ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГРЕБНЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАПЛАВКОЙ

АННОТАЦИЯ

Актуальность рассматриваемой проблемы заключается в восстановлении гребней ободьев железнодорожных колес при вращающении колеса наплавляют восстановительный металл последовательным наложением кольцевых валиков, затем колесо охлаждают и подвергают механической обработке отличающейся тем, что направляют гребень по внутренней боковой поверхности обода, противоположной изношенной поверхности обода.

Обод железнодорожного колеса, а также поверхность катания, отличающийся тем, что ось симметрии гребня обода смещена относительно поверхности катания колеса в сторону внутренней боковой поверхности обода.

Предполагается в отличие от традиционного способа наплавлять гребень не с наружной стороны, а с тыльной. В существующей плановой технологии при наплавке гребня с наружной стороны наплавленный материал из малоуглеродистой проволоки не обладает необходимой износостойкостью, твердостью и прочностью. При наплавке гребня с внутренней стороны, наплавленный слой металла находится в сжатой зоне, что повышает его прочность и снижает требования к качеству наплавки. В результате наружная поверхность гребня будет из основного металла, а он обладает повышенными качествами по сравнению с наплавленным металлом. Коэффициент трения рабочей поверхности ниже коэффициента наплавленного, что повысит устойчивость колесной пары против вкатывания на головку рельса. Базовый материал высокоуглеродистый и позволяет производить его термическую обработку, что предполагается делать на финишных операциях.

ABSTRACT

The relevance of the problem under consideration lies in the restoration of the ridges of the rims of railway wheels when the wheels are rotated, the reducing metal is melted by successive imposition of annular rollers, then the wheel is cooled and machined, characterized in that the ridge is guided along the inner side surface of the rim opposite to the worn surface of the rim. The rim of the railway wheel, as well as the rolling surface, characterized in that the axis of symmetry of the rim ridge is shifted relative to the rolling surface of the wheel towards the inner side surface of the rim.

It is assumed, unlike the traditional method, to weld the comb not from the outside, but from the back. In the existing planned technology, when surfacing the comb from the outside, the deposited material made of low-carbon wire does not have the necessary wear resistance, hardness and strength. When surfacing the comb from the inside, the deposited metal layer is located in a compressed zone, which increases its strength and reduces the requirements for the quality of surfacing. As a result, the outer surface of the comb will be made of the base metal, and it has increased qualities compared to the deposited metal. The coefficient of friction of the working surface is lower than the coefficient of the deposited one, which will increase the stability of the wheelset against rolling into the rail head. The base material is high-carbon and allows for its heat treatment, which is supposed to be done at finishing operations.

Ключевые слова: обод, колесо, наплавка, трение, гребень, выщербины, отколы, наплывы, подрезы, термообработка, износостойкость, флюс, термостат.

Keywords: rim, wheel, surfacing, friction, ridge, gouges, splits, surges, undercuts, heat treatment, wear resistance, flux, thermostat.

Введение. Восстановлению наплавкой подлежат колесные пары, по ремонтным параметрам требованиям Инструкции ЦВ-3429, имеющие размеры по гребню и ободу: Толщина гребня в пределах 20…27 мм; При толщине одного гребня 20…27 мм и другого 30 мм, наплавке подлежат оба гребня; Толщина обода не менее 30 мм. При неравномерном износе колес на одной колесной паре допускается предварительно производить их дополнительную обточку для устранения дефектов и выравнивания гребней. Гребень и поверхность катания колес, удовлетворяющих по размерам обода и гребня требованиям п.4.1.1. инструкции ЦВ-3429, подвергают визуальному осмотру. Колесные пары с трещинами, выщербинами, отколами, наплывами, подрезами и другими дефектами на поверхностях катания и гребня могущими привести к развитию трещин и образованию несплавлений, к наплавке не допускаются. Допускается их наплавка после полного удаления дефектов обточкой[1,С18]. При наплавке гребней роликовых колесных пар рис.1, требующих промежуточной ревизии, с букс снимаются смотровые крышки / на осях РУ и РУ -1 –стопорные планки/ и ставятся специальные временные крышки с отверстиями для прохода центров установки по наплавке гребней.

