Дефекты соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением.
Проведены исследования дефектов структуры соединений рельсов, полученных контактной стыковой сваркой оплавлением, которые выявлены на поверхности изломов после разрушения соединений при испытаниях на статический изгиб, а также после разрушения в условиях эксплуатации. Анализ микроструктуры и химичес...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103108 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Дефекты соединений высокопрочных рельсов,выполненных контактной стыковойсваркой оплавлением / С.И. Кучук-Яценко, В.И. Швец, А.В. Дидковский, Е.В. Антипин, Л.М. Капитанчук // Автоматическая сварка. — 2013. — № 9 (725). — С. 3-9. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103108 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1031082025-02-09T14:49:00Z Дефекты соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением. Defects of joints of high-strength rails, made by flash-butt welding Кучук-Яценко, С.И. Швец, В.И. Дидковский, А.В. Антипин, Е.В. Капитанчук, Л.М. Научно-технический раздел Проведены исследования дефектов структуры соединений рельсов, полученных контактной стыковой сваркой оплавлением, которые выявлены на поверхности изломов после разрушения соединений при испытаниях на статический изгиб, а также после разрушения в условиях эксплуатации. Анализ микроструктуры и химической неоднородности поверхности изломов осуществляли на Ожемикрозонде JAMP 9500F фирмы «JEOL» (Япония). К дефектам, образующимся в результате отклонения от стандартного режима сварки, отнесены не провары и включения железо- марганцовистых силикатов, которые значительно снижают показатели при механических испытаниях сварных со- единений. Их наличие в сварных соединениях недопустимо. Скопления включений алюмосиликатов, так называемых матовых пятен, и оксидные пленки более сложного состава формируются в соединении на базе неоднородно распределенных неметаллических включений металла рельса. Матовые пятна при небольшой площади не влияют на показатели при механических испытаниях сварных соединений. Общая площадь их на изломе не должна превышать 15 мм2. На основании проведенных исследований определены критерии оценки качества соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением с использованием современных систем управления. 2013 Article Дефекты соединений высокопрочных рельсов,выполненных контактной стыковойсваркой оплавлением / С.И. Кучук-Яценко, В.И. Швец, А.В. Дидковский, Е.В. Антипин, Л.М. Капитанчук // Автоматическая сварка. — 2013. — № 9 (725). — С. 3-9. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103108 621.791:625.143.48 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 |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Кучук-Яценко, С.И. Швец, В.И. Дидковский, А.В. Антипин, Е.В. Капитанчук, Л.М. Дефекты соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением. Автоматическая сварка |
| description |
Проведены исследования дефектов структуры соединений рельсов, полученных контактной стыковой сваркой оплавлением, которые выявлены на поверхности изломов после разрушения соединений при испытаниях на статический изгиб, а также после разрушения в условиях эксплуатации. Анализ микроструктуры и химической неоднородности поверхности изломов осуществляли на Ожемикрозонде JAMP 9500F фирмы «JEOL» (Япония). К дефектам, образующимся в результате отклонения от стандартного режима сварки, отнесены не провары и включения железо- марганцовистых силикатов, которые значительно снижают показатели при механических испытаниях сварных со- единений. Их наличие в сварных соединениях недопустимо. Скопления включений алюмосиликатов, так называемых матовых пятен, и оксидные пленки более сложного состава формируются в соединении на базе неоднородно распределенных неметаллических включений металла рельса. Матовые пятна при небольшой площади не влияют на показатели при механических испытаниях сварных соединений. Общая площадь их на изломе не должна превышать 15 мм2. На основании проведенных исследований определены критерии оценки качества соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением с использованием современных систем управления. |
| format |
Article |
| author |
Кучук-Яценко, С.И. Швец, В.И. Дидковский, А.В. Антипин, Е.В. Капитанчук, Л.М. |
| author_facet |
Кучук-Яценко, С.И. Швец, В.И. Дидковский, А.В. Антипин, Е.В. Капитанчук, Л.М. |
