Technológia spevnenia povrchu koľajníc a jej prispôsobenie tratiam s rôznou dopravnou kapacitou
Aké sú hlavné parametre procesu spevnenia povrchu kalením pre národné štandardné koľajnice?
Jadrom spevnenia povrchového kalenia pre národné štandardné koľajnice je presné riadenie parametrov vykurovania a chladenia. Po prvé, strednofrekvenčný indukčný ohrev sa používa na ohrev jazdnej plochy koľajnice na 850-900 stupňov , čo je teplotný rozsah, ktorý zaisťuje austenitizáciu povrchu koľajnice bez prepálenia. Čas ohrevu by sa mal regulovať do 30-40 sekúnd, aby sa zabezpečilo, že hĺbka ohrevu jazdnej plochy dosiahne 2 – 3 mm, čo spĺňa požiadavky na spevnenie tvrdosti povrchu. V chladiacom štádiu sa používa vysokotlakové chladenie vodnou hmlou, pričom tlak vody je regulovaný na 0,8-1,2 MPa a rýchlosť chladenia dosahuje 15 stupňov/s alebo viac, čo podporuje transformáciu povrchovej štruktúry na jemný martenzit. Po kalení sa vykoná nízkoteplotné temperovanie pri teplote 180-200 stupňov počas 1 hodiny, aby sa eliminovalo zvyškové napätie kalenia a zabránilo sa povrchovým trhlinám na koľajnici. Tvrdosť jazdnej plochy koľajnice upravenej týmto procesom môže dosiahnuť HRC58-62 a odolnosť proti opotrebeniu je viac ako 3-násobná v porovnaní s neošetrenými koľajnicami.
Aké sú špeciálne technické požiadavky na spevnenie laserového povlaku zahraničných štandardných koľajníc?
Na spevnenie laserového obkladu zahraničných štandardných koľajníc, ako sú UIC60 a AREMA115RE, je prvou požiadavkou dobrá kompatibilita medzi obkladovým materiálom a základným kovom koľajnice. Zvyčajne sa vyberá prášková zliatina na báze železa a jeho zloženie by sa malo približovať pomeru zliatiny základného kovu koľajnice, aby sa zabránilo odlupovaniu na spoji medzi obkladovou vrstvou a základným kovom. Výkon lasera je potrebné upraviť podľa modelu koľajnice: výkon lasera pre koľajnice UIC60 je riadený na 2000-2500W a pre koľajnice AREMA115RE je potrebné zvýšiť na 2500-3000W, aby sa zabezpečilo, že hrúbka obkladovej vrstvy rovnomerne dosiahne 0,5-0,8 mm. Počas procesu opláštenia je potrebná ochrana inertným plynom s prietokom argónu regulovaným na 10-15 l/min, aby sa zabránilo oxidácii plátovacej vrstvy. Po opláštení musí byť povrch koľajnice zbrúsený na drsnosť Ra menšiu alebo rovnú 1,6 μm, aby sa zabezpečil hladký kontakt kolesa s koľajnicou. Okrem toho sa vyžaduje testovanie tvrdosti obkladovej vrstvy, pričom tvrdosť je väčšia alebo rovná HV800 a pevnosť spojenia medzi obkladovou vrstvou a základným kovom je väčšia alebo rovná 300 MPa.
Aká je preferovaná schéma spevnenia povrchu koľajníc na tratiach s vysokou{0}}premávkou a ťažkým{1}}odťahom?
Koľajnice na linkách s vysokou{0}}intenzívnou premávkou-majú vysoké namáhanie pri kontakte kolesa-koľajnice a majú vysokú mieru opotrebovania, preto je preferovanou schémou metóda spevnenia kompozitu „kalenie + laserové plátovanie“. Najprv sa na jazdnú plochu koľajnice aplikuje strednofrekvenčné kalenie, aby sa zlepšila základná tvrdosť a odolnosť povrchovej vrstvy proti opotrebeniu, a potom sa na kalenej vrstve vykoná laserové plátovanie, aby sa ďalej zvýšila odolnosť proti únave a odlupovaniu. Povrch koľajnice po spevnení kompozitom tvorí dvoj-vrstvovú štruktúru „kalená spevňujúca vrstva + plášťová-vrstva odolná voči opotrebovaniu“. Kalená vrstva poskytuje dostatočnú pevnosť, zatiaľ čo obkladová vrstva má vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu a nárazu. Táto schéma môže predĺžiť životnosť koľajnice o viac ako 50 % v porovnaní s technológiou jednoduchého ochladzovania, čím sa prispôsobí potrebám tratí na ťažkú{13}}dopravu s ročným objemom dopravy presahujúcim 300 miliónov ton{15}}kilometrov. Počas výstavby by sa mala venovať pozornosť zladeniu hrúbky medzi kalenou vrstvou a obkladovou vrstvou: hrúbka kalenej vrstvy je kontrolovaná na 2- 3 mm a hrúbka obkladovej vrstvy na 0,5-0,8 mm, aby sa predišlo koncentrácii napätia spôsobenej nevyváženým pomerom hrúbky. Okrem toho by sa na koľajniciach po spevnení kompozitu mali vykonať simulačné skúšky kontaktu koleso-koľajnica, aby sa zabezpečilo rovnomerné rozloženie kontaktného napätia.
