無(wú)縫線路焊接中鋁熱焊缺陷分析

無(wú)縫線路焊接中鋁熱焊缺陷分析

1常見的接頭缺陷和形成原因在鋁熱焊接過(guò)程中，最常見的焊接缺陷是收縮孔、松動(dòng)、咬閉孔、孔、擰緊、未焊接等。分析了這些缺陷的原因，并提出了解決方案。1.1收縮孔和稀釋1收縮孔在澆注過(guò)程中,在溫度最高、最后凝固的部位,由于體積收縮后得不到外來(lái)鋼水的補(bǔ)縮,而形成集中孔穴稱為縮孔。22放松細(xì)小而不連貫的縮孔,比較均勻地分布在焊縫的局部范圍內(nèi)稱為疏松。3預(yù)熱裝配、壓封鋁熱焊過(guò)程中,熔化的鋼液一側(cè)與鋼軌接觸,另一側(cè)與砂型接觸,熱傳導(dǎo)速度不同,因此,焊前需要對(duì)鋼水接觸到的鋼軌斷面進(jìn)行預(yù)熱。如果預(yù)熱溫度過(guò)低,或者低溫條件下焊后未采取緩冷措施,預(yù)熱槍或砂型裝偏,位置不居中,形成一側(cè)過(guò)熱現(xiàn)象,就容易引起軌腰與軌腳等截面較小處的鋼液快速凝固,導(dǎo)致補(bǔ)縮不足或氣體不易排出而形成集中縮孔和氣孔等鑄造缺陷。縮孔一般易發(fā)生在焊縫中心處的軌腰(預(yù)熱溫度最高)及軌底中央三角區(qū)(最后凝固,易形成集中疏松)等部位。需要注意的是,如果預(yù)熱不均勻,預(yù)熱孔處的軌面溫度局部偏高,使附近鋼液凝固較晚,縮孔則可能出現(xiàn)在接頭表面。焊縫有縮孔及疏松缺陷時(shí),會(huì)引起疲勞核心的作用,在列車交變負(fù)荷作用下,從疲勞核心處開始逐步擴(kuò)展形成較大的疲勞裂紋,并導(dǎo)致焊縫提前疲勞斷裂。1.2剩余渣1切割滑動(dòng)的渣是由焊接過(guò)程中的熔渣引起的如未能全部熔化的金屬塊或混入鋼中的其他金屬;在進(jìn)行鋁熱反應(yīng)中,熔渣未及時(shí)上浮沖走而進(jìn)入型腔,粘附在鋼軌表面被凝固,形成夾渣。2“跑鐵”砂箱焊縫斷面不清潔,有金屬渣等;上砂模后未覆蓋型腔口,使雜質(zhì)進(jìn)砂模;軌縫過(guò)大、砂箱不密貼或產(chǎn)生“跑鐵”現(xiàn)象;鎮(zhèn)靜時(shí)間不夠,反應(yīng)未完成就澆注,在型腔內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)生成熔渣,由于凝固快,熔渣來(lái)不及浮出就形成夾渣。1.3砂和礫石11夾砂是在焊接過(guò)程中形成的如砂型及其耐火材料的碎屑;一次性坩堝的夾砂物;氧化鋁與硫化錳的混合物等進(jìn)入鋼中。2主要形成原因如下砂型清潔不好,在磨合后未用毛刷清除掉浮砂;有碎屑等雜質(zhì)進(jìn)入型腔中砂箱一次沒(méi)有扣準(zhǔn),在移動(dòng)中砂型擠壞掉入型腔內(nèi)。1.4鑄造工藝因素1)氣孔是鋁熱焊鑄造組織中最常見的缺陷之一,是焊縫在凝固過(guò)程中產(chǎn)生和放出氣體所形成,氣孔表面是光滑的,一般呈圓形。氣孔按部位分為內(nèi)部氣孔和皮下氣孔2種。內(nèi)部氣孔在焊縫整個(gè)斷面內(nèi)均可出現(xiàn),氣孔尺寸有時(shí)可以很大,皮下氣孔緊靠表皮下產(chǎn)生,一般在軌底及軌底兩側(cè)斜面上容易產(chǎn)生。2)產(chǎn)生氣孔的原因。(1)焊接材料受潮導(dǎo)致氣孔潮濕對(duì)鋁熱焊質(zhì)量的影響非常大。焊接時(shí)如天氣潮濕,焊接用坩堝、焊劑、砂模及封箱泥過(guò)多、過(guò)濕,砂?；蚍庀淠嘀械臍怏w不能及時(shí)排出,在焊縫中形成氣孔。通過(guò)分析,決定從焊接材料的生產(chǎn)到現(xiàn)場(chǎng)焊接施工等環(huán)節(jié)采取多種防潮措施,包括真空包裝焊劑、砂模外加熱縮膜以及嚴(yán)防坩堝受潮等措施,避免混入水分或油質(zhì)中,解決了這一問(wèn)題。(2)預(yù)熱工藝不合理導(dǎo)致氣孔鋁熱焊時(shí),對(duì)鋼軌端面和砂型進(jìn)行預(yù)熱,鋼軌預(yù)熱溫度不能過(guò)低,否則,鋼水容易凝固使氣體不易排出而形成氣孔,多發(fā)生在軌底兩角處。通常采取固定預(yù)熱法來(lái)保證預(yù)熱槍頭位置,否則,槍頭過(guò)高會(huì)使軌角預(yù)熱不足,槍頭過(guò)低會(huì)使軌端預(yù)熱不足,槍頭不垂直會(huì)使軌端預(yù)熱不均勻。用控制丙烷的流量或壓力、預(yù)熱時(shí)間并輔以觀察鋼軌端面顏色(鮮紅色)的措施來(lái)控制預(yù)熱工藝。但是,在操作過(guò)程中由于丙烷減壓閥示值不準(zhǔn)、鋼軌端面顏色觀察不準(zhǔn)而造成預(yù)熱工藝不當(dāng),導(dǎo)致焊縫內(nèi)形成氣孔。