WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

УДК 621.791.6

КОРОЛЕВ Роман Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИХ КОНТРОЛЯ ПРИ АЛЮМИНОТЕРМИТНОЙ СВАРКЕ

РЕЛЬСОВ

Специальность 05.03.06. – Технологии и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2006

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ).

Научный руководитель: доктор технических наук, проф.

Воронин Николай Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, проф.

Стеклов Олег Иванович кандидат технических наук, Гранкин Александр Константинович

Ведущая организация: ФГУП ВНИИЖТ

Защита диссертации состоится “29” июня 2006 г. в 14 ч. 10 мин. на заседании диссертационного совета К.212.129.01 в Московском государственном индустриальном университете по адресу: 115280, г. Москва, ул. Автозаводская, д. 16, в ауд. 1605. Телефон для справок (495) 675-52-37.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного индустриального университета.

Автореферат разослан “_”2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доц. Плотников А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важнейших технических средств железнодорожного транспорта является железнодорожный путь. В настоящее время, как на железных дорогах России, так и за рубежом, отказываются от звеньевой конструкции пути. Рельсовый стык представляет собой место, в котором происходит “разрыв” рельсовой нити, что, несмотря на стыковые накладки, приводит к уменьшению жесткости и увеличению просадки. Это приводит к тому, что при движении подвижного состава через стык происходит удар колеса о головку принимающего конца рельса. Толчки и удары в стыках приводят к интенсивному износу, как ходовых частей подвижного состава, так и самих рельсов. В результате ударов происходят смятие и выколы головки рельсов в зоне стыка на расстоянии 60-80 мм от стыкового зазора; изломы рельсов по болтовым отверстиям; изломы накладок и стыковых болтов.





Бесстыковой путь лишен указанных недостатков и, кроме того, имеет ряд преимуществ: на 30-40 % уменьшаются затраты на текущее содержание пути; снижается на 8-10 % основное удельное сопротивление движению поездов и, в связи с этим, экономится топливо и электроэнергия на тягу; увеличиваются сроки службы верхнего строения пути; улучшаются условия комфортабельности проезда пассажиров; повышается надежность работы электрических рельсовых цепей автоблокировки и т.п. Кроме того, бесстыковой путь по сравнению со звеньевым не только экономически эффективнее, но и надежнее. Так, по данным Департамента пути и сооружений ОАО РЖД, из 71 схода подвижного состава, произошедших на сети железных дорог в 2001-2002 гг. и отнесенных на путевое хозяйство, 67 произошли на звеньевом пути и только 4 – на бесстыковом.

Благодаря этим и другим преимуществам бесстыковой конструкции, этот вариант верхнего строения пути в настоящее время стал основным на главных линиях во всем мире.

До недавнего времени основным способом сварки рельсов был электроконтактный. Однако в связи с невозможностью сварки рельсов в зонах стрелочных переводов контактными машинами, на железных дорогах России с 1995 г. начали применять алюминотермитную сварку (АТСР). В настоящее время решаются вопросы, связанные с применением АТСР не только в зоне стрелочных переводов, но и на перегонах.

К настоящему времени нет научного обоснования технологических параметров процесса АТСР. Поэтому, разработка научно-обоснованной методики и проведение исследований, связанных с распределением температур, термических циклов сварки, скоростей охлаждения, определение структурных составляющих от этих параметров и обоснование режимов технологического процесса являются актуальными.

Цель работы: выявление закономерностей изменения структурных составляющих в шве и зоне термического влияния, определяющих прочность сварного стыка рельсов, и разработка расчетного метода оценки температурных полей, скоростей охлаждения и структуры металла в зависимости от технологических параметров АТСР (тепловая мощность, вводимая в рельс при подогреве; продолжительности подогрева и технологической паузы; температура заливаемого термитного металла; температура окружающей среды) и химического состава основного и термитного материалов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. выявление основных закономерностей тепловых процессов, протекающих при проведении АТСР;

2. разработка физико-математических моделей тепловых процессов, адекватно отражающих специфику АТСР и расчетных методик, позволяющих проводить анализ температурных полей, скоростей охлаждения и структурных составляющих, как в линейной, так и нелинейной постановке;





3. проведение экспериментальных исследований тепловых процессов при АТСР и сравнительного анализа соответствия экспериментальных данных с расчетными, полученными с использованием разработанных расчетных методик;

4. проведение анализа влияния технологических параметров АТСР на температурные поля и структурообразование в металле сварного шва и околошовной зоны;

5. обоснование рациональных технологических параметров АТСР.

