鐵路在線鋼軌焊補(bǔ)修復(fù)技術(shù)

1、鐵路在線鋼軌焊補(bǔ)修復(fù)技術(shù)                                                

2、                 陳輝1 ,曾維德2 ,車小莉1 ,蔣世輝2 ,許興伍2                 ( 1. 西南交通大學(xué)材料學(xué)院,成都610031；2.成都鐵路局,成都610031 )1 焊補(bǔ)工藝研究    

3、;            通過(guò)試驗(yàn)研究,得出了KD286、TY320 焊條焊補(bǔ)鋼軌的優(yōu)化工藝條件,如表1 所示。用TY320 進(jìn)行焊補(bǔ)和采用KD286 焊補(bǔ)的區(qū)別在于:TY320 焊補(bǔ)作業(yè)屬于“熱焊”,即焊前須對(duì)基體進(jìn)行預(yù)熱,否則容易引起冷裂等焊接缺陷;而KD286 焊補(bǔ)屬于“冷焊”,即焊前無(wú)須對(duì)基體預(yù)熱。所以用TY320焊條進(jìn)行焊補(bǔ),焊前預(yù)熱以及焊后緩冷是焊補(bǔ)作業(yè)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此,專門研究開發(fā)了汽油烤炬用于鋼軌的焊前預(yù)熱以及焊后緩冷。另外,在焊前和焊補(bǔ)過(guò)程中需用紅外測(cè)溫儀測(cè)量鋼軌和焊補(bǔ)層

4、的溫度,要求預(yù)熱溫度達(dá)到300 350 ,焊接過(guò)程施焊部位溫度保持在250 以上。在焊接過(guò)程中要求清渣干凈。用KD286 焊條焊補(bǔ)作業(yè)還要求在焊接過(guò)程中充分錘擊焊縫后再進(jìn)行下層堆焊。2 焊補(bǔ)層的組織性能研究2.1 錳鋼堆焊焊條KD286 焊補(bǔ)層的組織性能    KD286 焊補(bǔ)接頭中焊縫的焊態(tài)組織為柱狀組織,而上道運(yùn)行后受車輪碾壓由塑性變形轉(zhuǎn)變成脆硬的氏體,見圖1和圖2。焊補(bǔ)層中產(chǎn)生馬氏體,一方面有利于提高鋼軌的表面硬度、耐磨性,但使焊補(bǔ)層的沖擊韌性降低,并最終在列車輪對(duì)的沖擊作用下,使焊補(bǔ)層開裂、剝離。    從圖2還可以看出冷焊條

5、件下,焊補(bǔ)層熔合區(qū)中也不可避免地存在馬氏體組織。這是由于熔合區(qū)的碳當(dāng)量較高,在冷焊條件下冷卻速度快,自然淬硬生成脆硬的馬氏體。而且熔合區(qū)在輪對(duì)的沖擊作用下容易產(chǎn)生一些微裂紋,如圖3 所示。這些裂紋在鋼軌運(yùn)行過(guò)程中不斷擴(kuò)展、連接,最終導(dǎo)致焊補(bǔ)層的剝離失效,如圖4 所示。    另外,在冷焊條件下,由于過(guò)熱區(qū)在焊接熱循環(huán)過(guò)程中的受熱峰值溫度高、冷卻速度快,也產(chǎn)生了馬氏體組織。    綜上所述,在冷焊條件下,錳鋼堆焊焊條KD286焊縫的焊態(tài)組織為柱狀?yuàn)W氏體組織,上道運(yùn)行后在輪對(duì)的碾壓下轉(zhuǎn)變成脆硬的馬氏體,降低了焊補(bǔ)層的沖擊韌性,使得焊補(bǔ)層易

6、于在輪對(duì)的沖擊作用下,開裂、剝離。熔合區(qū)及過(guò)熱區(qū)的組織為高碳馬氏體,在列車輪對(duì)的沖擊作用下易于開裂,裂紋不斷地產(chǎn)生、擴(kuò)展,最終導(dǎo)致焊補(bǔ)層的剝離、早期失效。所以在鋼軌軌端等承受劇烈沖擊的部位,錳鋼堆焊焊條KD286 焊補(bǔ)接頭易于早期失效。而且,馬氏體的存在增加了鋼軌的脆斷傾向。    鐵道部標(biāo)準(zhǔn)TB/ T1779 93 規(guī)定淬火軌“淬火層金相組織應(yīng)為淬火索氏體(細(xì)珠光體),不得出現(xiàn)馬氏體或明顯的貝氏體組織?！庇纱?用KD286 焊條,不預(yù)熱焊補(bǔ)鋼軌,焊補(bǔ)接頭中不可避免地存在脆硬的馬氏體,大大降低了鋼軌的韌性,不符合該標(biāo)準(zhǔn)的要求,必須采用新的焊接材料進(jìn)行鋼軌焊補(bǔ)。由于

