Teknologi Pengendalian Tegangan Residu dan Peningkatan Daya Tahan Las pada Sambungan Las Rel
Apa karakteristik distribusi tegangan sisa pada sambungan las rel?
Ciri-ciri sebaran tegangan sisa pada sambungan las rel adalahketidakhomogenan yang jelas, dengan puncak tegangan tarik dua arah di zona las dan zona-yang terkena dampak panas. Selama pengelasan, logam di zona las mengalami peleburan dan pemadatan yang cepat dengan gradien suhu yang sangat besar: suhu di pusat las bisa mencapai di atas 1500 derajat, sedangkan suhu logam dasar hanya suhu kamar. Perbedaan suhu ini menyebabkan logam di zona las tertahan oleh logam dasar ketika menyusut selama pendinginan sehingga menimbulkan tegangan tarik. Dalam arah memanjang (arah panjang) rel, tegangan tarik sisa memanjang puncak di pusat las dapat mencapai 80%-90% kekuatan luluh material, secara bertahap melemah pada kedua sisi logam dasar, dan pada dasarnya kembali ke keadaan tegangan nol melebihi 50mm. Dalam arah melintang (arah lebar), tegangan tarik melintang puncak di zona yang terkena panas adalah sekitar 60%-70% dari kekuatan luluh, terutama terkonsentrasi di area 10-20mm di kedua sisi las. Selain itu, terdapat perbedaan distribusi tegangan sisa antara kepala rel dan dasar rel: kepala rel memiliki puncak tegangan sisa yang lebih tinggi karena kecepatan pendinginan yang lebih cepat, yang merupakan area dengan insiden tinggi terjadinya keretakan sambungan.
Apa saja langkah-langkah optimalisasi proses pengelasan inti untuk pengendalian tegangan sisa sambungan las rel?
Langkah-langkah optimalisasi proses pengelasan inti untuk pengendalian tegangan sisa sambungan las rel mengadopsi prosespemanasan awal + pengelasan multi-lapisan multi-lintasan + pengelasan tersegmentasiuntuk mengurangi gradien suhu selama pengelasan. Pemanasan awal adalah langkah kuncinya: panaskan sambungan rel hingga 200-250 derajat sebelum pengelasan untuk mengurangi perbedaan suhu antara las dan logam dasar, dan mengurangi tegangan pembatas selama penyusutan pendinginan. Temperatur pemanasan awal yang terlalu rendah tidak mempunyai efek yang jelas, sedangkan temperatur yang terlalu tinggi akan menyebabkan butiran menjadi kasar. Proses pengelasan multi-lapisan multi-lintasan membagi lasan menjadi 3-5 lapisan untuk pengelasan. Setelah setiap lapisan dilas, perlu didinginkan hingga 150-200 derajat sebelum mengelas lapisan berikutnya, menghindari konsentrasi panas yang berlebihan dalam pengelasan satu lapisan, mengurangi gradien suhu. Pada saat yang sama, tegangan las multi-lapis dapat mengimbangi satu sama lain, sehingga mengurangi puncak tegangan sisa. Proses pengelasan tersegmentasi mengadopsi metode tersegmentasi simetris, seperti pengelasan tersegmentasi dari pusat las ke kedua sisi, untuk mendistribusikan panas secara merata dan menghindari ketidakseimbangan tegangan yang disebabkan oleh konsentrasi panas unilateral. Proses pengelasan yang dioptimalkan dapat mengurangi puncak tegangan sisa sebesar 30%-40%, sehingga sangat meningkatkan stabilitas sambungan.
Apa saja titik-proses perlakuan panas pascapengelasan yang penting untuk mengendalikan tegangan sisa sambungan las rel?
Poin utama-proses perlakuan panas las untuk pengendalian tegangan sisa sambungan las rel adalah dengan mengadopsi proses perlakuan kompositanil pelepas stres + temper lokaluntuk menghilangkan atau mengurangi tegangan sisa. Anil pelepas stres adalah langkah inti: panaskan seluruh sambungan las hingga 550-600 derajat , jaga agar tetap hangat selama 2-3 jam, lalu dinginkan perlahan hingga suhu kamar dengan tungku, dan kendalikan laju pendinginan dalam 50 derajat/jam. Proses ini dapat membuat struktur mikro di dalam sambungan mengalami pemulihan dan rekristalisasi, melepaskan tegangan sisa, dan menurunkan tegangan tarik sisa longitudinal puncak hingga di bawah 30% kekuatan luluh. Proses temper lokal ditujukan pada zona kepala rel yang terkena panas: panaskan kepala rel hingga 400-450 derajat, jaga agar tetap hangat selama 1 jam, selanjutnya kurangi puncak tegangan kepala rel, dan tingkatkan ketahanan lelah. Selama perlakuan panas, laju pemanasan dan laju pendinginan harus dikontrol secara ketat untuk menghindari tekanan baru yang disebabkan oleh perubahan suhu yang berlebihan. Untuk sambungan rel yang digunakan pada kereta api kecepatan tinggi, perlakuan benturan ultrasonik juga diperlukan: benturan mekanis digunakan untuk menghasilkan deformasi plastis pada permukaan las, mengimbangi sebagian tegangan tarik, dan membentuk lapisan tegangan tekan yang bermanfaat.
