残余应力对钢轨焊接接头落锤试验性能的影响

对钢轨窄间隙电弧焊接头热处理前后的残余应力分布进行了测量和比较,结合落锤试验结果和断口形貌,分析了焊接残余应力对钢轨接头落锤试验性能的影响.结果表明,热处理前,钢轨接头的轨腰和轨颚部位存在较大残余拉应力,在落锤冲击载荷作用下容易形成裂纹源,并沿轨腰向母材延伸、扩展、断裂;热处理后,钢轨接头的残余应力最大值下降1/2~2/3,抗冲击载荷能力显著提高,落锤试验时的钢轨接头沿焊缝中心或热影响区垂直断裂.钢轨接头存在较大残余应力时,在落锤冲击载荷作用下,容易在残余应力较大的部位产生裂纹,并加速扩展和断裂.     

钢种、轨型及生产工艺对钢轨矫后残余应力的影响

研究了不同钢种（U74、U71Mn、BnbRE）、不同轨型（50kg/m、60kg/m、75kg/m）及在不同生产工艺下，钢轨矫后残余应力值的变化。结果表明，不同钢种生产的同轨型钢轨，矫后钢轨轨底中心部位残余应力值随着钢轨强度级别的增加而增加，同钢种、不同轨型的钢轨矫后轨底中心残余应值随着钢轨单位长度质量的增加而增加，同钢种、同轨型的钢轨随着矫直力的增加，钢轨矫后轨底中心残余应力值也增加。而钢轨终轧温度的高低，矫前原始弯曲度的大小（Y轴方向）在现有生产工艺条件下，对钢轨矫后轨底中心残余应力值无明显影响。     

钢轨砂带打磨残余应力的试验与仿真研究

为直观了解钢轨砂带打磨后钢轨表面的残余应力状态，在磨削试验台上开展磨削工艺参数对残余应力影响的试验研究，采用便携式残余应力仪测量磨后轨面中线轨向残余应力。结果表明:打磨后轨面在磨削方向产生了拉伸残余应力，大小在100～300 MPa；而径向残余应力则主要以压应力形式存在，大小在0～-250 MPa。为研究残余应力形成过程中影响因素的作用机理，进行基于热力耦合的单磨粒划擦三维有限元仿真分析，揭示摩擦系数、切入深度和切削速度对钢轨表层残余应力分布的影响规律并分析其机理成因。最后，根据试验和仿真结果建议打磨列车的末端打磨单元采用开式打磨，砂带要求磨粒粒度小、自锐性强，磨削工艺优选低压、低速，并增设水介质冷却与润滑。      

客运专线道岔尖轨轨底残余应力测试

众所周知,型钢或零件中存在残余拉应力时,会降低构件的疲劳强度。钢轨轧制过程中,尤其是轧制后的变形采用辊矫后,轨底普遍存在残余拉应力[1-3]。这种拉应力与车轮动载荷相叠加,容易在轨底的缺陷处诱发疲劳裂纹,最终使重轨产生早期疲劳断裂失     

钢轨复合矫直技术的应用

为了满足铁路发展对高平直度钢轨的需求,攀钢采用了复合矫直技术。研究及实际应用表明,复合矫直后钢轨端部及中央平直度合格率提高,轨高变化更均匀,钢轨残余应力降低,钢轨使用寿命提高。     

重载贝氏体钢轨闪光焊的关键技术及应用实践

贝氏体钢轨具有较高的强度和韧性,但闪光焊焊态接头热影响区中的马贝复相组织(亮带)以及局部的原奥氏体晶界偏析形成的马氏体组织(亮条)对于钢轨焊接来说是一种缺陷组织,并且,正火热处理无法消除。实践表明,焊态或正火闪光焊接头中的该组织由于自身的膨胀,导致接头内部残余应力增大。在钢轨使用过程中,由于滚动接触疲劳应力,出现焊缝水平裂纹、接头压溃等缺陷。消除贝氏体钢轨闪光焊接头缺陷的关键技术是对接头进行热处理,经过正火和高温回火,原奥氏体晶粒细化,马氏体转变成回火屈氏体,残余应力可以有效消除。热处理后的焊接接头在使用过程中表现出了良好的使用性能,经过3亿t运量,未发现产生缺陷,使用情况良好。     

钢轨焊接接头的静弯试验有限元建模及受力分析

钢轨焊接接头的静弯试验是评定焊接工艺和接头性能的重要方法。基于静弯试验系统的结构特征,建立了包含双接触对的钢轨焊接接头静弯接触有限元模型,分析了单元尺寸和接触刚度等接触对参数对计算时间及计算结果精度的影响,优化确定出合适的单元尺寸和接触对模型参数,并通过对比已有文献数据,证明了模型的适用性。然后根据钢轨闪光焊接头的静弯检验标准,对钢轨轨头受压(正弯)和轨头受拉(反弯)时的应力分布进行了模拟计算,获得了钢轨静弯时的应力分布特征、最大等效应力及其位置。通过对计算结果进行分析,对钢轨窄间隙电弧焊接头的强度、残余应力等提出了控制要求,可为后续钢轨窄间隙电弧焊接的工艺改进、接头质量控制和性能改善提供有价值的参考。     

钢轨万能轧制过程的数值模拟

用MARC有限元软件对钢轨的轧制过程进行了三维弹塑性有限元模拟,分析了钢轨的轧后变形、轧制状态下钢轨内部应力的分布以及轧后残余应力分布,为合理配置精轧前万能孔型,指导物理模拟,并为提高钢轨质量奠定了理论基础。     

