Магнитный контроль сварных стыков рельсов

Аннотация 3
Введение 5
Глава 1. Объект контроля 6
1.2. Химический состав стали марки М76Ф 8
1.3. Магнитные характеристики стали марки М76Ф 8
1.4. Физические характеристики стали марки М76Ф 8
1.5. Дефекты 9
1.5.1. Классификация дефектов 14
Глава 2. Выбор способа сварки 16
2.1. Виды сварки рельсов 16
2.1.1. Дуговой ванный способ 16
2.2.2. Алюмотермитная сварка 17
2.2.3. Газопрессовый способ сварки 18
2.2.4. Контактный стыковой способ сварки 19
2.2.5. Режимы сварки 21
2.2.6. Заключение 22
Глава 3. Феррозондовый метод контроля 22
3.1. Общие сведения 22
3.2. Конструкция и принцип действия феррозондового преобразователя 23
3.3. Структурная схема феррозондового дефектоскопа 25
3.4. Параметры ФП феррозондового контроля 26
3.4.1. Требования к чувствительности феррозондового дефектоскопа 26
3.4.2. Параметры ФП-градиентометра 27
Глава 4. Описание оборудования контроля 28
4.1. Дефектоскопная тележка вагона-дефектоскопа 28
4.2. Система намагничивания и размагничивания 30
4.3. Искательное устройство 32
4.4. Вагон-дефектоскоп 33
Глава 5. Этапы контроля и методика его проведения 34
Глава 6. Расчётная часть 36
6.1. Расчёт количества феррозондовых преобразователей 36
6.2. Расчёт пневмноцилиндров 37
6.3. Расчёт намагничивания рельсов 37
Глава 7. Патентный обзор 39
7.1. Способ центрирования следяще-стабилизирующего устройства скоростного дефектоскопа и устройство для его осуществления 39
7.2. Дефектоскоп совмещённого бесконтактного магнитного и ультразвукового контроля рельсового пути 48
Глава 8. Заключение 56
Глава 9. Приложение 57
9.1. Спецификация к чертежам (листы №2,3,4) 57
Глава 10. Список используемой литературы 60

Весь текст будет доступен после покупки

Железнодорожный путь предназначен для безопасного движения поездов (подвижных составов) с заданными и перспективными нагрузками от колёсных пар подвижного состава на рельсы и скоростями. Железнодорожные рельсы являются одной из самых важных частей железнодорожного полотна.
В процессе эксплуатации по мере наработки тоннажа на рельсах происходят процессы износа, смятия, коррозии и усталости, в том числе контактной изгибной и коррозийной усталости. В результате этих процессов образуются различные дефекты и повреждения. Для выявления этих дефектов и повреждений, с момента образования железнодорожного пути, возник вопрос о контроле над рельсами. Дефект рельса характеризуется отклонениями от установленных норм его геометрических параметров или прочности, соблюдение которых обеспечивает работоспособное состояние рельса в установленных условиях эксплуатации. К дефектам рельсов относятся: выкрашивание различных частей рельса, выколы, трещины, изломы, все виды износа, пластические деформации в виде смятия, сплывов металла головки рельса, коррозия, механические повреждения, величины которых превышают нормативное значение. Отказ рельса называется дефектом, при котором исключается возможность пропуска поездов (полный отказ) или возникает необходимость в ограничении скорости движения поездов (частичный отказ).

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Объект контроля
1.1. Описание объекта контроля
Основной несущий элемент верхнего строения пути – рельсы. Они представляют собой стальные профилированные прокатные изделия в виде полос специальных сечений, по которым движется подвижной состав. Рельсы уложены на опоры, скреплены с ними и между собой и образуют рельсовую колею. Рельсы непосредственно воспринимают давление колёс подвижного состава.
Стандартными и общепринятыми рельсами на всех дорогах мира являются рельсы широкоподошвенные.
Рельсы предназначены для движения подвижного состава железных дорог и метрополитена, трамваев, локомотивов, вагонеток рудничного транспорта и монорельсовых дорог крановых тележек, подъёмных кранов и других передвижных, поворотных и вращающихся конструкций.
Широкоподошвенный рельс (рис. 1.1) состоит из трёх основных частей: головки, подошвы и шейки, соединяющей головку с подошвой.