Рисунок 1. Восстановление профилей катания железнодорожных колесных пар наплавкой (величина С)

Для наплавки гребней колесных пар должна применяться сварочная проволока марок Св-08ХМ, диаметром 3 мм по ГОСТ 22646-70. При наплавке гребней колесных пар должны использоваться флюсы марок АН-348А, АН-60, по ГОСТ 9087-81 и АНЦ-1 по ТУ 108.1424-86. Допускается использование смеси флюсов указанных марок в соотношении 50%-50% по объему[2,С300]. Химический состав сварочной проволоки и флюсов должен удовлетворять требованиям табл.1. и 2 и подтверждаться сертификатами предприятий-изготовителей. Каждая поступающая в ВКМ или вагонное депо партия проволоки должна размещаться отдельно и регистрироваться в специальном журнале. Сварочная проволока должна храниться в помещении при температуре не ниже 15 °С и относительной влажности воздуха не более 60%. При появлении в наплавленном металле большого количества горячих или холодных трещин, или возникновений затруднений при обточке колес, необходимо прекратить наплавку проволокой данной партии и провести химический анализ проволоки и флюсов.

Таблица 1.

Химический состав сварочной проволоки

Таблица 2.

Химический состав флюсов

Сварочная проволока перед началом наплавки должна очищаться от ржавчины, загрязнений, смазок и перемотана в кассеты или на катушки, которые должны размещаться на отдельных стеллажах или в специальной таре с подогревом[3,С152]. Рекомендуется емкость кассет или катушек 40-80 кг. Для повышения качества очистки сварочной проволоки, поступающей с катушек в сварочный аппарат, дополнительно пропускать через спаренные металлические щетки, устанавливаемые непосредственно перед входом проволоки в сварочный автомат. Омедненную сварочную проволоку допускается очистке не подвергать. При наличии на ней загрязнений – протереть концами при перемотке. Флюс перед выдачей в работу должен подвергаться прокалке в электропечи или сушильному шкафу при температуре 350-420 ° С в течении 2-х часов с последующим охлаждением совместно с печью до температуры 200-250 °С; далее допускается охлаждение на воздухе. Оставшийся после наплавки флюс собирается в специальную тару, комки измельчаются. Полученная смесь очищается от шлака, загрязнений и просеивается через сито с ячейкой 3х3 мм, для вторичного использования. Перед вторичным использованием флюс должен подвергаться повторной прокалке[4,С10].

Материалы и методы исследования

Технологический комплекс участка для наплавки и упрочнения гребней включает:

• установку /одну или несколько/ для наплавки, состоящую из [5,С13] манипулятора колесной пару МНКУ-1, двух сварочных автоматов типа АДФ-1202, двух источников питания ВДУ-1202, загрузочного устройства, флюсоудерживающих и флюсосборочных приспособлений:
• установку ВЧГ-9 (или ВЧГ-6, ВЧГ-7) для подогрева ободьев колес перед электродуговой наплавкой, отжига перед обточкой и термоупрочнения гребней;
• манипулятор типа МКП-НУ2 для предварительного подогрева перед наплавкой и упрочнения обтачиваемых колес;
• термостат для замедленного остывания колес после наплавки с нагревательным устройством[6,С152], поддерживающим в нем постоянную температуру 35-40 ° С;
• печь для прокалки флюса;
• пост для дефектоскопирования наплавленных колес, оборудованный ультразвуковым дефектоскопом марки УСК-3. При отсутствии УКС-3 проверку наплавленного гребня производить вихретоковым дефектоскопом ВД12НФ;
• -цифровые контактные пирометры ИТ-3-3 для замера температуры обода колеса при предварительном нагреве и, при необходимости, во время наплавки. Допускается осуществлять постоянный контроль температуры металла ободьев колес с помощью термокарандашей.