| author_sort |
Кучук-Яценко, С.И. |
| title |
Дефекты соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением. |
| title_short |
Дефекты соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением. |
| title_full |
Дефекты соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением. |
| title_fullStr |
Дефекты соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением. |
| title_full_unstemmed |
Дефекты соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением. |
| title_sort |
дефекты соединений высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением. |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103108 |
| citation_txt |
Дефекты соединений высокопрочных рельсов,выполненных контактной стыковойсваркой оплавлением / С.И. Кучук-Яценко, В.И. Швец, А.В. Дидковский, Е.В. Антипин, Л.М. Капитанчук // Автоматическая сварка. — 2013. — № 9 (725). — С. 3-9. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT kučukâcenkosi defektysoedinenijvysokopročnyhrelʹsovvypolnennyhkontaktnojstykovojsvarkojoplavleniem AT švecvi defektysoedinenijvysokopročnyhrelʹsovvypolnennyhkontaktnojstykovojsvarkojoplavleniem AT didkovskijav defektysoedinenijvysokopročnyhrelʹsovvypolnennyhkontaktnojstykovojsvarkojoplavleniem AT antipinev defektysoedinenijvysokopročnyhrelʹsovvypolnennyhkontaktnojstykovojsvarkojoplavleniem AT kapitančuklm defektysoedinenijvysokopročnyhrelʹsovvypolnennyhkontaktnojstykovojsvarkojoplavleniem AT kučukâcenkosi defectsofjointsofhighstrengthrailsmadebyflashbuttwelding AT švecvi defectsofjointsofhighstrengthrailsmadebyflashbuttwelding AT didkovskijav defectsofjointsofhighstrengthrailsmadebyflashbuttwelding AT antipinev defectsofjointsofhighstrengthrailsmadebyflashbuttwelding AT kapitančuklm defectsofjointsofhighstrengthrailsmadebyflashbuttwelding |
| first_indexed |
2025-11-27T00:31:40Z |
| last_indexed |
2025-11-27T00:31:40Z |
| _version_ |
1849901451326783488 |
| fulltext |
УДК 621.791:625.143.48
ДЕФЕКТЫ СОЕДИНЕНИЙ ВЫСОКОПРОЧНЫХ РЕЛЬСОВ,
ВЫПОЛНЕННЫХ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ
СВАРКОЙ ОПЛАВЛЕНИЕМ
С. И. КУЧУК-ЯЦЕНКО, В. И. ШВЕЦ, А. В. ДИДКОВСКИЙ, Е. В. АНТИПИН, Л. М. КАПИТАНЧУК
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Проведены исследования дефектов структуры соединений рельсов, полученных контактной стыковой сваркой оп-
лавлением, которые выявлены на поверхности изломов после разрушения соединений при испытаниях на статический
изгиб, а также после разрушения в условиях эксплуатации. Анализ микроструктуры и химической неоднородности
поверхности изломов осуществляли на Оже-микрозонде JAMP 9500F фирмы «JEOL» (Япония). К дефектам, об-
разующимся в результате отклонения от стандартного режима сварки, отнесены непровары и включения железо-
марганцовистых силикатов, которые значительно снижают показатели при механических испытаниях сварных со-
единений. Их наличие в сварных соединениях недопустимо. Скопления включений алюмосиликатов, так называемых
матовых пятен, и оксидные пленки более сложного состава формируются в соединении на базе неоднородно
распределенных неметаллических включений металла рельса. Матовые пятна при небольшой площади не влияют
на показатели при механических испытаниях сварных соединений. Общая площадь их на изломе не должна
превышать 15 мм2. На основании проведенных исследований определены критерии оценки качества соединений
высокопрочных рельсов, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением с использованием современных
систем управления. Библиогр. 9, табл. 2, рис. 11.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная стыковая сварка оплавлением, рельсовые стали, статический изгиб, поверхность
излома, дефекты сварных соединений, непровар, железомарганцовистые силикаты, алюмосиликаты
В последнее пятилетие в главные пути украинских
и российских железных дорог производится мас-
совая укладка высокопрочных рельсов. Соедине-
ние рельсов в основном выполняется контактной
стыковой сваркой оплавлением (КССО) с исполь-
зованием оборудования и технологии, разработан-
ной ИЭС им. Е. О. Патона [1]. Контроль качества
сварных рельсов выполняется непосредственно
после сварки с использованием операционного и
неразрушающего ультразвукового контроля. Кро-
ме того, в соответствии с нормативными требо-
ваниями в начале каждой рабочей смены произ-
водятся испытания контрольных образцов на
статический изгиб.