考虑塑性的钢轨表面疲劳微裂纹分析

目的 研究塑性条件下受重复轮轨荷载的钢轨表面的初始疲劳裂纹行为。方法 建立含表面微裂纹的钢轨二维有限元模型,通过耦合裂纹面对应节点达到无裂纹的效果。经过几次循环加载后取消节点耦合设置,达到出现裂纹的效果。分析随着轮轨循环加载钢轨的响应,计算残余应力强度因子,并利用渐进状态（随着循环次数的增加,裂纹尖端区新产生的塑性越来越小,裂尖小范围内塑性不再增加）下的应力强度因子计算初始疲劳裂纹扩展速率。结果 有限元模拟中,轮轨荷载循环加载在钢轨上表面,使其产生拉伸残余应力,且随着深度增加,拉伸残余应力越来越小。裂纹萌生后,不同角度的裂纹残余（KI）都随循环次数的增加而减小,但残余（KII）都随循环次数的增加而增大。受残余应力的影响,渐进状态下的钢轨表面初始微裂纹应力强度因子随裂纹角度（θ）的增加而增加。结论 钢轨表面的残余应力加快了初始微裂纹的扩展速率,降低了钢轨的使用寿命。     

50AT尖轨感应淬火的数值模拟

通过对尖轨轨头进行中频感应淬火处理,可提高其强度、耐磨性及延长尖轨寿命。轨头淬火后,会产生较大的残余应力。通过建立50AT尖轨模型,进行淬火模拟仿真得到淬火后残余应力分布,并采用盲孔测应力法对比验证应力结果。结果表明:轨底中部残余应力值较大,尖端部分残余应力值较小;选择轨底相同位置测点,得到模拟仿真应力值与实测应力相差较小。试验结果可用于指导尖轨淬火后残余应力的消除及振动时效时激振器的放置位置。     

钢轨自保护药芯焊丝自动窄间隙电弧焊工艺及装备研究

无缝线路建设的大范围展开迫切需要性能、质量、生产效率相匹配的原位焊接方法,目前使用最多的为铝热焊和电弧焊.介绍了窄间陈电弧焊在钢轨焊接中的应用,并重点对电弧位置实时检测技术和自保护药芯焊丝自动钢轨窄间隙电弧焊工艺及装备进行了说明.进行接头性能试验,结果表明:采用钢轨自保护药芯焊丝自动窄间隙电弧焊焊接的接头性能良好,完全...     

A new method of welding with trailing peening for controlling welding stress and distortion

In order to control welding stress and distortion, a new welding with trailing peening method based on the electromagnetic hammer was developed. This method uses the idea of constant frequency pulse width modulation for designing the control circuit of peening force and peening frequency. The peening force can be adjusted between 0 and 1 000 N and the peening frequency ranges from 0 to 25 Hz. Peening force is applied to the weld metal and the weld toe during the welding by peening head. The experiments show that the method is portable and flexible, and it can adjust the distribution state of welding residual stress, making grain refinement. When the peening force is changed to 700 N and the peening frequency to 3 Hz, both the transverse and longitudinal residual stresses will drop obviously.     

热轧钢轨残余热应力有限元分析

本文采用热力耦合的计算方法,计算了热轧钢轨冷却过程温度场以及残余热应力场.详细分析了钢轨横截面上的残余热应力分布规律及其产生的原因,提出了降低残余热应力的控制冷却方法.     

Effect of material parameters on stress wave propagation during fast upsetting

Based on a dynamic analysis method and an explicit algorithm, a dynamic explicit finite element code was developed for modeling the fast upsetting process of block under drop hammer impact, in which the hammer velocity during the deformation was calculated by energy conservation law according to the operating principle of hammer equipment. The stress wave propagation and its effect on the deformation were analyzed by the stress and strain distributions. Industrial pure lead, oxygen-free high-conductivity （OFHC） copper and 7039 aluminum alloy were chosen to investigate the effect of material parameters on the stress wave propagation The results show that the stress wave propagates from top to bottom of block, and then reflects back when it reaches the bottom surface. After that, stress wave propagates and reflects repeatedly between the upper surface and bottom surface. The stress wave propagation has a significant effect on the deformation at the initial stage, and then becomes weak at the middle-final stage. When the ratio of elastic modulus or the slope of stress--strain curve to mass density becomes larger, the velocity of stress wave propagation increases, and the influence of stress wave on the deformation becomes small.     

矫直压力对钢轨矫直参数影响的有限元分析

本文在现有压力矫直理论的基础上,应用ANSYS软件针对钢轨端部弯曲的压力矫直建立了弹塑性分析模型,研究了矫直压力与残余应力、残余变形和压下量的变形规律。通过对比验证了该有限元模型的正确性,对于现场生产和相应自动矫直设备的开发具有指导意义。     

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 针对焊接接头不能通过落锤检验问题,对钢轨母材和焊接接头进行取样,采用SEM、硬度、冲击、拉伸等分析方法,对比母材和焊接接头相同部位的断口微观形貌、金相组织、硬度、冲击性能和拉伸性能;采用网格法对夹杂物进行计量分析。结果发现,母材基体存在元素偏析,母材和焊态钢轨里存在大量分布极不均匀的非金属夹杂物;母材硬度波动大、冲击性能低、强度高、韧性差;采用正常焊接工艺所得到的接头力学性能有所提高,但品质不稳定;局部夹杂缺陷是引起钢轨断裂的本质原因。