УСТРАНЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ НА СТАДИИ ПРОИЗВОДСТВА

 

ELIMINATION OF DEFECTS OF CAST DETAILS OF CARTS OF FREIGHT CARS AT THE PRODUCTION STAGE

 

Воробьев А.А., Жуков Д.А., Соболев А.А. (ПГУПС, г. Санкт-Петербург, РФ)

Vorobev A.A., Zhukov D.A., Sobolev А.А. (Petersburg State Transport University)

 

Рассмотрены вопросы, связанные со сваркой дефектов литых деталей тележек вагонов. Представлены статистические данные с 2001 – 2011 год по изломам тележек, а также приведены исследования качества разделки, сварки и характеристик металла тележек грузовых вагонов. Приведены основные дефекты между основным и наплавленным металлом, образующееся при сварке.

 

The questions connected with welding of defects of cast details of carts of cars are considered. Statistical data about 2001 - 2011 on breaks of carts are submitted, and also researches of quality of cutting, welding and characteristics of metal of carts of freight cars are given. The main defects between the basic and the built-up metal being formed when welding are given.

 

Ключевые слова: дефект, тележка, вагон

Key words: defect, cart, car

 

ВВЕДЕНИЕ

Боковые рамы и надрессорные балки тележек грузовых вагонов играют важную роль в обеспечении безопасности движения. Для повышения эффективности процесса перевозки и обеспечения надлежащего уровня безопасности необходимо обеспечивать соответствующее качество деталей подвижного состава.

За период с 2006-2013 гг. на железных дорогах Российской Федерации произошло 70 изломов боковых рам [1], из них 53 случая (76%) приходится на детали, которые эксплуатировались не более 3 лет.

Эти детали традиционно изготавливают с помощью литья. Образующиеся в процессе производства литейные дефекты подразделяются на:

- не требующие исправления;

- требующие исправления;

- не подлежащие исправлению и являющиеся основанием для выбраковки детали.

Для исправления небольших поверхностных дефектов применяется расчистка (механическое удаление дефекта с плавным переходом к поверхности).

После выполнения расчистки геометрические параметры детали не должны выходить за поле допуска чертежных размеров. Для других дефектов, годных к исправлению, производится их разделка (до полного удаления дефекта) с последующей заваркой. Осуществление качественной заварки разделанной области при производстве является необходимым условием обеспечения работоспособности отливки.

 

1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Для проведения исследований качества разделки и заварки дефектов были отобраны три надрессорные балки с разными номерами плавок, которые не проходили термическую обработку. Вместе с балками отбирался комплект соответствующих им пробных брусков для каждой плавки. Все пробные бруски впоследствии подвергались термической обработке одновременно с конкретной отливкой. В дальнейшем пробные бруски были промаркированы ударным способом с указанием номера плавки.

Все отобранные детали были годны по химическому составу, и отвечали требованиям нормативных документов на соответствие стали 20ГЛ. В отобранных деталях после разметки производилась вырезка металла с поверхности, имитирующая разделку кромок при удалении дефекта.

Воздушно-дуговая строжка осуществлялась с применением омедненных угольных электродов ВДП 12х5 (ТУ16-757.034-86).

Строжка производилась специальными электродами ОЗР-1, ОЗР-2 (ТУ 1272-096-18717197-97) и ОЗР-2 (ТУ 1272-090-18717197-96).

Электродуговая строжка с применением режущих электродов марки ОЗР-1 и ОЗР-2 малопроизводительна и может осуществляться только в вертикальном положении. Воздушно-дуговая строжка с применением угольных электродов позволяет с высокой производительностью осуществлять разделку крупных дефектов или скопления мелких. После дуговой строжки обязательно снятие металла механическим способом в зоне разделки на глубину не менее 1 мм. Механическая разделка с помощью абразивного инструмента и борфрез обеспечивает необходимую точность подготовки разделки любых размеров к последующей заварке. Качество разделки кромок указанными способами идентично при соблюдении технологии.

Разделанные кромки и поверхности отливки, прилегающие к ним на ширину 20 мм, были зачищены до чистого металла от остатков пригара, брызг и других загрязнений.

Сварка в местах разделки производилась в нижнем положении в закрытом помещении при температуре окружающего воздуха и детали выше +5 ºС.

