CN115901041A - 一种测量钢轨截面头腰连接处垂向残余应力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测量钢轨截面头腰连接处垂向残余应力的方法，属于物理检测技术领域。本发明提供的方法包括在钢轨截面头腰连接处确定应变片的位置，并测出该位置的初始应力值，然后在应变片下方5mm处，沿水平方向切割，使得钢轨头腰连接处沿轨高方向的残余应力全部释放，从而测得该点的残余应力值。本发明的方法能够准确测量出钢轨截面头腰连接处的垂向残余应力，可以用于推测钢轨沿垂向开裂的可能性。
Description
技术领域
本发明属于物理检测技术领域，具体涉及一种测量钢轨截面头腰连接处垂向残余应力的方法。
背景技术
目前，我国关于钢轨残余应力引用的标准主要是铁标2344-2012《43kg/m～75kg/m钢轨订货技术条件》，以及美标AREMA-2011《美国铁路工程和维修协会工程师手册》，其中铁标2344-2012只对钢轨轨底残余应力的测试方法及残余应力的最大允许值做了规定，并未对轨头及轨腰的残余应力做出要求，而美标AREMA-2011虽对轨腰沿轨高方向做了规定，但是该方法是通过测量钢轨截面开口处的侧位移Δy来间接衡量钢轨沿轨高方向残余应力大小的，并不能直接测出沿轨高方向残余应力的具体值。
专利文献CN113418642A虽然也公开一种涉及钢轨轨腰的残余应力的测量方法，但是该文献公开的是一种检测钢轨轨腰垂向残余应力的方法，其并不适用于测量钢轨截面头腰连接处的垂向残余应力。
钢轨在生产过程中所经历的轧制、冷却、矫直等工艺，会使其内部产生分布不均的残余应力，如果残余应力太大，可能会引发钢轨的早期疲劳和脆断，对钢轨的服役造成较大的安全隐患，甚至在某些极端情况下，对于一些淬火态的钢轨可能在冷床就出现沿轨高方向开裂，如图1所示。这种缺陷的产生是因为钢轨在矫直后其轨头与轨底表面都产生较大的残余应力，且均表现为拉应力，而该拉应力在轨头截面将产生沿相反方向的力矩，正是因为该力矩的存在，导致钢轨截面沿轨高方向也产生不同程度的拉应力，当钢轨轨头、轨底的残余应力较大时，在钢轨截面便会沿相反方向形成较大的力矩；同时，钢轨截面沿轨高方向的残余应力增大。轨头下颚与轨腰连接的位置其截面发生明显的变化，容易在连接处造成应力集中，从而导致钢轨在此处开裂。因此，有必要对钢轨截面头腰连接处的垂向残余应力进行检测，以推测钢轨沿垂向开裂的可能性。
发明内容
为了克服现有残余应力测试方法的不足，能够更有针对性的对钢轨轨头下颚与轨腰连接处应力集中处的点进行测试，本发明是在钢轨截面上固定应变片，应变片固定在钢轨轨头下颚应力集中的位置，然后从应变片以下5mm的位置沿纵向水平切割，达到释放应力的效果，从而测出钢轨截面头腰连接应力集中处沿垂向残余应力的大小，可以通过比较该点残余应力与材料屈服强度的大小关系，达到预测钢轨是否有开裂的风险，当该残余应力接近材料屈服强度时钢轨沿垂向开裂的风险增大。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在钢轨截面头腰连接处沿水平方向画线确定应变片的竖直位置，然后在钢轨截面上沿竖直对称轴方向画线，交水平线于一点，即固定应变片的位置。待粘贴应变片的胶水彻底凝固，连接实验设备，测出初始值，然后在应变片下方5mm处，沿水平方向切割，使得钢轨头腰连接处沿轨高方向的残余应力全部释放，从而测得该点的残余应力值。
具体地，本发明提供的测量钢轨截面头腰连接处垂向残余应力的方法包括以下步骤：
S1：将钢轨试样沿轨竖直方向放置，截面朝上；
S2：在截面上轨头下颚与轨腰连接处圆弧末端下方10mm处沿水平方向画一条直线，标记为直线1，在竖直方向上在沿对称轴画一条直线，标记为直线2，直线1、2的交点，记为“O”点，其为固定应变片的位置，在“O”点下方5mm处沿水平方向画一条直线，标记为直线3，即切割线起点；
S3：将应变片沿竖直方向固定在“O”点，并对所述应变片进行密封；
S4：将固定的应变片与静态电阻应变仪连接，并且点击静态电阻应变仪的平衡按钮，将初始应变值全部归0；
S5：将所述应变片与静态电阻应变仪断开，并以直线3为起点沿水平方向切割所述钢轨试样，切割长度为600mm，以释放应力；
S6：切割后将钢轨试样静置4小时，将所述应变片与静态电阻应变仪再次连接，待示数稳定后测量终了值，即“O”点处的残余应力值。
在步骤S1中，所述钢轨试样的长度为1000mm。
