鋼軌焊接接頭缺陷分析

自成立以來，濟(jì)南焊接車間采用了加as8060機(jī)的光焊接技術(shù)，該法適用于我國各地。它也是一種最有效的鋼焊工藝，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。但在焊接過程中,因?yàn)榉N種原因,焊接接頭會(huì)產(chǎn)生一些缺陷。這些缺陷如不能及時(shí)消除,不但會(huì)影響焊接接頭的使用壽命,還會(huì)給列車行車埋下安全隱患。一、焊接參數(shù)設(shè)置不早期鋼軌焊接接頭質(zhì)量與鋼軌材料和化學(xué)成分、設(shè)備、焊接工藝、人為因素有著密切關(guān)系。鋼軌母材中硅錳元素含量較高或硅錳元素偏析嚴(yán)重時(shí),閃光焊接時(shí)容易出現(xiàn)缺陷;設(shè)備狀態(tài)不良或響應(yīng)能力較差時(shí),容易產(chǎn)生缺陷;焊接參數(shù)設(shè)置不當(dāng)時(shí),容易導(dǎo)致缺陷。在兩鋼軌接頭焊接過程中,會(huì)產(chǎn)生一些內(nèi)部缺陷,如灰斑、夾渣、未焊透、疏松、過熱和過燒等,這些缺陷是肉眼觀察不到的,必須通過一些如落錘、超聲波探傷等特殊的手段才能知曉;在焊接(包括推凸)過程和以后打磨過程中鋼軌表面也會(huì)有一些缺陷,如焊接接頭接頭錯(cuò)邊、局部虧損或凹坑、表面裂紋、劃傷、電擊傷等,這些是肉眼可以觀察到的,如果操作人員認(rèn)真負(fù)責(zé),這些表面缺陷是可以避免的。二、焊接連接缺陷的原因和預(yù)防措施內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生往往和母材材質(zhì)、焊接工藝參數(shù)及設(shè)備有關(guān),有些內(nèi)部缺陷我們可以通過調(diào)整焊接生產(chǎn)線各工藝參數(shù)來控制或消除。(一)缺陷,導(dǎo)致鋼土板件斷裂在焊接過程中,熔化的液態(tài)金屬過梁爆破,形成大的火坑,在頂鍛時(shí)來不及閉合;或者某些雜質(zhì)元素氧化后沒被擠出,從而形成灰斑。灰斑是鋼軌閃光接觸焊工藝中一種特有缺陷,也是焊縫中出現(xiàn)最多的缺陷。灰斑的存在使得鋼軌成為非連續(xù)均勻介質(zhì),使得各種力學(xué)指標(biāo)下降。大量的落錘試驗(yàn)表明灰斑多處在鋼軌軌底腳和三角區(qū),而且位置離軌底越近(或在軌底腳上),危害就越大,其中最嚴(yán)重的是露頭灰斑,往往是焊接接頭斷裂的裂紋源。如圖1所示。灰斑不能完全消除,就GAAS80/580焊機(jī)而言,通過實(shí)驗(yàn)我們只有在加熱階段調(diào)整好溫度場,使燒化階段各參數(shù)相互匹配,增加頂鍛過程中的前端擠出量,盡可能將過梁爆破的火坑擠出鋼軌輪廓線外,才能降低灰斑的產(chǎn)生機(jī)率。(二)刑罰夾渣產(chǎn)生的原因在焊接過程中形成的高熔點(diǎn)氧化物頂鍛時(shí)沒有從焊縫中擠出,則形成夾渣,再者如鋼軌本身存在非金屬夾雜物,在焊接過程中也容易出現(xiàn)夾渣。在燒化過程中盡量保持穩(wěn)定,減少氧化,再采用合適的頂鍛力和頂端速度能減少夾渣的產(chǎn)生。(三)未焊透產(chǎn)生的原因未焊透是指鋼軌母材之間未能完全結(jié)合的部分,是一種很危險(xiǎn)的缺陷,從焊縫橫斷面來看它與灰斑沒有明顯區(qū)別,都呈現(xiàn)平面狀,但二者成因卻不同,未焊透產(chǎn)生的原因主要有:頂鍛前鋼軌加熱不夠或溫度場過窄;頂鍛力不夠或頂鍛量過小;或鋼軌在頂鍛時(shí)未夾緊、打滑;頂鍛速度太低或帶電頂鍛時(shí)間過小等。增加頂鍛壓力和帶電頂鍛時(shí)間,調(diào)整送進(jìn)速度可以控制未焊透的產(chǎn)生。(四)產(chǎn)品的機(jī)械性能疏松一般發(fā)生在半熔化區(qū)里,這個(gè)區(qū)域液相和固相并存,在頂鍛力不足的情況下,冷卻收縮產(chǎn)生的細(xì)小孔隙不能夠被及時(shí)彌補(bǔ),則會(huì)形成疏松。