Сварка разделок производилась следующими основными способами: механизированной сваркой в защитных газах (МП) и ручной дуговой (РД) сваркой на постоянном токе обратной полярности.

При механизированной сварке после наложения каждого слоя производилась зачистка шва от шлака и брызг, а при ручной дуговой сварке зачистка шва производилась после наложения каждого валика. Ширина валиков была до четырех диаметров электрода. Все кратеры были выведены на поверхность наплавленного металла и тщательно заварены. При глубине разделки свыше 4 мм сварка производилась многослойным наложением валиков с перекрытием предыдущего валика на 1/3 – 1/2 его ширины. Многослойная сварка проводилась так, чтобы каждый последующий валик должен оказывать отжигающее воздействие на предыдущий.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

Характер сплавления на большинстве образцов имеет удовлетворительное качество. Номер зерна во всех рассматриваемых образцах составляет 8-9 по ГОСТ 5639-82 [3].

Однородная по характеру феррито-перлитная структура не имеет резкого перехода между указанными зонами. Это свидетельствует о высоком качестве и стабильности проводимой на предприятии термообработки.

Наиболее опасные дефекты, выявленные при анализе макро- и микро-структуры – трещины и несплавления на границе основного и наплавленного металла. Все указанные выше дефекты были выявлены на образцах, заваренных механизированным способом. По-видимому, более низкая погонная энергия (МП) сварки по сравнения с ручной дуговой не позволяет полноценно переплавить микропоры, характерные для литой структуры. Данный процесс имеет вероятностный характер и зависит от распределения допустимых пор в конкретной отливке. По-видимому, целесообразно увеличить диаметр сварочной проволоки при меха-низированной сварке в углекислом газе до 1,6 – 2 мм.

Также следует отметить, что эти дефекты выявлены на образцах, не прошедших нормализацию. Высокая скорость кристаллизации сварочной ванны при использовании электрода малого диаметра в совокупности с частичной релаксацией литейных напряжений при быстром нагреве может приводить к образованию локальных микротрещин в зоне сплавления.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Статистика последних лет показывает катастрофический рост количества изломов литых деталей тележки.

2. Проведенные работы позволили отработать способы разделки дефектов (электродуговая строжка, воздушно-дуговая строжка, механическая разделка) и технологию заварки (режимы сварки, диаметр электродов и проволоки, последовательность наложения сварочных и отжигающих валиков) до термической обработки отливки и после нее.

3. Разработана и реализована в производственных условиях под авторским надзором программа работ по технологической отработке инструкции по исправлению дефектов литых деталей.

4. Исследования качества разделки, процесса заварки дефектов и характеристик металла (микроструктура и механические свойства) в зоне сварки на отобранных образцах показали: 

а) феррито-перлитная микроструктура в зонах наплавки, сплавления и основного металла имеет однородный характер с номером зерна 8-9 по ГОСТ 5639-82;

б) среднее значение твердости в зоне наплавки для ручной дуговой сварки составляет 75 HRB (128 НВ), а для полуавтоматической 76,5 HRB (132 НВ). При этом максимально измеренное значение составляет 86 HRB, а минимальное значение – 68 HRB. Полученные данные свидетельствуют о незначительных отличиях в значениях твердости основного металла, зоны термического влияния и наплавленного металла;

в) при соблюдении технологии исправления дефектов сваркой (исполь-зование электродов Э50А УОНИИ-13/55 по ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75 и сварочной проволоки Св-08Г2С по ГОСТ 2246 и ТУ 1227-058-27286438-2003) зона наплавленного металла будет иметь уровень механических свойств, соответствующий установленным требованиям предъявляемым к отливке в целом;

5. Применение электродуговой строжки представляется нецелесообразным, т.к. способ малопроизводителен и приводит к сильному локальному разогреву детали.

6. Производимые в настоящей момент литые детали тележек не отвечают современным требованиям. Дальнейшее развитие перевозочного процесса (повышение скорости и нагрузки на ось) требует создания надежных деталей тележки.

 

Список использованных источников

1.  http://www.transportrussia.ru/bezopasnost/lite.-slez-krokodilovyh.html.

2.  ГОСТ 18895-97 Сталь. Метод фотоэлектрического спектрального анализа.

3.  ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.