在步骤S3中，用406胶水将规格为3mm×3mm，型号为BX-120-3AA的应变片固定在“O”点，待406胶水凝固后，再用704硅胶涂于应变片表面，对应变片进行密封保护。
在步骤S4中，所述静态电阻应变仪的型号为AFT-CM-10。
在步骤S5中，采用型号为G5330-50的立式带锯切割所述钢轨试样。
本发明的有益效果是能够针对钢轨头腰连接处应力集中的位置进行残余应力的准确定点测量，将实验结果与材料的屈服强度进行比较，结果证明：当该点的残余应力达到材料屈服强度的75％以上时，则钢轨极易沿垂向开裂。
附图说明
图1为钢轨头腰连接处开裂的照片。
图2为钢轨试样截面结构示意图。
图3为钢轨试样立体结构示意图。
具体实施方式
本发明旨在提供一种准确测量钢轨截面头腰连接处垂向残余应力的方法，以用于推测钢轨沿垂向开裂的可能性。
以下通过具体实施例详细说明本发明的内容，实施例旨在有助于理解本发明，而不在于限制本发明的内容。
实施例1：一种测量钢轨截面头腰连接处垂向残余应力的方法
该实施例提供一种测量钢轨截面头腰连接处垂向残余应力的方法，具体包括以下步骤：
(1)选取一段1000mm长的钢轨试样，将钢轨试样沿轨竖直方向放置，截面朝上，如图2所示；
(2)如图2所示，在截面上轨头下颚与轨腰连接处圆弧末端下方10mm处沿水平方向画一条直线，标记为直线1，在竖直方向上在沿对称轴画一条直线，标记为直线2，直线1、2的交点，标记为“O”点，其为固定应变片的位置，在“O”点下方5mm处(之所以选择在“O”点下方5mm处进行切割，是因为经试验验证：该位置既能保证轨头踏面拉应力对应力矩的最大值，也能保证锯切时的可操作性)沿水平方向画一条直线标记为直线3，即切割线起点；
(3)用406胶水将规格为3mm×3mm，型号为BX-120-3AA的应变片沿竖直方向固定在“O”点，待406胶水凝固后，再用704硅胶涂于应变片表面，对应变片进行密封保护，目的是防止切割过程中冷却液浸入，影响实验结果；
(4)待704密封硅胶凝固后，将应变片与型号为AFT-CM-10的静态电阻应变仪连接，测出此时应变片的初始值；
(5)将应变片与静态电阻应变仪断开后，如图3所示，将钢轨试样水平置于型号为G5330-50的立式带锯上，以直线3为起点沿水平方向切割600mm，释放应力。
(6)切割后静置4小时，将应变片与静态电阻应变仪再次连接，待示数稳定后测量终了值，即“O”点的残余应力值。
该实施例提供的方法能够准确测量出钢轨截面头腰连接处的垂向残余应力，将该垂向残余应力与钢轨试样的屈服强度进行比较，结果表明：当该实施例提供的方法测量的残余应力达到钢轨试样屈服强度的75％以上时，则该钢轨沿垂向开裂的可能性增大，即该钢轨较易沿垂向开裂。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种测量钢轨截面头腰连接处垂向残余应力的方法，其包括以下步骤：
S1：将钢轨试样沿轨竖直方向放置，截面朝上；
S2：在截面上轨头下颚与轨腰连接处圆弧末端下方10mm处沿水平方向画一条直线，标记为直线1，在竖直方向上在沿对称轴画一条直线，标记为直线2，直线1、2的交点，记为“O”点，其为固定应变片的位置，在“O”点下方5mm处沿水平方向画一条直线，标记为直线3，即切割线起点；
S3：将应变片沿竖直方向固定在“O”点，并对所述应变片进行密封；
S4：将固定的应变片与静态电阻应变仪连接，并且点击静态电阻应变仪的平衡按钮，将初始应变值全部归0；
S5：将所述应变片与静态电阻应变仪断开，并以直线3为起点沿水平方向切割所述钢轨试样，切割长度为600mm，以释放应力；
S6：切割后将钢轨试样静置4小时，将所述应变片与静态电阻应变仪再次连接，待示数稳定后测量终了值，即“O”点处的残余应力值。
2.根据权利要求1所述的方法，在步骤S1中，所述钢轨试样的长度为1000mm。
3.根据权利要求1所述的方法，在步骤S3中，用406胶水将规格为3mm×3mm，型号为BX-120-3AA的应变片固定在“O”点，待406胶水凝固后，再用704硅胶涂于应变片表面，对应变片进行密封保护。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，在步骤S4中，所述静态电阻应变仪的型号为AFT-CM-10。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，在步骤S5中，采用型号为G5330-50的立式带锯切割所述钢轨试样。
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