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    鐵路貨車制動管焊后殘余應(yīng)力測試

    2024年09月06日 11:26點擊:104來源:南京聚航科技有限公司>>進入該公司展臺

    制動管系是鐵路貨車制動系統(tǒng)的重要組成部件,其連通著制動系統(tǒng)各個閥體,起到傳遞制動壓力的作用。目前,我國鐵路貨車制動管接頭體與制動管管體采用焊接形式相連接,由于制動管結(jié)構(gòu)特點和焊接熱作用不均勻等因素,導(dǎo)致制動管焊后會產(chǎn)生較高的殘余應(yīng)力,從而影響制動管的靜載荷強度、疲勞強度、抗應(yīng)力腐蝕性、剛性和穩(wěn)定性。車輛運行過程中,在外界載荷的作用下,制動管焊趾附近多次發(fā)生疲勞斷裂破壞,會危及行車安全。因此,有必要對焊后的制動管進行殘余應(yīng)力測試,了解殘余應(yīng)力大小并改進焊接工藝,降低制動管焊后殘余應(yīng)力。

    本文以脫軌閥制動管為研究對象,采用鉆孔殘余應(yīng)力測試方法,對原焊接組裝工藝條件下的制動管進行殘余應(yīng)力測試,分析其產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力的原因,并對焊接工藝進行改進。

    殘余應(yīng)力測試方法

    試驗中選用JHBX120-3C應(yīng)變片,應(yīng)變片敏感柵中心連接圓直徑D=10mm,鉆孔中心到應(yīng)變片敏感柵近孔端和遠孔端的距離分別為r1=3.45mm和r2=6.55mm,鉆孔中心和應(yīng)變花敏感柵中心連接圓圓心設(shè)置在距離焊趾15mm處。測試設(shè)備采用南京聚航科技有限公司的JHMK殘余應(yīng)力測試系統(tǒng),由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK-L殘余應(yīng)力鉆孔裝置組成,多點測量,全軟件操作,自動實時計算殘余應(yīng)力,測量結(jié)果準確,精度高。

    根據(jù)GB/T31310-2014規(guī)定,由于制動管壁厚為2.5mm,小于應(yīng)變花敏感柵中心連接圓直徑D=10mm,故制動管為薄工件,對薄工件一般應(yīng)鉆通孔。鉆孔時,采用轉(zhuǎn)速為2440r/min的低速鉆通孔法進行殘余應(yīng)力測試,鉆孔直徑為φ2mm,測試步驟如下:

    1. 將粘貼好應(yīng)變片的制動管裝夾在鉆孔裝置上;

    2. 將測試導(dǎo)線連接至靜態(tài)應(yīng)變儀上,進行參數(shù)設(shè)置、應(yīng)變清零、數(shù)據(jù)采集。

    3. 啟動鉆孔裝置,一直鉆透單側(cè)管壁;鉆透后,退出鉆頭,關(guān)閉鉆孔裝置。

    4. 保持試件不動,等待數(shù)據(jù)變化,直至3個方向的應(yīng)變值平穩(wěn)后,停止采集數(shù)據(jù),保存數(shù)據(jù)。

    測試結(jié)果分析

    這次試驗中,對3個制動管試件進行了殘余應(yīng)力測試,圖1為其中一個制動管鉆孔和等待數(shù)據(jù)平穩(wěn)時的3個應(yīng)變片的時域響應(yīng)信號,加工應(yīng)變在300με左右,與標(biāo)準中描述一致,最終3個方向的應(yīng)變值均平穩(wěn)。

    鐵路貨車制動管.png





     


    3個試件的殘余主應(yīng)力及主應(yīng)力方向角計算結(jié)果表明,*大壓縮主應(yīng)力達到95-201MPa左右,方向與管身母線成12°-23°左右,3個試件的殘余主應(yīng)力方向角分布范圍如圖2。制動管焊后產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力的主要原因是制動管焊接冷卻后,焊縫長度縮短,致使焊縫產(chǎn)生了徑向收縮變形,焊縫附近的管身母線方向上產(chǎn)生彎曲壓應(yīng)力。同時,焊接過程中,管身受焊接熱作用后產(chǎn)生變形。根據(jù)現(xiàn)在的焊接組裝工藝,管身端頭面與接頭體內(nèi)部的臺階面是相接觸的,這限制了管身端部的自由伸長,加劇了焊縫處的徑向收縮變形,導(dǎo)致焊縫附近產(chǎn)生了較大的殘余壓應(yīng)力。由于接頭體和管身通過焊縫連接,焊縫阻止制動管管身產(chǎn)生徑向收縮變形,焊趾處相應(yīng)的也會產(chǎn)生較大的殘余拉應(yīng)力。在外載荷的作用下,二次應(yīng)力的作用,使得管身側(cè)的焊趾承受的*大拉應(yīng)力增大,加大了焊趾處疲勞破壞的概率。

    為了解決焊接過程中管身端部自由伸長收到約束的問題,改進管身和接頭體組裝工藝,在管身端部與接頭體內(nèi)部臺階面之間預(yù)留一定的間隙。

    結(jié)論

    鐵路貨車制動管原焊接組裝工藝,由于制動管管身端部在焊接熱的作用下伸長變形受到約束,加劇了焊縫處的徑向收縮變形,導(dǎo)致焊縫附近產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力,殘余應(yīng)力以平衡狀態(tài)存在于制動管中,使得制動管管身側(cè)焊趾處產(chǎn)生相應(yīng)的較大殘余拉應(yīng)力,在外載荷作用下,由于二次應(yīng)力的作用,使得焊趾處承受了較大的拉應(yīng)力,易產(chǎn)生疲勞斷裂,嚴重影響列車的運行安全。



    關(guān)鍵詞:接頭 應(yīng)變儀
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