Aká je ekonomická technológia spevnenia povrchu koľajníc na bežných-rýchlostných tratiach s nízkou premávkou?
Trate s nízkou{0}}premávkou na bežné-rýchlostné trate majú vysoké požiadavky na kontrolu nákladov, preto sa uprednostňuje ekonomická technológia spevnenia povrchu koľajníc brokovaním. Spevnenie brokovnicou využíva ako projektily liatinové alebo oceľové broky s priemerom projektilu riadeným na 0,8-1,2 mm a vstrekovacím tlakom na 0,4-0,6 MPa, vďaka čomu projektily narážajú na jazdnú plochu koľajnice vysokou rýchlosťou. Tento proces môže na povrchu koľajnice vytvoriť vrstvu zvyškového tlakového napätia s hrúbkou 0,1-0,2mm, čím účinne bráni iniciácii a šíreniu únavových trhlín a zároveň zvyšuje tvrdosť povrchu na HRC45-50. Náklady na spevnenie brokovaním sú len 1/5 spevnenia kalením a 1/20 laserového plátovania, čo je veľmi vhodné pre trate s bežnou rýchlosťou s ročným objemom dopravy menej ako 50 miliónov tonokilometrov. Na stavbu možno použiť mobilné brokovacie zariadenie, ktoré môže fungovať priamo online bez demontáže koľajníc, čo výrazne znižuje náklady na výstavbu. Okrem toho, po zosilnení brokovaním, je možné aplikovať antikorózny základný náter na koľajnice, aby sa ďalej predĺžil antikorózny cyklus koľajníc a znížila sa frekvencia údržby.
Aké sú detekčné indikátory a akceptačné normy pre účinky spevnenia povrchu koľajníc?
Detekčné indikátory účinkov spevnenia povrchu koľajníc zahŕňajú najmä tvrdosť povrchu, zvyškové tlakové napätie, odolnosť proti opotrebovaniu a únavovú životnosť. Tvrdosť povrchu sa zisťuje testerom tvrdosti podľa Rockwella: tvrdosť jazdnej plochy kalených koľajníc by mala byť väčšia alebo rovná HRC58, tvrdosť laserovej povlakovej vrstvy väčšia alebo rovná HV800 a tvrdosť brokovaných koľajníc väčšia alebo rovná HRC45; zvyškové tlakové napätie sa deteguje röntgenovým analyzátorom napätia: zvyškové tlakové napätie brokovanej vrstvy by malo byť väčšie alebo rovné -300 MPa a ochladzovanej vrstvy väčšie alebo rovné -200 MPa; odolnosť proti opotrebovaniu zisťuje stroj na testovanie opotrebovania: strata opotrebovania spevnených koľajníc by sa mala znížiť o viac ako 50 % v porovnaní s nespevnenými koľajnicami; únavovú životnosť zisťuje stroj na testovanie únavy v ohybe: únavová životnosť spevnených koľajníc by sa mala zvýšiť viac ako 1-krát. Akceptačný štandard je: 10 meracích bodov sa odoberá na kilometer trate a všetky indikátory každého meracieho bodu musia spĺňať normy. Ak je 1 merací bod nekvalifikovaný, vyžaduje sa dvojitý odber vzoriek; ak sú stále nekvalifikované body pri dvojitom odbere vzoriek, posilňujúci účinok tohto úseku čiary sa považuje za nekvalifikovaný. Po prevzatí by sa mal vytvoriť súbor spevnenia, ktorý bude zaznamenávať čas spevnenia, parametre procesu a výsledky skúšok, poskytujúci dátovú podporu pre následnú údržbu.