鐵路在線鋼軌焊補修復技術

1、鐵路在線鋼軌焊補修復技術                                                

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

3、;            通過試驗研究,得出了KD286、TY320 焊條焊補鋼軌的優(yōu)化工藝條件,如表1 所示。用TY320 進行焊補和采用KD286 焊補的區(qū)別在于:TY320 焊補作業(yè)屬于“熱焊”,即焊前須對基體進行預熱,否則容易引起冷裂等焊接缺陷;而KD286 焊補屬于“冷焊”,即焊前無須對基體預熱。所以用TY320焊條進行焊補,焊前預熱以及焊后緩冷是焊補作業(yè)中的一個關鍵環(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熱以及焊后緩冷。另外,在焊前和焊補過程中需用紅外測溫儀測量鋼軌和焊補層

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

5、件下,焊補層熔合區(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。這些裂紋在鋼軌運行過程中不斷擴展、連接,最終導致焊補層的剝離失效,如圖4 所示。    另外,在冷焊條件下,由于過熱區(qū)在焊接熱循環(huán)過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)組織為柱狀奧氏體組織,上道運行后在輪對的碾壓下轉變成脆硬的馬氏體,降低了焊補層的沖擊韌性,使得焊補層易

6、于在輪對的沖擊作用下,開裂、剝離。熔合區(qū)及過熱區(qū)的組織為高碳馬氏體,在列車輪對的沖擊作用下易于開裂,裂紋不斷地產(chǎn)生、擴展,最終導致焊補層的剝離、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。    鐵道部標準TB/ T1779 93 規(guī)定淬火軌“淬火層金相組織應為淬火索氏體(細珠光體),不得出現(xiàn)馬氏體或明顯的貝氏體組織?！庇纱?用KD286 焊條,不預熱焊補鋼軌,焊補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,不符合該標準的要求,必須采用新的焊接材料進行鋼軌焊補。由于

7、錳鋼堆焊焊條KD286 焊補層焊縫金屬組織為柱狀奧氏體,而母材的組織為珠光體,兩者對超聲波的透聲性能差異較大,而且在焊補層與母材之間有明顯的異質界面,所以用專用的鋼軌超聲探傷車很難對焊補層及焊補層下的鋼軌進行探傷。            2.2 珠光體類堆焊焊條TY320 焊補層的組織性能                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。正常條件下的焊補層無馬氏體組織,滿足TB/ T1779 93 要求,而且,由于焊補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,焊補層與母材之間不存在明顯的異質界面,所以用通用的鋼軌探傷儀(車)可以方便地進行探傷,消除了在線鋼軌探傷的安全死角。    表2 是TY320 焊補層的室溫沖擊實驗結果。表3是TY320 焊補接頭的硬度實驗結果。從表2 可以看出,焊補層的沖擊韌性> 50J,遠高于母材,具有優(yōu)良的耐沖擊性能。滿

9、足鐵道部標準要求。從表3可以看出,焊補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)場使用性能試驗               于1999 年12 月2000 年3 月期間,在成都工務段管內(nèi)成渝線K20 + 9 號鐵左股、K20 + 23 號鐵左股、K21+1 號鐵左股等處,用新的TY320 焊補修復技術,進行了多處現(xiàn)場焊接,并監(jiān)測至2002 年12月,焊補接頭仍

10、完好無缺。焊補后,在線運行3 年后的鋼軌如圖8 所示。4 結論    用錳鋼堆焊焊條KD286冷焊修復鋼軌,熔合區(qū)和過熱區(qū)不可避免地產(chǎn)生脆硬的馬氏體組織。焊縫組織為柱狀奧氏體組織,在運行過程中列車輪對的沖擊、碾壓下將轉變?yōu)轳R氏體,降低了焊補層的沖擊韌性,焊補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 修復的鐵路在線鋼軌焊補層的組織為珠光體+ 鐵素體,與母材的組織相近,正常條件下的焊補層無馬氏體組織,滿足TB/T17797 93要求。珠光體堆焊焊條焊補層具有優(yōu)良的耐沖擊磨損性能。上道運行3 年表明珠光體類堆焊焊條TY320焊補層具有優(yōu)良

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