. 5.

Рисунок 5 – Блок-схема системи діагностики колісної пари низькочастотним віброакустичним методом Звукові хвилі, що збуджуються при контакті, надходять через мікрофон до аналого-цифрового перетво рювача, де відбувається оцифровування сигналів, а далі засобами високошвидкісного інтерфейсу дані передаються до ПК, де відбуваються подальша обробка й аналіз сигналу з використанням спеціального прикладного програмного забезпечення. В результаті роботи системи формується масив миттєвих значень прийнятих сигналів, який може бути оброблений з використанням математичних операторів і функцій вбудованих в стандартному наборі середовища LabVIEW або індивідуально розроблених для конкретних прикладних задач.

Також встановлено, що в ролі збуджувача коливань доцільно використовувати гумовий молоток порівняно великих розмірів (виходячи з розмірів і маси колісної пари), наприклад, молоток для вкладки бруківки. Важливо також зазначити, що при експериментальному дослідженні колісної пари необхідно максимально точно відтворити реальні умови її експлуатації, тому для вибору інформативних ознак діагностики необхідно провести значну кількість вимірювань на двох колісних парах (дефектній та бездефектній).

З огляду на вищезазначене, можна зазначити, що акустичний метод є найбільш перспективним для дослідження колісних бандажів, який, на відміну від інших методів неруйнівного контролю, може бути використаний для виявлення втомних тріщин в області виточки бандажів під час експлуатації ТРС, проте він потребує більш детального вивчення та удосконалення.

Таким чином, за результатами проведених досліджень встановлено, що розрахунковий термін служби бандажів локомотивних коліс складає близько 5,4 років. Показано, що акустичний метод неруйнівного контролю є найбільш ефективним та перспективним для виявлення втомних тріщин у бандажах, зокре ма в зоні крайки виточки під бандажне кільце.

Література 1. ГОСТ 398-96 Бандажи из углеродистой стали для подвижного состава железных дорог широкой колеи и метрополитена. Тех нические условия.

2. ВНД 32.0.07.001-2001 «Інструкція з формування, ремонту та утримання колісних пар тягового рухомого складу залізниць України колії 1520 мм».

3. Вакуленко І.О.. Чинники, які впливають на розвиток втомленості металу в процесі експлуатації залізничних коліс / І.О. Вакулен ко, О.М. Перков, М.А. Грищенко // Залізничний транспорт України. – 2007. – №5. – С. 70-71.

4. Перков О.Н. Структурные изменения в металле железнодорожных колес при формировании термических трещин / О.Н. Пер ков, И.А. Вакуленко, Г.В. Рейдемейстер та ін. // Залізничний транспорт України. – 2006. – №1. – С. 44-45.

5. Лисак Д.В. Несуцільності металу і конструктивні особливості – як початок втомного руйнування бандажів колісної пари [Елек тронний ресурс]. – Режим доступу: www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Res_tech/2010/lysak.pdf.

6. Басов Г.Г. Исследование металла разрушившегося бандажа с очагом разрушения в гребне / Г.Г. Басов, Д.В. Лысак // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля. – 2008. – №8 (126). – Ч. 2 – С. 80-86.

7. Басов Г.Г. Исследование характера и расположения несплошностей и неоднородностей металла бандажей колесных пар под вижного состава железных дорог / Г.Г. Басов, Д.В. Лысак // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля. – 2008. – № 5(123). – Ч. 2. – С. 103-107.

8. ДСТУ EN 571-1:1997 Неруйнівний контроль. Капілярний контроль. (Частина 1). Загальні вимоги.

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПУТИ И РЕЛЬСОВ к.т.н. Е.В. Шаповалов ИЭС им.Е.О.Патона НАН Украины По протяженности железнодорожных путей Украина занимает четвертое место в мире. Актуальной задачей является повышение пропускной способности железной дороги, снижение уровня аварийно сти и существенное увеличение скорости движения поездов. Точное знание геометрии пути является критическим фактором обеспечения безопасности движения поездов на железных дорогах. Одной из основных задач, стоящих перед администрациями железных дорог, является организация системати ческого измерения геометрических параметров пути. Результаты измерений позволяют количественно оценивать степень ухудшения состояния пути, оптимизировать графики текущего содержания и ре монта, устанавливать максимально допустимую скорость движения поездов на конкретных участках. В прошедшем столетии получили развитие разнообразные системы измерения геометрических параме тров пути, многие из которых продолжают применяться в эксплуатационной практике и сегодня. В таких системах наиболее часто употребляются механические датчики с подвижными контактами, которые находятся в постоянном соприкосновении с рельсами. Для путеизмерительных систем с контактными датчиками характерен общий недостаток: они не могут обеспечить достаточную точность измерений при движении вагона - путеизмерителя с высокой скоростью, поскольку в этих условиях не сохраня ется постоянный контакт датчиков с рельсами. На сегодняшний день одним из основных направлений развития средств диагностики состояния железнодорожных путей является повышение достоверно сти контроля за счет внедрения новых технических средств автоматизированного сбора и обработки данных. Для комплексной диагностики состояния железнодорожного пути кроме основных параметров, таких как шаблон, уровень, просадки и рихтовки, необходимо также измерять и дополнительные пара метры. К таким параметрам относятся геометрические параметры рельсов, которые включают в себя фактические значения бокового и вертикального износа головки рельсов, полный профиль поперечного сечения и подуклонки рельсов. Среди новых технических средств, которые предлагаются в качестве альтернативы измерительным системам с подвижными механическими контактами, наиболее перспек тивными являются лазерно-телевизионные сенсорные системы, предназначенные для контроля гео метрических параметров рельсов. Преимущества бесконтактных средств измерения геометрических параметров пути:

• измерения могут проводиться на стрелочных переводах;

• измерения могут проводиться на любой скорости движения подвижного состава;

• возможность измерения дополнительных параметров рельсов и путей (волнообразный износ, по дуклонки, вертикальный и боковой износ и др.,);

• планирование ремонтно-восстановительных работ на основании большего числа измеряемых пара метров рельсов и путей.

В данном докладе рассмотрены возможности бесконтактных систем контроля геометрических пара метров железнодорожных путей и рельсов, а также перспективы их дальнейшего развития.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ОТВЕРСТИЙ В ОСЯХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ Л.М. Лобанов, акад. НАНУ, С.Ю. Илларионов, инж., Л.Д. Добрушин, д.т.н., Н.А. Пащин, к.т.н., В.В. Тисенков, инж.