Манипулятор предварительного нагрева колесной пары представляет собой универсальную установку типа МКП-НУ2, , грузоподъемностью 20кН, которая позволяет вращать, разворачивать и поднимать колесную пару в процессе технологической обработки[7,С190].

Установка для наплавки гребней колесной пары с тыльной стороны колонного типа МНКУ-1. Основные технические характеристики сварочного выпрямителя ВДУ-1202 и сварочного автомата АДФ-1202 приведены в табл.3 и 4.

• Высокочастотные установки ВЧГ предназначены для предварительного подогрева колесных пар перед электродуговой наплавкой до температуры 200 ° С и упрочнения гребней после наплавки и обточки[8,С20]. Участок высокочастотного нагрева оснащается следующим оборудованием:

1. Генератор.
2. Поворотный круг.
3. Термошкаф.
4. Манипулятор наплавочный.
5. Система вытяжной вентиляции.
6. Станок намотки кассет сварочной проволоки.
7. Термостаты.
8. Кран балка.
9. Бак водяного охлаждения.
10. Вентилятор системы охлаждения.
11. Калорифер.
12. Манипулятор отжига колесных пар.
13. Самоходная тележка перемещения колесных пар.
14. Рельс с теплоизоляцией.
15. Насосная установка.
16. Выносной контур.
17. Стационарный контур.

Таблица 3.

Сварочный выпрямитель ВДУ-1202

• Контроль температуры перед электронаплавкой осуществляется контактным пирометром типа ИТ-3-3.

Таблица 4.

Головка от автомата дуговой сварки АДФ-1202

• Термостат для замедленного остывания колес после наплавки должен обеспечивать скорость этого остывания, не превышающую 40°С в час.
• Оборудование, необходимое для реализации технологического процесса наплавки гребней, рекомендуется размещать компактно в пределах отведенного для этих целей участка.
• Эксплуатацию и ремонт перечисленного оборудования необходимо осуществлять в соответствии с указаниями технической документации.

 Вместо наплавки изношенных гребней с наружной стороны, наплавку гребней предлагается по внутренней грани обода. Перед наплавкой колесной пары поверхность катания и гребень очищаются от грязи и смазки до металлического блеска и протираются чистой ветошью. Во время наплавки температура в помещении должна быть не ниже

+10 ° С. Сквозняки не допускаются[9,С19]. Процесс предварительного нагрева ободьев колес считается законченным, когда контрольными приборами на протяжении 5 минут регистрируется значение температуры не ниже 200 ° С . При перемещении колесной пары из установки предварительного подогрева к установке наплавки должны приниматься меры, исключающие возможность остывания ободьев колесных пар до температуры не ниже 140 ° С . Мундштук с флюсоудерживающими приспособлениями устанавливается в местах начала сварки. Флюс через шланги подается в место наплавки. В случае обрыва дуги на колесе повторное ее возбуждение производится после полного оборота за 70…100 мм перед местом обрыва, чтобы переварить место обрыва. После полного оборота колеса при прохождении дугой места начала сварки происходит автоматическое перемещение поперек шва. Первый валик накладывается на расстоянии 8-10 мм от начала закругления нижней части обода. Наплавку выполняют на постоянном токе прямой полярности. Режим наплавки указан в табл. 4.5. Допускается сварка на обратной полярности в режимах табл. 4.6.  Шлаковую корку следует удалять после ее затвердения и остывания до темного цвета. Контроль напряжения на дуге и сварочного тока осуществляется по вольтметру и амперметру на панели управления[10,С24]. После наплавки и визуального осмотра наплавленной поверхности колесная пара для равномерного и замедленного остывания помещается в термокамеру, где она устанавливается на ось. Постановка наплавленной колесной пару на рельсы сразу после наплавки категорически воспрещается. Промежуток времени между снятием колесной пары с вращателя и установкой ее в термокамеру  не должен превышать 5 минут. Должны приниматься меры, исключающие возможность появления сквозняков на пути перемещения колесной пары и контакта материала наплавленных гребней с металлическими предметами при установке колесной пары в термокамеру. Охлаждение колесной пары в термокамере должно происходить со скоростью не более 40 ° С в час и продолжаться не менее 6-7 часов. Температура металла на поверхности ободьев наплавленных колес при извлечении колесной пары из термокамеры не должна превышать 50 ° С.

