Cr和Si含量对重载铁路用75 kg·m^(-1)U77MnCrH钢轨组织与性能的影响

为开发适应重载铁路用高强韧、高硬度耐磨钢轨,按照C-Si-Mn-Cr成分设计体系进行U77MnCrH钢轨钢的成分设计和中试试验;基于中试试验的组织性能,筛选出组织性能较好的试验钢进行75 kg·m^(-1)U77MnCrH钢轨试制试验;使用金相显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、万能拉伸试验机及硬度计对75 kg·m^(-1)U77MnCrH钢轨试样进行组织性能分析。结果表明:随着Cr含量由0.26%增加到0.38%,钢轨钢试样中珠光体片层间距由165 nm减小到146 nm,抗拉强度和硬度均有提高,屈服强度R_(p0.2)与断后伸长率均有降低;随着Si含量由0.25%增加到0.45%,珠光体片层间距由165 nm减小到132 nm,断后伸长率和硬度均有提高,屈服强度R_(p0.2)明显增加,抗拉强度变化不大;0.45%的Si配合0.26%的Cr获得的钢轨珠光体更加均匀细小,片层间距分布更加均匀,力学性能与硬度匹配更好,抗拉强度达到1258 MPa,屈服强度R_(p0.2)达到845 MPa,断后伸长率达到13.0%,轨头顶面硬度达384 HBW,横断面硬度介于36.2~38.8 HRC。75 kg·m^(-1)U77MnCrH钢轨的各项指标对生产实践具有较强的参考价值。

钢轨铝热焊接过程传热传质行为计算流体力学数值分析

铝热焊在道岔焊接、既有线钢轨维修与断轨抢修中有着广泛的应用。由于铝热焊过程的封闭性,其温度与材料流动难以通过试验的方式进行测量。为此,运用计算流体力学的方法,采用k-ε湍流模型,结合流体体积法,并考虑液态金属的重力、浮力、表面张力与马兰戈尼效应,建立数值分析模型,对浇注和冷却过程不同时刻的传热传质行为进行定量分析,通过相分布特征研究凝固顺序,为后期优化浇注体系、构建新焊剂成分和砂型型式提供基础数据。结果表明:浇注过程中空气被裹挟进入熔池,浇注时间约为11 s,接头冷却至固相线1641 K以下的时间约为58 s;浇注开始后,不同区域最大温差约为1400 K,高温区位于轨底,低温区位于轨头;随着浇注的进行,轨头温度升高,轨腰温度先升后降,轨底温度降低;在浇注的最后阶段,不同区域温差缩小,最大约为400 K,高温区位于轨头,低温区位于轨底;在冷却过程中,轨头温度始终最高,轨底温度始终最低,按照轨底、轨腰、轨头的顺序发生凝固。

基于置信水平的钢轨焊接接头设备状态评定方法

[目的]为解决我国无缝线路钢轨设备状态评定体系不完善的问题,需要建立基于置信水平的钢轨焊接接头设备状态评定方法。[方法]阐述了目前我国规定的高速铁路钢轨平直度允许偏差、焊接接头平直度允许偏差。以我国某条已开通运营13年的高速铁路为案例,对该线钢轨焊接接头平直度数据进行分析,认为钢轨接头平直度检测数据总体服从正态分布。根据正态分布及置信区间原理,对均值和标准差评定法、置信水平评定法进行对比,提出了基于置信水平的钢轨焊接接头设备状态评定方法,得到高速铁路钢轨设备状态的评定标准。[结果及结论]该方法能够客观、直观地反映出钢轨焊接接头的设备状态,可以准确地掌握钢轨设备状态。该方法可为分析钢轨设备变化规律,以及制定大中修的标准、计划及方案等提供很好的理论依据。

高精度贝氏体火箭撬滑轨焊缝感应正火技术研究

针对贝氏体钢轨焊接接头感应正火工艺中焊缝轨腰部位探伤扫查出现缺陷回波的现象,对焊缝探伤数据进行分析,改进热处理设备的感应加热功率与加热时间,形成了贝氏体钢轨的闪光焊焊缝正火技术。本文重点对正火技术中难以满足探伤扫查的要求进行了试验验证。试验结果表明,该正火技术满足贝氏体钢轨焊接接头探伤扫查要求,满足了超高精度火箭撬滑轨的试验使用需求。