(Ин-т электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины) С.В. Бондарев, к.т.н., С.А. Гаврилов, инж.

(Украинский научно-исследовательский ин-т вагоностроения) Н.А.Сергиенко, А.В. Кутишенко (Государственная администрация «Укрзалізниці») Одним из распространённых и трудноустранимых дефектов осей РУ1-Ш является по-вреждение или износ резьбовых отверстий М20 под болты крепления стопорных планок ро-ликовых подшипников. Ак туальность проблемы заключается в том, что незначительное ме-ханическое повреждение элемента резьбы выводит из эксплуатации крупногабаритную кон-струкцию ответственного назначения, норма тивный ресурс которой составляет 8…15 лет. При этом к резьбовому отверстию предъявляются высокие требования по статической проч-ности, сопротивлению усталости и точности геометрических размеров.

Наиболее распространённым способом восстановления резьбовых отверстий является их заплавле ние дуговой сваркой в среде углекислого газа или покрытым электродом с по-следующей высверловкой отверстия и нарезанием новой резьбы. Для данного способа при-сущ ряд недостатков, к которым от носятся высокая стоимость специализированного свароч-ного оборудования и расходных материалов.

Следует отметить, что стали марок А1, А2, А3 и А4, из которых изготавливаются оси вагонов, относятся к классу ограниченно сваривае-мых, т.е. склонных к образованию трещин при сварке в обычных усло виях. Это вызывает необходимость разработки особых технологических мероприятий, обеспечиваю щих требуе-мое качество наплавленного металла. При этом геометрия «пробочного» типа сварного со единения приводит к затруднённой усадке шва, что является дополнительным фактором, вызывающим трещинообразование в металле шейки оси. Остаточные усадочные укорочения вызывают искажения геометрических характеристик детали, следствием чего является недопустимое уменьшение диаметра посадочного места оси под роликовый под-шипник.

Более простым является способ, разработанный для вагоноремонтных предприятий Российской Фе дерации. Способ основан на высверловке повреждённого отверстия, нареза-нии в нём резьбы боль шего диаметра с последующим вкручиванием цилиндрической полой втулки, имеющей внутренний диаметр М20. Однако, и данный способ характеризуется низ-кой надёжностью, так как в процессе экс плуатации может произойти выкручивание втулки под действием вибрационных нагрузок, характерных для работы оси железнодорожного ва-гона.

Целью настоящей работы являлась разработка принципиально нового способа восста-новления резьбовых отверстий М20, лишённого недостатков, характерных для приведенных выше способов.

Предлагаемый новый способ базируется на использовании принципов и технологии сварки взрывом и имеет следующие преимущества:

- низкая стоимость сборочной оснастки и расходуемых материалов;

- прочность сварного соединения соответствует заданным механическим характеристи-кам;

- отсутствие термического воздействия, характерного для сварки плавлением, и следо-вательно, тре щинообразования;

- отсутствие дефектов формирования и структуры, характерных для сварки плавлением, таких как поры, непровары, подрезы и шлаковые включения;

- отсутствие усадочных укорочений и уменьшения диаметра посадочного места шейки оси под роли ковый подшипник.

Нанесение восстановительного покрытия методом сварки взрывом непосредственно на остатки по вреждённой резьбы не представляется возможным, поэтому резьбовой канал растачивался до диа метра несколько большего, чем 20 мм, после чего проводилась его шлифовка. В качестве материала плакирующей втулки была выбрана Сталь 20. Такой выбор обусловлен тем, что при сварке взрывом плакирующий элемент подвергается значительной высокоскоростной деформации и поэтому должен быть достаточно пластичным, и не подвергнутся растрескиванию. В соответствии с данными серти фиката качества материалы плакирующей втулки и оси соответственно имеют механические харак теристики: в = 420…425 МПа, т = 274…286 МПа, = 42…43 % и в = 520…560 МПа, т = 300 МПа, = 22 %. Как показали дальнейшие испытания, малая статическая прочность втулки по сравнению с прочностью стали оси компенсируется достаточной конструкционной прочностью восста-новленной резьбы – от неё требуется, прежде всего, устойчивость к небольшим по величине, но многократным нагрузкам, имеющим место при реальной эксплуатации осей. Необходимо отметить, что при высоко скоростной деформации, имеющей место при сварке взрывом, происходит значительное упрочнение металла втулки, что положительно сказывается на обеспечении требуемой конструкционной прочности резьбового соединения. Толщина стенки плакирующей втулки была выбрана равной 2,5 мм. При вы боре толщины стенки учитывались следующие факторы:

- внутренний диаметр восстановленной поверхности должен быть не более 17,3 мм;

- изношенная резьба растачивается до диаметра несколько больше, чем 20 мм;

- наличие некоторой раздачи отверстия при плакировании из-за действия высокого им-пульса давле ния;

- утонение плакирующей втулки вследствие её раздачи в процессе метания.

В качестве способа оценки механической прочности и долговечности восстановленной резьбы был определен метод испытания на усталость. Соответствующая методика и стенд были разработаны спе циалистами ГП «Украинский научно-исследовательский институт вагоностроения». Устройство обеспе чивает проведение испытаний на растяжение одновременно двух резьбовых отверстий в следующем режиме: Рmax = 98,0 кН (10 тс) и Рmin = 49,0 кН (5 тс), частота нагружения 5 Гц. Базовыми образцами для сравнения были шейки новых осей. Перед проведением испытаний проводилась проверка гео метрических характеристик резьбовых отверстий М20-6Н с помощью резьбового калибра «ПРОХОД» «НЕПРОХОД». Нагружению подвергались лишь два первых витка резьбы (т.е. болт закручивался на два витка), что ужесточило испытания, так как в реальной ситуации эксплуатации осей болт закручивается минимум на шестнадцать витков. Нагружение большего числа витков приводило к отрыву головок или резьбовой части болтов и не давало возможности полноценно довести резьбу в отверстии до разру шения. После обработки результатов испытаний были получены следующие минимальные значения циклической долговечности:

- для образцов шеек, изготовленных из новых осей min = 127 000 циклов нагружения;

- для образцов шеек осей с восстановленными резьбовыми отверстием методом сварки взрывом min = 122 000 циклов нагружения.

Для адаптации разработанной технологии к натурным осям РУ1-Ш и последующим маршрутным ис пытаниям ГП «Укрспецвагон» были предоставлены две оси с повреждённы-ми резьбовыми отверстия ми – по одному на каждом торце.