Научная новизна:

• впервые предложен системный подход к обоснованию технологических параметров процесса АТСР;

• разработаны методики определения полей температур при АТСР, позволяющие проводить расчет температур по длине и в поперечном сечении свариваемых рельсов, как в линейной, так и нелинейной постановке;

• на основе известных зависимостей разработана методика моделирования кинетики структурных превращений при АТСР, с помощью которой проведена серия численных экспериментов по оценке влияния различных факторов на конечную структуру металла шва и околошовной • в результате численных исследований установлено, что технологические параметры процесса АТСР оказывают существенное влияние на конечную структуру металла шва и околошовной зоны, определяющую его прочностные свойства, а также установлена необходимость контроля температур и технологических параметров АТСР.

Практическая ценность работы:

• разработана программа, обеспечивающая возможность проведения анализа температурных полей, термических циклов, скоростей охлаждения и структурных составляющих в сварном шве и зоне термического влияния при АТСР;

• по результатам проведенных исследований определены наиболее неблагоприятные технологические параметры сварочного процесса, приводящие к возникновению структур, снижающих рабочие характеристики сварного стыка и способствующие образованию трещин в сварном соединении рельсов;

• разработаны рекомендации по совершенствованию технологии АТСР, обеспечивающей получение качественного сварного соединения рельсов.

Методы исследования. Компьютерное моделирование проводилось при разработке расчетных методик и вычислительных алгоритмов с использованием, как аналитических, так и численных методов в линейной и нелинейной постановке.

Экспериментальные исследования проводились с использованием отечественного и импортного оборудования на натурных образцах, изготовленных из стандартных железнодорожных рельсов. Измерение температур велось с помощью контактных термопар. Регистрация и обработка полученных данных проводились с использованием компьютера и специальной аппаратуры для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Для замера твердости использовался твердомер ТЭМП-2. Статические испытания проводились по схеме трехточечного изгиба с расстоянием между опорами 1000 мм при установке рельсовых проб со сварными стыками на подошву и на головку на прессе ПММ-500. Усталостные испытания проводились на электрогидравлическом пульсаторе ЦД-200 с установкой проб на опоры с расстоянием 1000 мм подошвой вниз.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены на ЗАО «СНАГА», проведена корректировка технологических параметров АТСР. Результаты теоретических исследований используются в учебном процессе на кафедре «ТСМИ» МИИТ.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях “Безопасность движения поездов” в Москве (МИИТ) в 2002, 2003 гг., на научно-технической конференции “Сварка на рубеже веков” в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2002 г., на научно-технической конференции “Научно-технические проблемы развития Московского мегаполиса” в ИМАШ РАН в 2002 г., на юбилейной XV международной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения в ИМАШ РАН в 2003 г., на научной конференции “Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий” в МГИУ в 2003 г., на научных конференциях “Неделя науки” в Москве (МИИТ) в 2004, 2005, 2006 гг., на научнотехнической конференции “Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением” в МГВМИ в 2005 г.

В полном объеме работа обсуждалась на заседании кафедры «Технология сварки, материаловедение, износостойкость деталей машин» Московского государственного университета путей сообщения 12 декабря 2005 г. и на заседании кафедры «Оборудование и технологии сварочного производства» МГИУ 27 марта 2006 г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 12 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников из наименований; содержит 186 страниц машинописного текста, 49 рисунков, таблиц, 1 приложение.

На защиту выносятся:

• разработка метода расчета температурных полей, скоростей охлаждения и структурных составляющих с использованием метода конечных разностей в линейной и нелинейной постановках;

• результаты теоретических исследований температурных полей и скоростей охлаждения, определяемых по различным математическим моделям, применительно к АТСР, с учетом технологических параметров;

• методики выбора рациональных технологических параметров АТСР на основе минимального содержания мартенсита в сварном стыке рельсов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе изложены особенности и основные тенденции развития конструкции и производства современных рельсов. Рассмотрены существующие в настоящее время технологии производства рельсовой стали, технологии прокатки и последующей обработки рельсов. Указаны основные требования Государственного стандарта к макро- и микроструктуре рельсов.

Рассмотрены существующие способы сварки рельсов в бесстыковые плети и показано, что в районе стрелочных переводов может использоваться только АТСР.