Постановка наплавленной  колесной пары на рельсы разрешается только после ее остывания до температуры воздуха окружающего помещения. Наплавленная поверхность должна отвечать следующим требованиям:

• подрезы, горячие и холодные трещины не допускаются;
• наплывы и впадины не должны превышать 3 мм.

После наплавки колесные пары подвергаются механической обработке. Профиль катания и гребня наплавленных колес контролируется максимальным шаблоном.

Таблица 5.

Режимы сварки на прямой полярности

Таблица 6.

Режимы сварки на обратной полярности

Чистота обработки должна соответствовать указаниям Инструкции ЦВ 3429 и составлять Pz ≤ 80. Допускается производить наплавку колес поочередно с полным циклом нагрева и наплавки для каждого колеса. . Чистота обработки должна соответствовать указаниям Инструкции ЦВ 3429 и составлять Pz ≤ 80. Допускается производить наплавку колес поочередно с полным циклом нагрева и наплавки для каждого колеса. Контроль и оценка качества наплавленных гребней колесных пар производится следующими методами:

• внешним осмотром – после наплавки, после механической обработки перед подкаткой в вагон;
• ультразвуковым дефектоскопированием, которое выполняется в соответствии с «Методикой комплексной дефектоскопии наплавленных гребней колесных пар»  

Дефектоскопирование наплавленных гребней должно производиться на специально оборудованном стенде. При выявлении дефектов в наплавленном гребне допускается обточка в два или более проходов до толщины 23 мм до полного удаления дефектов с последующей повторной наплавкой и контролем. Более чем двукратная наплавка гребней не допускается. В исходном журнале производится запись «обточено – повторно наплавлено». Если в процессе обточки обнаружится, что дефектный слой металла не превышает 3 мм, то обточка на этой стадии прекращается и повторная наплавка не производится. В этом случае в исходном журнале делается запись «наплавлено – обточено». Исправление выявленных дефектов электродуговой или газовой сваркой до и после механической обработки запрещается. Контроль качества при подготовке и проведении наплавочных работ производится мастером цеха.

• Входной контроль – контроль сварочных материалов на соответствие требованиям ГОСТ, ТУ при поступлении в депо.
• Операционный контроль – постоянный контроль соответствия режимов и параметров технологического процесса требованиям данной инструкции.
• Приемочный контроль качества каждой колесной пары проводится после выполнения наплавки и после механической обработки профиля перед подкаткой под вагон.
• Периодический контроль соблюдения технологического процесса и качества наплавки производится приемщиком вагонов и инженером – технологом ежедневно. Приемщик вагонов также осуществляет приемку отобранных для наплавки колесных пар и контролирует проведение дефектоскопирования. При выявлении дефектов наплавки (трещин, раковин, шлаковых включений и т.д.) необходимо выяснить причину и принять необходимые меры для предотвращения их образования. Наплавленные колеса маркируются на бирке колесной пары клеймами, свидетельствующими о наплавке: «НГ – гребень направлен, в одной строчке с ними цифры, указывающие номер предприятия и две последние цифры – год наплавки, высота цифр 6 мм. Крышки обеих букс наплавленных колесных пар окрашиваются красной краской.

При работе с наклонными преобразователями для настройки предельной чувствительности ультразвукового дефектоскопа по стандартному образцу СО-1 необходимо выполнить операции по установке наклонных преобразователей на стандартный образец СО-1. Для преобразователя с углом ввода 50 ° – с риском 40 °(при настройке на боковое сверление, расположенное на глубине 30 мм), для преобразователя с углом ввода 65 град – с риском 50 град (при настройке на боковое сверление, расположенное на глубине 50 мм). К контролю качества наплавленных гребней колесных пар разрешается приступить только после выполнения всех операций по настройке глубиномерного устройства и предельной чувствительности дефектоскопа. Ультразвуковая дефектоскопия наплавленных гребней колесных пар должна осуществляться поэтапно.