В марте 2011 г. восстановленные оси в составе одной вагонной тележки были подката-ны под вагон специального назначения для перевозки минудобрений, который эксплуатируется ГП «Укрзалізниця»

по настоящее время с текущим мониторингом ремонтных сварных соединений. По состоянию на фев раль 2012 г. вагон с отремонтированными осями прошел 30000 км без повреждения или износа восста новленного резьбового отверстия М20.

Представленная технология, после некоторых доработок, может быть рекомендована к внедрению на вагоноремонтных предприятиях «Укрзалізниці», в первую очередь на ГП «Укрспецвагон».

Выводы:

1) Способ сварки взрывом позволяет нанести восстановительное покрытие в повреж-дённом резьбовом отверстии М20-6Н шейки оси РУ1-Ш колёсных пар вагонов. При этом отсутствуют трещины в металле шейки и зоне соединения с восстановительным покрытием, а также усадочные укорочения и уменьшение диаметра посадочного места шейки оси под роликовый подшипник.

2) Минимальное значение циклической долговечности осей з резьбовыми отверстия-ми, восста новленными методом сварки взрывом составило 122 000 циклов нагружения, что лишь на 4 % ниже базового значения для новых осей.

3) Две натурные оси с восстановленными резьбовыми отверстиями М20 поставлены на марш рутные испытания и по состоянию на февраль 2012 г. после прохождения 23000 км восстановленные резьбовые отверстия не подверглись повреждению или недопустимому износу.

4) Разработанная технология может быть рекомендована к внедрению на вагоноре-монтных пред приятиях «Укрзалізниці».

РЕШЕНИЯ КОМПАНИИ «3М» ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА В ТРАНСПОРТНОЙ ОТРАСЛИ В.В. Комолов ООО «3М»

Тезисы:

1. О компании 3М. Торговая марка Speedglas.

Общая информация о компании. Основные направления деятельности компании, в разных странах.

3М Speedglas - история успеха и преимущества бренда. Новые технологии и разработки автоматиче ского затемнения стекла.

2. Инновации 3М в средствах индивидуальной защиты - скорость, качество и безопасность сварочных работ.

Общий принцип автоматического затемнения стекла. Преимущества, позволяющие значительно улуч шить скорость и качество выполняемых сварочных работ. Удобство и безопасность работы сварщика на конструкциях. Все светофильтры Speedglas автоматически затемняются от пульсирующего источни ка света, то есть, при электродуговой сварке. Поэтому, фильтры не реагируют на лампы накаливания, открытый огонь, солнечный свет, и не затрудняют работу сварщика.

3. 3М Speedglas 9100 - уникальное решение в комплексной защите сварщиков.

Технические особенности и преимущества маски сварщика 3М Speedglas 9100. Увеличенная боковая поверхность. Большая ширина щитка и площадь боковых окошек увеличивает поле обзора сварщика, для закрытия боковых окошек вместо пленок предусмотрены многоразовые пластины с удобным кре плением, сбалансированный центр тяжести при любом положении щитка.

4. Международный опыт сотрудничества 3М с железными дорогами.

Использование решений индивидуальной защиты 3М в транспортной отрасли по различных видах работ в разных странах.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНЫХ ОСЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР, ВОССТАНОВЛЕННЫХ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИЕЙ В.Д. Лебедь, В.И. Липисий, В.В. Нестыкайло, ПКТБ ЦВ “Укрзализныци”, В.И. Зеленин, канд. техн. наук, П.М. Кавуненко, М.А. Полещук, канд. техн. наук, В.В. Тисенков, Институт электросварки им. Е.О. Па тона НАН Украины, С.В. Бондарев, С.А. Гаврилов, Украинский научно-исследовательский институт вагоностроения (УкрНИИВ) На железнодорожном транспорте десятки тысяч колесных пар отбраковвывают из-за дефектов шеек и подступичных частей осей. Возможность их повторного использования после восстановления по но вой технологии может принести значительный экономический эффект.

Согласно планам по внедрению новой техники на “Укрзализныци”, ПКТБ ЦВ УЗ совместно с ИЭС им.

Е.О. Патона была разработана новая технология восстановления осей колесных пар плазменной ме таллизацией в инертной среде.

Техника напыления таких покрытий отличается тем, что распыление производится плазменной дугой в аргоне с помощью токоведущей проволоки-анода из стали 65Г, служащей исходным материалом для образования слоя покрытия.

Предложенная технология позволяет снизить пористость покрытия до 2-5%, а также исключить окси ды и увеличить сцепление получаемого покрытия с подложкой до 40-60 НМ. На рис. 1 показана микро структура покрытия, полученная плазменно-дуговой металлизацией проволокой из стали 65Г. Пори Рис. 1. Микроструктура покрытия из стали 65Г, полученного плазменно дуговым способом стость, оксиды и другие дефекты не обнаружены.

Получаемые покрытия по механическим свойствам и химическому составу приближаются к осевой стали марки ОСВ (ГОСТ 4728-96).

Для восстановления шеек и подступичной части осей колесных пар плазменно-дуговой металлизаци ей ПКТБ ЦВ УЗ и ИЭС им. Е. О. Патона была разработана и изготовлена установка КТ-088 (рис.2). Уста новка включает плазмотрон с источником питания, защитную камеру, шкаф управления, вращатель с закрепленной на нем осью.

Рис. 2. Общий вид установки КТ- Напыление производится плазмотроном с воздушным охлаждением при мощности 14-16 кВт в среде аргона, что значительно увеличивает срок службы сопла плазмотрона (более 100 ч). Процесс плазменно-дуговой металлизации шейки оси показан на рис. 3.

Рис. 3. Плазменно-дуговая металлизация шейки оси Перед металлизацией восстанавливаемые поверхности оси протачивают до необходимого размера, упрочняют накатыванием, обезжиривают, обрабатывают металлической дробью ДЧК-1-3 и подогревают до температуры 90-100°С.

После нанесения покрытий на шейки оси толщиной до 2 мм ось подвергают механической обработке.

В таблице приведены данные замеров твердости шеек осей типа РУ-1, РУ-1Ш после напыления про волокой из стали 65Г и шлифования.

