Исследования остаточных напряжений в цельнокатаных железнодорожных колесах

Abstract

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.

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.