Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей

Наиболее распространенным дефектом осей колесных пар железнодорожных вагонов типа РУ1-Ш является повреждение или износ резьбовых отверстий М20 под болты крепления стопорных планок роликовых подшипников. Предложено ремонтировать такие резьбовые отверстия путем их плакирования сваркой взрывом восстано...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Лобанов, Л.М., Илларионов, С.Ю., Добрушин, Л.Д., Пащин, Н.А., Тисенков, В.В., Бондарев, С.В., Гаврилов, С.А., Сергиенко, Н.А., Кутишенко, А.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2012
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Производственный раздел
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101088
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей / Л.М. Лобанов, С.Ю. Илларионов, Л.Д. Добрушин, Н.А. Пащин, В.В. Тисенков, С.В. Бондарев, С.А Гаврилов, Н.А. Сергиенко, А.В. Кутишенко // Автоматическая сварка. — 2012. — № 2 (706). — С. 42-46. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101088
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1010882025-02-09T15:41:15Z Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей Restoration explosion cladding of threaded channel of railway car axles Лобанов, Л.М. Илларионов, С.Ю. Добрушин, Л.Д. Пащин, Н.А. Тисенков, В.В. Бондарев, С.В. Гаврилов, С.А. Сергиенко, Н.А. Кутишенко, А.В. Производственный раздел Наиболее распространенным дефектом осей колесных пар железнодорожных вагонов типа РУ1-Ш является повреждение или износ резьбовых отверстий М20 под болты крепления стопорных планок роликовых подшипников. Предложено ремонтировать такие резьбовые отверстия путем их плакирования сваркой взрывом восстановительной втулкой и последующей нарезкой в ней новой резьбы. Проведенные испытания на усталость восстановленных резьбовых отверстий показали, что их долговечность практически соответствует базовым значениям для новых осей. The most common defect of axles of wheelsets of the RU1-Sh type railway cars is damage or wear of threaded openings M20 for bolts that fix retainer plates of roller bearings. It is suggested that such threaded openings should be repaired by explosion cladding them with a repair sleeve and subsequent cutting a new thread in it. Fatigue tests of the repaired openings showed that their durability is almost identical to that of the new axles. 2012 Article Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей / Л.М. Лобанов, С.Ю. Илларионов, Л.Д. Добрушин, Н.А. Пащин, В.В. Тисенков, С.В. Бондарев, С.А Гаврилов, Н.А. Сергиенко, А.В. Кутишенко // Автоматическая сварка. — 2012. — № 2 (706). — С. 42-46. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101088 621.791.76:621.7.044.2 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Производственный раздел Производственный раздел
spellingShingle	Производственный раздел Производственный раздел Лобанов, Л.М. Илларионов, С.Ю. Добрушин, Л.Д. Пащин, Н.А. Тисенков, В.В. Бондарев, С.В. Гаврилов, С.А. Сергиенко, Н.А. Кутишенко, А.В. Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей Автоматическая сварка
description	Наиболее распространенным дефектом осей колесных пар железнодорожных вагонов типа РУ1-Ш является повреждение или износ резьбовых отверстий М20 под болты крепления стопорных планок роликовых подшипников. Предложено ремонтировать такие резьбовые отверстия путем их плакирования сваркой взрывом восстановительной втулкой и последующей нарезкой в ней новой резьбы. Проведенные испытания на усталость восстановленных резьбовых отверстий показали, что их долговечность практически соответствует базовым значениям для новых осей.
format	Article
author	Лобанов, Л.М. Илларионов, С.Ю. Добрушин, Л.Д. Пащин, Н.А. Тисенков, В.В. Бондарев, С.В. Гаврилов, С.А. Сергиенко, Н.А. Кутишенко, А.В.
author_facet	Лобанов, Л.М. Илларионов, С.Ю. Добрушин, Л.Д. Пащин, Н.А. Тисенков, В.В. Бондарев, С.В. Гаврилов, С.А. Сергиенко, Н.А. Кутишенко, А.В.