Таблица. Твердость шеек осей после напыления Тип оси № оси Среднее значение твердости поверхности шейки НВ правая левая РУ1Ш 42097 343 РУ1Ш 52073 319 РУ1Ш 42827 312 РУ1 49764 387 Примечания. 1. Шейки осей после напыления прошлифованы до альбомных размеров. 2. Твердость поверхности каждой шейки измерялась в пяти точках твердомером ТДМ-1.

Внешний осмотр и металлографические исследования контрольных образцов подтвердили удовлет ворительное состояние покрытия на шейках осей.

Запрессовку и распрессовку подступичной части вышеуказанных осей колес производили на Дарниц ком ВРЗ по стандартной технологии. Усилие запрессовки согласно диаграмме составляло от 63 до т в зависимости от величины натяга. Распрессовку проводили через неделю. Внешний осмотр поверх ности подступичной части оси показал ее удовлетворительное состояние, отсутствовали риски, сколы и трещины.

Плазменно-дуговая металлизация имеет следующие преимущества:

не снижает прочностных свойств восстанавливаемой детали (нагрев изделия не более 200 °С) и не влияет на ее механические свойства;

не вызывает деформации восстановленной детали;

позволяет наносить покрытие толщиной от 0,1 до 20 мм;

обеспечивает пористость не более 2–4%;

обеспечивает высокую стабильность процесса напыления (ресурс формирующего плазменную дугу сопла и катода плазмотрона не менее 100 ч машинного времени).

Проведенные предприятием ГП “УкрНИИВ” стендовые испытание осей дали положительные резуль таты. По результатам испытаний на усталостную прочность осей типа РУ1 и РУ1Ш колесных пар гру зовых вагонов с восстановленными плазменно-дуговой металлизацией шейками и подступичными ча стями на базе 5•106 циклов нагружения установлено, что предел выносливости в зоне галтели шейки составил 149,5 МПа, т.е. 0,76 нормативного значения — 195,0 МПа и соответствует среднему сроку экс плуатации 11,4 года. Учитывая то, что восстанавливать будут оси разных сроков эксплуатации, разных типов и годов изготовления, предприятие ГП “УкрНИИВ” рекомендует установить срок эксплуатации восстановленных осей в пределах 10 лет.

Предприятие ГП “УкрНИИВ” также отмечает, что технология плазменно-дуговой металлизации шеек и подступичных частей осей колесных пар грузовых вагонов позволяет получить большую поверхност ную твердость и большую глубину упрочненного слоя после накатки, которые отвечают требованиям нормативной документации.

Эксплуатационные испытания осей с восстановленными шейками проводили согласно утвержденно му документу Т05.08 “Программа и методика эксплуатационных испытаний колесных пар с восстанов ленными шейками оси методом плазменно-дуговой металлизации”. Испытания при перевозке грузов в полувагоне № 66229378 в составе опытного маршрута № 1 на участке “Роковатая-Ужгород-Кошице” проходят с октября 2008 г. по настоящее время. Всего пройдено более 260 тыс. км.

Техническое состояние обследовали после пройденных 81 тыс. км, 153,9 тыс. км и 260 тыс. км. Для осмотра колесные пары расформировывали, роликовые буксы снимали с осей. Определяли твер дость, а также проводили неразрушающий контроь ультразвуковым дефектоскопом УД2-70 и магнитно порошковым дефектоскопом МД-12. Трещин, отслоений и других дефектов на поверхности обнаружено не было. Восстановленные оси рекомендованы для дальнейшей опытной эксплуатации.

Секция научно-технического совета “Укрзализныци” по вагонному хозяйству рекомендовала техноло гию плазменно-дуговой металлизации для восстановления шеек осей с дефектом “маломерная шейка” в соответствии с комплектом документов КТ088.00.00.000ТП для внедрения на вагоноремонтных пред приятиях, которые должны иметь специализированный участок с установкой КТ-088 и быть обеспечены другим необходимым оборудованием.

На 52-м заседании Комиссии Совета по железнодорожному транспорту стран-участниц Содружества 04-09.10.2011 г. в Витебске было принято решение о продлении эксплуатационных испытаний расширен ной партии осей с восстановленными шейками способом плазменно-дуговой металлизации.

ТЕХНОЛОГИЯ И АППАРАТУРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДЕТАЛЯХ И УЗЛАХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОННОЙ СПЕКЛ-ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ Академик НАН Украины Лобанов Л.М., к.ф.-м.н. Пивторак В.А., к.т.н. Савицкий В.В., Ткачук Г.И. ИЭС им. Е.О. Патона Разработана технология определения остаточных напряжений в сварных соединениях и элементах конструкций, основанная на методе электронной спекл-интерферометрии. Созданные малогабаритный прибор и технология позволяют оперативно и с высокой точностью исследовать распределение на пряжений по поверхности контролируемых объектов. Приведенное компактное оборудование и про граммное обеспечение предоставляют новые возможности для исследований остаточных напряжений в сварных конструкциях в производственных условиях.

Решение проблем, связанных с повышением надежности и долговечности сварных конструкций тре бует оценки остаточных напряжений, возникающих в процессе их изготовления и эксплуатации.

Среди известных различных методов [1 – 5] экспериментального определения остаточных напря жений в конструкциях широкое распространение получил метод зондирующего отверстия [2], когда в исследуемой точке на поверхности объекта высверливается сквозное или несквозное отверстие и в его окрестности измеряются деформации, вызванные упругой разгрузкой объема материала при осво бождении остаточных напряжений. Измерение деформаций производится с помощью наклеенных по определенной схеме специальных розеток тензорезисторов. По величине этих деформаций с помощью расчетных или аналитических моделей вычисляются главные направления и соответствующие вели чины остаточных напряжений. Ряд трудностей, связанных с использованием наклеиваемых розеток тензорезисторов, можно избежать при использовании методов лазерной интерферометрии.

В последние годы для определения перемещений и деформаций интенсивно развивается новый бес контактный метод лазерной интерферометрии – электронная спекл-ин¬терферометрия [5 – 8], которая практически не чувствительна к точному размещению высверливаемого отверстия и к его размерам.

Отверстие, используемое для упругой разгрузки остаточных напряжений, может выполняться в любой точке участка, освещенного лазерным светом. При этом отраженные световые волны до и после вы полнения отверстия с помощью CCD-камеры записываются в память компьютера и обрабатываются до получения величин остаточных напряжений.