市域铁路智能化钢轨闪光焊接施工技术研究

市域铁路建设项目中多采用25 m定尺长度的短钢轨直接铺设至现场,通过移动式闪光焊接技术进行钢轨焊接施工形成无缝线路。受现场条件制约和作业参数多变的影响,钢轨焊接质量稳定控制存在一定困难。提出了一种基于远程数据采集和智能化分析、预警技术的现场钢轨闪光焊接技术。通过远程采集焊接、热处理以及作业环境参数等详细数据,构建了数据自动采集、自动传输、智能分析、自动预警系统,形成了智能化钢轨闪光焊接施工方法。通过在中原地区某市域铁路建设项目中的实践应用,验证了该工法的适用性。

钢轨闪光焊接头落锤断裂相关因素及非典型缺陷分析

在焊轨基地成品台上对钢轨闪光焊接头进行随机取样,并按铁路行业标准相关要求进行落锤试验,统计了落锤断口各类缺陷出现规律、灰斑缺陷的分布规律,分析了落锤结果与母材生产厂家、落锤温度的相关性。同时针对高性能钢轨U22SiMn、U95Cr进行落锤试验,分析了高性能钢轨的非典型缺陷。结果表明:U75V钢轨接头落锤试验性能优于U71Mn钢轨,且灰斑出现概率也低于U71Mn钢轨;导致U71Mn、U75V钢轨接头落锤试验不通过的原因有灰斑面积超标、灰斑露头、过烧、轨底微裂纹,其中灰斑面积超标和灰斑露头影响最大;灰斑缺陷出现的位置和面积都比较集中,其中80%以上出现在轨底角区域,灰斑面积10 mm^(2)以下的接头占出现灰斑接头总数的77%;攀钢钢轨闪光焊接头落锤试验断裂率最低;落锤试验温度在25~35℃范围内落锤断裂率最小;非典型缺陷高熔点夹杂物出现在U71Mn钢轨接头,渗碳体魏氏组织出现在U95Cr钢轨接头,团状马氏体组织出现在U22SiMn钢轨接头。

无缝钢轨焊接接头在冲击荷载作用下的磨损性能研究

为弄清无缝钢轨焊接接头处在列车运行冲击荷载作用下的磨损规律,对闪光焊和铝热焊两种焊接工艺下的接头,在不同冲击荷载、冲击循环次数下的磨损行为进行模拟试验研究。结果表明:母材区的磨损程度最小,焊缝区的磨损程度居中,焊热区的磨损程度最大,焊热区将先于焊缝区进入疲劳磨损状态;磨损程度随着冲击载荷和循环次数的增加而逐渐增大,在低冲击力下,闪光焊焊热区磨损程度小于铝热焊焊热区,在高冲击力下,闪光焊焊热区磨损程度高于铝热焊焊热区;经历冲击磨损后,珠光体组织逐渐拉长为纤维状,接头处的Fe元素含量逐渐减小,C、O元素将逐渐增加;疲劳磨损和氧化磨损是造成钢轨接头冲击磨损的主要原因。

GHG-800固定式闪光焊机脉动闪光焊接工艺试验及接头性能分析

采用GHG-800直流固定式闪光焊机脉动焊接工艺对鞍钢U71MnG钢轨进行焊接试验。对焊接设备、工艺和焊接质量进行分析,通过优化部分工艺参数,可有效改善GHG-800固定式闪光焊机脉动闪光焊轨底角灰斑的面积和尺寸,同时改善轨底角断口形貌,从而获得焊接接头良好的力学性能。同时,研究发现工艺调整前后灰斑出现的位置呈现一定的规律,检验了GHG-800固定式闪光焊机工艺的稳定性。合理的GHG-800固定式闪光焊机脉动闪光焊工艺可以通过型式检验的落锤、断口、晶粒度、静弯和探伤检验。

基于SERVQUAL模型的钢轨焊接监督服务质量评价模型研究

介绍钢轨焊接监督主要内容。以钢轨焊接监督服务质量评价为切入点,基于SERVQUAL模型,结合钢轨焊接监督服务的特点和特性,构建钢轨焊接监督服务质量评价模型及其指标与权重。以呼和浩特焊轨质量监督站为例,利用建立的评价模型,评价目前驻场钢轨焊接监督服务质量,并采用IPA模型分析评价结果,识别既有服务工作的优势、劣势及需要改进的方向,分析存在的不足,提出服务质量提升方案,以期为国内监督服务质量评价管理提供借鉴和参考。