В ИЭС им. Е. О. Патона накоплен большой
объем данных по всем видам контроля соедине-
ний высокопрочных рельсов в сочетании с ис-
следованием изломов и данными механических
испытаний. Установлено, что при одинаковой
площади дефектов, выявляемых в соединениях
высокопрочных рельсов конверторной плавки, по-
казатели механических испытаний снижаются в
большей степени, чем в рельсах мартеновского
производства.
Цель настоящей статьи — изучение дефектов
в соединениях высокопрочных рельсов конвер-
торной плавки, полученных КССО.
Образцы для исследований отбирали на рель-
сосварочных предприятиях на основе результатов
операционного и неразрушающего ультразвуко-
вого контроля. Дефекты структуры выявляли на
поверхности изломов после испытаний сварных
стыков на статический изгиб. Испытания прово-
дили по методике, принятой на железных дорогах
Украины и России [2].
Металлографические исследования микрост-
руктуры соединений рельсов проводили на све-
товом микроскопе «Неофот 32», а фрактографи-
ческие исследования и микрорентгеноспектраль-
ный анализ поверхности излома — на Оже-мик-
розонде JAMP 9500F фирмы «JEOL» (Япония).
Химический состав рельсовых сталей приведен
в табл. 1.
Типичная микроструктура металла сварного
шва рельсов, выполненного на оптимальном ре-
жиме, представляет собой сорбитообразный пер-
лит (рис. 1). По линии соединения наблюдается
полоса шириной около 200 мкм с выделениями
доэвтектоидного феррита по границам первичных
аустенитных зерен, размер которых по ASTM со-
ответствует баллу 2…3. В зависимости от гра-
диента температурного поля при сварке количес-
тво доэвтектоидного феррита может изменяться.
При оптимальных жестких режимах, отличаю-
щихся высоким градиентом температурного поля,
© С. И. Кучук-Яценко, В. И. Швец, А. В. Дидковский, Е. В. Антипин, Л. М. Капитанчук, 2013
9/2013 3
толщина ферритной оторочки минимальна, и она
может прерываться. Такие соединения отлича-
ются наиболее высокими пластическими свойс-
твами.
Излом соединений рельсов, сваренных на оп-
тимальном режиме, имеет кристаллическое стро-
ение. Поверхность излома в основном состоит из
фасеток скола с ручьистым узором и язычками,
присутствуют гребни отрыва (рис. 2).
На поверхности излома встречаются тугоплав-
кие включения карбонитридов титана, алюмина-
тов кальция, оксисульфидов марганца (рис. 3).
Размер этих неметаллических включений не пре-
вышает десятка микрометров. Наличие таких
включений придает излому рельефность. Присут-
ствие их некритично для прочностных характе-
ристик соединения.
Дефекты, оказывающие значительное влияние
на прочностные свойства соединений, проявля-
ются как нарушение однородности кристалличес-
кого строения излома.
Одним из таких дефектов является непровар.
При КССО непровар формируется в условиях,
когда металл торца рельса перед осадкой нахо-
дится в твердом или твердожидком состоянии.
На изломе он имеет вид плоского блестящего
участка (рис. 4). Установлено, что микроструктура
поверхности анализируемого непровара представ-
Т а б л и ц а 1. Химический состав рельсовых сталей различного производства, мас. % (ГОСТ Р 51685–2000)
Марка
стали С Mn Si P S V Ti Cr Al Cu
М76
0,71…0,82 0,75…1,05 0,25…0,45
< 0,035 < 0,040 — — — 0,02 —
Э76Ф
К76Ф < 0,025 < 0,030 0,03…0,15 — — 0,02
≤ 0,15
Э76Т
К76Т < 0,030 < 0,035 — 0,007…0,025 — 0,02
КФ 0,78…0,81 0,89…0,91 0,30…0,39 0,013…0,02 0,003…0,01 0,057…0,061 — 0,03…0,04 — 0,02…0,04
Рис. 1. Микроструктура центра шва сварного соединения
рельсов
Рис. 2. Поверхность излома сварного соединения рельсов
Рис. 3. Тугоплавкие неметаллические включения на поверх-
ности излома сварного соединения рельсов
Рис. 4. Непровар на поверхности излома сварного соединения
рельсов
4 9/2013
ляет собой плоские участки матрицы металла
рельса (рис. 5, спектр № 1), разделенные струк-
турной составляющей, состоящей из оксидов и
силикатов (рис. 5, спектры № 2–5). Очевидно, эта
структурная составляющая образуется из неме-
таллических включений основного металла и про-
дуктов окисления оплавленного по границам ме-
талла рельса.