Во второй главе рассмотрены методы решения дифференциального уравнения теплопроводности для различных моделей твердого тела с учетом теплоотдачи в окружающую среду, их преимущества и недостатки, что позволило выбрать наиболее рациональные методы. Весь процесс АТСР условно был разделен на два этапа: этап предварительного подогрева и технологической паузы и этап сварки. Для каждого этапа в отдельности были получены окончательные решения дифференциального уравнения теплопроводности. При этом, теплофизические характеристики материала принимались, как не зависящими от температуры, так и зависящими. Для решения задачи в линейной постановке за основу были выбраны метод источников и метод конечных разностей. При решении в нелинейной постановке использован метод конечных разностей, для которого были определены условия, обеспечивающие устойчивость и сходимость получаемых результатов. Данное решение обеспечивает определение температурных полей, как в продольном направлении, так и в любом поперечном сечении. Это позволяет проводить анализ температур и термических циклов в любой точке и в любой момент времени.

В третьей главе представлено описание разработки расчетных моделей и алгоритмов на основе выбранных методов расчета. При разработке расчетной модели на основе метода источников форма свариваемых рельсов была схематизирована. На этапе предварительного подогрева и паузы свариваемые рельсы были заменены двумя полубесконечными стержнями, с площадью поперечного сечения, соответствующей площади поперечного сечения рельсов. При разработке расчетного алгоритма принимались во внимание особенности ввода тепла на каждом из технологических этапов, что было учтено с помощью различных способов задания источников тепла. На этапе предварительного подогрева свариваемые рельсы нагреваются газовым пламенем. Продолжительность подогрева, согласно существующей технологии, составляет 7-10 мин. В данной расчетной модели газовое пламя моделировалось как плоский источник теплоты постоянной мощности, равномерно распределенный по всему поперечному сечению стрежня. Для определения температуры по длине свариваемых рельсов на этапе предварительного подогрева было использовано известное выражение:

где q – тепловая мощность газового пламени; F – площадь поперечного сечения стержня (рельса); с – объемная теплоемкость; a – коэффициент температуропроводности; t Н – время окончания подогрева.

На этапе подогрева принималось, что начальная температура стержня равна температуре окружающей среды, и на торце рельса, в который вводится тепло, имеет место граничное условие второго рода (постоянный удельный тепловой поток). За этапом предварительного подогрева следует небольшой перерыв (“пауза”), продолжительностью около 1 мин. Это время необходимо для смены технологической оснастки и подготовки к проведению сварки. На данном этапе подогрев газовым пламенем прекращается и происходит перераспределение введенной теплоты. Изменение температуры в этот период определялось как разность приращений температур источника Т И и стока теплоты Т С :

После завершения этапа паузы, начинается этап сварки. На данном этапе источник тепла – расплавленный термитный металл – был задан с помощью мгновенного объемного источника теплоты, который действует в “нулевой” момент времени (момент заливки расплавленного термитного металла в зазор между рельсами). В последующие за “нулевым” моменты времени происходит перераспределение температуры от действия этого источника теплоты, описанное при помощи метода выравнивания. При этом, за начальное условие было принято распределение температуры по длине стержня, полученное на этапе подогрева, с учетом перераспределения температур во время паузы; за граничное условие был принят частный случай условия второго рода – наличие на нагреваемом торце адиабатической границы. В момент заливки расплавленного термитного металла в рассматриваемом стержне температура распределена неравномерно и на участках, примыкающих к нагреваемому торцу, достигает значений, которыми невозможно пренебречь, поэтому данное распределение должно быть учтено. Для учета этого распределения температуры, свариваемые стержни были разбиты на бесконечно малые участки, на которых распределение температуры можно принять некоторым средним значением. В итоге получается, что каждый из этих участков представляет собой некий объемный источник теплоты. Причем, все эти источники действуют одновременно друг с другом и одновременно с объемным источником, описывающим ввод тепла от заливаемого расплавленного термитного металла. С помощью принципа наложения было получено суммарное распределение температуры от одновременного действия всех этих источников:

где – Т св.нагр – температура заливаемой расплавленной термитной смеси; Т под – средняя температура участков предварительного подогрева; k – количество участков подогрева; n, m – номера границ зоны подогрева; l – полуширина зазора между рельсами; l m – протяженность зоны, в которой подогрев рельса Т под ; l n – протяженность зоны, в которой подогрев рельса Т под ; член со знаком “минус” в выражении (3) позволяет исключить повторное суммирование Т под на предыдущих участках зоны подогрева.