随机森林算法在钢轨闪光焊接工艺质量预测模型数据预分类的应用

针对训练钢轨闪光焊接头质量预测深度学习模型需要大量数据集且采集困难的问题,采用预分类的方法,只选取相同需求顶锻量范围内的数据进行训练,以降低训练集数量并提高数据质量。以钢轨闪光焊接工艺的预测顶锻量为研究对象,随机森林回归算法进行建模,采用13个关键工艺参数预测实际顶锻量。研究结果表明:预测模型精度明显优于传统的理论建模及回归分析。在比较了多种常规算法的预测模型后发现,在训练样本较少的情况下,随机森林回归算法模型表现最佳。进一步数据分析得出,焊接工艺参数中的中期脉动阶段时间值、闪光末期钢轨消耗量和中期脉动钢轨消耗量对实际顶锻量影响权重相对较大。基于随机森林回归算法的预测模型为焊接实际需求的顶锻量预测及控制提供了一种有效的方法。

搅拌摩擦焊在轨道交通领域的应用现状与发展前景

从搅拌头几何特征对焊接过程的影响、动车组车体部件的搅拌摩擦焊与钢轨的搅拌摩擦焊3方面总结了搅拌摩擦焊技术在轨道交通领域的应用现状与发展前景。在搅拌摩擦焊过程中,搅拌头几何特征会影响焊接产热与材料流动,进而影响接头性能。因此,应合理设计搅拌头的轴肩形状与尺寸、搅拌针形状与尺寸及搅拌针螺纹。目前,动车组车体部件主要材质为铝合金,其搅拌摩擦焊工艺已较成熟。随着交通运载装备制造领域对轻量化的需求进一步增大,部分车体部件中开始采用镁合金,其搅拌摩擦焊是未来的研究方向。其中,铝-镁异质合金中对于IMCs的调控是研究重点。在钢轨搅拌摩擦焊方面,采用低转速与低焊接速度的方式,可以抑制马氏体组织形成,满足中国铁道行业标准的要求。在此基础上提升焊接效率,是未来研究的关键。

高速铁路焊接区轮轨动力学响应及疲劳分析

研究目的:针对不同行车条件下,高速列车通过钢轨焊缝区高频振动及轮轨冲击损伤问题,应用列车系统动力学理论,构建车辆–轨道耦合动力学模型,对钢轨焊接区典型不平顺对轮轨垂向动态响应特征及发生疲劳损伤的可能性进行研究。研究结论:(1)高速列车通过下凹型焊缝的轮轨冲击作用强于上凸型焊缝,通过W型不平顺的轮轨垂向动态作用强于V型不平顺;(2)随着焊缝区不平顺波深的增加或波长的减小,轮轨垂向响应增强,在铁路钢轨养护中,建议以波深0.4 mm及波长0.4 m为焊缝区限值进行打磨养护;(3)结合安定理论,确定钢轨焊缝的疲劳损伤区,横移量大于9.5 mm时,疲劳因子大于零,当横移量达到10.1 mm,上凸型焊接区疲劳因子达到0.041,下凹型焊接区疲劳因子达到0.068,下凹型焊缝更容易产生疲劳裂纹;(4)本研究成果可为高速铁路焊接区裂纹萌生可能性的预测及钢轨养护提供借鉴。

基于连续信号自适应分解的钢轨交流闪光焊接过梁爆破定量分析

为实现对钢轨闪光焊微观过程——过梁爆破的定量分析,将钢轨交流闪光焊接过程细分为断路、短路、多过梁爆破、单过梁爆破4种类型;基于GoogLeNet卷积神经网络,提出将钢轨交流闪光过程高频连续电信号进行类Gram矩阵转化,再依据矩阵元素自适应优化生成时域图谱的卷积神经网络识别方法;应用该方法对闪光焊接过程高频数据进行识别,并对完整焊接过程进行定量分析。结果表明:经过数据自适应优化,4种类型时域图谱的分类识别准确率上升至97.8%,识别的最大混淆发生在多过梁爆破和单过梁爆破之间;多过梁爆破比率在闪平和脉动阶段约为20%,进入连续阶段后迅速上升至80%以上,短路比率在稳定脉动期间可稳定维持在60%;各类型的比率在不同阶段呈现明显阶段特征,且各阶段特征与钢轨交流闪光焊接实际过程的宏观特征相匹配,采用该方法也可实现对闪光焊接微观过程的定量分析。

城市轨道交通能源与碳排放协同管理探索

近年来,我国城市轨道交通快速发展,其庞大运营规模所造成的能源消耗与碳排放问题也日趋严峻。为实现能源与碳排放协同管理以达到节能减排的目标,文章在剖析城市轨道交通能源与碳排放管理困境的基础上,介绍苏州市轨道交通在这方面的实践探索,包括协同管理体系创新、协同管理平台设计与开发,最后阐述实现城市轨道交通能源与碳排放协同管理的意义,以期为推进我国城市轨道交通绿色、低碳、可持续发展提供参考和借鉴。