Спекл-интерферометрический метод определения остаточных напряжений основывается на исполь зовании интерферометра, который позволяет определять плоскостные компоненты вектора переме щений, которые характеризуют деформацию объекта в его плоскости. Для определения остаточных напряжений в элементах и узлах конструкций на основе этой оптической схемы был разработан мало габаритный прибор, который устанавливается непосредственно на поверхность исследуемого объекта (рис. 1). В состав прибора входят спекл-интерферометр, CCD-камера, световод, основание прибора с тремя конусными опорами.

Рис.1. Общий вид спекл интерферометрической измерительной системы, где 1 – спекл-интерферометр, 2 – видеокамера, 3 – световод, 4 – лазер, 5 – компьютер.

Измерение выполняется в следующей последовательности: прибор устанавливается на поверхности объекта. Отраженная световая волна, характеризующая исходное состояние контролируемого участка, с помощью CCD-камеры вводится в память компьютера. После упругой разгрузки напряжений путем сверления несквозного отверстия диаметром и глубиной от 0,5 до 2 мм отраженная световая волна вводится в память компьютера аналогично исходной световой волне. После компьютерной обработки этих двух световых волн на мониторе наблюдается интерференционная картина полос в окрестности отверстия, которая содержит информацию о величине остаточных напряжений в контролируемой точке исследуемого участка объекта (рис. 2).

Рис.2. Типичная интерференционная картина полос в окрестности несквозного отверстия в поле остаточных напряжений.

Для пластины со сквозным отверстием, которая находится в поле растягивающих напряжений, вели чины перемещений в окрестности отверстия могут быть вычислены аналитически с использованием зависимостей, полученных в [4]. Аналогичная задача для пластины с несквозным отверстием не имеет аналитического решения, и поэтому в этом случае используются эмпирические формулы [9, 10].

Зависимость перемещений ur и u, возникающих в результате разгрузки напряжений xx, yy и xy на некотором расстоянии r от центра отверстия, от угла имеет вид [11]:

ur (r, ) = A(xx + yy) + B[(xx – yy) cos2 + 2xy sin2];

u (r, ) = C[(xx – yy) sin2 – 2xy cos2], где A, B и C – эмпирические коэффициенты, которые зависят от механических свойств материала, расстояния от центра отверстия и его диаметра и не зависят от вида напряженного состояния. Значе ния эмпирических коэффициентов определялись с помощью метода конечных элементов.

Разработанная методика предполагает измерение компоненты перемещений ux (r, ) = ur (r, ) cos – u (r, ) sin на постоянном расстоянии от центра отверстия (например, r = 2,5 r0). После некоторых преобразований последнее уравнение можно представить в виде:

ux ()|r = 2,5 r0 = F()xx + G()yy + H()xy, где F() = (A + Bcos2)cos – Csin2 sin, G() = (A – Bcos2)cos + Csin2 sin и H() = 2Bsin2cos + 2Ccos2sin – функции, зависящие от механических свойств материала, расстояния от центра отвер стия и его диаметра.

Поскольку в последнем уравнении три неизвестные xx, yy и xy, чтобы найти эти компоненты тен зора напряжений, необходимо иметь данные о перемещениях в трех точках – ux (1), ux (2), ux (3).

После этого значения главных напряжений 1, 2 и угол между осью х и направлением 1 можно определить по формулам:

1, 2 = 0,5(xx + yy) ± [(xx – yy)2/4 + xy2] /2;

= 0,5tan–1[2xy /(xx – yy)] при xx yy;

= /4 при xx = yy;

= /4 + 0,5tan–1[2xy /(xx – yy)] при xx yy.

Таким образом, предлагается следующий алгоритм определения остаточных напряжений методом электронной спекл-интерферометрии при сверлении несквозного отверстия и измерении перемеще ний, возникающих в результате упругой разгрузки напряжений:

o используя известные механические константы исследуемого материала (E – модуль Юнга, – ко эффициент Пуассона) вычисляются коэффициенты А = [r0(1 + )/(2E)] a, B = [r0 /(2E)] b и C = [r0 /(2E)] c, где a, b и c – безразмерные эмпирические коэффициенты;

o на расстоянии 2,5r0 от центра высверленного отверстия радиусом r0 выбираются три точки под про извольными углами 1, 2 и 3 относительно оси освещения;

o экспериментально измеряются перемещения ux (1), ux (2) и ux (3) в выбранных точках;

o находятся компоненты xx, yy и xy тензора напряжений как решение системы из трех линейных уравнений;

o вычисляются значения главных напряжений 1, 2 и угол между осью освещения спекл интерферометра и направлением 1;

o повторение четырех последних пунктов для других трех точек с последующим усреднением полу чаемых результатов расчета напряжений позволяет значительно повысить точность определения оста точных напряжений.

Для оценки точности измерения плоскостных перемещений с помощью малогабаритного спекл интерферометра и автоматизированной компьютерной обработки интерферограмм рассматривалась задача об изгибе консольной балки с заделанным концом силой, приложенной к свободному концу [12] (рис. 3).

Рис.3. Схема нагружения и измерения перемещений в исследуемом образце Перемещения ux и напряжения xx, вызванные приложением нагрузки, вычислялись по формулам:

ux = – (P/EJ)y(lx – 0,5x2) – (P/6EJ)( + 2) y3 + (P/6EJ)( + 2) h2y;

xx = P(l – x) y/J, где P – прикладываемая нагрузка, J = 2bh3/3 – момент инерции поперечного сечения балки относи тельно нейтральной линии, l, h и b – соответственно длина, высота и толщина балки.


Для экспериментов была изготовлена балка из алюминиевого сплава АМг6 (l = 270 мм, h = 40 мм, b = 8,5 мм), которая жестко фиксировалась с помощью специального механического устройства. К сво бодному концу балки прикладывалась нагрузка P = 600 МПа, величина которой контролировалась с помощью динамометра. Кроме того, смещения свободного конца балки под воздействием приложенной силы дополнительно контролировались с помощью микрометра. Спекл-интерферометр устанавливал ся так, чтобы можно было регистрировать перемещения в центральной части образца (рис. 3, область измерений диаметром 6 мм выделена окружностью). Общий вид спекл-интерферо¬метра и исследуе мого образца приведен на рис. 4. Значения проекции ux вектора перемещений точек поверхности балки на ось ОХ определялись экспериментально и сравнивались с рассчитанными значениями.

Рис. 4. Общий вид спекл-интерферометра, исследуемого образца (балки) и нагрузочного устройства, где 1 – исследуемый образец, 2 – малогабаритный прибор, 3 – устройство для контроля величины перемещений балки под действием нагрузки.