В расчетной модели, основанной на методе конечных разностей, была реализована возможность расчета распределения температур, как вдоль рельса, так и в любом поперечном сечении. Для этого в расчетную модель было введено расчетное поперечное сечение форма которого максимально приближена к поперечному профилю железнодорожного рельса. При расчете принималось, что перераспределение температуры в пределах одного расчетного поперечного сечения происходит за счет теплопроводности, а теплоотдача идет с поверхности рельса. Условия однозначности были приняты следующими: на этапе подогрева за начальное условие была принята температура окружающей среды; за граничное условие на нагреваемом торце было принято граничное условие второго рода – постоянный удельный тепловой поток; на удаленном от места ввода тепла (торце) – граничное условие первого рода, представляющее собой наличие изотермической границы (постоянная температура, совпадающая с температурой окружающей среды). На этапе сварки за условия однозначности были приняты следующие: за начальное условие принималось распределение температуры, полученное на этапе подогрева и паузы; за граничное условие на нагреваемом торце принимался частный случай граничного условия второго рода – адиабатическая граница.

На этапе предварительного подогрева принималось, что в поверхностный объем полустержня, со стороны нагреваемого торца вводится количество теплоты, равное Q = qdt. В дальнейшем эта теплота перераспределяется за счет теплопроводности от более нагретых участков к менее нагретым участкам рассматриваемого рельса. Перераспределение температуры по длине полустержня представляет собой одномерный процесс распространения тепла, которое описывается соответствующим линейным дифференциальным уравнением. Решение рассматриваемой задачи методом конечных разностей по явной схеме, с учетом принятой расчетной сетки, приведет к преобразованию дифференциального уравнения к виду:

где – Т k,i – температура в рассматриваемом узле расчетной сетки в предыдущий момент времени; Т k +1,i – температура в рассматриваемом узле расчетной сетки в рассматриваемый момент времени; Т k,i 1, Т k,i +1 – температуры соседних с рассматриваемым узлов расчетной сетки, t – шаге по времени; x – шаг расчетной сетки; F, p – соответственно площадь и периметр поперечного сечения стержня; Т 0 – начальная температура стрежня; – коэффициент поверхностной теплоотдачи.

Перераспределение температуры в плоскости расчетного поперечного сечения (пластины) представляет собой процесс, описываемый двумерным дифференциальным уравнением теплопроводности. При решении задач теплопроводности методом сеток, сечение тела разделяется на ряд слоев, а непрерывное изменение температуры во времени заменяется скачкообразным изменением по ступеням (“слоям”) t. Принятая расчетная сетка для расчетной схемы пластина приведена на рис.1.

Решение дифференциального уравнения теплопроводности, с учетом принятой расчетной сетки, приведет к преобразованию дифференциального уравнения к виду:

Также в рассматриваемом расчетном поперечном сечении были учтены процессы поверхностной теплоотдачи. На этапе предварительного подогрева, когда газовая горелка разогревает торец рельса, одновременно разогревается и сама форма. В связи с этим, было принято допущение, что часть рельса, заключенная в форме, и сама форма имеют одинаковые температуры.

В этом случае поверхностная теплоотдача учитываться не должна. На этапе сварки принималось, что имеет место теплоотдача, однако за начальную температуру принималась не температура окружающей среды, а температура формы. После разрушения сварочной формы теплоотдача в узлах, находящихся в форме происходит также как и во всех остальных узлах – в атмосферу.

При учете нелинейности теплофизических характеристик выражения (4) и (5) примут вид:

Tn,k +1 = Tn,k + n,k 1 (n+1,m,k n1,m,k )(Tn+1,m,k Tn1,m,k ) (n,m+1,k n,m1,k )(Tn,m+1,k Tn,m1,k ) В четвертой главе приводится описание технологического процесса АТСР способом промежуточного литья. Показано, что технологический процесс АТСР состоит из ряда основных этапов: подготовительного, предварительного высокотемпературного подогрева (рис.2, а) и технологической паузы, сварки (рис.2, б) и заключительного, каждый из них, в свою очередь, состоит из отдельных операций. На подготовительном этапе производится подготовка торцов рельсов к сварке (очистка от ржавчины, окалины, краски и т.д.), установка необходимой величины зазора, а также установка рельсов в одном уровне с некоторым возвышением свариваемых торцов для компенсации усадочных сил при кристаллизации, установка комбинированной стойки и газовой горелки с механизмом точной настройки, используемым для позиционирования горелки точно по оси зазора и реакционного тигля, в котором происходит реакция горения термита. На этом подготовительный этап заканчивается и начинается этап подогрева. Подогрев ведется газовой горелкой на протяжении 7-10 мин. После прекращения подогрева горелкой наступает технологическая пауза продолжительностью около 1 мин, за время которой убирается оснастка и производится подготовка к этапу сварки.

На этапе сварки производится воспламенение термитной смеси в реакционном тигле, происходят соответствующие реакции горения термита и, по окончании их, автоматический выпуск расплавленной термитной смеси в сварочную форму. Далее, на завершающем этапе, происходят кристаллизация металла шва и начинаются операции по окончательной обработке сварного соединения.

Также рассмотрены современные методы и средства контроля температур, и проведен их выбор для определения температур во время выполнения АТСР.

С учётом особенности технологического процесса АТСР для экспериментального определения температур был выбран контактный способ, а в качестве средств измерения температуры – термопары. Термопары располагались следующим образом: три термопары располагались на поверхности катания головки рельса на расстоянии 50 мм, 60 мм и 70 мм от торца рельса и одна термопара располагалась в средней части шейки рельса на расстоянии 60 мм от торца рельса. По полученным данным были построены графики распределения температур и проведено сравнение с распределениями температур, полученными с использованием расчетных моделей и вычислительных алгоритмов. В результате сопоставления было установлено, что наилучшее соответствие результатов имеет место при использовании расчетной модели на основе метода конечных разностей в нелинейной постановке, расхождение не превышает 10 %. Поэтому, данная расчетная модель была принята для проведения дальнейших исследований влияния технологических параметров на структуру металла шва и околошовной зоны.

В пятой главе приводится описание численных исследований влияния технологических параметров процесса АТСР на структуру металла шва и околошовной зоны. Для этого в расчетный алгоритм по определению температурных полей был вставлен блок, позволяющий проводить расчет структурных составляющих, на основе определения скоростей охлаждения и углеродного эквивалента. Проведёнными численными исследованиями установлено, что наиболее существенное влияние на структуру металла шва и околошовной зоны при АТСР оказывают такие технологические параметры, как тепловая мощность газового пламени при подогреве, продолжительность предварительного подогрева, продолжительность технологической паузы между подогревом и заливкой. Варьирование технологических параметров было в широком диапазоне: тепловая мощность газового пламени 4,5-6 кВт, продолжительность предварительного подогрева 7-10 мин, продолжительность технологической паузы 0,8-1,2 мин, температура заливаемого расплавленного металла 2600-2800 °С. При этом, определение количественного состава структурных составляющих проводилось для наиболее опасных сечений: центр сварочной ванны и линия сплавления. Распределение в поперечном сечении рельса скоростей охлаждения и структурных составляющих для следующих технологических параметров: тепловая мощность газового пламени 5,5 кВт, продолжительность предварительного подогрева 9 мин, продолжительность технологической паузы 1 мин, температура заливаемого расплавленного металла 2700 °С приведено на рис. 3. В результате исследований было установлено, что на линии может образовываться мартенсит с максимальным содержанием в пере подошвы рельса, а в остальном сечении рельса содержится незначительное количество мартенсита.

Рис.3. Распределение на линии сплавления: а) скоростей охлаждения;

Полученные в результате расчета при указанных технологических параметрах данные подтверждаются металлографическими исследованиями.

Имеются данные, что структура металла за зоной термического влияния состоит из сорбитообразного перлита с участками пластинчатого перлита.

Структура термитного металла в головке и шейке рельса представляет собой литую крупнокристаллическую структуру игольчатого малоуглеродистого сорбита с ферритом по междендритным прослойкам. Структура зоны термического влияния состоит из сорбита закалки и ферритной сетки вокруг зерен.

Закалочные структуры в зоне термического влияния отсутствуют (рис. 4).

Рис. 4. Микроструктура металла рельса, сваренного при базовых технологических параметрах ( 100): а) структура термитного металла;

в) структура металла за зоной термического влияния Таким образом, проведенные металлографические исследования показали, что микроструктура рельсов, сваренных при данных технологических параметрах близка к микроструктуре термоупрочненных рельсов, которая, согласно требованиям ГОСТ Р 51685-2000 должна представлять собой мелкодисперсный пластинчатый перлит (троостит или сорбит закалки).