贝氏体-珠光体钢轨焊接接头超声探伤分析

针对贝氏体钢轨与珠光体钢轨闪光焊接接头超声波探伤中轨底产生异常回波的现象,通过对焊接接头不同部位的微观组织、力学性能、超声波探伤等对比分析,研究了轨底产生异常回波的原因,提出了改进建议。

重载铁路钢轨闪光焊接头轨底下表面伤损原因分析

针对焊轨基地出现75 kg/m U78CrV热处理钢轨闪光焊接头轨底下表面伤损较多的现象,通过排除法,设计焊轨作业工序排查流程,对不同工序作业前后的焊缝进行探伤,分析伤损出现的具体作业工序,确定伤损在焊接工序作业后产生。进一步分析焊机设备状态和焊接工艺参数,得出造成这些表面伤损的主要因素是推凸刀的形状和推凸余量。针对这些因素优化改进,可以明显降低75 kg/m U78CrV热处理钢轨轨底下表面伤损率。

提高焊轨基地钢轨不合格品处置效率的研究

针对焊轨基地钢轨闪光焊接头出伤率较高,而且不合格品处置效率偏低的现象,通过分析不同作业工序所需时间,寻找制约不合格焊缝锯切重焊处置效率的关键环节。结合焊轨基地工艺流程实际布局,提出延长热线辊道线方案,制定辊道线控制方法,将不合格品处理时间从90 min缩短至45 min,作业时间缩短50%,作业效率大幅提升。同时,可以保证处置不合格品时不耽误冷线作业,消除冷线退轨作业存在的安全隐患,经济效益显著。

雅万高铁临时焊轨基地集成技术研究及应用

随着雅万高铁等“一带一路”铁路工程项目的实施,海外铁路钢轨焊接生产无法完全照搬我国模式,对中国高速铁路钢轨焊接装备技术“走出去”提出新挑战。针对雅万高铁钢轨焊接实际需求,研发50 m钢轨焊接生产线工艺布局技术,实现50 m钢轨生产效率和综合效益最优化;研发集装箱集成化装备技术,满足生产线工位快速布署和设备便捷转运需求;研发焊轨生产线及装备智能化监控技术,保障生产线数据安全和接头质量稳定。研究及应用成果填补了基于中国标准的海外高铁焊轨生产线技术空白,促进了中国钢轨焊接装备技术的整体对外输出,为海外临时焊轨基地的建设提供了成套技术方案。

钢轨焊接接头平直度的影响因素

为提高热处理后钢轨焊接接头平直度的控制精度,实验分析实际生产工艺和不同支撑条件下钢轨焊接接头分别静置20 h及30 d时上拱量及残余应力的变化。结果表明,当2 m长钢轨焊接接头试样的轨顶温度从55℃冷却到室温25℃时,其上拱的减小量约为0.1 mm;在自由放置状态、支撑两边和支撑中间3种支撑条件下,试样的变形量相似;试样在不同支撑条件下放置30 d后的上拱量变化较温度引起其上拱量的变化小若干倍;试样的轨顶及轨底主要承受轴向压应力,量值约在-300～-150 MPa范围内;在不同支撑条件下,室温静置30 d后试样的残余应力无明显变化;在实际生产中,将热处理后的钢轨焊接接头放置8～10 h可以完全满足矫形、精磨等后道工序的要求。

铁路钢轨与辙叉焊接工艺

高碳钢钢轨与高锰钢辙叉的焊接 ,属于异种金属材料的焊接 ,由于二者材料本身的焊接性都较差 ,而且所要求的焊接工艺差异甚大 ,所以给焊接带来很大的难度。本文采用手工电弧焊的方法 ,采用增加过渡层、U形坡口对称焊的方式 ,钢轨侧过渡层金属为Ni-Cr-Mo系材料 ,辙叉侧过渡层与焊缝金属为Mn -Cr -Ni系材料。首先堆焊过渡层 ,而后再将带有过渡层金属的钢轨和辙叉焊接在一起。另外采取了某些特殊焊接工艺措施 ,在高锰钢焊后无碳化物析出方面取得了突破性的进展 ,同时解决了高锰钢焊接时变形及焊接残余应力大的问题 ,成功地进行了钢轨与辙叉标准试件的焊接 。