CN116202662A - 一种能够测量钢轨轨头踏面下一定深度范围残余应力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够测量钢轨轨头踏面下一定深度范围残余应力的方法，取长为1m的钢轨，在轨头踏面沿纵向找到其中点，并标记为“O”点，在“O”点一侧沿纵向、横向、45°方向固定应变片，将应变片与静态电阻应变仪对应各通道分别连接，在应变片表面均匀涂抹保护胶；将打孔装置固定在“O”点附近，待保护胶凝固后，在静态电阻应变仪上点击“平衡”按钮；启动打孔装置，打孔钻头直径为1mm，控制打孔深度分别为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm，分别记录不同深度个方向的应变值。本发明便于更加详细的了解钢轨轨头踏面以下一定深度范围内残余应力的分布状态，避免因轨头踏面以下残余应力太大而造成一系列的不良后果。
Description
技术领域
本发明涉及物理检测技术领域，尤其涉及一种能够测量钢轨轨头踏面下一定深度范围残余应力的方法。
背景技术
1972年底至1973年初东方航空公司，两架L-1011飞机先后发生RB211发动机风扇盘甩离机体的严重故障，一时引起业界哗然。之后经航空公司相关专家分析后，残余应力是该事故的罪魁祸首之一，1995年蓝烟线2410次货物列车颠覆重大事故经铁道科学院检验分析后认为：蓝烟线K98+18#国产钢轨在列车通过时发生横向脆性断裂是导致货列颠覆的主要原因，而钢轨脆性断裂的原因主要与钢轨残余应力过大有关。2020年，某钢厂生产的钢轨轧制后在冷床上沿轨头与轨腰连接处发生开裂。可见，残余应力不仅影响钢轨的成材率与与列车行驶的安全性，在其它领域残余应力也是一项重要的安全指标。
目前，我国钢轨残余应力所采用的标准为:TB/T2344-2020《43kg/m～75kg/m钢轨订货技术条件》，标准中规定了钢轨轨底残余应力的测试方法，且要求轨底残余应力的最大拉应力不超过250MPa，然而钢轨在服役时，轨头及轨头踏面以下一定范围所承受的外力更为复杂，主要包括轮轨间的接触应力以及平行于钢轨方向的摩擦力等，这些外力均可能与钢轨内部的残余应力叠加，在某些特定环境下该微裂纹迅速扩展，进而在轨头踏面以下一定范围形成核伤或宏观裂纹，造成钢轨提前失效、断裂，影响钢轨服役寿命的同时也对列车的安全行驶带来隐患。
所以，现有残余应力的检测标准不能全面的衡量钢轨残余应力的分布状况，尤其是轨头踏面以下一定深度范围的残余应力。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够测量钢轨轨头踏面下一定深度范围残余应力的方法，以便于更加详细的了解钢轨轨头踏面以下一定深度范围内残余应力的分布状态，避免因轨头踏面以下残余应力太大而造成一系列的不良后果。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种能够测量钢轨轨头踏面下一定深度范围残余应力的方法，包括：取长为1m的钢轨，在轨头踏面沿纵向找到其中点，并标记为“O”点，在“O”点一侧沿纵向、横向、45°方向固定应变片，将应变片与静态电阻应变仪对应各通道分别连接，在应变片表面均匀涂抹保护胶；将打孔装置固定在“O”点附近，待保护胶凝固后，在静态电阻应变仪上点击“平衡”按钮，使此时各通道的应变归零；启动打孔装置，打孔钻头直径为1mm，控制打孔深度分别为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm，分别记录不同深度个方向的应变值。
实验结果如下：
| 打孔深度 | 1mm | 2mm | 3mm | 4mm | 5mm |
| X方向残余应力(MPa) | +25 | +19 | +17 | +14 | +23 |
| Y方向残余应力(MPa) | +245 | +238 | +220 | +251 | +230 |
| 45°方向残余应力(MPa) | +110 | +91 | +34 | +87 | +92 |
进一步的，具体包括如下步骤：
1).检查来样是否满足实验要求，确保试样表面无缺陷；
