Technical Diagnostics and Non-Destructive Testing, 2013, №01



2013 №01 (06)

2013 №01 (01)

---

«Техническая диагностика и неразрушающий контроль», 2013, №1, с. 45-50

ИССЛЕДОВАНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕСАХ

А.В. КОШУЛЯН, В.П. МАЛАЙЧУК, А.В. МОЗГОВОЙ, А.П. ТИМОЩЕНКО, Л.В. ЧУПРИНА

Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара. 49050, г. Днепропетровск, просп. Гагарина, 72. Е-mail: rea.ftf@dnu.dp.ua

Реферат
Представлены результаты исследований остаточных напряжений новых цельнокатаных железнодорожных колес на основании экспериментальных измерений ультразвуковым контактным методом с помощью прибора Debbie. Проведен анализ случайных погрешностей, связанных с неконтролируемыми условиями выполнения измерений. Установлено, что среднеквадратическое отклонение случайной погрешности составляет около 3,5 МПа при измерении чистовых колес. Показано, что для исследованных колес характерна флуктуация остаточных напряжений по окружности обода, которая не может быть объяснена случайной ошибкой измерений. Это обусловливает уникальность колес: у каждого колеса своя оценка параметров статистических закономерностей. В качестве показателей, содержащих информацию об остаточных напряжениях колес, предложено использовать среднее значение измерений по всем точкам, равномерно расположенных по окружности обода, и значение среднеквадратического отклонения измерений по этим точкам. Замечено, что разброс средних значений измерений в группе однотипных колес значительно превышает разброс, вызванный флуктуациями отдельных колес: 18,9 и 7,1 МПа по величине среднеквадратического отклонения. Представлены результаты корреляционного анализа измерений остаточных напряжений, выполненных ультразвуковым методом и разрушающим методом, путем измерения сходимости обода после его радиальной разрезки, а также методом голографической интерферометрии. Результаты настоящего исследования могут быть использованы для создания методики неразрушающего контроля остаточных напряжений железнодорожных колес ультразвуковым методом. Библиогр. 15 назв., рис. 6, табл. 1.

Ключевые слова: железнодорожное колесо, остаточные напряжения, ультразвуковой метод
 
The paper presents the results of investigations of residual stresses in new whole-rolled railway wheels based on experimental measurements by an ultrasonic contact method with Debbie system. Analysis of random errors associated with uncontrolled conditions of taking the measurements is performed. It is established that the mean-root-square deviation of the random error is equal to about 3.5 MPa at measurement of finished wheels. It is found that the studied wheels are characterized by fluctuation of residual stresses around the rim circumference that cannot be attributed to random error of measurement. This is due to uniqueness of the wheels: each wheel has its own evaluation of statistical regularity parameters. It is proposed to use the mean value of measurements on all the points equidistant around the rim circumference and value of mean-root-square deviation of measurements by these points as indices containing information on residual stresses of the wheels. It is noted that scatter of mean measurement values in a group of similar wheels is much higher than the scatter caused by fluctuations of individual wheels: 18.9 and 7.1 MPa by value of mean-root-square deviation. The paper presents the results of correlation analysis of residual stress measurements, made by ultrasonic technique and destructive technique by measurement of rim convergence after its radial cutting up, as well as by the method of holographic interferometry. Results of this study can be used to develop a procedure of non-destructive testing of residual stresses of railway wheels by ultrasonic testing.

Keywords:Railway steel, residual stresses, ultrasonic method
 
Поступила 24.10.2012
Опубликовано 06.03.2013
 
1. ГОСТ 10791–2012. Колеса цельнокатаные технические условия; [межгосударственный стандарт]. — М.: Стандартинформ, 2006. — 28 с.
2. ГОСТ Р 54093–2010. Колеса железнодорожного подвижного состава // Методы определения остаточных напряжений. — М.: Стандартинформ, 2011. — 16 с.
3. DIN EN 13262. Railway applications — Wheelsets and bogies // Wheels — Product requirements/ [English version of DIN EN 13262:2006] — CEN, 2006.
4. Experiences in applications of ultrasonic measurements for railroad industry — DEBRO UMS / A. Bartosiewez, A. Brokowski, J Deputat, K. Mizerski. — Nowosolipsowska 1, 02385, Warsaw.
5. Hauk. V. Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods — Institute of Material Sciences and Engineering; Amsterdam: Elsevier Science, 1997; ISBN-13: 9780444824769.
6. Stone D., Garcia G., Burnett S. An Evaluation of residual stress in cast steel railroad wheels using electromagnetic acoustic transducers (EMATs) // Railroad wheel residual stress detection program, final report/ [U.S. Department of Transport, Federal Railroad Administration] — The National Technical Information Service, Virginia. — 1998.
7. Камышев А. В., Никитина Н. Е., Смирнов В. А. Измерение остаточных напряжений в ободьях железнодорожных колес методом акустоупругости // Дефектоскопия. — 2010. — 3. — С. 50–54.
8. Оценка остаточных напряжений в ободьях вагонных колес электромагнитно-акустическим методом / В. В. Муравьев, О. В. Муравьева, В. А. Стрижак и др. // Там же. — 2011. — № 8. — С. 16–28.
9. Шиткин С. Л. Исследование рентгеновским методом влияния остаточных напряжений в цельнокатаных вагонных колесах на повышение их качества: Автореф.дис… канд. техн. наук. — М., 2007. — 23 с.
10. Узлов И. Г., Бабаченко А. И. Исследование напряженного состояния железнодорожных колес повышенной прочности // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. — 2005. — № 11. — С. 166–169.
11. Неразрушающий контроль остаточных напряжений железнодорожных колес / А. В. Кошулян, В. П. Малайчук, А. В. Мозговой и др. // Матер. XVI Междунар. конф. «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики». — Ялта, 2008. — С. 232–237.
12. Оценка влияния параметров термической обработки на величину и распределение остаточных напряжений в железнодорожных колесах / А. В. Кошулян, А. В. Мозговой, А. П. Тимощенко, Л. В. Чуприна // Матер. XVI Междунар. конф. «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики». — Ялта, 2008. — С. 222–228.
13. Вишняков Я. Д., Пискарев В. Д. Управление остаточными напряжениями в металлах и сплавах. — М.: Металлургия, 1989. — 240 с.
14. Hirao M., Ogi H. EMATs for Science and Industry // Osaka University, Japan Boston/Dordrecht/London: Kluwer Academic Publishers, 2003. ISBN-13: 978-1402074943.
15. Jemec V., Grum J., Bozicko S. Ultrasonic measurement of hoop stress in the Rim of monoblock railroad wheel // Ceska spolecnost pro nedestruktivni zkouseni — Defektoskopie 2008 [materialu 38 mezinarodni konference]. — Brno, 2008.