Dari Mana Residu Stres Berasal dalam Pengelasan Rel
Pengelasan menyatukan rel dengan melelehkan dan{0}}memantapkan kembali baja, dan prosesnya membuat-terkunci dalam tekanan. Pusat pengelasan mencapai lebih dari 1500 derajat Celcius sementara logam dasar tetap pada suhu sekitar; ketika logam cair membeku dan menyusut, logam dasar yang kaku mencegah kontraksi bebas, sehingga tegangan tarik dibekukan ke dalam sambungan. Karena tegangan ini menambah tegangan layan dari lalu lintas, maka las dengan tegangan sisa yang tinggi merupakan las dengan umur kelelahan yang berkurang dan merupakan lokasi yang disukai untuk retak. Oleh karena itu, pengendalian tegangan sisa merupakan bagian inti dari rekayasa ketahanan las, bukan penyelesaian akhir yang bagus.
Distribusi Stres di Seluruh Zona Pengelasan
Tegangan sisa pada las rel sangat tidak homogen. Dalam arah memanjang, tegangan tarik puncak pada pusat las mencapai 80-90 persen kekuatan luluh material dan meluruh ke arah logam dasar, kembali ke nol pada jarak sekitar 50 mm dari las. Dalam arah melintang, puncaknya adalah 60-70 persen hasil dan terkonsentrasi 10-20 mm setiap sisi las di zona{10}}yang terkena dampak panas. Ada juga perbedaan antara kepala dan kaki: kepala rel mendingin lebih cepat dan membawa puncak tegangan yang lebih tinggi, itulah sebabnya cacat las berkumpul di kepala dan mengapa pemeriksaan sisi kepala penting.
Kontrol Proses Pengelasan untuk Membatasi Tegangan Sisa
Kontrol proses bekerja dengan meratakan gradien suhu selama pengelasan. Urutan standarnya adalah pemanasan awal ditambah pengelasan multi-lapisan multi-lintasan ditambah pengelasan tersegmentasi.
Pemanasan awal: menaikkan sambungan hingga 200-250 derajat Celsius sebelum pengelasan memotong perbedaan suhu antara logam las dan logam dasar, sehingga mengurangi tegangan pembatas selama pendinginan. Pemanasan awal yang terlalu rendah tidak akan berpengaruh; pemanasan awal yang terlalu tinggi akan membuat butiran menjadi kasar.
Lintasan-multi-lapisan-berlapis: las dibuat dalam 3-5 lapisan, dan setiap lapisan didinginkan hingga 150-200 derajat Celcius sebelum lapisan berikutnya diendapkan. Hal ini menghindari konsentrasi panas pada satu lapisan tebal dan memungkinkan tegangan lapisan yang berurutan saling mengimbangi.
Pengelasan tersegmentasi: pengelasan berlangsung secara simetris dari pusat las ke luar sehingga panas terdistribusi secara merata dan konsentrasi panas unilateral tidak menyebabkan ketidakseimbangan medan tegangan.
Jika diterapkan dengan benar, langkah-langkah ini akan mengurangi puncak tegangan sisa sebesar 30-40 persen, yang secara langsung berarti umur las yang lebih panjang di bawah lalu lintas.
Pasca-Perlakuan Panas Las dan Peningkatan Permukaan
Perlakuan panas setelah pengelasan menghilangkan sebagian besar-tekanan yang terkunci. Anil pelepas stres memanaskan seluruh sambungan hingga 550-600 derajat Celcius, menahannya selama 2-3 jam, lalu mendinginkannya secara perlahan dengan tungku pada suhu tidak lebih dari 50 derajat Celcius per jam. Pemulihan dan rekristalisasi yang terjadi melepaskan tegangan sisa, sehingga puncak longitudinal berada di bawah 30 persen hasil. Tempering lokal kemudian menargetkan zona yang terkena dampak panas kepala rel: memanaskan kepala hingga 400-450 derajat Celcius selama satu jam akan semakin menurunkan puncak tekanan kepala dan meningkatkan ketahanan terhadap kelelahan. Untuk pengelasan rel kecepatan tinggi, perlakuan dampak ultrasonik ditambahkan: dampak mekanis mengubah bentuk permukaan las secara plastis, mengimbangi sebagian tegangan tarik dan meninggalkan lapisan tekan yang bermanfaat.
