Microstructural Features of Welded Railway Frogs formed by Flash Butt Welding and Pulse-Arc Cladding.

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Railway crosses (frogs) are important elements of the railway track. In the transition from detachable joints of crosses and rails to permanent connection using butt flash welding, the main problem is to obtain joints characterized by high fracture toughness. The work purpose is to increase the mechanical properties of railway frogs made by welding workpieces from Hadfield steel and rail steel through intermediate alloyed inserts forming by cladding. Materials and methods. Combined constructions between workpieces made from high-carbon and high-manganese steels through an intermediate chromium-nickel insert are analyzed in the work. In the first case, inserts were connected to the workpieces from high-carbon steel by flash butt welding. In the other case, inserts were formed by pulse-arc cladding of A7-IG wire on rail billets. Structural studies are carried out using light microscope and scanning electron microscope equipped with EDX. Microhardness measurements are made with Wolpert Group 402 MVD tester. To determine the strength characteristics, the resulting combined structures are tested according to the three-point bending scheme with the determination of the fracture load and the deflection. Results. It is established that in the joints obtained by pulse-arc cladding of A7-IG wire on rail steel a continuous martensitic layer, which is the main reason for the embrittlement of the joints made by flash butt welding does not appear. The austenite-martensite structure is formed as intermittent layers along the boundaries of dissimilar materials. The maximum microhardness level corresponding to martensitic zones is 680 HV. Three-point bending testing showed that structures in which the intermediate austenitic insert is formed by pulsed-arc cladding, the breaking load and the maximal deflection increased by about 15% comparing with joints fully made by welding.

About the authors

A. A. Nikulina

Email: a.nikulina@corp.nstu.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, a.nikulina@corp.nstu.ru

A. A. Porechina

Email: porechina13@mail.ru
JSC "Novosibirsk switch plant", 7 Aksenova st., Novosibirsk, 630025, Russian Federation, porechina13@mail.ru

S. V. Khlebnikov

Email: khsv0196@yandex.ru
JSC "Novosibirsk switch plant", 7 Aksenova st., Novosibirsk, 630025, Russian Federation, khsv0196@yandex.ru

Z. B. Bataeva

Email: bataevazb@ngs.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Siberian State University of Water Transport, 33 Schetinkina st., Novosibirsk, 630099, Russian Federation, bataevazb@ngs.ru

V. M. Potapov

Email: vm_potapov@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Novosibirsk State Pedagogical University, 28 Viluiskaya st., Novosibirsk, 630126, Russian Federation, vm_potapov@mail.ru

References

  1. Готальский Ю.Н. Сварка разнородных сталей. – Киев: Техника, 1981. – 184 с.
  2. Вороненко В.И. Износостойкие аустенитные высокомарганцовистые стали // Литейное производство. – 1998. – № 1. – С. 19–22.
  3. He L., Jin Z.H., Lu J.D. Modulated structures and ordering structures in alloying aystenitic manganese steel // Acta Metallurgica Sinica. – 2001. – vol. 14, N 2. – P. 148–152.
  4. Патент 1819305 СССР. Способ соединения деталей стрелки / Блумауер Й. – № 5001090; заявл. 19.07.1991; опубл. 30.05.1993.
  5. Патент 2129938 Российская Федерация. Способ соединения изделий из высокоуглеродистой стали с изделием из высокомарганцовистой аустенитной стали / Аптекарь Н.М., Белокуров Э.С., Поляков В.Ф., Елсаков Н.Н., Глюзберг Б.Э., Ларкин А.В., Белянцев С.В. – Заявл. 20.05.1998; опубл. 10.05.1999.
  6. А. с. 1815071 СССР. Способ контактной стыковой сварки оплавлением / Генкин И.З., Кучук-Яценко С.И., Шур Е.А., Лядов В.В., Синадский Н.А., Путря Н.Н., Богорский М.В., Дусевич В.М., Турбина Л.А., Строев В.С., Радыгин Ю.Н., Горонков Н.Д. – Заявл. 06.09.1990; опубл. 15.05.1993.
  7. Патент 2128564 Российская Федерация. Способ соединения изделий из высокоуглеродистой стали с изделием из высокомарганцовистой аустенитной стали / Аптекарь Н.М., Белокуров Э.С., Поляков В.Ф., Айзатулов Р.С., Буймов В.А., Маслаков А.А., Сапрыкин В.А., Никиташев М.В., Чичков В.И., Юшманов Ю.М., Елсаков Н.Н., Ермолаев А.И., Мазур В.Л. – Заявл. 31.12.1996; опубл. 10.04.1999.
  8. Patent 04-046686 JP. Joining method of high manganese steel and high carbon steel / Yasushi T. – Publ. date 1992.
  9. Davis D. The highspeed trains and reliability of railway // Railway Track and Structures. – 2001. – N 10. – P. 17–19.
  10. Davis D. The quality of switches // International Railway Journal. – 2002. – N 3. – P. 24–25.
  11. Структурные особенности сварного соединения железнодорожных крестовин с рельсами / А.А. Никулина, В.Г. Буров, А.А. Батаев, В.А. Батаев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2007. – № 1 (34). – С. 32–34.
  12. Microstructure and fracture behaviuor of flash butt welds between dissimilar steels / A.A. Nikulina, A.A. Bataev, A.I. Smirnov, A.I. Popelyukh, V.G. Burov, S.V. Veselov // Science and Technology of Welding and Joining. – 2015. – Vol. 20, N 2. – P. 138–144.
  13. Welding of high manganese steel to high carbon steel / M.H. Guo, D.C. Shao, Z.G. Dong, J.C. Yang // Transactions of the China Welding Institution. – 2002. – Vol. 23. – P. 6–10.
  14. Особенности формирования структуры соединений рельсовой стали М76 со сталью 110Г13Л, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением / С.И. Кучук-Яценко, В.И. Швец, Г.Н. Гордань, Ю.В. Швец, Н.Д. Горонков // Автоматическая сварка. – 2006. – № 1. – С. 3–9.
  15. Welding high?manganese and carbon steels / N.A. Sinadskii, L.A. Turbina, I.Z. Genkin, B.E. Glyuzberg, V.M. Dusevich, N.V. Bogorskii, N.D. Goronkov // Welding International. – 1994. – Vol. 8 (1). – P. 58–61. – doi: 10.1080/09507119409548546.
  16. Никитин А.С. Контактная стыковая сварка стали Гадфильда с рельсовой сталью // Сварочное производство. – 2000. – № 9. – С. 38–40.
  17. Welding of railway rail and high manganese steel frog (Paper 3) / M. Gua, R. Wang, F. Wang, W. Zhang, W. Wu // Transactions of The China Welding Institution. – 2002. – N 6. – P. 25–28.
  18. Zhang J., Zhang F. Microstructures of bond area in stainless steel and ZGMn13 steel flash welding joint // Acta Metallurgica Sinica (Chinese Letters). – 2001. – Vol. 37, N 7. – P. 713–716.
  19. Schaeffler A.L. Constitution diagram for stainless steel weld metal // Metal Progress. – 1949. – Vol. 56, N 11. – P. 680–680b.
  20. Особенности формирования сварных швов при лазерной сварке углеродистых сталей / А.М. Оришич, Е.Д. Головин, В.Г. Буров, В.А. Батаев, Ю.В. Афонин, А.Ю. Огнев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2005. – № 4 (29). – С. 13–14.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».