另外,預(yù)熱到澆注前時(shí)間超過(guò)30s,使預(yù)熱后溫度降低,也容易在軌底兩角產(chǎn)生氣孔。1.5熱鋼法上焊縫的斷軌和產(chǎn)生機(jī)理1)未焊合是在鋁熱焊接后,原來(lái)待焊的兩個(gè)鋼軌斷面上仍有沒(méi)熔化的區(qū)域,其斷口呈未熔合狀態(tài),主要產(chǎn)生在軌腳兩側(cè)居多,對(duì)焊縫質(zhì)量影響大,會(huì)造成斷軌。2)產(chǎn)生的主要原因有:預(yù)熱溫度過(guò)低,鋁熱鋼所放出的熱量不足,以使軌端熔化;預(yù)熱時(shí)間或氧化、丙烷壓力不足;軌端處理不好,在軌端產(chǎn)生了一個(gè)脆弱的氧化層,造成熔合不好;砂箱或預(yù)熱槍裝偏、不居中,造成一側(cè)預(yù)熱不足;軌縫太小,焊縫內(nèi)的熱容量較小,在沒(méi)有將鋼軌端部完全熔化就已冷卻;端面不平整,焊接中砂箱“跑鐵”等。1.6焊縫線的滑1)灰斑是焊縫內(nèi)形成的一層暗灰色且平滑,有放射性條紋的片狀?yuàn)A雜物,將大大降低鋼軌焊縫的強(qiáng)度和韌性,極易造成鋼軌斷裂。2)主要原因是焊接時(shí)頂煅力不足。1.7共晶混雜物的影響1)過(guò)燒是焊接時(shí)加熱溫度過(guò)高,引起Mn、S的奧氏體晶體間的沉淀,如果加熱到更高溫度,在晶粒間產(chǎn)生液態(tài),冷卻后形成S與Fe的共晶夾雜物。2)熱裂紋是在焊縫凝固過(guò)程中,稍低于其凝固點(diǎn)的一定溫度范圍內(nèi),強(qiáng)度較低,由于產(chǎn)生了收縮應(yīng)力或受到外力超過(guò)了該溫度范圍內(nèi)鋼的強(qiáng)度極限時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂紋或斷裂。產(chǎn)生的主要原因:焊接過(guò)程中焊縫有移動(dòng),受拉,存在較大的拉應(yīng)力;過(guò)早拆箱,提前推瘤,使焊縫提前受力,特別在低溫時(shí),焊縫由于受到激冷,加快收縮,加大了收縮應(yīng)力,在高溫區(qū)形成熱裂。2預(yù)防連接錯(cuò)誤的可能性2.1提高補(bǔ)縮鋼的質(zhì)量對(duì)于鋼液補(bǔ)縮不足引起的焊接缺陷,應(yīng)考慮采取以下幾項(xiàng)措施來(lái)解決:1)改進(jìn)鋁熱焊砂型的結(jié)構(gòu),將型腔兩側(cè)加寬2～3mm,以增加補(bǔ)縮鋼水量。2)加強(qiáng)預(yù)熱過(guò)程的控制,低溫條件下應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)鋁熱焊的預(yù)熱時(shí)間,以保證預(yù)熱溫度。在施工作業(yè)過(guò)程中由于受環(huán)境溫度、燃?xì)饧兌取x表精度等諸多因素影響,簡(jiǎn)單地按規(guī)定時(shí)間操作,就可能導(dǎo)致預(yù)熱欠火。因此,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件,適當(dāng)調(diào)整焊接工藝顯得非常必要。2.2夾渣和沙解決夾渣、夾砂缺陷主要是在焊接前徹底清潔焊縫斷面及砂型,調(diào)整過(guò)大的焊縫,嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)流程操作,延長(zhǎng)焊縫的鎮(zhèn)靜時(shí)間。2.3孔子解決這一問(wèn)題的措施為:①經(jīng)常校準(zhǔn)丙烷減壓閥;②盡量完善預(yù)熱工藝,減少人為因素的影響;③提高工人焊接工藝水平。2.4軌端焊接面調(diào)整解決未焊合及灰斑的主要措施是在焊接前徹底處理好軌端焊接面,調(diào)整焊縫,準(zhǔn)確把握預(yù)熱時(shí)間及溫度,讓軌端徹底氧化,核準(zhǔn)丙烷壓力,方正砂箱,提高工人現(xiàn)場(chǎng)操作技能。2.5解決焊接過(guò)程中的位移問(wèn)題過(guò)燒及熱裂紋主要是焊接過(guò)程中對(duì)溫度的把握不準(zhǔn)確形成的,解決的主要辦法是在焊接過(guò)程中密切注意溫度的變化,焊接前對(duì)前后100m范圍內(nèi)的鋼軌扣件進(jìn)行加固,確保焊接過(guò)程鋼軌不產(chǎn)生位移,嚴(yán)格按規(guī)定時(shí)間5min拆模。3疲勞傷損,裂紋焊縫是無(wú)縫線路鋼軌的薄弱點(diǎn),受焊接方法、工藝、材料和操作人員等諸多因素的影響,在使用過(guò)程中,