U76稀土軌的焊接常見缺陷及消除方法

1、U76CrRE鋼軌的脈動閃光焊的焊接缺陷及消除方法黃文斌摘要：呼和工務(wù)機械段換軌車間采用LR1200型焊機和脈動閃光焊工藝對U76CrRE鋼軌進行試焊，在焊接過程中會出現(xiàn)一些焊接缺陷，如：灰斑、軌底角過燒、提前短路形成的灰斑缺陷、平齊斷口等。在此分析了缺陷形成的原因，并提出了相應(yīng)的解決措施觀場應(yīng)用取得了很好的效果。關(guān)鍵詞：U76CrRE；焊接；缺陷；消除方法脈動閃光焊具有加熱集中、熱能有效利用系數(shù)高（）、焊接時間短、受熱均勻等優(yōu)點。接頭機械強度與傳統(tǒng)的連續(xù)閃光工藝具有顯著提高，是焊接高強度稀土軌的理想工藝。U76CrRE鋼軌具有強度高、韌性好、易于焊接等特點。它的抗拉強度達到1080 Mpa,

2、，硬度大于等于300hp。而目前國內(nèi)普遍使用的鋼軌抗拉強度是980Mpa,硬度是280hp。稀土鋼軌可以說是目前中國最強的鋼軌。一、U76CrRE鋼軌材質(zhì)分析隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，鐵路運輸日趨繁忙，列車軸重、行車速度及密度大幅度提高，使鋼軌的傷損加劇，特別是曲線段鋼軌傷損越發(fā)嚴重。有研究表明這種傷損的主要原因是因為鋼軌強度不足和夾雜物引起的。因此，開發(fā)高純度的高強耐磨鋼軌十分必要。稀土能凈化鋼質(zhì)，改變夾雜物的性質(zhì)和形態(tài)，從而提高鋼軌的韌塑性，改善耐磨性。第一代U76NbRE鋼軌的廣泛應(yīng)用，使用性能效果明顯。包頭鋼鐵公司為適應(yīng)煉鋼連鑄工藝，根據(jù)國內(nèi)外高強軌的經(jīng)驗，選擇Cr、V合金作為強化元素，

3、并加入0.02%的稀土元素，開發(fā)了新一代稀土鋼軌U76CrRE。在鋼軌的開發(fā)過程中加入了鉻和稀土貴鋼軌夾雜物，沖擊韌性，耐磨性，耐腐蝕性的影響。U76CrRE鋼軌的化學(xué)成分如表1。表1 U76CrRE實驗鋼化學(xué)成分/%元素CSiMnPSCrVRE(加入量)化學(xué)成分0.71-87.810.0250.0250.080.02二、缺陷產(chǎn)生過程鋼軌焊接接頭質(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重時，閃光焊接時容易出現(xiàn)缺陷；設(shè)備狀態(tài)不良或響應(yīng)能力較差時，容易產(chǎn)生缺陷；焊接參數(shù)設(shè)置不當(dāng)時，容易導(dǎo)致缺陷。在兩鋼軌接頭焊接過程中，會產(chǎn)生一些內(nèi)部

4、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有一些缺陷，如焊接接頭接頭錯邊、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，如果操作人員認真負責(zé)，這些表面缺陷是可以避免的。三、焊接接頭內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生原因和預(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）灰斑在焊接過程中，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

5、灰斑,如圖1?；野呤卿撥夐W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?；野卟荒芡耆?，就LR1200焊機而言，通過實驗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)生機率。圖1 灰斑（二）夾渣在焊接過程中形成的高熔點氧化物頂鍛時沒有從焊縫中擠出，則形成夾渣，再者如鋼軌本身

6、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；或鋼軌在頂鍛時未夾緊、打滑；頂鍛速度太低或帶電頂鍛時間過小等。增加頂鍛壓力和帶電頂鍛時間，調(diào)整送進速度可以控制未焊透的產(chǎn)生。（四）疏松疏松一般發(fā)生在半熔化區(qū)里，這個區(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)生的細小孔隙不能夠被及時彌補，則

7、會形成疏松。由于疏松區(qū)域夾雜物的聚集，使得鋼軌接頭的機械性能下降。要想減少疏松產(chǎn)生的機會，可以加大頂鍛力及延長無電頂鍛時間，減少伸出量及導(dǎo)熱時間。（五）過熱和過燒焊接時鋼軌的加熱溫度過高或在高溫下加熱時間過長，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割^進行熱處理，使粗大的晶粒細化，增強焊縫的強度；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)，輕度過燒呈細小黑灰斑點，重度過燒則呈黑色蜂窩狀組織，產(chǎn)生過燒的焊縫無法補救，只能報廢，鋸掉重焊。在生產(chǎn)線上我們依靠超聲波探傷來判定焊

8、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，進行落錘檢驗，觀察斷口并進行仔細的斷口分析，判斷產(chǎn)生焊接缺陷可能的生成原因，在實際生產(chǎn)中將這些可能因素逐一排除，進一步保證長鋼軌焊接質(zhì)量。四、焊接接頭外部缺陷的產(chǎn)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）焊接接頭接頭錯邊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、端面不對稱；或者焊機對中裝置出現(xiàn)偏差，而操作人員在選配軌和焊接時，未能協(xié)調(diào)配合好，往往會出現(xiàn)錯邊，如果錯邊超標(biāo)，是不允許使用超范圍打磨或矯直的方法糾正接頭錯邊的。（二

9、）局部虧損或凹坑使用手提砂輪機打磨時，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）表面裂紋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）表面劃傷鋼軌被利器劃傷，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，劃痕也會成為裂紋源，這是很危險的。（五）電擊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

10、良，導(dǎo)致點接觸局部淬火，產(chǎn)生脆而硬的馬氏體組織。電擊傷缺陷的存在不但使靜彎、落錘檢驗不能達標(biāo)，疲勞性能也同樣惡化。對于已造成電擊傷的鋼軌，可根據(jù)情況實施補救措施，加以修復(fù)，但缺陷嚴重者（主要指軌底表面電擊傷）不得放過。只要操作人員認真負責(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)并及時排除。在呼和焊軌段進行了一個多月的試焊，U76CrRE鋼軌的試焊工作終于有了成效，一噸的重錘從5.2米高處落下砸住并且不斷，其切割開的斷口如圖2。圖2 斷口五、焊接缺陷的存在對列車運行的影響焊接接頭存在外觀缺陷會使鐵路軌道產(chǎn)生不平順，特別是在列車高速運行條件下，嚴重影響列車運行的安全性、平穩(wěn)性和舒適性。而焊接接頭的內(nèi)部缺陷是列車運行的隱性殺手，它們的存在使得焊接接頭的機械性能和力學(xué)性能大大降低，在列車運行中，多種受力的作用下，承載后往往會引發(fā)裂紋，造成鋼軌斷裂，危及行車安全?？傊?，在鋼軌焊接過程中