Bagaimana Metode Pengelasan Dibandingkan dan Bagaimana Stres Diterima
Metode pengelasan menetapkan tingkat tegangan dasar karena kepadatan energi sumber panas mendorong gradien suhu.
| Metode pengelasan | Tegangan puncak memanjang | Penggunaan yang umum |
|---|---|---|
| Pengelasan butt flash | Sekitar 85 persen hasil | Pengelasan-di lokasi, jalur-kecepatan biasa dan-angkutan berat |
| Pengelasan termit | Sekitar 60 persen hasil | Perbaikan darurat, kurva radius{0}}kecil |
| Pengelasan tekanan gas | 40-50 persen dari hasil | Pengelasan rel-kecepatan tinggi |
| Pengelasan laser | Zona yang terkena dampak panas-yang seragam dan sempit | Pengelasan rel pabrik |
Penerimaan dinilai dengan pengukuran. Metode lubang buta adalah teknik-standar di lokasi: lubang berukuran 1-2 mm dibor, perubahan regangan dicatat, dan tegangan dihitung dari hubungan tegangan-regangan dengan akurasi sekitar plus atau minus 10 MPa. Difraksi sinar X-memberikan akurasi tingkat laboratorium dengan mengukur perpindahan kisi kristal, dan metode ultrasonik memindai area luas tanpa kontak. Sesuai TB/T 1632-2014, tegangan tarik sisa longitudinal pada las tidak boleh melebihi 150 MPa untuk kereta kecepatan tinggi, 200 MPa untuk kereta api angkut berat, dan 250 MPa untuk kereta kecepatan biasa, dengan distribusi seragam dan tidak ada konsentrasi tegangan yang jelas. Pengambilan sampel adalah tiga sambungan per 100; jika salah satu gagal, pengambilan sampel ganda akan dilakukan, dan kegagalan kedua akan menghentikan pengelasan hingga parameter proses ditinjau.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Mengapa pusat las mempunyai tegangan tarik paling tinggi?
Karena ini adalah titik terpanas dan karenanya menyusut paling banyak selama pendinginan, sedangkan logam dasar dingin di kedua sisi menghalangi kontraksi. Semakin cepat gradien suhu, semakin tinggi-puncak terkunci.
Bisakah sisa stres dihilangkan sepenuhnya?
Tidak. Stress relief annealing mengurangi puncak longitudinal di bawah 30 persen hasil, namun tekanan tetap ada. Target tekniknya adalah untuk membawanya di bawah batas penerimaan sehingga las mempertahankan margin kelelahannya di bawah beban servis.
Metode pengelasan manakah yang cocok-dengan rel berkecepatan tinggi?
Pengelasan tekanan gas menghasilkan puncak longitudinal terendah, hasil 40-50 persen, dengan kualitas stabil, itulah sebabnya pengelasan ini lebih disukai untuk-jalur berkecepatan tinggi. Pengelasan butt flash tetap menjadi pekerja keras untuk jalur pengangkutan berat dan biasa.
Seberapa besar optimasi proses dapat mengurangi tegangan sisa?
Pemanasan awal ditambah pengelasan tersegmentasi multi-lapisan multi-lintasan biasanya memotong puncak sebesar 30-40 persen, dan dikombinasikan dengan perlakuan panas pasca-las, tegangan longitudinal sisa turun di bawah 30 persen hasil.
Berapa batas penerimaan tegangan sisa?
Puncak tarik memanjang tidak melebihi 150 MPa untuk-kecepatan tinggi, 200 MPa untuk angkutan-berat, dan 250 MPa untuk kereta api-kecepatan biasa, dengan distribusi seragam dan tanpa konsentrasi tegangan, diverifikasi oleh aturan pengambilan sampel TB/T 1632-2014.
Bagaimana tegangan sisa diukur di lokasi?
Metode lubang buta adalah teknik lokasi standar, dengan akurasi sekitar plus atau minus 10 MPa. Difraksi sinar X-dan metode ultrasonik digunakan jika diperlukan akurasi yang lebih tinggi atau pemindaian area yang luas.