Этап 1: контроль на наличие несплавлений и трещин в зоне сплавления наплавленного металла с основным металлом гребня.

Этап 2: Контроль на наличие поперечных и продольных трещин и других внутренних дефектов в наплавленном металле и в околошовной зоне гребня. Контроль на наличие несплавлений и растрескивания в зоне наплавления (этап 1) должен производиться раздельно-совмещенным прямым искателем по поверхности наплавки или внутренней грани обода. Сканирование (перемещение) преобразователя производится в радиальном направлении (поперек наплавки) с шагом смещения 3-5 мм по всей поверхности наплавки. Плоскость разделительного экрана преобразователя должна быть ориентирована по радиусу колеса. Контроль на наличие продольных и поперечных трещин и других внутренних дефектов (этап 2) должен производиться наклонным преобразователем с углом ввода 50° или 65 ° с поверхности внутренней грани обода колеса. Сканирование (перемещение) преобразователя производится поперек внутренней грани под углом 10-30 ° по отношению к радиусу колеса в двух взаимно перпендикулярных направлениях. По результатам ультразвукового контроля наплавки гребня прилегающих к ней зон не допускаются:

• точечные дефекты, амплитуда эхо-сигналов от которых более амплитуды эхо-сигнала от искусственного отражателя площадью 3мм² в испытательном образце; если их количество на участке на участке наплавки протяженностью 500 мм превышает 10 шт;
• протяженные дефекты (условная протяженность более 10 мм), амплитуда эхо-сигналов от которых равна или более ½ амплитуды эхо-сигнала от искусственного отражателя площадью 3 мм² в испытательном образце;
• цепочки точечных дефектов, амплитуда эхо-сигналов от которых более ½ амплитуды эхо-сигнала от искусственного отражателя площадью 3 мм² в испытательном образце, а условия и протяженность более 1,5 толщины гребня на участке наплавки, равном по длине десятикратной толщине гребня более трех цепочек по периметру окружности гребня.

На рис. 2 представлена диаграмма эксплуатационных данных по износу наплавленных гребней колес.

Рисунок 2 Диаграмма зависимости износа гребней колес от наплавки с тыльной стороны и величины запрессовки

Список литературы:

1. Каленский В.К., Гпадкий П.В., Фрумин И.И. Исследование и разработка способа автоматической наплавки выпускных клапанов автомобилей // Автоматическая сварка. 1963. № 1. С. 15--23.
2. Zuchowski R.S„ Culbertson R.P. Plasma arc weld surfacing //Welding Journal. 1962. Vol. 41. N 6. P. 548--555.
3. WittingE. Grundlagtn und Anwendun- gen der Plasma-Verfahren II Schweissen und Schneiden. 1962. Bd. 14. N 5. S. 193--200.
4. Переплетчиков E.Ф. Способы плазменной наплавки, применяемые в странах СНГ//Сварщик. 2004. №3. С. 9--14.
5. Красулин Ю.П., Кулагин И.Д. Регулирование температуры сварочной ванны при наплавке плазменной дугой // Автоматическая сварка. 1966. № 9. С. 11--15.
6. Плазменная технология: Опыт разработки и внедрения. Л.: Лениздат, 1980. 152 q.
7. Плазменная наплавка металлов / А.Е. Вайнерман, M.X. Шоршоров, В.Д. Веселков, В.С. Новосадов. Л.: Машиностроение, 1969. 192 с.
8. Вайнерман А.Е., Веселков В.Д., Сютьев А.Н. Опыт промышленного применения наплавки плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой медных сплавов. Л.: ЛДНТП, 1973. 20 с.
9. Сютьев А.Н., Вайнерман А.Е. Плазменная наплавка на изделия цилиндрической формы. Л.: ЛДНТП, 1970. 19 с.
10. Лужанский И.Б., Медриш И.Н. Плазменная наплавка стеллита на уплотнительные поверхности энергетической арматуры // Сварочное производство. 1971. № 10.С. 24--25.