Tecnologia di prevenzione dell'infragilimento da idrogeno e garanzia di affidabilità della connessione per bulloni ad alta-resistenza utilizzati nei dispositivi di fissaggio delle rotaie
1. Quali sono le cause principali dell'infragilimento da idrogeno e le principali caratteristiche di cedimento dei bulloni ad alta resistenza-per gli elementi di fissaggio ferroviari?
La causa principale dell'infragilimento da idrogeno dei bulloni ad alta resistenza-per i dispositivi di fissaggio ferroviari è che gli atomi di idrogeno invadono e rimangono all'interno dell'acciaio durante i processi di lavorazione come la lavorazione a freddo, la galvanica e il decapaggio, formando crepe indotte dall'idrogeno-sotto stress da trazione e portando infine a fratture fragili. Durante la lavorazione a freddo, la deformazione plastica dell'acciaio produce difetti reticolari, dove gli atomi di idrogeno tendono ad accumularsi; durante la galvanizzazione (come la zincatura), gli atomi di idrogeno nell'elettrolita vengono ridotti al catodo e penetrano nella superficie del bullone; durante la disossidazione del decapaggio, anche gli atomi di idrogeno generati dalla reazione tra soluzione acida e acciaio invadono il substrato. Quando il bullone è in servizio, sotto l'azione combinata del precarico di fissaggio e della sollecitazione di trazione dovuta alle vibrazioni del treno, gli atomi di idrogeno residui all'interno si diffonderanno nell'area di concentrazione delle sollecitazioni, facendo diminuire drasticamente la plasticità e la tenacità dell'acciaio. Quando il contenuto di idrogeno supera il valore critico (maggiore o uguale a 2 ppm), si formerà una frattura da infragilimento da idrogeno nelle microfessure. La caratteristica principale del cedimento da infragilimento da idrogeno è la frattura improvvisa senza plasticità. La superficie di frattura è piatta e lucida, mostra una morfologia di sfaldamento o quasi-sfaldamento, senza evidenti tracce di strozzatura e deformazione plastica. La frattura si verifica principalmente nelle parti in cui si concentrano le sollecitazioni, come la radice della filettatura del bullone e il raccordo di transizione tra la testa e il gambo, e la frattura spesso si verifica in breve tempo dopo il fissaggio del bullone senza evidenti segni di pre-danno. Si tratta di un guasto improvviso e rappresenta una grave minaccia per la sicurezza del collegamento ferroviario.
2. Quali sono i collegamenti principali del processo dell'intero-processo di prevenzione e controllo dell'infragilimento da idrogeno per i bulloni ferroviari ad alta-resistenza?
I collegamenti principali del processo dell'intero-processo di prevenzione e controllo dell'infragilimento da idrogeno per i bulloni ferroviari ad alta-resistenza sono divisi in tre fasi: elaborazione del controllo dell'idrogeno, deidrogenazione dell'invecchiamento e prevenzione dell'idrogeno nel prodotto finito, coprendo l'intero processo di invasione di idrogeno, residui di idrogeno e reinvasione di idrogeno-, realizzando un controllo preciso del contenuto di idrogeno. La fase di controllo dell'idrogeno nella lavorazione si concentra sulla riduzione dell'invasione iniziale degli atomi di idrogeno: viene adottata la stampaggio a caldo per sostituire la tradizionale stampaggio a freddo nella lavorazione a freddo, la temperatura di lavorazione è controllata a 150-200 gradi per ridurre la generazione di difetti reticolari e la probabilità di accumulo di atomi di idrogeno; prima della galvanica viene adottato un processo di decapaggio a basso-idrogeno con inibitore di idrogeno, la temperatura della soluzione acida è controllata a 40-50 gradi e il tempo di decapaggio viene ridotto a 5-8 minuti per ridurre l'invasione di atomi di idrogeno; La zincatura alcalina priva di cianuro- viene adottata per sostituire la tradizionale zincatura acida per ridurre la quantità di precipitazione di idrogeno nell'elettrolita e alla soluzione galvanica viene aggiunto un dispositivo di rimozione dell'idrogeno per ridurre la riduzione degli atomi di idrogeno al catodo. La fase di deidrogenazione dell'invecchiamento è la chiave della prevenzione e del controllo: immediatamente dopo la lavorazione del bullone, viene eseguito il trattamento di deidrogenazione dell'invecchiamento a bassa-temperatura, il bullone viene posto in un forno a 200-220 gradi per 24-30 ore e la diffusione e la fuga degli atomi di idrogeno vengono accelerate dall'aumento della temperatura, in modo che il contenuto di idrogeno all'interno del bullone venga ridotto al di sotto di 0,5 ppm, molto inferiore al valore critico. La fase di prevenzione dell'idrogeno del prodotto finito si concentra sulla prevenzione della re-invasione degli atomi di idrogeno: dopo il trattamento di deidrogenazione, il bullone viene sigillato e rivestito con uno speciale rivestimento sigillante resistente all'idrogeno con uno spessore di 10-15μm per formare una densa pellicola protettiva, che impedisce agli atomi di idrogeno nell'ambiente esterno (come l'idrogeno in un ambiente umido) di penetrare nuovamente nel bullone e allo stesso tempo migliora le prestazioni anticorrosive del bullone.
