Изучено влияние высокотемпературной термомеханической обработки на прочностные свойства швов сварных спиральношовных труб, изготовленных из стали 08 кп толщиной 1 мм. Показано, что такая обработка швов в соединениях низкоуглеродистых сталей позволяет обеспечить получение качественных сварных соединений труб с высокими эксплуатационными свойствами.

С целью снижения массы конструкций трубопроводов, а также сосудов, работающих под давлением, представляется перспективным использование двухслойных оболочек для образования общей стенки. Произведен расчет трех однотипных конструкций сосудов, работающих под давлением, у которых общая стенка выполнена как двухслойная оболочка. При этом проанализированы применяемые материалы и их сочетание для изготовления внутренней и наружной оболочки общей двухслойной стенки трех типов сосудов, работающих под давлением с учетом их прочностных показателей. Установлено, что использование в двухслойной конструкции одной и той же марки стали не приводит к эффективному нагружению общей стенки. Применение при изготовлении наружной оболочки материала с более высокими прочностными свойствами приводит к эффективному нагружению их общей стенки, уменьшению ее толщины и соответственно росту ее внутренних напряжений, т. е. рациональному нагружению. Рассмотрены вопросы использования для изготовления наружной оболочки сетеподобного материала, а также применение высокочастотной сваркопайки давлением при изготовлении перспективных трубных заготовок, предназначенных для трубопроводов и сосудов высокого давления.

Приведены материалы расчетов кольцевых напряжений и радиальных перемещений в стенке двухслойного сферического днища. Рассмотрены три модели днищ, в которых используются различные сочетания материалов для изготовления слоев оболочки. Определены рациональные толщины слоев и образующиеся в них кольцевые напряжения и радиальные перемещения в пределах упругих деформаций при различных сочетаниях материалов слоев оболочек. Определение кольцевых напряжений осуществлено путем расчетов по аналитическим зависимостям и методом компьютерного моделирования. Применение при изготовлении наружной оболочки материала с более высокими прочностными свойствами приводит к эффективному нагружению их общей стенки, уменьшению ее толщины и соответственно росту ее внутренних напряжений и в итоге к рациональному нагружению.

Рассмотрены особенности конструкции индукционного устройства для термической обработки сварных стыков железнодорожных рельсов и приведены результаты его испытания. В устройстве использованы индукторы с магнитопроводами и согласующие трансформаторы, разработанные и изготовленные в ИЭС. Индукторы расположены друг против друга с боковых сторон рельса. Индуктирующий провод индуктора разделен на два параллельных проводника, которые повторяют форму поверхности рельса, охватывают часть поверхности катания, боковую грань головки, шейку и часть подошвы рельса с увеличенными воздушными зазорами в области шейки и перьев рельса. Магнитопроводы установлены над поверхностью катания головки, боковыми гранями головки, шейкой и нижней поверхностью подошвы рельса. Испытания индукционного устройства при частоте тока 2,4 кГц показали равномерное распределение температурного поля в сечение рельса и отсутствие перегрева перьев рельса. Нагрев зоны рельса шириной 50 - 55 мм до температуры 850 - 910 °C выполнен за время 140 с. Номинальная мощность источника питания 90 кВт.

Цель работы - развитие технологии высокочастотной сварки при изготовлении электросварных тонкостенных спиральношовных труб путем введения активирующих веществ в зону сварного шва и приложения давления для повышения прочностных характеристик металла сварного соединения. Исследования базируются на научных положениях теоретических основ сварки, материаловедения, проблем прочности металлов. Особенностью рассмотренной технологии сварки является то, что в процессе нагрева соединяемых кромок токами высокой частоты активирующие вещества, имеющие более низкие температуры плавления, переходят в жидкое состояние, связывают поверхностные загрязнения и выносят их наружу при приложении давления. Кромки очищенного металла соединяются в результате протекания диффузных процессов при температурах, близких к температурам плавления основного металла. По сути процесс соединения на завершающей стадии происходит в твердой фазе металла шва. Полученная ширина сварного шва не превышает 4 - 8 мкм. Металл шва состоит из основного свариваемого металла, обогащенного элементами активирующего вещества. Структура околошовной зоны близка к структуре основного металла. Возможно изготовление электросварных тонкостенных спиральношовных труб с высоким качеством сварного соединения при высокой скорости сварки.