Наличие дефектов такого типа даже неболь-
шой площади (1…2 мм2), выявляемых современ-
ными средствами ультразвукового контроля, в
сварных соединениях недопустимо, так как они
снижают показатели при статических и ударных
испытаниях, провоцируют усталостные разруше-
ния сварных стыков.
Другой тип дефектов представляет собой пятна
с неразвитым рельефом, в пределах которых со-
четаются блестящие и матовые места (рис. 6).
Анализ микроструктуры поверхности излома по-
казал, что блестящие места представляют собой
слой железомарганцовистых силикатов (рис. 7, а).
Матовые места, примыкающие к монолитному
слою, являются местом скопления частиц желе-
зомарганцовистых силикатов (рис. 7, б). Разру-
шение происходит в результате расслоения по
пленке на участке монолитного слоя и по ямоч-
ному механизму в местах скопления включений.
Железомарганцовистые силикаты образуются в
процессе сварки при окислении оплавленного ме-
талла. Принято считать [3], что формирование ок-
сидных структур в плоскости соединения опреде-
ляется наличием кислорода в искровом промежутке
в период оплавления, предшествующего осадке. В
работе [4] показано, что главным фактором, вли-
яющим на образование дефектов в плоскости со-
единения, является состояние расплава на оплав-
ляемых торцах деталей в период, предшествующий
осадке. Если расплав сохраняется, при деформации
он выдавливается из стыка вместе с оксидами, об-
разующимися на его поверхности, независимо от
содержания кислорода в искровом зазоре. Длитель-
ность существования слоя расплава на торцах за-
висит от его толщины, градиента температурного
поля в приконтактной области торцов и скорости
оплавления деталей [5].
Описанные дефекты наблюдаются в соедине-
ниях рельсов, сваренных с отклонениями от за-
данных оптимальных значений параметров свар-
ки. Они уверенно выявляются современными
средствами ультразвукового контроля даже при
небольшой площади (1…2 мм2). Присутствие их
в сварных соединениях недопустимо, поскольку
они снижают показатели механических свойств
при статических и ударных испытаниях, прово-
цируют усталостные разрушения сварных стыков.
Особое место занимают дефекты, которые в
нормативных документах определяются как «ма-
товые» (МП), или «серые» пятна. На поверхности
излома они наблюдаются как участки темного
цвета с неразвитым рельефом (рис. 8). Эти де-
фекты чаще всего встречаются при испытаниях
сварных соединений различных металлов, выпол-
ненных КССО.
Сравнительный анализ химического состава с
площади показал, что МП обогащены по срав-
нению с окружающей поверхностью кристалли-
ческого строения алюминием, марганцем, крем-
нием (рис. 9, а). При более тонких исследованиях
установлено, что МП представляют собой скоп-
Рис. 5. Микроструктура поверхности излома и химическая неоднородность на участке непровара в сварном соединении
рельсов
Рис. 6. Железомарганцовистые силикаты на поверхности из-
лома сварного соединения рельсов
Номер
спектра
Содержание элементов, ат. % Примеча-
ниеC* O Na Si Ca Mn Fe**
1 5,90 3,23 0,18 0,00 0,00 0,00 90,68 Матрица
2 28,77 22,60 1,61 3,20 1,24 0,74 41,83 Включения
3 3,00 53,06 0,08 0,16 0,08 4,19 39,44 »
4 5,96 68,24 0,09 18,32 0,00 0,51 6,89 »
5 7,01 53,36 0,37 0,61 0,08 0,35 38,22 »
* — распределение углерода в стали при сварке требует отдельного
рассмотрения, выходящего за рамки настоящей статьи. ** — значение
концентрации железа зависит от соотношения размеров анализируемого
объекта и диаметра электронного зонда.