Также в результате исследований было установлено, что уменьшение тепловой мощности газового пламени до 4,5 кВт приводит к несплавлению и увеличению содержания мартенсита в рассматриваемых сечениях. Это сопровождается уменьшением содержания смеси феррит+перлит. В поперечных сечениях, расположенных в центре сварочной ванны и на линии сплавления, происходит увеличение содержания бейнита. Увеличение тепловой мощности газового пламени до 6,0 кВт приводит к увеличению температур в поперечном сечении. При этом было установлено, что дальнейшее увеличение тепловой мощности газового пламени не целесообразно и значение тепловой мощности 6,0 кВт является максимально возможным. Также было получено, что при увеличении тепловой мощности газового пламени до 6, кВт, происходит уменьшение содержания мартенсита, во всех сечениях. Содержание смеси феррит+перлит увеличивается, а содержание бейнита несколько снижается. Уменьшение продолжительности предварительного подогрева до 7 мин может приводить к несплавлению. Одновременно происходит увеличение содержания мартенсита и уменьшение содержания бейнита и смеси феррит+перлит. Увеличение продолжительности предварительного подогрева до 10 мин приводит увеличению содержания мартенсита и уменьшению содержания бейнита и смеси феррит+перлит.

Полученные расчетные данные также подтверждаются экспериментальными исследованиями. Исследованные образцы были изготовлены при проведении практических занятий во время обучения сварщиков-термистов.

В результате исследований данных образцов было установлено, что при несоблюдении технологических параметров во время сварки имеют место следующие дефекты: при меньшей тепловой мощности газового пламени и при меньшей продолжительности подогрева – непровары и поры, а также, образование значительного количества мартенсита (до 10 %) в пере подошвы рельса; при значительном увеличении тепловой мощности газового пламени, и при увеличении продолжительности подогрева – имеет место расплавление рельсового металла с последующим стеканием частиц в стык, и, в результате, образуется дефект-включение.

1. Сравнительный анализ данных Департамента пути и сооружений ОАО РЖД показал, что из 71 случая сходов подвижного состава, произошедших на сети железных дорог в 2001-2002 гг. и отнесенных на путевое хозяйство, 67 произошли на звеньевом пути и только 4 – на бесстыковом. В стыках, выполненных АТСР разрушений не выявлено.

2. В результате проведённого анализа установлено, что единственно возможным способом, для получения неразъёмного соединения рельсов в зонах стрелочных переводов, является АТСР, т.к. захваты контактных сварочных машин имеют значительные габариты и ими невозможно захватить концы рельсов, а электродуговой (ванный) и газопрессовый способы в настоящее время не применяются, из-за низкой производительности и невысокого качества сварного шва.

3. Проведённый анализ существующих методов расчета температурных полей и скоростей охлаждения показал, что ни один из них в полном объеме не может быть применен к способу АТСР методом промежуточного литья с предварительным высокотемпературным подогревом, т.к. требуется учесть ряд особенностей по условиям технологического процесса сварки.

В связи с этим, для анализа тепловых процессов при АТСР потребовалась разработка расчётных методов в линейной и нелинейной постановках, позволяющих получать результаты с достаточной для инженерных расчетов степенью точности.

4. Разработанные в диссертации алгоритмы и программное обеспечение позволяют проводить расчёты температурных полей, скоростей охлаждения и структурных составляющих, по которым возможно оценить склонность к зарождению трещин и последующему хрупкому разрушению сварных стыков рельсов.

5. Достоверность разработанных методов проверена путем сопоставления расчётных данных с результатами экспериментов, проведённых на натурных образцах, с использованием современной аппаратуры. Установлено, что расхождение расчётных и экспериментальных данных находится в пределах 10-13 %, при использовании для расчёта метода конечных разностей в нелинейной постановке и около 12-15 % – в линейной.

6. Численные исследования, проведённые с использованием разработанного метода, позволили выявить особенности распределения температурных полей, скоростей охлаждения и структурных составляющих, как в продольном направлении, так и в поперечных сечениях рельсов. Установлено, что при подогреве рельсы прогреваются неравномерно по высоте: головка нагревается до большей температуры, чем подошва, шейка рельса имеет промежуточную между ними температуру.

7. В результате проведённого численного анализа установлено, что структурный состав сварного шва, зоны сплавления и зоны термического влияния определяется основными технологическими параметрами термитной сварки. Наибольшее влияние оказывают такие параметры как тепловая мощность газового пламени и продолжительность подогрева. Так, например, повышение мощности газового пламени с одновременным снижением продолжительности этапа подогрева способствует образованию мартенситной структуры на периферийных участках подошвы рельсов, что может привести к образованию трещин и разрушению при эксплуатации.