Apa pengaruh metode pengelasan yang berbeda terhadap tegangan sisa sambungan rel?
Pengaruh metode pengelasan yang berbeda terhadap tegangan sisa sambungan rel sangat berbeda, terutama bergantung padakepadatan energi dan laju pemanasan sumber panas pengelasan. Pengelasan butt flash adalah metode yang umum digunakan untuk-pengelasan rel di lokasi. Sumber panasnya memiliki kepadatan energi yang tinggi dan laju pemanasan yang cepat, menghasilkan gradien suhu yang besar di zona pengelasan dan puncak tegangan sisa yang tinggi: tegangan tarik longitudinal puncak dapat mencapai sekitar 85% dari kekuatan luluh. Namun, ia memiliki efisiensi pengelasan yang tinggi dan cocok untuk-pengelasan di lokasi kereta-kecepatan biasa dan-kereta api angkut berat. Pengelasan termit memiliki kepadatan energi sumber panas yang rendah dan laju pemanasan yang lambat, dengan gradien suhu yang relatif kecil dan puncak tegangan sisa yang rendah: tegangan tarik memanjang puncak adalah sekitar 60% dari kekuatan luluh. Namun, kekuatan lasnya rendah, sehingga cocok untuk perbaikan darurat dan bagian kurva dengan radius kecil. Pengelasan tekanan gas menggunakan api gas sebagai sumber panasnya, dengan pemanasan yang seragam dan gradien suhu yang kecil, sehingga menghasilkan puncak tegangan sisa terendah: tegangan tarik memanjang puncak hanya 40%-50% dari kekuatan luluh, dan kualitas las stabil, cocok untuk pengelasan rel kereta berkecepatan tinggi. Pengelasan laser memiliki kepadatan energi yang sangat tinggi, rentang pemanasan yang kecil, dan zona terkena panas yang sempit, dengan distribusi tegangan sisa yang lebih seragam. Namun, biaya peralatannya tinggi, dan saat ini peralatan tersebut terutama digunakan untuk pengelasan rel di pabrik.
Apa metode deteksi dan standar penerimaan tegangan sisa sambungan las rel?
Metode deteksi tegangan sisa sambungan las rel terutama meliputimetode lubang buta, metode difraksi sinar X, dan metode ultrasonik. Metode lubang buta adalah metode deteksi-lokasi yang umum digunakan, dan standar penerimaannya harus mematuhi standar pengelasan rel TB/T 1632-2014. Langkah-langkah pendeteksian metode lubang buta adalah: mengebor lubang buta dengan diameter 1-2mm pada permukaan sambungan, mengukur perubahan regangan sebelum dan sesudah pengeboran, menghitung nilai tegangan sisa melalui rumus tegangan-regangan, dengan akurasi pendeteksian ±10MPa, cocok untuk pendeteksian cepat di-lokasi. Metode difraksi sinar X-adalah metode deteksi non-destruktif, yang menghitung tegangan sisa dengan mengukur perpindahan puncak difraksi kristal. Alat ini memiliki akurasi pendeteksian yang tinggi dan cocok untuk pendeteksian laboratorium yang presisi, namun dibatasi oleh peralatan pendeteksian dan sulit digunakan di{15}}lokasi. Metode ultrasonik mendeteksi tegangan sisa dengan menggunakan perubahan kecepatan gelombang gelombang ultrasonik di bawah tekanan, yang dapat mewujudkan deteksi non-kontak dan cocok untuk pemindaian cepat di area luas. Standar penerimaan menetapkan bahwa tegangan tarik sisa memanjang puncak sambungan las rel untuk kereta api kecepatan tinggi Kurang dari atau sama dengan 150MPa, untuk kereta api angkut berat Kurang dari atau sama dengan 200MPa, dan untuk kereta api kecepatan biasa Kurang dari atau sama dengan 250MPa; distribusi tegangan sisa harus seragam tanpa konsentrasi tegangan yang jelas. Rasio pengambilan sampel adalah 3 sambungan per 100 sambungan. Apabila ada yang tidak memenuhi syarat maka dilakukan pengambilan sampel ganda; jika masih tidak memenuhi syarat, operasi pengelasan harus dihentikan dan parameter proses harus diperiksa.