ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЗОНЕ СВАРНОГО ШВА РЕЛЬСОВ ТИПА Р65 КАТЕГОРИИ ДТ350

Рельсы являются важнейшим элементом верхнего строения железнодорожного пути. Для повышения плавности хода, снижения динамических нагрузок в местах соединения все большее распространение получает контактная сварка рельсов в плети в стационарных условиях и алюмотермитная сварка непосредственно в пути. Несмотря на повышение качества соединений, зона сварных стыков вследствие изменения структуры, обусловленной физическими процессами сварки и термообработки, является местом с более низкими механическими характеристиками относительно металла цельнокатаных рельсов. Развитие дефектов в сварных стыковых соединениях является одной из основных причин изъятия рельсов из эксплуатации. Важной составляющей обеспечения качества рельсов и сварных стыков является формирование благоприятной эпюры остаточных напряжений. С целью оценки влияния индукционного нагрева и закалки проведено исследование распределения остаточных напряжений до и после термообработки сварного стыка, полнопрофильных проб рельсов типа Р65 категории ДТ350 из стали марки Э76ХФ текущего производства АО «ЕВРАЗ ЗСМК». Установлено, что в головке рельса преобладают сжимающие остаточные напряжения как до, так и после термической обработки, подогрев снижает общие напряжения до 210 – 264 МПа, максимальные сжимающие напряжения (586 МПа) фиксируются на стыке после упрочняющей термообработки. В шейке рельса преобладают растягивающие напряжения, отмечено резкое увеличение напряжений после упрочняющей термической обработки: напряжения возросли более чем в три раза (с 68 до 254 МПа). После подогрева сварного стыка наблюдается незначительное снижение остаточных напряжений в этой области. В подошве рельса фиксируются сжимающие напряжения с идентичной эпюрой независимо от термической обработки. Минимальные напряжения фиксируются по центру подошвы с последующим увеличением к краю пера. Наибольшая разница (57 – 537 МПа) зафиксирована после упрочняющей термообработки по периметру подошвы.

1. Старовойтов М.М., Ваганова О.Н. Ключе-вые ориентиры развития путевого комплекса // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 12. С. 2–4.

2. Jing G., Siahkouhi M., Edwards J.R., Dersch M.S., Hoult N.A. Smart railway sleepers – a review of recent developments, challenges, and future prospects // Construction and Building Materials. 2021. No. 271. P. 776–778. https://doi.org/ 10.1016/j.conbuildmat.2020.121533

3. Akkerman G.L. Skutina M.A. Control over transverse shifts of rail sleeper lattice which impact on deformation of ballast layer // Procedia Engineering. 2017. No. 189. P. 181–185. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.029

4. Godefroid L.B., Faria G.L., Cândido L.C., Viana T.G. Failure analysis of recurrent cases of fatigue fracture in flash butt welded rails // Engineering Failure Analysis. 2015. No. 58 (2). P. 407–416. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2015.05.022

5. Jihua L., Peng C., Yangting O., Guiyuan Z., Pijie Y., Zhibiao X., Yongjian L., Peng L., Chenggang H., Xin D., Yujun Z. Study on wear and rolling contact damage mechanism between quenched U75V rail and wheels with different microstructures // Wear. 2023. No. 512-513. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.wear.2022.204544

6. Brennan L. Gedney, Dimitrios C. Rizos. Combining welding-induced residual stress with thermal and mechanical stress in continuous welded rail // Results in Engineering. 2022. No. 16. С. 1–95. https://doi.org/10.1016/j.rineng. 2022.100777

7. Xiu-Yang F., Hao-Nan Z., Dong-Wen M., Ze-Jian W., Wei H. Influence of welding residual stress on subsurface fatigue crack propagation of rail // Engineering Fracture Mechanics. 2022. No. 271. Article 108642. https://doi.org/10.1016/j. eng-fracmech.2022.108642.

8. Yang L., Kin S.T., Nellian A.S., John Hock L.P. Structural fatigue investigation of thermite welded rail joints considering weld-induced residual stress and stress relaxation by cyclic load // Engineering Structures. 2021. No. 235. Article 112033. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.112033

9. Ninshu M., Zhipeng C., Hui H., Dean D., Murakawa H., Jiluan P. Investigation of welding residual stress in flash-butt joint of U71Mn rail steel by numerical simulation and experiment // Materials & Design. 2015. No. 88. P. 1296–1309. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.08.124

10. Ghazanfari M., Tehrani P. H. Increasing fatigue crack initiation life in butt-welded UIC60 rail by optimization of welding process parameters // International Journal of Fatigue. 2021. No. 151. Article 106367. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue. 2021.106367

11. Крейнис З.Л., Селезнева Н.Е. Бесстыковой путь. Устройство, техническое обслуживание, ремонт. Москва: Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2012. 472 с.

12. Zerbst U., Lundén R., Edel K.-O., Smith R.A. Introduction to the damage tolerance behaviour of railway rails – a review // Engineering Fracture Mechanics. 2009. Vol. 76. No. 17. P. 2563–2601. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2009.09.003

13. Hang S., Chung L. P., Peter M., Qianhua K., Guozheng K., Wenyi Y. Numerical study on the ratcheting performance of rail flash butt welds in heavy haul operations // International Journal of Mechanical Sciences. 2021. No. 199. Article 106434. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci. 2021.106434

14. Mubarack C. K. A., Upadhyay A. Stability of continuous welded rail on steel bridge subjected to thermal loading // Structures. 2021. No. 34. Р. 4524–4531. https://doi.org/10.1016/j.istruc. 2021.10.050

15. Залива Д.В. Влияние эксплуатационных, технических и технологических факторов на образование дефектов рельсов и мероприятия по снижению их воздействия. В кн.: Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений. Сборник научных докладов. Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2022. С. 95–109.

16. Bauri L.F., Alves L.H.D., Pereira H.B., Tschiptschin A.P., Goldenstein H. The role of welding parameters on the control of the microstructure and mechanical properties of rails welded using FBW // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9. No. 4. P. 8058–8073. https://doi.org/10.1016/j.jmrt. 2020.05.030

17. ТУ 24.10.75-369-01124323 – 2019 «Рельсы железнодорожные, сваренные электроконтактным способом». Введ. 1 января 2021 г. Москва: ОАО "РЖД", 2021. 40 с.

18. Шур Е.А. Повреждения рельсов. Москва: Интекст, 2012. 192 с.

19. ГОСТ Р 51685 – 2013 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. Введ. 14 октября 2013. Москва: Стандартинформ, 2014. 95 с.

20. DIN EN 13674-1:2017. Железные дороги. Верхнее строение пути. Рельсы. Часть 1. Рельсы Виньоля 46 кг/м и более. Технический комитет (CEN/TC 256) «Железные дороги» (секретариат DIN, Германия). Европейский комитет по железным дорогам (CEN). 2017. 113 с.