2).检查仪器是否有断路，导线是否接地，温度补偿应变片是否完好；检查设备是否正常；
3).将待测钢轨水平放置，轨头朝上，置于粗糙皮面上方，找到其中心位置进行“十字”标记，标记为“O”点；
4).接通电源，用角磨机对标记“十字”区域进行打磨，因为钢轨的生产工艺不同，生产年限及放置环境不同，氧化层的厚度不同，如热处理钢轨矫直前氧化皮的厚度一般均超过0.06mm，故需根据实际情况进行打磨，但打磨深度一般控制在0.1mm以内，打磨深度可以通过游标卡尺进行测量，打磨时要保持打磨机处于竖直方向，双手握紧打磨机，让抛光机与试样表面接触，接触时作用力不宜过大，这样容易产生划痕，在打磨过程中要先进行纵向磨制，沿逆时针方向转动打磨机，最终以横向轻轻打磨收尾，使试样表面粗糙度度达到5um目以上；
5).固定应变片，用酒精棉擦拭抛光表面，去掉污垢，将涂有406胶水的应变片沿钢轨纵向贴在“十字”位置，用手指按压90s以上，待胶水凝固后，方可松手；
6).紧贴应变片用406胶水固定接线柱，用电烙铁将应变片与接线柱连接；
7).连接设备与应变片，设备采用单臂桥式连接，用电烙铁将设备通道数据线与应变片相连，记录通道与试样编号的对应关系后，将704硅胶涂在应变片表面，用于保护应变片；
8).等待12小时后，确定涂抹在应变片表面的704硅胶已经凝固，确定设备公共补偿的应变片已经连接，确定设备接地线已经连接，接通电源，进入预热状态，设备需要至少预热时间15分钟，如果测试时间更长，则预热时间也要相应加长；
9).平衡零点参数，点击设备面板“平衡”键听到提示音后，按“确定”键，平衡各通道参数，屏幕显示各通道参数为0με时，证明平衡成功，关闭电源；
10).释放应力，在粘贴应变片的前端标记打孔点，采用直径为0.5mm的钻头，将钢轨水平放置、将限位装备固定在钢轨上，开始打孔，打孔速度要小于1000转/分，打孔时要确保打孔钻头垂直于钢轨表面；
11).打开设备电源待钢轨表面温度达到室温，示数稳定后记录，即为该深度下钢轨纵向残余应变；
计算公式：σ应力＝Δμε×0.207(MPa)；
即可计算出对应残余应力值。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明能够准确测量轨头踏面以下一定深度残余应力的分布状态。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为取样意图；
具体实施方式
一种能够测量钢轨轨头踏面下一定深度范围残余应力的方法，具体包括如下步骤：
1).检查来样是否满足实验要求(长1m试样表面无缺陷的钢轨)；
2).检查仪器是否有断路，导线是否接地，温度补偿应变片是否完好；检查设备是否正常；
3).将待测钢轨水平放置，轨头朝上，置于粗糙皮面上方，找到其中心位置进行“十字”标记；
4).接通电源，用角磨机对标记“十字”区域进行打磨，因为钢轨的生产工艺不同，生产年限及放置环境不同，氧化层的厚度不同，如热处理钢轨矫直前氧化皮的厚度一般均超过0.06mm，故需根据实际情况进行打磨，但打磨深度一般控制在0.05-0.1mm以内，打磨深度可以通过游标卡尺进行测量，打磨时要保持打磨机处于竖直方向，双手握紧打磨机，让抛光机与试样表面接触，接触时作用力不宜过大，这样容易产生划痕，在打磨过程中要先进行纵向磨制，沿逆时针方向转动打磨机，最终以横向轻轻打磨收尾，使试样表面粗糙度度达到5um目以上。
5).固定应变片，用酒精棉擦拭抛光表面，去掉污垢，将涂有406胶水的应变片沿钢轨纵向贴在“十字”位置，用手指按压90s以上，待胶水凝固后，方可松手。
6).紧贴应变片用406胶水固定接线柱，用电烙铁将应变片与接线柱连接。
7).连接设备与应变片，设备采用单臂桥式连接，用电烙铁将设备通道数据线与应变片相连，记录通道与试样编号的对应关系后，将704硅胶涂在应变片表面，用于保护应变片。
8).等待12小时后，确定涂抹在应变片表面的704硅胶已经凝固，确定设备公共补偿(温度补偿与电阻补偿)的应变片已经连接，确定设备接地线已经连接，接通电源，进入预热状态，设备需要至少预热时间15分钟，如果测试时间更长，则预热时间也要相应加长。
