鋼軌傷損及探傷方法-鋼軌焊縫及焊縫缺陷

鋼軌焊縫及焊縫缺陷CONTENTS目錄閃光焊焊接工藝及傷損識別氣壓焊焊接工藝及傷損識別鋁熱焊焊接工藝及傷損識別鋁熱焊（也稱熱劑焊）就是利用金屬氧化物和金屬鋁之間的放熱反應(yīng)所產(chǎn)生的過熱熔融金屬來加熱金屬而實現(xiàn)結(jié)合的方法。鋁熱焊需要在待焊件之間留出一定的間隙，周圍用模具圍上，然后點燃坩堝中的焊劑，通過氧化還原反應(yīng)，放熱生成液態(tài)金屬，將液態(tài)金屬注入焊件之間的間隙，完成金屬的焊接。鋁熱焊示意圖一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別（一）鋁熱焊焊接工藝1.氣孔氣孔是焊縫在凝固過程中氣體未及時排除所形成的，是鋁熱焊鑄造組織中最常見的缺陷之一。氣孔表面是光滑的，大小不均，有單個或蜂窩狀的氣孔群體，一般呈圓形。氣孔按部位可分內(nèi)部氣孔和皮下氣孔（緊靠表皮下產(chǎn)生）。內(nèi)部氣孔在焊縫整個斷面內(nèi)均可出現(xiàn)，皮下氣孔一般在軌底及軌底兩側(cè)斜面上容易產(chǎn)生。一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別氣孔產(chǎn)生的主要原因：（1）焊劑受潮，含有水分，鋁熱反映高溫下水分汽化在焊縫中形成氣孔。（2）封箱泥過多、過濕或砂模潮濕，氣體不能及時排出。

（3）預(yù)熱溫度過低，鋼水容易凝固使氣體不易排出，易在軌底兩角產(chǎn)生氣孔。（4）預(yù)熱到澆筑前時間超過30s，使預(yù)熱后砂模溫度降低，易在軌底兩角產(chǎn)生氣孔。

（5）鎮(zhèn)靜時間不夠，或鋁熱反應(yīng)不充分，澆入砂型后繼續(xù)作用形成氣孔。（6）鋁熱焊劑在生產(chǎn)過程或使用過程中帶入油質(zhì)，在鋁熱反應(yīng)的高溫下，這些油質(zhì)燃燒變成氣體，進入焊縫內(nèi)形成氣泡。（7）軌縫兩個斷面不垂直，互不平行，造成氣體排除不暢。一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別2.未焊合未焊合是指鋼軌鋁熱焊后，原來待焊的兩個鋼軌端部斷面上仍有沒有熔化的區(qū)域，這種情況稱為未焊合。鋼軌未焊合多發(fā)生于軌頭，也有存在于軌底的現(xiàn)象。一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別未焊合產(chǎn)生的主要原因

（1）鋼軌預(yù)熱溫度過低，鋁熱焊所放出的熱量不足以使軌端熔化。（2）軌端處理不好，在軌端產(chǎn)生了一個脆弱的氧化層。（3）砂箱或預(yù)熱槍裝偏、不居中，一側(cè)預(yù)熱不足。（4）預(yù)留軌縫太小，焊縫內(nèi)熱容量過小，沒有將鋼軌端部完全熔化就已冷卻。（5）澆注設(shè)計不良，進入鑄型的鋼水不能使鋼軌端面全部熔化。（6）軌端用氧氣切割，未用鋸軌機切割，端面不平整。（7）砂箱“跑鐵”使鑄型未澆滿或夾渣，扣箱時砂箱對偏。一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別鋼軌預(yù)熱溫度過低，鋁熱鋼所放出的熱量不足以使軌端熔化。1鋼軌預(yù)熱溫度過低，鋁熱鋼所放出的熱量不足以使軌端熔化。2砂箱或預(yù)熱槍裝偏、不居中，一側(cè)預(yù)熱不足。3預(yù)留軌縫太小，焊縫內(nèi)熱容量過小，沒有將鋼軌端部完全熔化就已冷卻。4澆注設(shè)計不良，進入鑄型的鋼水不能使鋼軌端面全部熔化。5軌端用氧氣切割，未用鋸軌機切割，端面不平整。6砂箱“跑鐵”使鑄型未澆滿或夾渣，扣箱時砂箱對偏。7（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別未焊合產(chǎn)生的主要原因3.熱裂紋