Рис. 1.1 – Широкоподошвенный рельс
Рельсы являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Они предназначены:
непосредственно воспринимать давления от колес подвижного состава и передавать эти давления нижележащим элементам верхнего строения пути;
направлять колеса подвижного состава при их движении;
на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге – обратного силового тока. Поэтому рельсовые нити должны обладать необходимой электропроводимостью.
Современные рельсы прокатывают только из стальных слитков. Сталь изготовляют в конвертерах по способу Бессемера или в мартеновских печах. Бессемеровскую сталь получают в результате продувки расплавленного чугуна кислородом (15–18 минут). При этом выгорает углерод и часть примесей. Мартеновскую сталь варят из чугуна и стального лома в больших печах ёмкостью от 200 до 1500 тонн в течение нескольких часов. Эта сталь чище и менее хладноломка, чем бессемеровская. Рельсы тяжелых типов (Р65 и Р75) прокатывают только из мартеновской стали.
В данном курсовом проекте рассмотрены железнодорожные рельсы типа Р65, категории В (рельсы термоупрочнённые высшего класса) из стали марки М76Ф, длиной 25 метров без болтовых отверстий: "Рельс 65-В-М76Ф-25-0 ГОСТ Р 51685-2000".
Рельсы железнодорожные Р65 (рис. 1.2) предназначены для звеньевого и бесстыкового путей железных дорог широкой колеи и для производства стрелочных переводов.

Рис. 1.2 – Поперечное сечение рельса Р65


1.2. Химический состав стали марки М76Ф

Массовая доля элементов, %
C
(углерод) Mn
(марганец) Si
(кремний) V
(ванадий) P
(фосфор) S
(сера) Сr
(хром) Ni
(никель) Cu
(медь)
Не более
0,72-0,84 0,75-1,25 0,18-0,55 0,03-0,10 0,035 0,045 0,2 0,2 0,2
Табл. 1 – Химический состав стали марки М76Ф
Основа: Fe (железо) – от 97,6%. [ГОСТ Р 51685-2000]
М76Ф – высокоуглеродистая рельсовая сталь, по способу выплавки является мартеновской сталью. Буква "Ф" в обозначении показывает, что сталь легирована ванадием. Ванадий чаще применяется как компонент сложного легирования. Его наличие придаёт легированным сталям более равномерную и благоприятную структуру, которая мало изменяется даже с термообработкой. Кроме того, ванадий стабилизирует ?-фазу, что увеличивает стойкость стали к напряжениям сдвига (как известно, именно при сдвиговых деформациях металлы имеют наименьшую прочность).
1.3. Магнитные характеристики стали марки М76Ф
H_с = 1360 (А/м) – коэрцитивная сила;
B_r = 1,3 (Тл) – остаточная индукция.
1.4. Физические характеристики стали марки М76Ф
? = 7,81 (г/см?) – плотность;
?_т?794 (МПа) – предел текучести;
?_в?1176 (МПа) – предел кратковременной прочности;
?_5?6 (%) – относительное удлинение после разрыва;
??25 (%) – относительное сужение;
HB=341-388 (МПа) – твёрдость по Бринеллю;
KCU?245 (кДж/м^2 ) – ударная вязкость.
1.5. Дефекты
В зависимости от плана и профиля пути наибольший выход рельсов по дефектам – на спусках, подъёмах и на кривых участках. Наибольшее число дефектов в рельсах возникает на упорных рельсовых нитях кривых участков пути малых радиусов. Причины возникновения изломов и дефектов в рельсах, лежащих в пути, весьма разнообразны. Длительные наблюдения и изучение условий работы рельсов позволили установить некоторые общие причины, которые можно разделить на две группы: эксплуатационные (например, неудовлетворительное состояние пути и подвижного состава) и заводские (дефекты при изготовлении рельсов). Неудовлетворительное состояние пути и подвижного состава способствует ускорению выхода из строя рельсов по заводским причинам.
Ниже представлены наиболее часто встречающиеся дефекты и повреждения рельсов, а также причины их образования.
1. Отслоение и выкрашивание металла на поверхности катания головки рельсов.
Данные дефекты (рис.1.3) обычно появляются при нарушении технологии изготовления рельсов. В процессе остывания слитка, который прокатывается и приобретает форму рельса, во всём его объёме образуются пузыри не выделившегося газа. Такие газовые пузыри бывают и внутри слитка, и у его поверхности. При прокатке рельсов газовые пузыри, расположенные у самой поверхности слитка, во многих случаях выходят на поверхность рельса в виде волосовин, закатов и плен. Эти дефекты, не замеченные при приёмке рельсов на заводе, приводят к образованию отслоений и выкрашиваний металла на поверхности катания после того, как по рельсам начинает обращаться подвижной состав. Такие повреждения обычно выявляются при визуальном осмотре.


Рис. 1.3 – Образцы с отслоением и выкрашиванием металла на поверхности катания головки рельса

2. Выкрашивание металла на боковой рабочей выкружке головки рельса (рис. 1.4).
Образуются в основном из-за недостаточной контактной прочности рельса при загрязнении металла неметалическими включениями, вытянутыми вдоль направления прокатки в виде дорожек, расположенных на глубине 3-8,5 мм от поверхности катания. Возникающие в этих местах микротрещины развиваются медленно (усталостно) в виде овальных пятен, переходящих в продольно-наклонную трещину. В процессе службы верхний слой металла над трещиной претерпевает наклёп и выкрашивается.