8. Многочисленные натурные испытания сварных образцов рельсов подтвердили, что несоблюдение технологических параметров при выполнении АТСР приводит к хрупким разрушениям по зоне сплавления, начинающимся от периферийных участков подошвы рельса, расположенных в зоне сплавления. Дальнейшее распространение трещин происходит по зоне сплавления с возможным переходом в основной металл рельса или сварной шов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Анализ перераспределения температур в поперечном сечении рельса путем математического моделирования тепловых процессов при его предварительном нагреве перед выполнением алюминотермитной сварки / Н.Н.

Прохоров, Н.Н. Воронин, Р.А. Королев // состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением: Сборник научн. трудов МГВМИ.-М., 2005. – Вып.5 – С.312-317.

2. Математическое моделирование тепловых процессов при алюминотермитной сварке / Н.Н. Прохоров, Н.Н. Воронин, Р.А. Королев // состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением: Сборник научн. трудов МГВМИ.-М., 2005. – Вып.5 – С.318 – 3. Разработка технологии ремонтной сварки переводов с применением алюминотермитной сварки / Р.А. Королев, П.В. Рожков, Н.Н. Воронин // неделя науки – 2005: Труды конференции МИИТ.-М., 2005. – С.IX-32- IXРасчет температур при подогреве и сварке рельсов аналитическим и численным методами / Н.Н. Воронин, Р.А. Королев // неделя науки – 2004:

Труды конференции МИИТ.-М., 2004. – С.IV-14.

5. Экспериментальное определение термических циклов при сварке рельсов алюминотермитным способом / Р.А. Королев, О.Н. Трынкова // юбилейная XV международная Интернет-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения: Тезисы докладов ИМАШ РАН.-М., 2003. – С.58.

6. Применение метода конечных разностей для расчета температурных полей при сварке рельсов алюминотермитным способом / Р.А. Королев, О.Н. Трынкова // V Международная конференция ЮНЕСКО “Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий”: Сборник научн. докладов МГИУ. - М., 2003. – С.235-236.

7. Расчетные модели температур подогрева рельсов перед выполнением алюминотермитной сварки рельсов / Н.Н. Воронин, Н.Н. Прохоров, Р.А. Королев // Безопасность движения поездов: Труды четвертой научнопрактической конференции. -М., МИИТ 2003. – С. Ш-14.

8. Королев Р.А., Плаксина Е.В., Воронина О.Н., Воронин Н.Н. Расчетноэкспериментальная методика определения эффективной мощности подогрева при алюминотермитной сварке рельсов / Труды научнопрактической конференции Неделя науки – 2003 “Наука - транспорту”, М.: МИИТ, 2004, с V-6.

9. Обоснование основных технологических параметров алюмотермитной сварки рельсов / Н.Н. Воронин, Р.А. Королев // сварка на рубеже веков:

Тезисы докладов МГТУ им. Н.Э. Баумана.-М., 2002. – С.40.

10. Расчетное обоснование технологических параметров сварки рельсов алюминотермитным способом / Р.А. Королев, О.Н. Воронина // научнотехнические проблемы развития Московского мегаполиса: Тезисы докладов ИМАШ РАН.-М., 2002. – С.66.

11. Определение влияния температуры подогрева на структуру металла рельсов, сваренных алюмотермитным способом / Н.Н. Воронин, Р.А. Королев // Безопасность движения поездов: Труды третьей научно-практической конференции МИИТ.-М., 2002. – С. Ш-16.

12. Воронин Н.Н., Королев Р.А. Обоснование основных технологических параметров алюминотермитной сварки рельсов / Сварка на рубеже веков:

Тезисы докладов научно-технической конференции 20-21 января 2003, М., МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2002, с 40.



 
Похожие работы:

«Гришина Елена Александровна ГАЗОДИНАМИКА И РАСЧЕТ ЭЖЕКЦИОННЫХ И ВИХРЕВЫХ ПНЕВМОЗАТВОРОВ Специальность 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2013 2 Работа выполнена на кафедре Гидравлика и гидропневмосистемы Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Южно-Уральский государственный университет (научный...»

«Алонсо Владислав Фиделевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРЕДНЕЙ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ С АБС 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград - 2008 Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ревин Александр Александрович. Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор...»

«Нафиз Камал Насереддин ОРГАНИЗАЦИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРСПЕКТИВНОГО КОМПЛЕКСА ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ (на примере Палестины) Специальность: 05.02.22 – Организация производства (строительство) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2007 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете (ГОУ ВПО МГСУ). Научный...»

