Антіпін Є. В. Технологія контактного стикового зварювання оплавленням залізничних рейок конверторного виробництва

Дисертаційна робота присвячена розробленні ефективної технології контактного стикового зварювання оплавленням термічнозміцнених залізничних рейок конверторного виробництва. Експлуатаційні показники зварних стиків залізничних рейок є важливою складовою довговічності залізниць і регламентуються чинними вітчизняними і міжнародними стандартами. Нероз’ємне з’єднання рейок при виготовленні та укладанні в колію довгомірних рейкових плітей переважно виконується контактним стиковим зварюванням оплавленням (КСЗО). Провідні світові виробники залізничних рейок постійно удосконалюють рейкові сталі з метою збільшення показників твердості, опору крихкому руйнуванню, зносостійкості, зокрема у головці рейки. Перехід на киснево-конверторний спосіб виплавки рейкових сталей суттєво вплинув на зварюваність залізничних рейок. На залізницях України переважно використовуються термічнозміцнені рейки конверторного виробництва класу твердості 350HV30 марок сталей К76Ф, R350HT. Показники міцності та зносостійкості рейок забезпечуються за рахунок регламентованого розподілу твердості по перерізу рейки. Забезпечення відповідності зварних стиків залізничних рейок вимогам національного стандарту ДСТУ EN 14587-2:2015 (EN 14587-2:2009, IDT), гармонізованого з відповідним європейським нормативним документом, обумовлює необхідність врахування енергетичних параметрів процесу КСЗО, які визначають термічні цикли при оплавленні та розподіл температур у зоні термічного впливу (ЗТВ) зварних стиків рейок. До теперішнього часу не визначений надійний алгоритм забезпечення відповідності зварних з’єднань рейок нормативним вимогам при зміні технологічних параметрів КСЗО і зовнішніх факторів (виробник рейок, марка сталі, стан рейкозварювальної машини, параметри дизель-генератора, якість підготовки торців рейок та інше). Тому, на практиці технологія КСЗО оптимізується дослідним шляхом для наявної партії залізничних рейок і умов виконання робіт, зокрема конкретних рейкозварювальної машини і дизель-генератора. Актуальність теми дисертації полягала в необхідності наукового обґрунтування розроблення ефективної технології КСЗО залізничних рейок конверторного виробництва класу твердості 350HV30, яка забезпечить відповідність зварних стиків рейок вимогам чинних нормативних документів. Мета роботи – розробити ефективну технологію контактного стикового зварювання оплавленням залізничних рейок конверторного виробництва, яка забезпечує відповідність зварних з’єднань рейок вимогам чинних стандартів. Для досягнення мети роботи проводили розрахунково-експериментальне дослідження термічних циклів КСЗО і розподілу температур в зоні з’єднань, оцінку їх впливу на структуру та показники механічних властивостей зварних стиків залізничних рейок, на цій основі визначали діапазони зміни основних технологічних параметрів КСЗО залізничних рейок класу міцності 350HV30, при яких забезпечується відповідність зварних з’єднань вимогам чинних нормативних документів. В роботі досліджено процес формування зварних з’єднань рейок при КСЗО, реалізований на стаціонарних та мобільних рейкозварювальних машинах К1000 і К922-1 розробки Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України. Розроблено математичні моделі та відповідні засоби комп’ютерної симуляції кінетики температурних полів при КСЗО залізничних рейок. Використано чисельне розв’язання нестаціонарного рівняння теплопровідності поряд із комплексом необхідних лабораторних вимірювань впливу технологічних параметрів зварювання на температурні цикли в рейках, що зварюються. Це дозволило врахувати мультифізичні процеси оплавлення торців рейок, визначити характерну теплову ефективність процесу КСЗО та підтвердити належну точність розрахунків на рівні 8 %.