Как видно из рис. 5, где представлено полученное после компьютерной обработки распределение значений перемещений ux вдоль исследуемого сечения АВ (рис. 3), максимальное отклонение экспе риментальных данных от расчетных составляет 0,04 мкм.

На рис. 6 показано распределение напряжений вдоль сечения АВ. Отклонение значений напряже ний, которые определялись спекл-интерферометрическим методом, от расчетных не превышает 5 % предела текучести исследуемого материала (0,2 = 160 МПа).

Разработанная методика определения остаточных напряжений позволила выполнить исследования напряженного состояния по поверхности качения железнодорожного колеса с ребордой, восстановлен ной дуговой наплавкой. На рис. 7 приведена эпюра распределения остаточных напряжений xx и yy в поперечном сечении. Видно, что после наплавки на поверхности качения железнодорожного колеса преобладают сжимающие остаточные напряжения.

Рис.5. Распределение перемещений вдоль сечения АВ, где о о – экспериментальные данные величин перемещений, измеренные с помощью спекл-интерферометра, сплошная линия – расчетные значения перемещений.

Рис.6. Распределение напряжений вдоль исследуемого сечения АВ.

Также исследовались остаточные напряжения в трубах нефте- газопроводов, диаметром 1020мм б (рис. 8.). Метод электронной спекл-интерферометрии позволил определить остаточные напряжения в различных участках сварных швов, в частности, и в области их пересечения. При этом компактная аппаратура позволяет оперативно провести измерения и получить картины интерференционных полос, которые характеризуют величины остаточных напряжений. Это дает возможность через определенный р р ру р Рис.7. Определение остаточных напряжений по поверхности качения железнодорожного колеса с ребордой, восстановленной дуговой наплавкой: а) – фотография образца, б) – распределение остаточных напряжений вдоль сечения.

Рис.8. Определение остаточных напряжений в нефте- газопроводах.

промежуток времени повторно замерить напряженное состояние элементов конструкций, сравнить их с предыдущими измерениями и оценить влияние условий эксплуатации на величину остаточных на пряжений.

Методика с высверливанием несквозных отверстий малого диаметра, например 1 мм, позволяет определять напряжения в узкой зоне сварного шва. Нами исследовались остаточные напряжения в сварном соединении разнородных материалов Al–Ti. При этом на первом этапе сваркой взрывом вы полнялось соединение Al–Ti, а затем с помощью электронно-лучевой сварки выполнялось соединение элементов Al–Al и Ti–Ti. На рис. 9 приведена эпюра остаточных напряжений в центральном сечении поперек сварного соединения.

Рис.9. Определение остаточных напряжений в сварном образце из разнородных материалов: а) – схема сварного образца, б) – эпюра распределения остаточных напряжений вдоль поперечного ко шву сечения.

a б Таким образом, разработанная методика определения остаточных напряжений в элементах сварных конструкций, основанная на методе электронной спекл-интерферо-метрии в сочетании с зондирующим отверстием и реализованная с применением малогабаритного спекл-интерферометра, позволяет опе ративно с высокой точностью ( 5 % от предела текучести материала) исследовать распределение напряжений по поверхности контролируемых объектов, что открывает новые возможности для диагно стики напряженного состояния в лабораторных и производственных условиях.

Литература 1.Касаткин Б. С., Кудрин А. Б., Лобанов Л. М. и др. Экспериментальные методы исследования дефор маций и напряжений. – Киев: Наукова думка, 1981. – 583 с.

2.Экспериментальная механика. Кн. 2 / под. ред. А. Кобаяси. – М.: 1990. – 551 с.

3.Биргер И. А. Остаточные напряжения в элементах конструкций //Труды II Всесоюзного симпозиума «Остаточные технологические напряжения». – М.: 1985, с. 5–27.

4.Лобанов Л. М., Пивторак В. А. Развитие голографической интерферометрии для исследования напряженно-деформированного состояния и контроля качества сварных конструкций. – В кн.: Сучасне матеріалознавство ХХІ сторіччя. – Київ: Наукова Думка, 1998, с. 620–636.

5.Лобанов Л. М., Пивторак В. А., Савицкий В.В., Ткачук Г.И., Киянец И.В. Оперативный контроль каче ства и определение остаточных напряжений в сварных конструкциях методами электронной широгра фии и спекл-интерферомерии. – Авт. сварка. 2005. № 8. С.10–13.

6.Moore A. J., Tyrer J. R. Two-dimensional strain measurement with ESPI. – Opt. Lasers Eng. 1996. V. 24.

P. 381–402.

7.Zhang J. Two-dimensional in-plane electronic speckle pattern interferometer and its application to residual stress determination. – Opt. Eng. 1998. V. 37. P. 2402–2409.

8.Speckle Metrology / Ed. by R. S. Sirohi. – New York: Marcel Dakker, 1993.

9.Makino A., Nelson D. Residual stresses determination by single-axis holographic inteferometry and hole drilling. Pt. I: Theory. – Exp. Mech. 1994. V. 34. P. 66–78.

10. Wu Z., Lu. J., Joulaud P. Study of residual stresses distribution by moir interferometry incremental hole drilling method /The Fifth Int. Conf. on Residual Stresses. – LinKoping (Sweden): 1997.

11. Schaer G. S. Application of nite element calculations to residual stresses measurements. – J. Eng.

Mater. Tech. 1981. V. 103. No. 4. P. 157–163.

12. Тимошенко С. П. Курс теории упругости. – Киев: Наукова думка, 1972. –501 с.

СОВРЕМЕННЫЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ к.т.н. И.Р. Явдощин, к.т.н. Н.В. Скорина, академик И.К. Походня, О.И. Фольборт Институт электросварки им. Е.О. Патона НАНУ Номенклатура электродов общего назначения, выпускаемых предприятиями Украины, представлена, главным образом, электродами с рутиловым покрытием – АНО-4, АНО-21, МР-3, с ильменитовым по крытием – АНО-6, МР 3М, и с основным покрытием – УОНИ-13/45, УОНИ 13/55, АНО-27. Подавляющее большинство этих электродов разработано более 30 лет тому назад. Все эти марки электродов усту пают лучшим зарубежным аналогам, в первую очередь по сварочно-технологическим свойствам, и не могут с ними конкурировать. Единственным фактором, сдерживающим экспансию зарубежных электро дов на отечественный рынок, является слишком высокая цена их. Однако из года в год разница в ценах на отечественные и зарубежные электроды сокращается и неминуемо придет время, когда зарубеж ные электроды начнут теснить старые отечественные разработки. Учитывая эту ситуацию, институт электросварки им. Е.О. Патона разработал электроды нового поколения, которые могут противостоять натиску электродов зарубежных фирм.