由于疏松區(qū)域夾雜物的聚集,使得鋼軌接頭的機(jī)械性能下降。要想減少疏松產(chǎn)生的機(jī)會(huì),可以加大頂鍛力及延長無電頂鍛時(shí)間,減少伸出量及導(dǎo)熱時(shí)間。(五)熱處理+過燒法焊接時(shí)鋼軌的加熱溫度過高或在高溫下加熱時(shí)間過長,加熱溫度不均勻,造成局部過熱致使奧氏體晶粒長大形成過熱,過熱缺陷是可以消除的,我們通過后面的正火工位,采用適當(dāng)?shù)恼鸸に噷?duì)焊頭進(jìn)行熱處理,使粗大的晶粒細(xì)化,增強(qiáng)焊縫的強(qiáng)度;過燒則是加熱溫度過高,晶粒急劇長大,晶粒邊界熔化,是體積型缺陷,過燒基本在軌底角出現(xiàn),如圖2所示,輕度過燒呈細(xì)小黑灰斑點(diǎn),重度過燒則呈黑色蜂窩狀組織,產(chǎn)生過燒的焊縫無法補(bǔ)救,只能報(bào)廢,鋸掉重焊。在生產(chǎn)線上我們依靠超聲波探傷來判定焊接接頭的內(nèi)部是否存在缺陷,如果發(fā)現(xiàn)探傷結(jié)果有問題,通常按照落錘試件的尺寸將長鋼軌中有問題的焊頭鋸切下來,進(jìn)行落錘檢驗(yàn),觀察斷口并進(jìn)行仔細(xì)的斷口分析,判斷產(chǎn)生焊接缺陷可能的生成原因,在實(shí)際生產(chǎn)中將這些可能因素逐一排除,進(jìn)一步保證長鋼軌焊接質(zhì)量。三、焊接連接外部缺陷的發(fā)生和預(yù)防措施焊接接頭的外部缺陷的產(chǎn)生除了和母材、設(shè)備有關(guān),主要的還是人為因素造成的。(一)形、端面不對(duì)稱如果待焊的鋼軌端面幾何尺寸存在較大偏差;或者鋼軌存在扭曲變形、端面不對(duì)稱;或者焊機(jī)對(duì)中裝置出現(xiàn)偏差,而操作人員在選配軌和焊接時(shí),未能協(xié)調(diào)配合好,往往會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)邊,如果錯(cuò)邊超標(biāo),是不允許使用超范圍打磨或矯直的方法糾正接頭錯(cuò)邊的。(二)推凸刀的調(diào)整使用手提砂輪機(jī)打磨時(shí),局部打磨量過大;或推凸刀沒有調(diào)好,在推凸過程中使鋼軌傷損;或推凸過程中將焊渣擠入熱態(tài)的接頭中,在隨后的打磨中焊渣脫落都能使鋼軌表面出現(xiàn)虧損或凹坑。(三)熱影響區(qū)微裂紋的形成機(jī)理除了未焊透和露頭灰斑造成的焊縫裂紋之外,在推凸焊筋和熱影響區(qū)也會(huì)出現(xiàn)一些微裂紋,這些裂紋是在頂鍛和推凸雙重變形的作用下產(chǎn)生的。我們可以通過增大推凸余量,增加打磨厚度,當(dāng)推土余糧打磨掉后,多數(shù)微裂紋即被消除。(四)表面?zhèn)阡撥壉焕鲃潅?在劃傷部位產(chǎn)生應(yīng)力集中,如果劃傷在鋼軌底面,在拉應(yīng)力的作用下,劃痕也會(huì)成為裂紋源,這是很危險(xiǎn)的。(五)馬氏體組織和電損傷電擊傷在閃光焊接頭中出現(xiàn)在鋼軌和電極接觸的部位,由于接觸不良,導(dǎo)致點(diǎn)接觸局部淬火,產(chǎn)生脆而硬的馬氏體組織,如圖3,圖4所示。電擊傷缺陷的存在不但使靜彎、落錘檢驗(yàn)不能達(dá)標(biāo),疲勞性能也同樣惡化。對(duì)于已造成電擊傷的鋼軌,可根據(jù)情況實(shí)施補(bǔ)救措施,加以修復(fù),但缺陷嚴(yán)重者(主要指軌底表面電擊傷)不得放過。只要操作人員認(rèn)真負(fù)責(zé),焊接接頭的外部缺陷在生產(chǎn)線各工位都可能被發(fā)現(xiàn)并及時(shí)排除。四、接頭內(nèi)部缺陷焊接接頭存在外觀缺陷會(huì)使鐵路軌道產(chǎn)生不平順,特別是在列車高速運(yùn)行條件下,嚴(yán)重影響列車運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性和舒適性。而焊接接頭的內(nèi)部缺陷是列車運(yùn)行的隱性殺手,它們的存在使得焊接接頭的機(jī)械性能和力學(xué)性能大大降低,在列車運(yùn)行中,多種