При строительстве высокоскоростных бесстыковых железнодорожных магистралей массово используют высокопрочные рельсы, которые свариваются различными способами. С появлением высокопрочных рельсов с высоким содержанием углерода особую актуальность приобрела необходимость введения операции термической обработки сварных стыков в цикл изготовления рельсовой плети. Цель обзора - анализ проблем и прогноз перспектив современных технологий термической обработки сварных стыков высокопрочных рельсов. Рассмотрены различные способы термической обработки, применяемые в промышленности. Проанализированы различные схемы нагрева и охлаждения сварного шва рельсов и их влияние на формирование микроструктуры и механических свойств металла соединения. Обзор литературных данных показал, что при проведении термической обработки сварных стыков высокопрочных рельсов наиболее востребована технология нагрева токами высокой частоты с последующей закалкой головки.

Наведено концепцію проведення об'ємної та поверхневої термічної обробки зварного стику залізничної рейки двома і більше індукторами з метою отримання сприятливих фазових перетворень металу і нормалізації його структури в зоні зварного шва. На підставі проведених розрахунків та експериментів розроблено роз'ємні індуктори без магнітопроводів для можливості проведення об'ємної і поверхневої індукційної термічної обробки. Проведені експерименти з виконання нагріву зварного стику рейки розробленим роз'ємним індуктором без магнітопроводів показали прийнятні для об'ємної термічної обробки рейок показники рівномірності нагріву, граничні температури і швидкості нагріву основних робочих ділянок рейки як на поверхні, так і в глибині у вузькій зоні нагріву.

Наведено концепцію проведення об'ємної та поверхневої термічної обробки зварного стику залізничної рейки двома і більше індукторами з метою отримання сприятливих фазових перетворень металу і нормалізації його структури в зоні зварного шва. На підставі проведених розрахунків та експериментів розроблено роз'ємні індуктори без магнітопроводів для можливості проведення об'ємної і поверхневої індукційної термічної обробки. Проведені експерименти з виконання нагріву зварного стику рейки розробленим роз'ємним індуктором без магнітопроводів показали прийнятні для об'ємної термічної обробки рейок показники рівномірності нагріву, граничні температури і швидкості нагріву основних робочих ділянок рейки як на поверхні, так і в глибині у вузькій зоні нагріву.

Підбір режиму нагріву, який забезпечує оптимальне поєднання технологічних параметрів для отримання необхідних структурно-фазових перетворень зварного стику високоміцних залізничних рейок, який піддається термічній обробці, є складним процесом, який вимагає проведення великої кількості експериментів із значними витратами часу, трудових, енергетичних і фінансових ресурсів. Для вирішення такого роду задачі доцільним застосовувати методи математичного та фізичного моделювання, які засновані на використанні математичних моделей, числових методів розрахунків та отриманих експериментальних даних фізичного моделювання при визначенні ключових параметрів процесу термічної обробки. Для цього, на базі теорії подібності, запропоновано математичну модель процесу термічної обробки малих зразків з урахуванням взаємно пов'язаних властивостей і фізичних явищ із оригіналом дослідження. Розглянуто спрощену модель зразка, на якому відпрацьовуються оптимальні режими нагріву та досліджуються властивості металу шву, підданого термічній обробці, після чого здійснюється перехід до уточнення режимів термічної обробки реального зварного стику високоміцних залізничних рейок. Даний підхід надає можливість значно скорочувати ресурси при визначенні оптимальних режимів нагрівання виробів із високоміцних вуглецевих сталей, у тому числі стикових зварних швів залізничних рейок.

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 і фінансових ресурсів. Запропоновано метод математичного та фізичного моделювання теплових процесів для визначення оптимальних параметрів термічної обробки зварного з'єднання рейок на модельних зразках на базі теорії подібності з урахуванням взаємопов'язаних властивостей і фізичних явищ з оригіналом дослідження. Отримані при реалізації даного методу рішення надають можливість суттєво скоротити ресурси у ході визначення оптимальних режимів нагріву виробів із високоміцних вуглецевих сталей, зокрема, рейок. На базі масштабних коефіцієнтів критеріїв електромагнітної та теплової подібності розроблено математичну модель індукційної системи для числового розрахунку розповсюдження електромагнітних і теплових полів. Застосовано метод скінченних елементів, який є інструментом для сполучення інтегральних характеристик зі значеннями векторних характеристик досліджуваних електромагнітних полів. Враховано залежність фізичних властивостей матеріалів від температури. В ході параметричного дослідження визначено параметри та конфігурацію системи індуктор - виріб і визначено просторово-часовий розподіл температурного поля в процесі моделювання термічної обробки. Отримані дані числового розрахунку повинні використовуватися при фізичному моделюванні відпрацювання режимів термічної обробки зразка та нададуть змогу істотно скоротити кількість експериментів по визначенню впливу термічного нагріву на фазові перетворення та механічні властивості сталі в зоні зварного з'єднання.