Взамен устаревших марок электродов с рутиловыми покрытиями разработаны и выпускаются в про мышленных масштабах электроды нового поколения -АНО-36 (тип по ЕN499 Е420RC11) с рутил целлюлозным покрытием и АНО-37 (тип по ЕN499 Е382RR12) с рутиловым покрытием.

Обе марки соответствуют типу Э46 по ГОСТ 9467-75. Они предназначены для сварки переменным или постоянным током конструкций из низкоуглеродистых марок сталей во всех пространственных по ложениях. По комплексу сварочно-технологических свойств эти электроды значительно превосходят электроды АНО-4, АНО-21, МР-3. Они обеспечивают легкое начальное и повторное зажигание дуги, отличное формирование металла шва, легкую отделимость шлаковой корки, малое разбрызгивание металла.

Благодаря повышенному содержанию целлюлозы в покрытии электроды АНО 36 позволяют варить вертикальные швы высокопроизводительным способом сверху-вниз.

Электроды АНО-36 и АНО-37 соответствуют уровню лучших зарубежных аналогов, что отмечают мно гие потребители.

Для сварки особо ответсвенных конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей наи большее применение нашли низководородные электроды УОНИ - 13/55. Разработанные более 60 лет тому назад, эти электроды уступают сегодня по своим характеристикам лучшим зарубежным аналогам.

Из недостатков электродов УОНИ - 13/55? в первую очередь следует отметить такие:

– нестабильные показатели ударной вязкости металла шва при отрицательных температурах (порог хладноломкости металла шва «плавает» от минус 20 до минус 40°С);

– плохую отделимость шлаковой корки с металла шва, особенно в глубокой разделке;

– отсутствие возможности производить сварку переменным током;

Нестабильные показатели ударной вязкости, по нашему мнению, обусловлены недостаточно опти мальным выбором системы легирования, в частности, содержанием титана и марганца в металле шва.

Руководствуясь литературными данными и результатами собственных исследований, мы скорректи ровали систему легирования и микролегирования металла шва и на ее базе разработали новые низко водородные электроды АНО-12 (и их модификацию АНО-12 МR).

Электроды АНО-12 и АНО-12 МR предназначены для сварки конструкций из углеродистых и низколе гированных сталей. Тип электродов по ГОСТ 9467-75 — Э50А. Условное обозначение по ЕN 499 - Е 4 В12Н10. Они пригодны для сварки швов во всех пространственных положениях постоянным током обратной полярности или переменным током от источников с напряжением холостого хода, превышаю щим 70В. Характеризуются спокойным горением дуги, малым разбрызгиванием расплавленного метал ла, мелкочешуйчатым формированием металла шва, легкой отделимостью шлаковой корки. Электроды обеспечивают высокую стойкость металла шва против образования трещин. По комплексу свойств они не уступают электродам ОК 48.80 и ОК 53.04 фирмы «ЕSAB». Электроды имеют многоцелевое назна чение. Они широко опробованы в судостроении и судоремонте при сварке сталей классов А, Д, Е, а также испытаны на соответствие требованиям энергетического машиностроения. Электроды АНО-12 и АНО-12 МR обеспечивают высокую ударную вязкость при низких температурах вплоть до -50°С.

Электроды АНО 12 МR относятся к классу «moisture resistance», т.е. характеризуются низкой гигро скопичностью покрытия в условиях высокой влажности окружающей атмосферы. Электроды АНО- сертифицированы Det Norske Veritas по категории 4Y Н10, одобрены Морским Регистром судоходства.

Налажен промышленный выпуск электродов АНО-12. Они применяются в судостроениии и судоремон те, энергетическом машиностроении, при сварке грузо-подъемных механизмов.

Заказать электроды АНО-36, АНО-37 и АНО-12 можно на «Опытном заводе сварочных материалов ИЭС им. Е.О. Патона» или в «Инженерном центре материалов для сварки и наплавки ИЭС им. Е.О.

Патона».

Наиболее распространенными в Украине и странах СНГ электродами для ручной дуговой наплав ки железнодорожных крестовин, рельсов и стрелочных переводов являются электроды ЦНИИН-4. Для производства электродов ЦНИИН 4 используются электродные стержни из высоколегированной про волоки марки Св 10Х14Г14Н4Т. Стоимость ее достаточно высока и с учетом транспортных расходов и таможенных пошлин составляет для украинских потребителей 8-9 долларов США за 1 кг. Стержни из проволоки Св 10Х14Г14Н4Т в процессе термообработки электродов склонны к короблению (изгибаются дугой), что приводит к росту брака электродов по геометрическим размерам. Высокая стоимость мате риалов (элетродная проволока, марганец и хром металлический), которые содержатся в покрытии, еще больше удорожает электроды. Их стоимость вырастает до 12…13 тыс. долларов за 1 тонну.

Как известно, высоколегированная проволока имеет более высокое электрическое сопротивление, чем проволока из малоуглеродистой стали. Поэтому ток, на котором производится наплавка электро дами ЦНИИН-4, ограничивается во избежание перегрева электрода. Это, в свою очередь, приводит к снижению производительности наплавки.

Наплавку электродами ЦНИИН-4 можно выполнять только постоянным током обратной полярности, а это в ряде случаев приводит к магнитному дутью и образованию дефектов, вызванных дутьем.

Перед нами стояла задача отказаться от использования высоколегированной проволоки Св 10Х14Г14Н4Т и разработать электроды на базе отечественной сварочной проволоки Св 08А. Для обеспе чения требуемого химического состава наплавленного металла при замене проволоки Св10Х14Г14Н4Т проволокой Св 08А были проведены исследования по выбору оптимальной толщины покрытия элек тродов и содержания в нем легирующих добавок.

С целью улучшения сварочно-технологических свойств электродов были проведены исследования по корректировке газошлакообразующей части покрытия. Учитывая высокое содержание в покры тии металлических порошков (65% масс), которые являются «отощающими» материалами, ухудшаю щими пластичность обмазочной массы, в состав покрытия дополнительно ввели органические и ми неральные пластификаторы. Благодаря этому удалось улучшить пластичность обмазочной массы и обеспечить возможность качественного нанесения обмазочной массы на стержень, низкую разнотол щинность покрытия и хороший товарный вид электродов.

