Введение к работе
Железнодорожный транспорт широко используется^ в различных — отраслях народного хозяйства, т.к.-это эффективный н высокоэкономич-""ный "способ перевозок. Для работы в условиях промышленных предприятий к железнодорожному пути предъявляется ряд специфических требований. Транспорт на железных дорогах промышленных предприятий обычно движется с небольшими скоростяхми, частыми остановками при больших тормозных и тяговых усилиях. В условиях промышленных предприятий рельсовое полотно подвергается высоким удельным статическим и динамическим нагрузкам, воздействию абразивных материалов тт др. Частые остановки транспорта вызывают просадку полотна, особенно в области стыков рельсов. Все это приводит к повышенному износу рельсов, рельсовых переводов и скреплений. Традиционно применяемый сборный рельсовый стык на накладках и обхватах быстро выходит из строя. Выход рельсового пути из строя приводит к остановкам движения транспорта и необходимости проведения ремонтных работ, что в условиях непрерывного цикла производства не всегда возможно.
Поскольку стык рельсов является одним из наиболее узких мест путевого хозяйства промышленных предприятий, целесообразно применение бесстыкового пути.
Актуальность темы. Для получения бесстыковых плетей и ремонта пути находят применение различные способы сварки: контактная, термитная, газопрессовая и дутовая. При сварке стыков рельсов и ремонте пути в условиях промышленных предприятий возможно применение дуговой, термитной и контактной сварки. Следует отметить, что термитная сварка не обеспечивает стабильности качества сварного стыка и от-сутствуст возможность сварки в зимних условиях, а также требует специальные меры техники безопасности. 90 % железнодорожного пути стран СНГ сварено контактным способом, который обеспечивает достаточную стабильность качества сварки, но используется дорогостоящее и громоздкое оборудование, который применяется в основном для укладки новых рельсовых плетей. Ручной дуговой способ имеет низкую производительность и не всегда обеспечивает требуемое качество сварного соединения.
В этой связи можно констатировать, что дальнейшие исследования и разработки, направленные на совершенствование технологии сварки стыков рельсов в условиях промышленных предприятий, являются актуальной задачей.
2 Связь работы с научными программами, планами, темами.
Работа выполнена на основании постановления ГКНТ о научно-технической программе 0.54.07. от 30.10.85г. №555 «О создании и внедрении прогрессивных систем технических средств и технологических процессов промышленности и новых специализированных видов транспорта», приказа Минчермета СССР от 16.02.88г. №138 «О мерах по повышению технического уровня и укреплению материально-технической базы путевого хозяйства железнодорожного транспорта предприятий отрасли», хоздоговорной темы с ЦГОСТБтрансчермст г. Мариуполь «Создание и внедрение головного образца установки для сварки рельсовых нитей в условиях предприятий Минметаллургии СССР».
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии сварки и ремонта стыков рельсов в условиях промьшгленных предприятий, повышающей производительность и качество сварного шва.
Для достижения поставленной цели потребовалось решать следующие задачи:
исследовать влияние температуры предварительного подогрева на образование закалочных структур при сварке высоко>тлеродистых рельсовых сталей;
выбрать и обосновать параметры режима сварки и сопутствующего подогрева;
разработать технологию местного сопутствующего подогрева, с целью исключения образования закалочных структур;
обосновать выбор методики, имитирующей условия эксплуатации для проведения исследований по определению прочностных характеристик сварных рельсов;
обосновать выбор сварочных материалов, применительно к выбранному способу сварки;
разработать технологию сварки и ремонта стыков рельсов в условиях промышленных предприятий.
Научная новизна полученных результатов. С помощью математического и физического моделирования определены температурные, поля в зоне термического влияния сварных соединений стыков рельсов и впервые установлено, что при сварке стойки рельсов погонная энергия увеличивается в 1,2-1,5 раза по отношению к головке и подошве рельса, что позволило повысить производительность процесса сварки.
Установлено, что предварительный подогрев рельсовой стали до 300 С обеспечивает охлаждение металла после сварки со скоростью соответствующей превращению вбейнитной области, а до 340-360 С с упреждающей сопутствующей тепловой обработкой, обеспечивает получение феррито-сорбитной структуры со свойствами, близкими к основному металлу.
Установлена зависимость распределения твердости в зоне термического влияния от параметров предварительного и сопутствующего подогрева, что позволило выбрать оптимальный режим сварки.
Численным решением дифференциального уравнения теплопроводности при многопроходной сварке, определено время упреждающего и сопутствующего подогрева для стали М76 - 70-90 секунд, М75 - 80-100 секунд, 60ГД - 60-80 секунд.
Практическое значение полученных результатов. Определены тепловые параметры и оптимальный зазор, которые обеспечивают высокое качество сварного соединения стыков рельсов. Установлены параметры предварительного и сопутствующего подогрева, на основании которых разработана и опробована технология сварки стыков рельсов в полевых условиях.
Использование предложенной технологии сварки стыков рельсов позволило улучшить качество сварного соединения и повысить производительность сварочных работ по сравнению с ранее применявшейся ручной дуговой сваркой.
Разработано и опробовано сборочно-сварочное приспособление, обеспечивающее соосность собранных рельсов и существенно снижающее трудоемкость процесса. Проведена апробация предложенной технологии в условиях комбината «Азовсталь» и принята к внедрению.
Личный вклад соискателя. Автором выполнен анализ влияния температуры предварительного и сопутствующего подогрева на микротвердость основного металла и зоны термического влияния при сварке рельсовых сталей, построена математическая модель и на ее основе построены температурные поля в зоне термического влияния при сварке стыков рельсов, исследованы влияния зазора в стыке рельсов на статическую прочность. Автором проведен расчет и получены зависимости предела выносливости при сварке стыков рельсов по различным технологиям. Разработанная автором технология сварки стьисов рельсов внедрена на комбинате «Азовсталь» при личном участии соискателя. Автором подтверждено ожидаемое повышение производительности при проведении ремонтных работ по сварке стыков рельсов в сравнении с ранее при менявшейся для этой цели ручной дуговой сварки и снижение затрат на
4 оборудование при соединении новых рельсов с использованием контактной сварки.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались на V Всесоюзной научной конференции (Одесса, 1991 год); Всесоюзной конференции "Быстрорежущие стали, их производство, применение и прогрессивные технологии упрочнения режущего инструмента (Москва, НТЦИ, 1992 год); Региональной научно-технической конференции (Мариуполь, 1992 год); II региональной научно-технической конференции (Мариуполь, 1993 год); III региональной научно-технической конференции (Мариуполь, 1995 год); Юбилейной научно-технической конференции (Мариуполь, 1996 год); на научных семинарах кафедр "Оборудование и технология сварочного производства" и "Металлургия и технология сварочного производства" Приазовского государственного технического университета (Мариуполь, 1994, 1997 годы).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 статьи в научных журналах, 4 тезиса докладов на научно-практических конференциях, получен патент по заявке №93006489 государственной регистрации приоритет от 19.05.93.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов, списка литературы из 102 наименований, 2 приложений и содержит 138 страниц машинописного текста, 28 рисунков, 3 таблиц.