CN113418642B - 一种准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法，在钢轨轨腰两侧高度方向分别找到其中点，过中点沿钢轨轧制方向各画一条平行于轨底的直线，定义为钢轨轨腰垂向的中线。在轨腰两侧中线上不同位置沿垂向粘贴应变片，待胶干后测得初始值，然后分别在距中线两侧10mm处沿纵向平行于中线向内进行切割，使得轨腰沿中线位置两侧的残余应力全部释放后测得终了值，即为最终轨腰垂向的残余应力值。

Description

一种准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法
技术领域
本发明涉及物理检测技术领域，尤其涉及一种准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法。
背景技术
钢轨在生产过程中，要经过轧制、冷却、矫直等工艺。热轧成型的钢轨在冷床上缓慢冷却时，由于钢轨外表面和内部的冷却速度不同所引起的温度梯度以及微观显微组织发生转变，产生很大的热应力和相变应力。在热应力和相变应力作用下，使钢轨产生不均匀的塑性变形，从而产生了残余应力。同时在钢轨冷却过程中，由于钢轨断面的复杂性导致轨头、轨腰和轨底的冷却速度不同，轨腰和轨底的冷速较快，轨头的冷却速度较慢。这样当轨腰、轨底冷却时，轨头的温度仍较高，强度较低，容易发生塑性变形；当轨头冷却时，轨腰和轨底的温度较低，强度较高，导致轨腰、轨底收缩较难。钢轨最终冷却到室温时，经常由于冷却速度的差异使钢轨内部，尤其是钢轨轨腰垂向，产生更大的残余应力和更大的畸变，很容易在矫直后进入冷床轨腰处应力集中发生断裂，导致钢轨被迫判废。
钢轨残余应力测定方法很多，主要有分割法、贴应变片法、锯切法、穿孔法、X射线衍射法、中子衍射法和超声应力测定法等。
最多应用的主要是贴片应变法和轨腰锯切法，虽然都已被采纳到钢轨的标准中，但在测试程序中仍然存在一些不确定的因素，而且这些方法基本都没有考虑对钢轨残余应力影响较大的轨腰垂向残余应力。钢轨轨腰存在复杂的残余应力分布，同时已经使用的并在使用中表现出满意使用性能的钢轨，会有可能达不到标准要求。其中美标与铁标残余应力方法相比，两种方法的实验原理相同，都为破坏钢轨内部的结构释放一部分残余应力，使钢轨发生应变，通过测量这部分应变来计算残余应力值。美标轨腰锯切法测试轨腰残余应力考虑了轨腰应力的综合影响，但是只能定性测量钢轨轨腰纵向残余应力的大小，误差范围比较大，且无法测定对钢轨残余应力影响较大的钢轨轨腰某一具体点的垂向残余应力值，对钢轨轨腰失稳扩展并不能进行准确描述。
发明内容
本发明的目的是提供一种准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法，在钢轨轨腰中线上不同位置沿垂向粘贴应变片测得初始值，然后在中线两侧进行切割，测量开口前后应变片微应变的大小，从而准确计算出轨腰垂向的残余应力值。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法，包括如下步骤：
(1)选取一段一定长度的试验轨，将钢轨侧躺，轨头与轨底脚一侧均接触地面，将轨头一侧适当垫高，使轨腰平行于地面处于水平状态；
(2)在该钢轨轨腰一面的两端分别找到轨腰垂向的中点，用一条直线连接这两点，该直线应平行于钢轨轨底，即为钢轨轨腰垂向的中线，标记为第一直线，同理在该钢轨轨腰的另一面做第二条轨腰垂向的中线，标记为第二直线；
(3)从钢轨的一端开始，沿第一直线每隔100mm标记一点，标记3个点，第二直线与第一直线标记的点相互对称，同理沿第二直线每隔100mm标记一点，标记3个点，第一直线与第二直线标记的6个点，即为贴片位置；
(4)用砂轮抛光机在已标记的6个点处分别抛光，用酒精棉球清洁其表面，用胶水将应变片分别在贴片位置沿垂直于第一直线和第二直线的方向贴片，连接好接线柱和设备，测量初始值；
(5)因第一直线与第二直线相互对称，切割时选择一条中线做切割线即可；在距第一直线的上下两侧10mm位置分别画两条平行于第一直线的线，标记为第三直线和第四直线，将钢轨置于立式带锯上，从该钢轨的一端开始分别沿第三直线、第四直线进行切割，切割长度为400mm，切割后静置4小时，连接设备测量终值，即为轨腰中线垂向的残余应力。
进一步的，试验轨的长度为610mm。
进一步的，所述步骤(3)中两端均不做标记。
进一步的，所述步骤(4)中，用406胶水将规格为3mm×3mm且型号BX-120-3AA的应变片分别在贴片位置沿垂直于第一直线和第二直线的方向贴片。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
美标与国标残余应力方法相比，两种方法的实验原理相同，都为破坏钢轨内部的结构释放一部分残余应力，使钢轨发生应变，通过测量这部分应变来计算残余应力值。但是只能定性测量钢轨轨腰纵向残余应力的大小，误差范围比较大，且无法测定对钢轨残余应力影响较大的钢轨轨腰某一具体点的垂向残余应力值，对钢轨轨腰失稳扩展并不能进行准确描述。而本发明是为准确检测钢轨轨腰垂向残余应力提供一种切割方法以及贴片方法，在钢轨轨腰中线上不同位置沿垂向粘贴应变片测得初始值，然后在中线两侧进行切割，测量开口前后应变片微应变的大小，从而准确计算出轨腰垂向的残余应力值。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为钢轨上标记的直线的示意图；
图2为钢轨上贴片位置示意图；
附图标记说明：1、第一直线；2、第二直线；3、第三直线；4、第四直线台；5、贴片位置。
具体实施方式
一种准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法。
(1)选取一段610mm长的试验轨，将钢轨侧躺，轨头与轨底脚一侧均接触地面，将轨头一侧适当垫高，使轨腰平行于地面处于水平状态；
(2)在该钢轨轨腰一面的两端分别找到轨腰垂向的中点，用一条直线连接这两点，该直线应平行于钢轨轨底，即为钢轨轨腰垂向的中线，标记为第一直线1，同理在该钢轨轨腰的另一面做第二条轨腰垂向的中线，标记为第二直线2(见图1)；
(3)从钢轨的一端开始，沿第一直线每隔100mm标记一点(两端均不做标记)，标记3个点，第二直线2与第一直线1标记的点相互对称，同理沿第二直线2每隔100mm标记一点，标记3个点，第一直线1与第二直线2标记的6个点，即为贴片位置5(见图2)；
(4)用砂轮抛光机在已标记的6个点处分别抛光，用酒精棉球清洁其表面，用406胶水将规格为3mm×3mm，型号BX-120-3AA的应变片分别在贴片位置5沿垂直于第一直线1和第二直线2的方向贴片(见图2)，连接好接线柱和设备，测量初始值；
(5)因第一直线1与第二直线2相互对称，切割时选择一条中线做切割线即可。在距第一直线1的上下两侧10mm位置分别画两条平行于第一直线的线，标记为第三直线3和第四直线4，将钢轨置于立式带锯上，从该钢轨的一端开始分别沿第三直线3、第四直线4进行切割，切割长度为400mm，切割后静置4小时，连接设备测量终了值，即为轨腰中线垂向的残余应力。
美标与国标残余应力方法相比，两种方法的实验原理相同，都为破坏钢轨内部的结构释放一部分残余应力，使钢轨发生应变，通过测量这部分应变来计算残余应力值。但是只能定性测量钢轨轨腰纵向残余应力的大小，误差范围比较大，且无法测定对钢轨残余应力影响较大的钢轨轨腰某一具体点的垂向残余应力值，对钢轨轨腰失稳扩展并不能进行准确描述。
而本发明是为准确检测钢轨轨腰垂向残余应力提供一种切割方法以及贴片方法，在钢轨轨腰中线上不同位置沿垂向粘贴应变片测得初始值，然后在中线两侧进行切割，测量开口前后应变片微应变的大小，从而准确计算出轨腰垂向的残余应力值。
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 (3)