9/2013 5
ления частиц марганцовистых алюмосиликатов,
располагающихся в металлической матрице
(рис. 9, б). Частицы имеют оплавленный вид и
характеризуются слабой адгезией к железу.
Следует отметить, что на изломе наблюдаются
как собственно частицы алюмосиликатов, так и
места расположения этих частиц, удаленные при
разрушении. Матовость излому придает ямочный
рельеф поверхности после разрушения по вклю-
чениям.
Характерной особенностью включений алюмо-
силикатов является незначительное количество
железа в их составе (0,86…0,99 ат. %.). Это сви-
детельствует о том, что образование их не связано
с оплавлением торцов. Они формируются в при-
мыкающем к оплавленному металлу слое на базе
включений основного металла (см. табл. 2). Обо-
гащение марганцем происходит при переходе его
из матрицы в формирующийся легкоплавкий си-
ликат, что возможно в силу высокой диффузион-
ной подвижности и поверхностной активности
марганца в железе. Расположение алюмосилика-
тов в примыкающем к оплавленному металлу слое
затрудняет их выдавливание в грат при осадке.
Известно, что легкоплавкие алюмосиликаты
образуются при недоокислении кремния в при-
сутствии алюминия [6]. Источником кремния мо-
жет быть силикокальций, используемый в качес-
тве раскислителя при производстве рельсов, что
косвенно подтверждается присутствием кальция
в составе алюмосиликатов. Алюминий попадает
в сталь из ферросплавов и, возможно, ковшового
шлака [7].
В ходе исследования большого количества де-
фектов типа МП в соединениях рельсов различ-
ного производства установлено, что они сущес-
твенно отличаются от рассмотренных выше де-
фектов не только составом структурных состав-
ляющих, но и толщиной, не превышающей 20
Рис. 7. Микроструктуры и результаты анализа химического состава неоднородности на участке излома с железомарганцо-
вистыми силикатами в виде пленки (а) и включений (б)
Рис. 8. Матовые пятна на поверхности излома сварного сое-
динения рельсов
Номер
спект-
ра
Содержание элементов, ат. %
Примечание
C O Si Mn Fe
1 8,96 5,59 0,95 0,76 83,74 Скопление частиц
силикатов
2 5,42 3,16 0,00 0,10 91,31 Фасетка скола
3 2,24 56,41 12,63 8,87 19,85 Монолитный слой
силикатов
4 0,74 58,67 12,69 7,46 20,44 То же
5 2,43 52,69 4,70 7,40 32,78 » »
6 2,40 55,97 9,64 8,59 23,40 » »
Номер
спект-
ра
Содержание элементов, ат. %
Примечание
C O Si Mn Fe
1 5,99 54,25 14,49 15,53 9,74 Частицы силикатов
2 7,22 48,70 15,58 10,01 18,49 » »
3 3,20 59,61 14,73 18,37 4,09 » »
4 10,03 4,53 0,52 0,00 84,92 Матрица (без
включений)
6 9/2013
мкм. Небольшая толщина, с одной стороны, зат-
рудняет их выявление при ультразвуковом кон-
троле, а с другой — наличие таких дефектов в
сварных швах рельсов не влияет существенно на
показатели при натурных испытаниях на стати-
ческий и ударный изгиб. Ограниченное количес-
тво МП в соединениях рельсов допустимо. Их
суммарная площадь существующими норматива-
ми ограничена до 15 мм2 [2], что достаточно обос-
новано экспериментальными данными.
В последнее время на изломах рельсов, раз-
рушающихся не только по соединению, но и по
основному металлу, в области головки встреча-
лись дефектные участки близкой к овалу формы
темного цвета и неразвитым рельефом (рис. 10).
Установлено, что разрушение на участке
овального пятна происходит по ямочному меха-
низму (рис. 11). В пределах участка выявлены
группы включений размером около 20 мкм, пред-
ставляющие собой сложные оксиды, в состав ко-
торых входят алюминий, кремний, магний, каль-
ций (рис. 11, а). Подобные по химическому сос-
таву, но более мелкие включения присутствуют
в ямках (рис. 11, б). В ямках наблюдаются также
Рис. 9. Микроструктуры и результаты анализа химического состава поверхности излома соединений рельсов на участке
матового пятна с площади (а) и локально (б)
Т а б л и ц а 2. Результаты микрорентгеноспектрального анализа химического состава неметаллических включений
в рельсовой стали, ат. %
Марка cтали Fe Mn Si S V Ti
М76 39,8…80,9 0,86…10,3 0,51…1,3 0,3…5,3 Не опр. Не опр.