author_sort	Лобанов, Л.М.
title	Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей
title_short	Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей
title_full	Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей
title_fullStr	Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей
title_full_unstemmed	Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей
title_sort	восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Производственный раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101088
citation_txt	Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей / Л.М. Лобанов, С.Ю. Илларионов, Л.Д. Добрушин, Н.А. Пащин, В.В. Тисенков, С.В. Бондарев, С.А Гаврилов, Н.А. Сергиенко, А.В. Кутишенко // Автоматическая сварка. — 2012. — № 2 (706). — С. 42-46. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT lobanovlm vosstanovitelʹnoeplakirovanievzryvomrezʹbovogokanalavagonnyhosej AT illarionovsû vosstanovitelʹnoeplakirovanievzryvomrezʹbovogokanalavagonnyhosej AT dobrušinld vosstanovitelʹnoeplakirovanievzryvomrezʹbovogokanalavagonnyhosej AT paŝinna vosstanovitelʹnoeplakirovanievzryvomrezʹbovogokanalavagonnyhosej AT tisenkovvv vosstanovitelʹnoeplakirovanievzryvomrezʹbovogokanalavagonnyhosej AT bondarevsv vosstanovitelʹnoeplakirovanievzryvomrezʹbovogokanalavagonnyhosej AT gavrilovsa vosstanovitelʹnoeplakirovanievzryvomrezʹbovogokanalavagonnyhosej AT sergienkona vosstanovitelʹnoeplakirovanievzryvomrezʹbovogokanalavagonnyhosej AT kutišenkoav vosstanovitelʹnoeplakirovanievzryvomrezʹbovogokanalavagonnyhosej AT lobanovlm restorationexplosioncladdingofthreadedchannelofrailwaycaraxles AT illarionovsû restorationexplosioncladdingofthreadedchannelofrailwaycaraxles AT dobrušinld restorationexplosioncladdingofthreadedchannelofrailwaycaraxles AT paŝinna restorationexplosioncladdingofthreadedchannelofrailwaycaraxles AT tisenkovvv restorationexplosioncladdingofthreadedchannelofrailwaycaraxles AT bondarevsv restorationexplosioncladdingofthreadedchannelofrailwaycaraxles AT gavrilovsa restorationexplosioncladdingofthreadedchannelofrailwaycaraxles AT sergienkona restorationexplosioncladdingofthreadedchannelofrailwaycaraxles AT kutišenkoav restorationexplosioncladdingofthreadedchannelofrailwaycaraxles
first_indexed	2025-11-27T12:41:31Z
last_indexed	2025-11-27T12:41:31Z
_version_	1849947371866161152
fulltext	УДК 621.791.76:621.7.044.2 ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ ПЛАКИРОВАНИЕ ВЗРЫВОМ РЕЗЬБОВОГО КАНАЛА ВАГОННЫХ ОСЕЙ Академик НАН Украины Л. М. ЛОБАНОВ, С. Ю. ИЛЛАРИОНОВ, инж., Л. Д. ДОБРУШИН, д-р техн. наук, Н. А. ПАЩИН, канд. техн. наук, В. В. ТИСЕНКОВ, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины), С. В. БОНДАРЕВ, канд. техн. наук, С. А. ГАВРИЛОВ, инж. (ГП Укр. науч.-исслед. ин-т вагоностроения, г. Кременчук), Н. А. СЕРГИЕНКО, А. В. КУТИШЕНКО, инженеры (Гос. администрация «Укрзалізниці», г. Киев) Наиболее распространенным дефектом осей колесных пар железнодорожных вагонов типа РУ1-Ш является пов- реждение или износ резьбовых отверстий М20 под болты крепления стопорных планок роликовых подшипников. Предложено ремонтировать такие резьбовые отверстия путем их плакирования сваркой взрывом восстановительной втулкой и последующей нарезкой в ней новой резьбы. Проведенные испытания на усталость восстановленных резьбовых отверстий показали, что их долговечность практически соответствует базовым значениям для новых осей. К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка взрывом, плакирование взры- вом, вагонная ось, резьбовые каналы, восстановление, испы- тание на усталость На современном этапе развития железнодорож- ного транспорта Украины большое внимание уде- ляют вопросам продления эксплуатационного