«КОРОБОВА Наталья Васильевна НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПЛОТНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ НА ПРЕССАХ Специальность 05.03.05 - Технологии и машины обработки давлением АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2009 Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана. Официальные оппоненты : д. т. н., проф. Смирнов...»

«РОМАНОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ 4Ч 11,0/12,5 ПРИ РАБОТЕ НА МЕТАНОЛО-ТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ Специальность 05.04.02 - тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2010 2 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная академия Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Лиханов Виталий Анатольевич Официальные оппоненты : доктор технических...»

«Рожков Николай Николаевич КВАЛИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И МОДЕЛИ КОМПЛЕКСНОГО ОЦЕНИВАНИЯ КАЧЕСТВА УСЛУГ В СОЦИАЛЬНОЙ СФЕРЕ Специальность 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна....»

«КОВКОВ ДЖОРДЖ ВЛАДИМИРОВИЧ Разработка методики выбора орбит космических аппаратов астрофизических комплексов Специальность 05.07.09 Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 1 Работа выполнена на кафедре Системный анализ и управление Московского авиационного института (государственного технического университета, МАИ). Научный руководитель : доктор технических...»

«КОВАЛЕВ АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УРАВНОВЕШЕННОСТИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ РОТОРОВ С МАГНИТНЫМИ ПОДШИПНИКАМИ НА ОСНОВЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА СБОРКИ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рыбинск – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Пермский национальный исследовательский...»

«ЛАВРЕНКО Сергей Александрович ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ КЕМБРИЙСКИХ ГЛИН Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет Горный Научный...»

«УДК 621.81 АБОРКИН Артемий Витальевич ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН СО СВАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2010 Работа выполнена на кафедре Технология машиностроения ГОУ ВПО Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«ЧИСТЯКОВ Анатолий Юрьевич РОБОТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ С МЕХАНИЗМАМИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПОДВЕСНЫХ ПЛАТФОРМ Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2006 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения Научный руководитель : кандидат...»

«Костюк Инна Викторовна МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ АДАПТИВНОГО РАСТРИРОВАНИЯ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010   Работа выполнена на кафедре Технологии допечатных процессов в ГОУ ВПО Московский государственный университет печати. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Кузнецов Юрий Вениаминович Официальные...»

«УДК 621.87+541.6:678.02 Рыскулов Алимжон Ахмаджанович НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ И МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ 05.02.01 – Материаловедение в машиностроении АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Ташкент - ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы....»

«АБДУЛИН Арсен Яшарович МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВОДОМЕТНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ СКОРОСТНЫХ СУДОВ Специальность: 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2014 Работа выполнена на кафедре Прикладная гидромеханика Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический...»

«Барабанов Андрей Борисович ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ СПОСОБОМ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ Специальность 05.03.01. Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 Работа выполнена на кафедре Высокоэффективные технологии обработки Государственного образовательного...»

«Кузнецов Андрей Григорьевич ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОЦЕНКИ КООРДИНАТ МАЛОГАБАРИТНОГО БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ Специальность 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (Авиационная и ракетно-космическая техника), Специальность 05.07.09 Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2011 г. Работа выполнена...»

«Рожкова Елена Александровна ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ НЕПОДВИЖНЫХ НЕРАЗБОРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С РАВНООСНЫМ КОНТУРОМ С НАТЯГОМ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Чита – 2014 2 Работа выполнена в Забайкальском институте железнодорожного транспорта филиале федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального...»

«Горячев Дмитрий Николаевич СИСТЕМА ГИДРОПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРОВ ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОГО АГРЕГАТА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Специальность 05.02.02 Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2011 г. Работа выполнена в ГОУ ВПО Ковровская государственная технологическая академия имени В. А. Дегтярева (КГТА). Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Даршт Я. А. Официальные оппоненты...»

«ЗОЛОТАРЁВА ОЛЬГА ВИКТОРОВНА ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА САМООРИЕНТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ ВЫЯВЛЕННЫХ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В ПРОЦЕССЕ ИХ ПОШТУЧНОЙ ВЫДАЧИ ИЗ БУНКЕРА Специальность 05.02.08 Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2006 4 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ковровская государственная...»

«КОНДРЕНКО Виталий Андреевич ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК (на примере дизелей типа ЧН 12/12) 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул-2008 Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии 15 Центральный автомобильный ремонтный завод Министерства обороны РФ Научный руководитель : доктор...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

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.