7、錳鋼堆焊焊條KD286 焊補(bǔ)層焊縫金屬組織為柱狀?yuàn)W氏體,而母材的組織為珠光體,兩者對(duì)超聲波的透聲性能差異較大,而且在焊補(bǔ)層與母材之間有明顯的異質(zhì)界面,所以用專用的鋼軌超聲探傷車很難對(duì)焊補(bǔ)層及焊補(bǔ)層下的鋼軌進(jìn)行探傷。            2.2 珠光體類堆焊焊條TY320 焊補(bǔ)層的組織性能                從圖5、圖6、圖7 可以看出

8、用合適的焊接工藝得到的珠光體堆焊焊條TY320 焊補(bǔ)層的組織與鋼軌母材的組織非常相近,均為珠光體+ 鐵素體組織,不存在明顯的組織差別。正常條件下的焊補(bǔ)層無(wú)馬氏體組織,滿足TB/ T1779 93 要求,而且,由于焊補(bǔ)層與母材的組織相近,其透聲性能與鋼軌基體材料非常接近,焊補(bǔ)層與母材之間不存在明顯的異質(zhì)界面,所以用通用的鋼軌探傷儀(車)可以方便地進(jìn)行探傷,消除了在線鋼軌探傷的安全死角。    表2 是TY320 焊補(bǔ)層的室溫沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表3是TY320 焊補(bǔ)接頭的硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從表2 可以看出,焊補(bǔ)層的沖擊韌性> 50J,遠(yuǎn)高于母材,具有優(yōu)良的耐沖擊性能。滿

9、足鐵道部標(biāo)準(zhǔn)要求。從表3可以看出,焊補(bǔ)層的硬度略高于母材,具有比母材更優(yōu)良的耐磨性能。綜上可知,珠光體堆焊焊條TY320 焊補(bǔ)層具有優(yōu)良的耐沖擊磨損性能,能夠勝任在線鋼軌的惡劣工況。3 現(xiàn)場(chǎng)使用性能試驗(yàn)               于1999 年12 月2000 年3 月期間,在成都工務(wù)段管內(nèi)成渝線K20 + 9 號(hào)鐵左股、K20 + 23 號(hào)鐵左股、K21+1 號(hào)鐵左股等處,用新的TY320 焊補(bǔ)修復(fù)技術(shù),進(jìn)行了多處現(xiàn)場(chǎng)焊接,并監(jiān)測(cè)至2002 年12月,焊補(bǔ)接頭仍

10、完好無(wú)缺。焊補(bǔ)后,在線運(yùn)行3 年后的鋼軌如圖8 所示。4 結(jié)論    用錳鋼堆焊焊條KD286冷焊修復(fù)鋼軌,熔合區(qū)和過(guò)熱區(qū)不可避免地產(chǎn)生脆硬的馬氏體組織。焊縫組織為柱狀?yuàn)W氏體組織,在運(yùn)行過(guò)程中列車輪對(duì)的沖擊、碾壓下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,降低了焊補(bǔ)層的沖擊韌性,焊補(bǔ)接頭的耐沖擊磨損能力差,在沖擊載荷下易失效。用珠光體類堆焊焊條TY320 修復(fù)的鐵路在線鋼軌焊補(bǔ)層的組織為珠光體+ 鐵素體,與母材的組織相近,正常條件下的焊補(bǔ)層無(wú)馬氏體組織,滿足TB/T17797 93要求。珠光體堆焊焊條焊補(bǔ)層具有優(yōu)良的耐沖擊磨損性能。上道運(yùn)行3 年表明珠光體類堆焊焊條TY320焊補(bǔ)層具有優(yōu)良

11、的使用性能。珠光體堆焊焊條TY320 焊補(bǔ)層與母材之間無(wú)明顯的異質(zhì)界面,用通用的鋼軌探傷儀(車) 就可對(duì)線路進(jìn)行探傷。                                                                    &#