ре- сурса подвижного состава за счет восстановления работоспособности изношенных деталей железно- дорожных вагонов, в частности разработке прог- рессивных технологических процессов восстанов- ления, отличающихся высокой надежностью при минимальной себестоимости и довольно легкой реализации в условиях вагоноремонтных предп- риятий «Укрзалізниці». В связи с высокой стоимостью и значительной металлоемкостью осей РУ1-Ш колесных пар ва- гонов (стандарт ISO 1005-9–86) важное значение имеет возможность их восстановления. Это осо- бенно актуально, так как значительное количество поврежденных осей накоплено на вагоноремонт- ных предприятиях «Укрзалізниці». Одним из частых и трудноустранимых дефек- тов осей является повреждение или износ резь- бовых отверстий М20 под болты крепления сто- порных планок роликовых подшипников. Проб- лема заключается в том, что незначительное ме- ханическое повреждение элемента резьбы выво- дит из эксплуатации крупногабаритную конструк- цию ответственного назначения, нормативный ре- сурс которой составляет 8…15 лет. К резьбовому отверстию предъявляются высокие требования по статической прочности, сопротивлению усталости и точности геометрических размеров. Наиболее распространенным способом восста- новления резьбовых отверстий является их зап- лавление дуговой сваркой в углекислом газе или покрытым электродом с последующей высверлов- кой отверстия и нарезанием новой резьбы. Однако данным способам восстановления присущи недос- татки, заключающиеся в высокой затратности на приобретение специализированного сварочного оборудования и расходных материалов. Следует отметить, что стали марок А1, А2, А3 и А4, из которых изготовляют оси вагонов, относятся к классу ограниченно свариваемых (ГОСТ 1380– 71), т. е. склонных к образованию трещин при сварке в обычных условиях. Это вызывает необ- ходимость в разработке особых технологических мер, обеспечивающих требуемое качество наплав- ленного металла. При этом геометрия «пробоч- ного» типа сварного соединения приводит к зат- рудненной усадке шва, что является дополнитель- ным фактором, способствующим трещинообразо- ванию в металле шейки оси. Остаточные усадоч- ные укорочения вызывают искажение геометри- ческих характеристик детали, следствием чего яв- ляется недопустимое уменьшение диаметра поса- дочного места оси под роликовый подшипник. Альтернативным и более простым является способ, разрабатываемый для вагоноремонтных предприятий Российской Федерации. Он основан на высверловке поврежденного отверстия, наре- зании в нем резьбы большего диаметра с после- дующим вкручиванием цилиндрической полой втулки с внутренним резьбовым отверстием М20. Однако и данный способ характеризуется низкой надежностью, поскольку в процессе эксплуатации может произойти выкручивание втулки под дейс- твием вибрационных нагрузок, характерных для работы оси железнодорожного вагона. © Л. М. Лобанов, С. Ю. Илларионов, Л. Д. Добрушин, Н. А. Пащин, В. В. Тисенков, С. В. Бондарев, С. А. Гаврилов, Н. А. Сергиенко, А. В. Кутишенко, 2012 42 2/2012 Целью настоящей работы является разработка принципиально нового способа восстановления резьбовых отверстий М20, лишенного недостат- ков, которые характерны для приведенных выше способов. Предлагаемый способ базируется на ис- пользовании принципов и технологии сварки взрывом и имеет следующие преимущества: низкую стоимость сборочной оснастки и рас- ходуемых материалов; прочность сварного соединения, соответству- ющую заданным механическим характеристикам; отсутствие термического воздействия, харак- терного для сварки плавлением и, следовательно, трещинообразования; исключение дефектов формирования и струк- туры, присущих сварке плавлением (поры, неп- ровары, подрезы и шлаковые включения); предотвращение усадочных укорочений и уменьшения диаметра посадочного места шейки оси под роликовый подшипник. Материалы и методы исследования. Объек- том для разработки были поврежденные резьбо- вые каналы М20-6Н шеек осей РУ1-Ш длиной 180 мм (рис. 1). Для отработки технологии ре- монта полномасштабных осей использовали оси с одним поврежденным резьбовым отверстием на каждой торцевой поверхности. Нанесение восстановительного покрытия спо- собом сварки взрывом непосредственно на остат- ки поврежденной резьбы не представляется воз- можным, поэтому резьбовой канал растачивали до диаметра, несколько большего чем 20 мм, за- тем его шлифовали. Поскольку сварку взрывом из-за отсутствия возможности для размещения в плакирующей втулке значительного количества взрывчатого вещества и обеспечения большего за- зора производили вблизи нижней границы облас- ти свариваемости (вводили минимальную энер- гию для обеспечения надежного соединения), ка- чественная шлифовка была необходимым усло- вием. Для плакирования взрывом каналов диа- метром 10…25 мм использовали схему внутрен- него плакирования со стержневым зарядом (рис. 2), наиболее технологичную в исполнении и простую для расчетов режима сварки взрывом. Взрывчатым веществом служила смесь из тротила и аммиачной селитры, обеспечивающая скорость детонации и соответственно скорость точки кон- такта 2…3 км/с. В качестве материала плакирующей втулки выбрана сталь 20. Это обусловлено тем, что при сварке взрывом плакирующий элемент подверга- ется значительной высокоскоростной дефор- мации, поэтому он должен быть достаточно плас- тичным и склонным к растрескиванию. Если в качестве показателя пластичности ориентировать- ся на относительное удлинение при растяжении δ, то оптимальным для сварки взрывом является материал с δ ≥ 25 %. В нашем случае применяли заряд диаметром, близким к критическому (если диаметр заряда ниже критического, то процесс распространения детонационной волны не проис- ходит). Поэтому необходимо минимизировать уровень энергии, расходуемой на пластическую деформацию зоны соединения путем выбора ма- териала втулки с высокими пластическими харак- теристиками. Кроме того, химические составы втулки и стали оси не должны значительно раз- личаться во избежание появления гальванической пары, которая может привести к интенсификации коррозионных процессов. В соответствии с данными сертификата качес- тва материалы плакирующей втулки и оси имеют следующие механические характеристики: σв = = 420…425 МПа, σт = 274…286 МПа, δ = 42…43%; σв = 520…560 МПа, σт = 300 МПа, δ = 22 %. Как показали дальнейшие испытания, малая статичес- кая прочность втулки по сравнению с таковой стали оси компенсируется достаточной конструк- ционной прочностью восстановленной резьбы, от которой требуется прежде всего устойчивость против небольших по уровню, но многократных нагрузок, имеющихся в условиях реальной экс- плуатации осей. Следует отметить, что при вы- сокоскоростной деформации при сварке взрывом происходит значительное упрочнение металла втулки, что положительно сказывается на обес- печении требуемой конструкционной прочности резьбового соединения. Рис. 1. Схема шейки оси Рис. 2. Схема внутреннего плакирования взрывом со стерж- невым зарядом: 1 — плакируемая труба; 2 — плакирующая труба; 3 — заряд взрывчатого вещества 2/2012 43 Толщину стенки плакирующей втулки выбра- ли равной 2,5 мм. При этом учитывали следую- щие факторы: внутренний диаметр восстановленной поверх- ности не должен превышать 17,3 мм; изношенную резьбу растачивали до диаметра, несколько большего чем 20 мм; наличие некоторой раздачи отверстия при пла- кировании из-за действия высокого импульса