3. Quali sono i requisiti di adattamento dei parametri di prevenzione e controllo dell'infragilimento da idrogeno per i bulloni ferroviari ad alta resistenza con diversi gradi di resistenza?
Il nucleo dei requisiti di adattamento dei parametri di prevenzione e controllo dell'infragilimento da idrogeno per i bulloni ferroviari ad alta- resistenza di diversi gradi di resistenza è regolare la temperatura e il tempo di invecchiamento della deidrogenazione e la forza di controllo dell'idrogeno della tecnologia di lavorazione per corrispondere alla sensibilità all'infragilimento da idrogeno dell'acciaio di diversi gradi di resistenza. I bulloni di grado 8.8 sono di resistenza media con bassa sensibilità all'infragilimento da idrogeno e i parametri di prevenzione e controllo adattati sono: temperatura di ricalcatura a caldo di 150 gradi, tempo di decapaggio con idrogeno basso- 8 minuti, deidrogenazione con invecchiamento a 200 gradi per 24 ore dopo la zincatura alcalina, contenuto di idrogeno dopo la deidrogenazione controllato a meno o uguale a 0,8 ppm e spessore del rivestimento superficiale a prova di idrogeno- 10μm. I bulloni di grado 10.9 sono ad alta resistenza con moderata sensibilità all'infragilimento da idrogeno e i parametri di prevenzione e controllo adattati sono: temperatura di ricalcatura a caldo di 170 gradi, tempo di decapaggio con idrogeno basso-6 minuti, maggiore quantità di solvente di idrogeno durante la zincatura, deidrogenazione con invecchiamento a 210 gradi per 26 ore, contenuto di idrogeno dopo la deidrogenazione inferiore o uguale a 0,6 ppm e spessore del rivestimento superficiale a prova di idrogeno- 12μm. I bulloni di grado 12.9 sono di grado di resistenza ultra-ad alto contenuto di carbonio, numerosi difetti reticolari e una sensibilità estremamente elevata all'infragilimento da idrogeno, che sono la chiave della prevenzione e del controllo. I parametri di prevenzione e controllo adattati sono: temperatura di accumulo a caldo di 200 gradi, tempo di decapaggio con idrogeno basso-5 minuti, processo di zincatura senza idrogeno-in sostituzione della tradizionale zincatura alcalina, deidrogenazione con invecchiamento a 220 gradi per 30 ore e rilevamento del contenuto di idrogeno secondario dopo la deidrogenazione per garantire un contenuto di idrogeno inferiore o uguale a 0,5 ppm, spessore del rivestimento superficiale a prova di idrogeno-15μm. Allo stesso tempo, viene effettuato un trattamento di rinforzo del raccordo sulla radice della filettatura del bullone per ridurre la concentrazione di sollecitazioni e la probabilità di innesco di cricche indotte dall'idrogeno-. I bulloni di tutti i gradi di resistenza richiedono che la deidrogenazione per invecchiamento venga completata entro 4 ore dalla galvanizzazione per evitare la diffusione di atomi di idrogeno nell'acciaio.
4. Quali sono i principali metodi di rilevamento e gli standard di giudizio per l'infragilimento da idrogeno dei bulloni ferroviari ad alta resistenza?