К76Ф 33,5…58,5 0,01…0,5 0,9…6,1 2,4…30,1 0,006 0,1…1,2
Э76Ф 68,9…95,8 0,7…1,6 0,56…5,9 0,08…0,5 0,06…0,12 —
Окончание табл. 2
Марка cтали P Al Ca Cu O Mg
М76 0,02 Не опр. 0,03…5,3 0,01…0,11 6,3…55,2 Не опр.
К76Ф 0,02 0,001…5,3 0,1…5,3 0,01…0,15 11,9…30,5 0,2…0,5
Э76Ф 0,01 0,29…0.31 0,55…5,2 0,15…0,18 1,86…21,8 0,4…0,7
Номер
спектра
Содержание элементов, ат. %
Примечание
C O Al Si Mn Fe
1 8,34 2,74 0,00 0,25 0,13 88,55 Фасетки скола
2 7,01 16,52 0,45 4,08 5,86 66,08 Пятно
Номер
спектра
Содержание элементов, ат. %
Примечание
C O Al Si Mn Fe
1 3,27 66,66 1,11 16,48 11,61 0,86 Включения
2 3,36 61,08 3,15 16,70 14,73 0,99 » »
3 2,41 68,91 1,32 16,39 6,90 0,90 » »
4 4,43 1,57 0,11 0,00 0,80 93,09 Матрица
5 5,51 0,86 0,00 0,18 0,81 90,76 » »
6 4,70 1,50 0,00 0,15 1,11 92,54 » »
9/2013 7
включения оксидов железа, размер которых сос-
тавляет десятые доли микрометра (рис. 11, в).
По-видимому, образование овального пятна
происходит на основе МП в результате взаимо-
действия алюмосиликатов с закисью железа, нап-
ример в случае недораскисленности стали. При
этом формируются более легкоплавкие оксидные
системы, отличающиеся высокой жидкотеку-
честью [8]. В термодеформационных условиях
прокатки и сварки эти легкоплавкие оксиды про-
никают по структурным границам и формируют
овальные пятна.
Отсутствие металлического соединения на
большой площади вызывает значительное сниже-
ние прочности.
При сварке высокопрочных рельсов современ-
ного производства, как показывают результаты
Рис. 10. Овальные пятна на изломе рельсов
Рис. 11. Микроструктуры и результаты анализа химического состава неметаллических включений на участке овального пятна
излома сварного соединения рельсов: а — скопления частиц оксидов алюминия, кремния, кальция, магния; б — частицы
оксидов, располагающиеся в ямках; в — оксиды железа
Номер
спектра
Содержание элементов, ат. %
C O Mg Al Si S Ca Fe
1 34,38 7,29 — 0,68 3,60 — 4,58 45,64
2 46,57 29,02 — 1,47 4,41 1,53 — 2,40
3 24,00 23,21 — 1,49 3,27 — 0,74 47,29
4 49,32 33,95 0,23 1,87 6,48 0,30 0,79 6,03
5 55,94 27,26 0,45 2,35 6,54 — 1,18 5,57
6 26,55 53,09 0,36 1,25 2,61 2,41 10,22 1,86
Номер
спектра
Содержание элементов, ат. %
C O Al Si S Ca Cr Fe
1 16,48 3,78 0,00 1,02 — — 0,08 78,62
2 28,58 19,54 0,00 1,03 1,46 2,14 — 46,66
3 16,05 9,34 0,67 1,48 — — — 72,46
4 18,36 24,75 3,20 5,00 — — — 48,69
5 18,83 52,32 5,01 15,22 — — — 4,75
6 17,46 4,58 0,31 0,57 — — — 77,07
7 3,52 0,17 0,00 0,40 — — — 95,92
Номер
спектра
Содержание элементов, ат. %
С O Si Fe
1 13,61 22,79 0,81 62,79
2 16,87 10,99 0,52 71,63
8 9/2013
большого количества контрольных партий свар-
ных рельсов, вероятность образования МП воз-
растает по сравнению с аналогичными данными,
полученными при сварке рельсов мартеновского
производства. По-видимому, это связано с попа-
данием в сталь алюминия как попутного элемента,
например, при введении ванадия, титана, ниобия
или других технологических операциях. Для ус-
транения подобных дефектов необходимо прово-
дить работы по усовершенствованию процессов
плавки и разливки стали.