дав- ления; утонение плакирующей втулки вследствие ее раздачи в процессе метания. Для предотвращения значительной раздачи ка- нала отверстия в процессе плакирования взрывом, а также увеличения диаметра шейки оси исполь- зовали ее бандажирование (рис. 3). При этом ди- аметр шейки оси все же несколько превышал ее номинальное значение (на 0,1…0,2 мм), поэтому потребовалась ее последующая корректировочная обточка. Способом оценки механической прочности и долговечности восстановленной резьбы служил метод испытания на усталость. Соответствующую методику и стенд разработали специалисты ГП «Украинский научно-исследовательский институт вагоностроения». Схема устройства, обеспечива- ющего проведение испытаний на растяжение од- новременно двух резьбовых отверстий при Pmax = = 98,0 кН (10 тс) и Рmin = 49,0 кН (5 тс), частоте нагружения 5 Гц, показана на рис. 4. Базовыми образцами для сравнения служили шейки новых осей. Перед проведением испытаний проверяли геометрические характеристики резьбовых отвер- стий М20-6Н с помощью резьбового калибра про- ход–непроход. Нагружению подвергали лишь два первых витка резьбы, т. е. болт закручивали на два витка, что ужесточило испытания, так как в реальной ситуации эксплуатации осей болт зак- ручивается минимум на 16 витков. Нагружение большего количества витков приводило к отрыву головок или резьбовой части болтов и не давало возможности полноценно довести резьбу в отвер- стии до разрушения. На рис. 5 показано сечение восстановленного резьбового отверстия вдоль оси канала. Ближе ко дну канала имеется непровар длиной 5 мм, что характерно при реализации процесса сварки взры- вом. В соответствии с рис. 1 резьбу следовало нарезать длиной только 45 мм, поэтому наличие такого непровара несущественно и допустимо. На рис. 6 представлены микроструктуры сое- динений стали оси и восстановительной втулки вдоль оси отверстия на расстоянии 3; 15 и 45 мм от его начала. Граница зоны соединения имеет преимущественно волнообразную форму и харак- теризуется достаточной стабильностью, что сви- детельствует о наличии качественного сварного соединения. При этом размерные параметры вол- ны очень малы: размах (две амплитуды) состав- ляет 2 мкм, длина — 6 мкм. Это свидетельствует о том, что сварку взрывом реализовывали у ниж- ней границы области параметров сварки. Изме- Рис. 3. Схема бандажирования шейки оси: 1 — бандажное кольцо; 2 — восстанавливаемые отверстия; 3 — шейка оси Рис. 4. Схема устройства для испытаний шейки оси: 1 — шейка оси; 2 — стакан; 3 — болт; 4 — фиксатор Рис. 5. Макрошлиф восстановленного резьбового отверстия 44 2/2012 нения структуры металла вне зоны соединения не выявлено. Результаты испытаний на усталость образцов новых шеек осей типа РУ1-Ш и шеек с восста- новленными резьбовыми отверстиями приведены в таблице. На рис. 7 показаны фотографии новых и восстановленных отверстий шеек осей после испытаний. Для определения минимальной долговечности резьбы Np min (минимальное количество циклов до разрушения с вероятностью 0,95) использовали формулу lg Np min = lg N – ZαSlg N, где lg N — логарифм среднего значения долго- вечности; Zα — квантиль нормального распре- деления для заданной односторонней вероятности α при α = 0,95 Zα = 1,645; Slg N — среднеквад- ратическое отклонение логарифма долговечности. После обработки результатов испытаний по- лучены следующие минимальные значения цик- лической долговечности образцов шеек, изготов- ленных из новых осей, Np min = 127 000 циклов на- гружения, а для образцов шеек осей с восстанов- ленными резьбовыми отверстиями способом свар- ки взрывом Np min = 122 000 циклов нагружения. Восстановительный ремонт резьбовых от- верстий М20 на натурных осях РУ1-Ш. Для адаптации