Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2019,  том 16,  №3, 370-376

 

В.В. Муравьев, А.В. Якимов, С.В. Казанцев

Распределение остаточных напряжений и скорости головной волны в рельсах

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, ул. Студенческая, 7, 426069, Ижевск, Удмуртская Республика, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Представлены экспериментальные результаты измерений продольных остаточных напряжений по сечениям в отрезках рельса Р65 длиной 140 см и длиной 12,5 м. По результатам анализа выявлены периодические колебания локальных остаточных напряжений по длине рельсов в поперечных сечениях: для 140 см отрезков период колебаний составил 25-50 см, а для 12,5 метрового отрезка рельса – 70-90 см. С использованием полиноминальной аппроксимации обнаружено наличие периодических колебаний усреднённых значений остаточных напряжений в отрезках 12,5 метрового рельса, период которых составил около 9 м. Оценка напряженного состояния рельсов проведена с использованием метода акустоупругости, основанного на измерении скорости распространения акустических волн. Использована методика, основанная на прозвучивании со стороны поверхности катания по высоте рельса поперечными волнами, ортогонально поляризованными в продольном и поперечном направлениях относительно оси рельса. Исследовано распределение скорости головной волны, распространяющейся в отрезках рельсов, в том числе содержащих сварное соединение, выполненное электроконтактной сваркой. Скорость головной волны в зоне сварного соединения изменяется в диапазоне 50 м/с с периодичностью 10 см в месте стыка рельсов. Измерения скорости головной волны в рельсах на поверхности катания в зоне сварного соединения и в рельсе без сварного соединения показали, что в зоне сварного соединения наблюдаются значительные колебания скорости головной волны и твердости, что может говорить о степени деструктуризации металла сварного шва. Для возбуждения головной волны в рельсах использовался ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода.

Ключевые слова: рельсы, остаточные напряжения, электромагнитно-акустический преобразователь, акустоупругость, головная волна.

УДК 620.19

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2019.03.013


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 16, No.3 (2019) 370-376

 

V.V. Murav’ev, A.V. Yakimov, S. V. Kazantsev

Distribution of residual stresses and speed of a creep wave in rails

Kalashnikov Izhevsk State Technical University, Studencheskaya Str., 7, Izhevsk, Udmurt republic, 426069, Russia

The experimental results of measurements of the longitudinal residual stresses along the sections in the P65 rail segments with a length of 140 cm and a length of 12.5 m are presented. Based on the analysis results, periodic oscillations of the local residual stresses along the length of the rails in the cross sections were revealed: for 140 cm segments, the oscillation period was 25-50 cm, and for a 12.5 meter rail segment – 70-90 cm. Using polynomial approximation, the presence of periodic fluctuations in the averaged values of residual stresses in segments of a 12.5 meter rail, the period of which was about 9 m, was detected. The stress state of the rails was evaluated using the acoustoelasticity method based on measuring the propagation velocity of acoustic waves. A technique was used based on sounding from the side of the rolling surface along the rail height by transverse waves orthogonally polarized in the longitudinal and transverse directions relative to the rail axis. The distribution of the velocity of the creep wave propagating in the segments of rails, including those containing a welded joint made by flash welding, is investigated. The velocity of the creep wave in the weld zone varies in the range of 50 m/s with a frequency of 10 cm at the junction of the rails. Measurements of the creep wave velocity in rails on the rolling surface in the welded joint zone and in the rail without a welded joint showed that significant fluctuations in the creep wave velocity and hardness are observed in the welded joint zone, which may indicate the degree of destructuring of the weld metal. To excite the creep wave in the rails, an ultrasonic transducer with a variable input angle was used.

Keywords: rails, residual stresses, electromagnetic-acoustic transducer, acoustoelasticity, creep wave.