Рис. 1.4 – Выкрашивание металла на боковой рабочей выкружке головки рельса


3. Поперечные трещины усталости в головке и изломы из-за них.
Наиболее опасный дефект контактно-усталостного происхождения. Возникает и развивается внутри головки рельса без каких-либо внешних признаков. Даже тогда, когда эта трещина выходит на поверхность, заметить её почти невозможно из-за чрезвычайно малого раскрытия. Существуют две основные причины образования и развития поперечных трещин усталости. Первая – наличие микроскопических надрывов (флокенов) внутри головки, которые обычно располагаются на глубине не более 10 мм от поверхности головки катания. Флокены – зернистые надрывы, от которых под воздействием нагрузки от подвижного состава радиально развиваются усталостные трещины. Вторая причина образования и развития поперечных трещин усталости – малоразвитые внутренние продольно-наклонные трещины. Они возникают при больших контактных напряжениях, которые испытывает поверхность катания головки рельса при воздействии колёс подвижного состава. Поперечные надрывы развиваются из тех продольно-наклонных трещин, которые оказываются в зоне растягивающих остаточных напряжений на глубине от 3 до 12 мм. Поперечные трещины усталости, возникающие в результате высоких контактных напряжений, развиваются преимущественно со стороны внутренней грани головки рельса. На рис. 1.5 изображены поперечные трещины в головке рельса, вызванные флокенами (а), газовыми пузырями (б), а также возникшие в результате недостаточной контактно-усталостной прочности металла (в, г).

Рис. 1.5 – Поперечные трещины усталости в головке рельса



4. Поперечные трещины в головке рельса.
Данные дефекты возникают из-за различных механических повреждений: при проходе колёс с большими ползунами, от ударов путёвым инструментом, рельса о рельс и т.п. На поверхности катания рельса появляются насечки, которые концентрируют напряжения и могут быть причиной образования трещин даже при нормальной нагрузке (рис.1.6). Трещина быстро развивается и приводит к излому рельса.

Рис. 1.6 – Поперечные трещины в головке рельса

5. Вертикальное и горизонтальное расслоения головки рельса.
Являются одними из основных опасных дефектов. Вертикальные трещины (рис. 1.7) чаще всего возникают в средней части головки в любом месте по длине рельса, однако данный дефект может быть обнаружен также и в шейке рельса. Причиной вертикального расслоения головки (шейки) являются остатки усадочной раковины в рельсе, неметаллические включения и скопления примесей серы и фосфора. Горизонтальные трещины (рис. 1.8) возникают как от загрязнения металла неметаллическими включениями, так и из-за газовых пузырей и флокенов, которые вытянуты вдоль прокатки.

Рис. 1.7 – Вертикальное расслоение головки рельса





Рис. 1.8 – Горизонтальное расслоение головки рельса

6. Продольные трещины в местах перехода головки в шейку и шейки в подошву.
Трещины (рис. 1.9) очень тонкие и в начале стадии развития представляют собой серию небольших надрывов пилообразного вида. По мере развития тонкие надрывы соединяются и образуют над головкой рельса очень длинную тонкую трещину. Иногда эта трещина может идти внутри головки, в этом случае она возникает в результате вертикального расслоения – усадочной раковины. Большинство же трещин у места сопряжения головки и шейки не связано с усадочной раковиной в головке рельса. Эти трещины распространяются с поверхности вглубь шейки рельса в горизонтальной плоскости. Они обычно развиваются в рельсах после долгих лет службы. Это трещины коррозионной усталости, возникающие при концентрации напряжений в месте сопряжения шейки с головкой.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Н54 Т. 6: В 3 кн. Кн. 1. В.В. Клюев, В.Ф. Мужицкий, Э.С. Горкунов, В.Е. Щербинин. Магнитные методы контроля. - М.: Машиностроение, 2006. – 848 с.: ил.
2. Магнитопорошковая дефектоскопия деталей и узлов, практическое пособие/ Г.С. Шелихов. Под общ. ред. д.т.н. профессора Лозовского В.Н., Москва, 1995. - 221с.: ил.
3. Магнитные методы контроля и диагностики: учебное пособие/ И.И.Толмачёв.–Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 216 с.
4. Учебное пособие для студентов 3-го курса по ПМ 03. Устройство, надзор и техническое состояние железнодорожного пути и искусственных сооружений. МДК 03.03. Неразрушающий контроль рельс. / В.Ф Петухов; ВТЖТ – филиал ФГБОУ ВО РГУПС. – Волгоград, 2017. – 154 с.
5. Н.П. Алёшин, А.Л. Ремизов, А.А. Дерябин, Лекции по курсу контроль качества сварных соединений. – Москва, 2013. – 243 с.

Весь текст будет доступен после покупки