Таким образом был сформирован состав покрытия модернизированных электродов ЦНИИН-4.

Испытания сварочно-технологических свойств модернизированных электродов показали, что они обеспечивают стабильное горение дуги как на постоянном, так и на переменном токе. Причем, если электроды ЦНИИН-4 при сварке на токе более 140А перегреваются, то электроды ЦНИИН-4М позво ляют производить сварку на токе до 210А без заметного перегрева покрытия. Такое преимущество обусловленно значительно большей толщиной покрытия и использованием стержня из низкоуглеро дистой проволоки, которая имеет меньшее электрическое сопротивление по сравнению с проволокой СВ10Х14Г14Н4Т.

Следует отметить, что при использовании электродов ЦНИИН-4 наплавку нужно производить сво бодной дугой во избежание «закорачивания» междугового промежутка крупной каплей и примерзания электрода к изделию. Электроды ЦНИИН-4М позволяют производить наплавку опиранием, что значи тельно снижает нагрузку на руку сварщика. Такая возможность наплавки обусловлена тем, что толстое покрытие образует при плавлении глубокую втулочку, на которую опирается электрод. Большая глубина втулочки исключает возможность закорачивания дугового промежутка каплей. Как показали испытания, модернизированные электроды ЦНИИН-4М обеспечивают мелкочешуйчатое равномерное формирова ние валика при наплавке, легкую отделимость шлаковой корки, небольшое разбрызгивание металла.

Основные показатели сварочно-технологических свойств электродов приведены в табл. 1.

Как видно из данных табл. 1 линейная скорость плавления электродов ЦНИИН-4М ниже, чем у элек тродов ЦНИИН-4. Это обьясняется большей толщиной покрытия модернизированных электродов. Од нако, производительность наплавки при этом на 20 % выше, чем электродов ЦНИИН-4, что обуслов ленно высоким содержанием металлических порошков в покрытии модернизированных электродов и большой толщиной покрытия.

Санитарно-гигиенические показатели электродов оценивались по интенсивности и удельным выде лениям твердой составляющей сварочного аэрозоля (ТССА) и его химическому составу. Результаты оценки представлены в табл.2.

Как видно из приведеденных данных удельные выделения ТССА в расчете на 1 кг расплавленных электродов при наплавке элетродами ЦНИИН-4М на 15% ниже, а в расчете на 1 кг наплавленного ме талла на 8-10% ниже, чем при наплавке электродами ЦНИИН-4.

Меньшие удельные выделения ТССА при сварке электродами ЦНИИН-4М, по нашему мнению, свя заны с особенностями плавления и переноса электродного металла. Как показали ранее проведенные нами исследования с увеличением толщины электродного покрытия и возрастанием в нем содержания металлической фракции (ферросплавов и металлических порошков) растет количество капель метал ла и шлака, попадающих в ванну с перифирийных участков электрода (см. рис. 1). Эти капли металла и шлака не перегреты до столь высоких температур, как основная капля, формирующаяся на торце электродного стержня. Поэтому процессы испарения с поверхности перифирийных капель идут менее интенсивно.

Рис. 1 Характер плавления и переноса электродного металла Для определения химического состава и твердости наплавленного металла электродами ЦНИИН-4 и ЦНИИН-4М были выолнены шестислойные наплавки. Наплвка выполнялась постоянным током обрат ной полярности. Сила тока для электродов ЦНИИН-4 составляла 140А, для электродов ЦНИИН-4М – 200А. Химический состав наплавленного металла анализировался спектральным методом. Результаты анализа представлены в табл.3.

В этой же таблице приведены показатели твердости наплавленного металла. Как видно из данных табл.3 модернизированные электроды ЦНИИН 4М по химическому составу и твердости наплавленного металла полностью соответсвуют требованиям нормативной документации на электроды ЦНИИН 4.

Модерниация электродов ЦНИИН-4 позволила отказаться от дорогостоящей проволоки Св10Х14Г14Н4Т. Результаты сравнительных расчетов стоимости материалов, необходимых для изго товления 1 т электродов ЦНИИН-4 и ЦНИИН-4М представлены в табл. 4. Они показывают, что затраты на материалы для изготовления модернизированных электродов существенно ниже (на 35175 грн.), чем для изготовления электродов ЦНИИН 4.

Высокие эксплуатационные свойства (износостойкость, твердость и др.) наплавленного металла могут быть обеспечены при более экономном легировании (меньшем содержании хрома, отсутсвии никеля и т.д.) по сравнению с системой легирования, применяемой в электродах ЦНИИН-4. Поэтому параллельно с модернизацией электродов ЦНИИН-4 в ИЭС им. Е.О. Патона были разработаны эко номнолегированные электроды АНН-10 того же назначения, что и электроды ЦНИИН-4.

Электроды АНН-10 являются аналогом зарубежных электродов UTP BMC немецкой фирмы “UTP” (ныне “Bhler Schweitechnik Deutschland”). Электроды UTP BMC уже свыше 10 лет поставляются в Украину. По результатам испытаний, выполненных еще в 1996 г всероссийским институтом желез нодорожного транспорта, установлено, что электроды UTP BMC по механическим и технологическим свойствам существенно превосходят электроды ЦНИИН-4 и могут использоваться при ремонте желез нодорожных крестовин. При этом они обеспечивают в наплавленном металле существенно меньшее количество хрома и никеля (см. табл.5).

Испытания опытной партии электродов АНН-10, изготовленной в ИЭС им E.О. Патона, показали, что по сварочно-технологическим свойствам они сопоставимы с электродами UTP BMC и превосходят электроды ЦНИИН-4.

По ударной вязкости наплавленного металла экономнолегированные электроды на порядок превос ходят электроды ЦНИИН-4 и в 2-3 раза электроды UTP BMC (см. табл.6).

Эффект проявляется как при нормальной, так и при низкой температуре (-20°С) и, видимо, связан с более мелкозернистой структурой аустенита по сравнению с электродами UTP BMC. По существующим сейчас воззрениям у электродов ЦНИИН-4 наплавленный металл перелегирован хромом, что обуслав ливает невысокий уровень их механических свойств и, в первую очередь, ударной вязкости.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.