Повышенная склонность к формированию МП
в высокопрочных рельсах современного произ-
водства создает затруднения при определении оп-
тимальных технологий сварки. Для получения
требуемых нормативами показателей пластичес-
ких свойств соединений необходимо изыскивать
возможности получения дополнительного запаса
пластичности металла в ЗТВ, чтобы компенси-
ровать негативное влияние на этот показатель МП
в случае их формирования. Разработчики техно-
логий сварки высопрочных рельсов стремятся ре-
шить эту задачу за счет прецизионного контроля
энерговложения при сварке и применении само-
настраивающихся систем управления процессом
оплавления [9].
На основании проведенных исследований оп-
ределены критерии оценки соединений высокоп-
рочных рельсов, которые положены в основу раз-
работки операционного и неразрушающего кон-
троля качества сварных рельсов, выполненных
КССО с использованием современных систем уп-
равления процессом сварки и неразрушающего
контроля.
Заключение . В результате проведенной ра-
боты по исследованию дефектов сварных соеди-
нений рельсов, полученных КССО, установлено,
что большинство дефектов находится в плоскости
соединения. По своей структуре и влиянию на
механические свойства дефекты могут быть раз-
биты на три группы.
Первую группу составляют непровары. Вторая
группа дефектов представвляет собой невыдав-
ленные при осадке железомарганцовистые сили-
каты. Третья группа — скопления включений мар-
ганцовистых алюмосиликатов, так называемые
матовые пятна.
Дефекты первой и второй групп значительно
снижают показатели при механических испыта-
ниях. Их наличие в сварных соединениях недо-
пустимо. Дефекты третьей группы при общей
площади до 15 мм2 не оказывают значительного
влияния на показатели механических свойств
рельса. Дефекты первой, второй групп, а также
третьей группы площадью более 15 мм2 уверенно
выявляются современными средствами неразру-
шающего ультразвукового контроля.
1. Кучук-Яценко С. И., Дидковский А. В., Швец В. И. Техно-
логия и оборудование для контактной сварки высокоп-
рочных рельсов // Автомат. сварка. — 2008. — № 11. —
С. 129–138.
2. ТУ У 27.1-31632138-1330–2010. Рейки нові зварені для
залізниць. — Харківський регіональний науково-вироб-
ничий центр стандартизації, метрології та сертифікації,
2010.
3. Гуляев А. И. Технология и оборудование контактной
сварки. — М.: Машиностроение, 1985. — 256 с.
4. Кучук-Яценко С. И. Контактная стыковая сварка оплав-
лением / Отв. ред. В. К. Лебедев. — Киев: Наук. думка,
1992. — 236 с.
5. Класифікація і каталог дефектів і пошкоджень елементів
стрілочних переводів та рейок залізниць України. —
Дніпропетровськ: Арт-Прес, 2000. — 148 с.
6. Виноград М. И., Громова Г. П. Включения в легирован-
ных сталях и сплавах. — М.: Машиностроение, 1971. —
216 с.
7. Годик Л. А., Козырев Н. А., Поляков В. А. Оптимизация
содержания кислорода в рельсовой стали // Сталь. —
2009. — № 3. — С. 29–32.
8. Атлас шлаков: Справ. изд. / Пер. с нем. под ред. д-ра
техн. наук И. С. Куликова. — М.: Металлургия, 1985. —
208 с.
9. Пат. 46820 Україна 6 В23К11/04, С2. Спосіб контактно-
го стикового зварювання оплавленням / С. І. Кучук-
Яценко, О. В. Дідковський, М. В. Богорський та ін.;
опубл. 17.06.2002 г., Бюл. № 6.
Поступила в редакцию 26.06.2013
9/2013 9
|