Eng
Ukr
Rus
Триває друк

2021 №09 (06) DOI of Article
10.37434/as2021.09.07
2021 №09 (08)

Автоматичне зварювання 2021 #09
Журнал «Автоматичне зварювання», № 9, 2021, с. 43-54

Моделювання процесу індукційної термічної обробки зварних з’єднань з рейкових високоміцних сталей

Р.С. Губатюк, С.В. Римар, О.С. Прокоф’єв, В.А. Костін, О.В. Дідковський, Є.В. Антіпін
ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Вибір технологічних параметрів режиму процесу термічної обробки, що забезпечує отримання необхідних структурно-фазових перетворень зварного стику рейок, є досить затратним процесом, який вимагає проведення великої кількості експериментів із значними затратами енергетичних, часових, трудових та фінансових ресурсів. В статті запропоновано метод математичного і фізичного моделювання теплових процесів для визначення оптимальних параметрів термічної обробки зварного з’єднання рейок на модельних зразках на основі теорії подібності з урахуванням взаємопов’язаних властивостей і фізичних явищ з оригіналом дослідження. Отримані при реалізації даного методу рішення дають можливість суттєво скоротити ресурси при визначенні оптимальних режимів нагріву виробів з високоміцних вуглецевих сталей, зокрема, рейок. На основі масштабних коефіцієнтів критеріїв електромагнітної та теплової подібності розроблена математична модель індукційної системи для чисельного розрахунку розповсюдження електромагнітних та теплових полів. Застосовувався метод скінченних елементів, який є інструментом для сполучення інтегральних характеристик із значеннями векторних характеристик досліджуваних електромагнітних полів. Враховано залежність фізичних властивостей матеріалів від температури. В ході параметричного дослідження визначено параметри і конфігурацію системи «індуктор–виріб» та визначено просторово-часовий розподіл температурного поля в процесі моделювання термічної обробки. Отримані дані чисельного розрахунку повинні використовуватися при фізичному моделюванні відпрацювання режимів термічної обробки зразка і дозволять істотно скоротити кількість експериментів по визначенню впливу термічного нагріву на фазові перетворення і механічні властивості сталі в зоні зварного з’єднання. Бібліогр. 18, табл. 2, рис. 9.
Ключові слова: індукційний нагрів, термічна обробка, зварний стик залізничних рейок, математичне моделювання, теорія подібності


Надійшла до редакції 12.07.2021

Список літератури

1. Gubatyuk, R.S. (2019). Heat treatment of welded joints of highstrength railway rails (Review). The Paton Welding J., 2, 41–48. DOI: https://doi.org/10.15407/tpwj2019.02.07
2. Kuchuk-Yatsenko, S.I., Antipin, E.V., Didkovskyi, O.V. et al. (2020) Evaluation of quality of welded joints of high-strength railway rails of modern production taking into account the requirements of ukrainian and european standards. Ibid, 7, 3–11. DOI: https://doi.org/10.37434/tpwj2020.07.01
3. Резанов В.А., Федин В.М., Башлыков A.B. и др. (2013) Дифференцированная закалка сварных стыков рельсов. Вестник ВНИИЖТ, 2, 28–34.
4. Долгих И.Ю., Королев A.Н., Захаров В.M. (2014) Моделирование динамики тепловых процессов при индукционном нагреве. Вестник ИГЭУ, 5, С. 1–7.
5. Плешивцева Ю.Э., Попов А.В., Попова М.А., Деревянов М.Ю. (2019) Оптимальное проектирование индуктора для поверхностной закалки цилиндрических заготовок на основе численной двумерной модели. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика, 1, 40–50. DOI: https://doi.org/10.24143/2072-9502-2019-1-40-50.
6. Chao, Yu, Hong, Xiao, Zi-chen, Qi, Yun-peng, Zhao (2019) Finite element analysis and experiment on induction heating process of slab continuous casting-direct rolling. Metallurgical Research & Technology, 116 (4), 403. doi: https://doi.org/10.1051/metal/2018117
7. Li, F., Ning, J., Liang, S. (2019) Analytical Modeling of the Temperature Using Uniform Moving Heat Source in Planar Induction Heating Process. Applied Sciences, 9, 14–45. doi: https://doi.org/10.3390/app9071445
8. Takeuchi, H., Yogo, Y. (2019) An Induction Heating Analysis with Consideration of Temperature Dependent B-H Curves and Change in Phase Transformation under Rapid Heating. ISIJ International, 59, 551–558. doi: https://doi:10.2355/ isijinternational.isijint-2018-552
9. Javaheri, V., Asperheim, J.I., Grande, B. et al. (2020) Simulation and experimental studies of induction hardening behavior of a new medium-carbon, low-alloy wear resistance steel. COMPEL – the international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering, 39 (1), 158–165. DOI: https://doi.org/10.1108/ COMPEL-06-2019-0227
10. Gubatyuk, R.S. Rymar S.V., Prokofiev O.S. et al. (2021) Simulation of electromagnetic and thermal fields in the process of induction heating on small specimens with the presence of welded joint of high-strength railway rails. The Paton Welding J., 1, 44–49. DOI: https://doi.org/10.37434/as2021.01.08
11. Roppert, K., Toth, F., Kaltenbacher, M. (2020) Modeling Nonlinear Steady-State Induction Heating Processes. IEEE Transactions on Magnetics, 56(3). DOI: https://doi. org/10.1109/tmag.2019.2957343
12. Веников В.А. (1966) Теория подобия и моделирование применительно к задачам электроэнергетики. Москва, Высш. школа.
13. Патон Б.Е., Лебедев В.К. (1969) Электрооборудование для контактной сварки. Москва, Машиностроение.
14. Пентегов И.В., Рымар С.В., Левин М.И., Лавренюк А.В. (2015) Определение магнитных индукций в магнитопроводах силовых трансформаторов при совместном использовании анизотропной и изотропной электротехнических сталей. Электротехника и электромеханика, 6, 31–35. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2015.6.05
15. Кутателадзе С.С. (1982) Анализ подобия в теплофизике. Новосибирск, Наука.
16. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. (2006) Теория поля. Теоретическая физика. Том II. Москва, Физматлит.
17. Пентелят М.Г., Шульженко Н.Г. (2007) Использование векторного магнитного потенциала в конечноэлементном анализе нестационарных трехмерных электромагнитных полей в проводящих средах. Электротехника и электромеханика, 7, 42–47. 18. Владимиров С.Н., Земан С.К., Рубан В.В. (2009) Аналитические соотношения, аппроксимирующие температурно-полевую зависимость магнитной проницаемости конструктивных сталей. Известия Томского политехнического университета, 315 (4), 100–104.

Реклама в цьому номері: