CN111024285A - 一种采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法 - Google Patents

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郑瑞
史文义
苏航
高峰
边影
王慧军
赵桂英
徐楠
薛虎东
董捷
王嘉伟
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses

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Abstract

本发明公开了一种采用轨腰切口法测试钢轨残余应力的试验方法，过程包括以下步骤：1)试样准备；2)轨腰切割；3)测量。利用线切割机床进行切割，切口表面质量好，无机械加工中的宏观切削力。试样长度600mm，钼丝选用0.18mm线切割专用钼丝，切口长度400mm，切割过程采用计算机编程控制，切口尺寸精度高。使用平均值法进行残余应力位移值测量，以减少测量误差。用游标卡尺进行测量，要求位移值(+或‑)≤3.75mm。

Description

一种采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法
技术领域
本发明涉及冶金及金属材料领域，尤其涉及一种采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法。
背景技术
目前国际上钢轨生产过程中的残余应力测定主要是破坏性的轨腰锯切法和横断面锯切法，而且都已被采纳到钢轨的标准中。TB/B2344-2012标准使用轨底面纵向残余应力测定方法。美国铁路工程保养协会标准中的钢轨技术条件AREMA —2009标准中对钢轨中残余应力的评定方法采用轨腰锯切法。
TB/B2344标准测试残余应力，由钢轨横截面方向切割，使用应变片记录切割前后沿钢轨长度方向残余应力释放的变形量，通过计算得出钢轨头、腰、底的残余应力值。美标法由轨腰纵向切割，记录沿钢轨高度方向残余应力释放的变形量，以表示钢轨残余应力。试验过程中使用游标卡尺测量垂直位移，由于偶然因素、测量习惯等因素，产生误差较大。
设计使用静态应变仪、封闭型电阻应变片(敏感度因子优于±1％)进行残余应力测定，3点测量，分别表示切割开始、中期和结束时的残余应力，记录钢轨沿高度方向残余应力的释放过程。
根据泊松效应，轨腰存在纵向拉伸残余应力时，高度方向的残余应力为压缩应力；轨腰存在纵向压缩残余应力时，沿轨腰高度方向形成拉伸应力。而锯切法结果显示，沿轨腰高度方向均为拉伸应力。由于国标法是由钢轨横截面方向切割，而美标法是由轨腰纵向切割。两种方法对应力的释放方法不同，需要对美标残余应力实验规律进行研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法，包括以下步骤：
1)贴片(封闭型电阻应变片)
使用静态应变仪进行残余应力测定，贴片位置于切口下8-12mm处，设置若干个贴片，每个贴片间隔200mm，并记录初始应变量值。
2)轨腰锯切
利用线切割专用钼丝切割机床在钢轨中和轴沿轨腰切割，切口位置在钢轨的中和轴，切割过程采用计算机控制，要求加工速度：100-200mm/h，切口长度 350-450mm。
3)测试结果
使用应变仪记录应力释放过程中若干个应变片的应变量，残余应力值由切割前后的应变再乘以2.07×105MPa计算而得，通过残余应力曲线可得出残余应力的释放过程，直观的预测钢轨裂纹产生。
进一步的，还包括试样准备的过程，于经过矫直工艺的成品轨端头≥3m的地方取610mm长的钢轨试样。
进一步的，所述步骤1)中贴片位置于切口下10mm处。
进一步的，所述步骤1)中设置3个贴片。
进一步的，所述步骤1)中贴片时，用砂轮将待测表面的待测点处打磨出一平整区域，然后再用细砂纸将此区域打磨光滑，并用酒精擦试干净，所述应变片的片基上涂胶贴于待测点。
进一步的，所述步骤2)的切口长度为400mm。
进一步的，钼丝选用0.18mm线切割专用钼丝。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
利用线切割机床进行切割，切口表面质量好，无机械加工中的宏观切削；切割过程采用计算机编程控制，切口尺寸精度高；
使用平均值法进行残余应力位移值测量，以减少测量误差；用游标卡尺进行测量，要求位移值(+或-)≤3.75mm。