I metodi principali di rilevamento dell'infragilimento da idrogeno dei bulloni ferroviari ad alta resistenza sono divisi in due categorie: rilevamento del contenuto di idrogeno e rilevamento della sensibilità dell'infragilimento da idrogeno, che cooperano tra loro per realizzare un giudizio completo sul rischio di infragilimento da idrogeno, coprendo l'intero collegamento di materie prime, lavorazione e prodotti finiti. Il rilevamento del contenuto di idrogeno adotta il metodo di estrazione termica: il campione del bullone viene posizionato in un forno di riscaldamento sotto vuoto e riscaldato a 600-800 gradi per sfuggire completamente agli atomi di idrogeno interni e il contenuto di idrogeno fuoriuscito viene rilevato da un analizzatore di idrogeno. Questo metodo ha una precisione di rilevamento di 0,1 ppm, che è il mezzo principale per il rilevamento quantitativo del contenuto di idrogeno. Il contenuto di idrogeno delle materie prime dovrà essere inferiore o uguale a 1,0 ppm, lavorazione di prodotti semi-lavorati inferiore o uguale a 0,8 ppm e prodotti finiti inferiore o uguale a 0,5 ppm (grado 12.9)/inferiore o uguale a 0,8 ppm (grado 8.8). Il rilevamento della sensibilità dell'infragilimento da idrogeno adotta un test di trazione a velocità di deformazione lenta (SSRT) e un test di trazione a carico costante. Nell'SSRT, il campione del bullone viene allungato fino a fratturarsi a una bassa velocità di 1×10⁻⁶s⁻¹. Se l'allungamento dopo la frattura e la riduzione dell'area del campione diminuiscono di un valore inferiore o uguale al 10% rispetto al campione privo di idrogeno-, la sensibilità all'infragilimento da idrogeno viene giudicata bassa. Nella prova di trazione a carico costante, al campione viene applicata una sollecitazione di trazione pari al 75% della resistenza a trazione nominale e mantenuta per 200 ore a temperatura ambiente. Se il campione non presenta fratture, viene giudicato qualificato. Inoltre, i bulloni finiti devono essere sottoposti anche all'aspetto e al rilevamento metallografico: nessuna crepa e vaiolatura all'apparenza, nessuna microcriccatura indotta dall'idrogeno-nel rilevamento metallografico e nessuna distorsione anomala del reticolo nelle aree di concentrazione delle sollecitazioni come la radice della filettatura. Il rapporto di ispezione del campionamento per il rilevamento del contenuto di idrogeno per ciascun lotto di bulloni è maggiore o uguale al 5% e il rilevamento della sensibilità dell'infragilimento da idrogeno è un rilevamento lotto-per lotto. Tutti i lotti non qualificati vengono rilavorati e nuovamente deidrogenati.
5. Quali sono i punti chiave della prevenzione e del controllo dell'infragilimento da idrogeno nell'installazione in loco e nell'uso di bulloni ferroviari ad alta resistenza?
I punti chiave della prevenzione e del controllo dell'infragilimento da idrogeno nell'-installazione in loco e nell'uso di bulloni ferroviari ad alta-resistenza si concentrano principalmente sull'evitare l'assorbimento secondario dell'idrogeno, sul controllo dello stress di fissaggio e sulla prevenzione della concentrazione dello stress per garantire che il cedimento dell'infragilimento da idrogeno non venga causato durante il funzionamento dei bulloni e che l'affidabilità della connessione sia garantita. Prima dell'installazione, controllare lo stato dello strato protettivo superficiale del bullone, vietare severamente l'uso di bulloni con rivestimento danneggiato e scrostato per evitare che gli atomi di idrogeno presenti in mezzi come aria umida e acqua piovana invadano il bullone attraverso la parte danneggiata. Se il rivestimento presenta lievi danni, ripararlo con uno speciale agente riparatore resistente all'idrogeno-prima dell'uso. Durante il fissaggio dei bulloni, il precarico deve essere rigorosamente controllato e viene utilizzata una chiave dinamometrica per serrare in base alla coppia di progetto: la coppia di serraggio dei bulloni di Grado 8.8 è inferiore o uguale a 300 N·m, Grado 10.9 inferiore o uguale a 450 N·m, Grado 12.9 inferiore o uguale a 600 N·m. Evita un'eccessiva sollecitazione di trazione sul bullone causata da una coppia eccessiva-di serraggio, che induce una frattura da infragilimento da idrogeno. Allo stesso tempo, per il serraggio viene adottato il "metodo di serraggio passo-per-passo", che viene serrato alla coppia di progetto in 2-3 volte per evitare mutazioni di stress. Durante l'installazione, garantire la precisione di abbinamento del bullone con il dado e la piastra di pressione, lo spazio di impegno della filettatura è inferiore o uguale a 0,1 mm senza inceppamenti e carico eccentrico, per prevenire un'ulteriore concentrazione di stress alla radice della filettatura e aggravare l'accumulo di atomi di idrogeno. Durante il servizio, il ciclo di ispezione è di 3 mesi, concentrandosi sul controllo se il bullone presenta crepe e segni di frattura, soprattutto alla radice del filetto e alla transizione della testa. Se sulla superficie del bullone compaiono microfessurazioni, sostituirlo immediatamente ed è severamente vietato continuare ad utilizzarlo. Inoltre, negli ambienti che assorbono idrogeno-come le aree costiere e-ad alta umidità, applicare regolarmente grasso-resistente all'idrogeno e anticorrosione sulle parti esposte dei bulloni per rafforzare la protezione secondaria, prevenire l'invasione di atomi di idrogeno e pulire in tempo l'acqua accumulata e i mezzi corrosivi attorno ai bulloni per ridurre i fattori che inducono l'infragilimento da idrogeno.