1.一种准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）选取一段一定长度的试验轨，将钢轨侧躺，轨头与轨底脚一侧均接触地面，将轨头一侧适当垫高，使轨腰平行于地面处于水平状态；
（2）在该钢轨轨腰一面的两端分别找到轨腰垂向的中点，用一条直线连接这两点，该直线应平行于钢轨轨底，即为钢轨轨腰垂向的中线，标记为第一直线，同理在该钢轨轨腰的另一面做第二条轨腰垂向的中线，标记为第二直线；
（3）从钢轨的一端开始，沿第一直线每隔100mm标记一点，标记3个点，第二直线与第一直线标记的点相互对称，同理沿第二直线每隔100mm标记一点，标记3个点，第一直线与第二直线标记的6个点，即为贴片位置；
（4）用砂轮抛光机在已标记的6个点处分别抛光，用酒精棉球清洁其表面，用胶水将应变片分别在贴片位置沿垂直于第一直线和第二直线的方向贴片，连接好接线柱和设备，测量初始值；
（5）因第一直线与第二直线相互对称，切割时选择一条中线做切割线即可；在距第一直线的上下两侧10mm位置分别画两条平行于第一直线的线，标记为第三直线和第四直线，将钢轨置于立式带锯上，从该钢轨的一端开始分别沿第三直线、第四直线进行切割，切割长度为 400 mm，切割后静置4小时，连接设备测量终值，即为轨腰中线垂向的残余应力；
所述步骤（3）中两端均不做标记。
2.根据权利要求1所述的准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法，其特征在于，试验轨的长度为610mm。
3.根据权利要求1所述的准确检测钢轨轨腰垂向残余应力的测试方法，其特征在于，所述步骤（4）中，用406胶水将规格为3mm×3mm且型号BX-120-3AA的应变片分别在贴片位置沿垂直于第一直线和第二直线的方向贴片。
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