X-Ray Diffraction Analysis of Residual Stresses in the Premium Rails Welded by Flash Butt Process

Abstract

This work is distinguished by searching for a non-destructive technology, and X-ray diffraction was validated by the XStress 3000 analyser. Measurements of residual stresses in the welded zone of premium pearlitic rails was performed, rail surface hardness of 370 HB and 0.79% carbon content. The welding of the rails was done by flash butt process, performed by Schlatter GAAS 80 stationary equipment. The results of the tensile and compressive stress measurements identified the residual stresses in the welded zone, with specific zones of tensile stresses misplaced at the weld center, with values up to 391 MPa, and compressive stresses, with values up to -166 MPa, as it moves away rails weld center. An important point of this study is the residual stress measurement considering a complete welding process, including: pre-grinding, flash butt welding, heat treatment, finishing grinding and straightening. Lastly, was observed the welding technique potentially can induce residual stresses at rails.

Evaluation of the Effect of Heat Input and Cooling Rate of Rail Flash-Butt Welding using Finite Element Method Simulation

“…Comparing the two sets of simulations and comparing the results of measuring residual stresses from other authors [29], it is noted that there is a substantial difference, both in distribution and in magnitude. According to research carried out by Oliveira et al [29], the horizontal residual stresses in the region of the top of the rail head have a stress characteristic of up to 391 MPa while the vertical residual stress in the rail web had a stress characteristic of approximately 250 MPa. These results indicate that many advances must be made in terms of material properties and simulation boundary conditions.…”

Influência da microestrutura antes e depois da soldagem de topo por centelhamento de trilhos ferroviários: uma abordagem de fadiga de contato de rolamento, transformações de fases e simulação por elementos finitos.

“…Além disso, as análises de difração de raios X possuem uma profundidade muito baixa, na escala de poucos microns [57,60]. Assim, a tensão residual observada por Oliveira et al [131] é superficial. Ao comparar com a análise superficial localizada na Figura 99-a, nota-se que a tensão de tração vertical está com máxima de aproximadamente 400 MPa, muito proximo do encontrado por Oliveira et al [131].…”

“…tensões residuais de outros autores[131], observa-se que existe uma diferença substancial, tanto na distribuição quanto na magnitude. Segundo pesquisas realizadas por Oliveira et al[131], as tensões residuais horizontais na região do topo do boleto do trilho têm uma característica de tensão de até 391 MPa, enquanto a tensão residual vertical na alma tinha uma característica de tensão de aproximadamente 250 MPa. Estes resultados indicam que muitos avanços devem ser feitos em termos de propriedades do material e condições de limites de simulação.…”

“…Em comparação com os resultados de Oliveira et al[131], as tensões residuais máximas da simulação observadas na Figura 99 foram consideravelmente menores do que as medidas. Oliveira et al[131] observaram que as tensões longitudinais no perfil do boleto do trilho eram aproximadamente 350 MPa.…”

“…Em comparação com os resultados de Oliveira et al[131], as tensões residuais máximas da simulação observadas na Figura 99 foram consideravelmente menores do que as medidas. Oliveira et al[131] observaram que as tensões longitudinais no perfil do boleto do trilho eram aproximadamente 350 MPa. Em contraste, as tensões longitudinais máximas observadas no canto do boleto do trilho apresentaram um valor máximo de cercade 200 MPa, próximo ao observado na Figura 100, mas com uma distribuição ligeiramente diferente daquela observada por Oliveira et al[131].A distribuição das tensões residuais verticais na alma do trilho mostrou distribuição e valores próximos aos observados por Oliveira et al[131].…”