разработанной технологии к натурным осям РУ1-Ш и последующим маршрутным испы- таниям ГП «Укрспецвагон» были предоставлены две оси с поврежденными резьбовыми отверсти- ями — по одному на каждом торце. Общий вид отремонтированных осей и восстановленного ре- Рис. 6. Типичные микроструктуры (×400) металла соедине- ний восстановительного покрытия (сталь 20 вверху) и метал- ла шейки оси на расстоянии 3 (а), 15 (б) и 45 (в) мм от начала Результаты испытаний на усталость резьбовых отверс- тий шеек осей № образца Долговечность Np, цикл новые оси оси с восстановленными резьбовыми отверстиями 1 156000 145000 2 134000 124000 3 142000 145000 4 165000 150000 Рис. 7. Внешний вид отверстий в новой (базовой) (а) и вос- становленной (б) шейках оси после испытаний 2/2012 45 зьбового канала показан соответственно на рис. 8, 9. Повторяемость режима сварки взрывом на на- турных осях и их моделях (качество соединения контролировали с помощью металлографических исследований) определяли по одинаковости ради- альной деформации плакированного канала. После плакирования диаметр канала составил 17,4…17,5 мм, что вполне приемлемо для нарезки резьбы М20-6Н. В марте 2011 г. восстановленные оси в составе одной вагонной тележки были подкатаны под ва- гон специального назначения для перевозки ми- нудобрений, эксплуатируемый ГП «Укрзалізни- ця» по настоящее время. Был обеспечен текущий мониторинг ремонтных сварных соединений. По состоянию на октябрь 2011 г. вагон с отремон- тированными осями уже прошел 23 тыс. км без повреждения или износа восстановленного резь- бового отверстия М20. Представленная технология после незначи- тельных доработок может быть рекомендована к внедрению на вагоноремонтных предприятиях «Укрзалізниці», в первую очередь на ГП «Укр- спецвагон». Один из вариантов практической ре- ализации данной технологии заключается в орга- низации выездов мобильной бригады инженеров ИЭС им. Е. О. Патона на предприятия «Укр- залізниці» для выполнения ремонтных работ с применением способа плакирования взрывом на производственных площадях заказчика. Выводы 1. Показано, что способ сварки взрывом позволяет наносить восстановительное покрытие в повреж- денном резьбовом отверстии М20 шейки оси РУ1-Ш колесных пар вагонов. При этом отсут- ствуют трещины в металле шейки и зоне соеди- нения с восстановительным покрытием, а также усадочные укорочения и уменьшение диаметра посадочного места шейки оси под роликовый под- шипник. 2. Установлено, что минимальное значение циклической долговечности осей с резьбовыми отверстиями, восстановленными способом сварки взрывом, составило 122000 циклов нагружения, что лишь на 4 % ниже базового значения для новых осей. 3. Две натурные оси с восстановленными резь- бовыми отверстиями М20 поставлены на марш- рутные испытания и по состоянию на октябрь 2011 г. после прохождения 23 тыс. км не подвер- глись повреждению или недопустимому износу. 4. Разработанная технология имеет хорошую перспективу быть востребованной вагоноремон- тными предприятиями «Укрзалізниці». The most common defect of axles of wheelsets of the RU1-Sh type railway cars is damage or wear of threaded openings M20 for bolts that fix retainer plates of roller bearings. It is suggested that such threaded openings should be repaired by explosion cladding them with a repair sleeve and subsequent cutting a new thread in it. Fatigue tests of the repaired openings showed that their durability is almost identical to that of the new axles. Поступила в редакцию 28.11.2011 Рис. 8. Общий вид отремонтированных осей РУ1-Ш Рис. 9. Восстановленный под нарезку резьбы канал 46 2/2012

Восстановительное плакирование взрывом резьбового канала вагонных осей

Institution

Ähnliche Einträge