9).平衡零点参数，点击设备面板“平衡”键听到提示音后，按“确定”键，平衡各通道参数，屏幕显示各通道参数为0με时，证明平衡成功，关闭电源。
10).释放应力，在粘贴应变片的前端标记打孔点，采用直径为0.5mm的钻头，将钢轨水平放置、将限位装备固定在钢轨上，(见图1)开始打孔，打孔速度要小于1000转/分，打孔时要确保打孔钻头垂直于钢轨表面；
11).打开设备电源待钢轨表面温度达到室温，示数稳定后记录，即为该深度下钢轨纵向残余应变；
计算公式：σ应力＝Δμε×0.207(MPa)
即可计算出对应残余应力值。
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 (2)
1.一种能够测量钢轨轨头踏面下一定深度范围残余应力的方法，其特征在于，包括：取长为1m的钢轨，在轨头踏面沿纵向找到其中点，并标记为“O”点，在“O”点一侧沿纵向、横向、45°方向固定应变片，将应变片与静态电阻应变仪对应各通道分别连接，在应变片表面均匀涂抹保护胶；将打孔装置固定在“O”点附近，待保护胶凝固后，在静态电阻应变仪上点击“平衡”按钮，使此时各通道的应变归零；启动打孔装置，打孔钻头直径为1mm，控制打孔深度分别为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm，分别记录不同深度个方向的应变值。
2.根据权利要求1所述的能够测量钢轨轨头踏面下一定深度范围残余应力的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1).检查来样是否满足实验要求，确保试样表面无缺陷；
2).检查仪器是否有断路，导线是否接地，温度补偿应变片是否完好；检查设备是否正常；
3).将待测钢轨水平放置，轨头朝上，置于粗糙皮面上方，找到其中心位置进行“十字”标记，标记为“O”点；
4).接通电源，用角磨机对标记“十字”区域进行打磨，因为钢轨的生产工艺不同，生产年限及放置环境不同，氧化层的厚度不同，如热处理钢轨矫直前氧化皮的厚度一般均超过0.06mm，故需根据实际情况进行打磨，但打磨深度一般控制在0.1mm以内，打磨深度可以通过游标卡尺进行测量，打磨时要保持打磨机处于竖直方向，双手握紧打磨机，让抛光机与试样表面接触，接触时作用力不宜过大，这样容易产生划痕，在打磨过程中要先进行纵向磨制，沿逆时针方向转动打磨机，最终以横向轻轻打磨收尾，使试样表面粗糙度度达到5um目以上；
5).固定应变片，用酒精棉擦拭抛光表面，去掉污垢，将涂有406胶水的应变片沿钢轨纵向贴在“十字”位置，用手指按压90s以上，待胶水凝固后，方可松手；
6).紧贴应变片用406胶水固定接线柱，用电烙铁将应变片与接线柱连接；
7).连接设备与应变片，设备采用单臂桥式连接，用电烙铁将设备通道数据线与应变片相连，记录通道与试样编号的对应关系后，将704硅胶涂在应变片表面，用于保护应变片；
8).等待12小时后，确定涂抹在应变片表面的704硅胶已经凝固，确定设备公共补偿的应变片已经连接，确定设备接地线已经连接，接通电源，进入预热状态，设备需要至少预热时间15分钟，如果测试时间更长，则预热时间也要相应加长；
9).平衡零点参数，点击设备面板“平衡”键听到提示音后，按“确定”键，平衡各通道参数，屏幕显示各通道参数为0με时，证明平衡成功，关闭电源；
10).释放应力，在粘贴应变片的前端标记打孔点，采用直径为0.5mm的钻头，将钢轨水平放置、将限位装备固定在钢轨上，开始打孔，打孔速度要小于1000转/分，打孔时要确保打孔钻头垂直于钢轨表面；
11).打开设备电源待钢轨表面温度达到室温，示数稳定后记录，即为该深度下钢轨纵向残余应变；
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|---|
| 罗雁云 等: "焊接钢轨轨腰残余应力特性分布研究", 《机械设计与制造工程》, vol. 46, no. 7, 31 July 2017 (2017-07-31), pages 82 - 85 * |
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