本发明的方法操作方便且误差小。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为残余应力试验切口及贴片位置；
图2为轨腰残余应力分布趋势图。
具体实施方式
一种采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法，包括以下步骤：
1)试样准备
经过矫直工艺的成品轨端头尽量远的地方(≥3m)取610mm长的钢轨试样。
2)贴片
使用HD3816静态应变仪进行残余应力测定，应变片型号为BX-120-5AA电阻应变片。如图1所示，贴片位置于切口下10mm处，共设置3个贴片，每个贴片间隔200mm。如图1所示。
用砂轮将待测表面所测点处打磨出一平整区域，然后再用细砂纸将此区域打磨光滑，并用酒精擦试干净。在应变片的片基上涂胶贴于待测点处，并用导线与应变仪信号线连接，所有连接点均保持牢靠之后，即可打开应变仪进行初次原始值的测量。
3)轨腰切割
采用钼丝切割机在钢轨中和轴沿轨腰方向进行切割，切割过程采用计算机控制，要求加工速度：100～200mm/h，切口长度400mm。切割过程不得损害应变片。轨腰切割位置见下表1：
表1轨腰切割位置
Figure RE-GDA0002386814200000041
4)测量计算。
切割完后，再将应变片与应变仪信号线连接好，打开应变仪进行测量应变量，最后根据弹性理论计算残余应力值。残余应力值由切割前后的应变再乘以2.07×105MPa计算而得。
例：
钢轨残余应力测试结果如下表2：
表2轨腰锯切贴片残余应力值
Figure RE-GDA0002386814200000051
在切割过程中，残余应力随切口方向(由3至1)向拉应力过渡，拉应力逐渐增大(见图2)。这就为切割过程中裂纹的扩展直至整体断裂提供了一定的条件。也可解释贴片法测得的轨腰为压应力的钢轨锯切后位移为正。目前还没有发现位移为负的钢轨。轨腰为压应力的钢轨也向拉应力方向发展，但是在裂纹产生的初期处于压应力，压应力在逐渐减小，在一定时间内抑制裂纹的扩展，对钢轨使用是有利的。
如图2所示，腰残余应力分布趋势图，从结果中可以看到，轨腰垂直方向为拉应力的，向拉应力增大的方向发展。轨腰为压应力的钢轨也向拉应力方向发展，但是在裂纹产生的初期处于压应力，对裂纹的扩展产生抑制作用。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)贴片
使用静态应变仪进行残余应力测定，贴片位置于切口下8-12mm处，设置若干个贴片，每个贴片间隔200mm，并记录初始应变量值。
2)轨腰锯切
利用线切割专用钼丝切割机床在钢轨中和轴沿轨腰切割，切口位置在钢轨的中和轴，切割过程采用计算机控制，要求加工速度：100-200mm/h，切口长度350-450mm。
3)测试结果
使用应变仪记录应力释放过程中若干个应变片的应变量，残余应力值由切割前后的应变再乘以2.07×105MPa计算而得，通过残余应力曲线可得出残余应力的释放过程，直观的预测钢轨裂纹产生。
2.根据权利要求1所述的采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法，其特征在于，还包括试样准备的过程，于经过矫直工艺的成品轨端头≥3m的地方取610mm长的钢轨试样。
3.根据权利要求1所述的采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法，其特征在于，所述步骤1)中贴片位置于切口下10mm处。
4.根据权利要求3所述的采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法，其特征在于，所述步骤1)中设置3个贴片。
5.根据权利要求1所述的采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法，其特征在于，所述步骤1)中贴片时，用砂轮将待测表面的待测点处打磨出一平整区域，然后再用细砂纸将此区域打磨光滑，并用酒精擦试干净，所述应变片的片基上涂胶贴于待测点。
6.根据权利要求1所述的采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法，其特征在于，所述步骤2)的切口长度为400mm。
7.根据权利要求1所述的采用线切割测试钢轨残余应力的试验方法，其特征在于，钼丝选用0.18mm线切割专用钼丝。
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