鋼軌澆入鑄型后不久就開始凝固，在稍低于其凝固點的一定溫度范圍內(nèi)，強度較低，如果由于內(nèi)部的收縮應(yīng)力或是由于操作不當(dāng)而受到外力超過在該溫度范圍鋼的強度極限時，就會產(chǎn)生裂紋及斷裂。一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別熱裂紋產(chǎn)生的主要原因一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別焊接過程中焊縫有移動、受拉、存在較大的拉應(yīng)力。1過早拆箱，使焊頭提前受力。2提前推瘤，使焊頭提前受力。3焊頭在冷卻過程中，未完全凝固時受到外力的錘擊。4熱裂紋與鋼的化學(xué)成分有關(guān)，鋼中含硫量過高時易產(chǎn)生。5一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別4.夾砂

夾砂是指焊縫中摻雜砂子。產(chǎn)生夾砂的一般原因有：（1）扣箱時沒有一次扣準(zhǔn)，型砂在移動過程中被損壞掉入型腔內(nèi)。（2）型砂磨合后未用毛刷清除掉浮砂。（3）有碎屑等雜質(zhì)進入型腔內(nèi)。（4）因過熱使砂子變成玻璃狀擠入熔合區(qū)。（5）配砂不合理，型砂強度低，在澆注過程中由于型砂表面破裂或表層脆層引起。（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別5.夾渣

夾渣是由于熔渣進入焊縫而造成，是鋁熱焊鑄造組織中常見的缺陷之一。（1）焊縫斷面不清潔，有金屬渣、屑等。（2）上砂模后未蓋口，雜質(zhì)進入。（3）軌縫過大、砂箱不密貼或產(chǎn)生“跑鐵”現(xiàn)象。鋼水量不足，熔渣不能完全排除，進入型腔，最易在軌頂部分產(chǎn)生夾渣。（4）鎮(zhèn)靜時間不夠，反應(yīng)未完成就澆注，在型腔內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)生成熔渣，凝固快、熔渣來不及浮出。一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別夾渣的產(chǎn)生原因：（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別6.螺孔裂紋

在螺孔處形成的焊接裂紋，稱為螺孔裂紋。鋁熱焊接在冷卻過程中會產(chǎn)生一定的焊接應(yīng)力，一般要求在焊縫附近不要有螺栓孔，避免在焊接應(yīng)力的作用下在螺孔處形成裂紋，造成傷損。在列車作用下，裂紋會發(fā)展擴大，最后導(dǎo)致斷軌。一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別7.粗晶

在焊頭的金相組織方面，部分或全部斷面上的晶粒粗大或不均勻，稱為粗晶。實際生產(chǎn)中，要求焊縫的晶粒度比鋼軌的晶粒度低一級。

一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別產(chǎn)生粗晶的原因如下：金屬凝固或加熱到相變溫度以上或在奧氏體再結(jié)晶區(qū)變形時，再結(jié)晶后停留時間長、冷卻速度慢使晶粒集聚長大。1粗大奧氏體晶粒固態(tài)相變后鐵素體晶粒粗大。2（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別8.縮孔和疏松有時由于預(yù)熱不正常,某部位溫度過高(一般容易在預(yù)熱孔對面的軌腰或軌底腳處),使該處最后凝固,凝固過程中伴隨著體積收縮,在得不到外來鋼水補縮的情況下,最后在該處形成縮孔,若縮孔集中,似海綿狀時,就叫疏松。縮孔和疏松降低了鋼軌焊縫的強度,使鋼軌產(chǎn)生疲勞裂紋。（1）預(yù)熱時間過長（2）局部高溫，有過熱現(xiàn)象。特別是軌腰部分有局部過熱現(xiàn)象。（3）預(yù)熱槍或砂模裝偏，位置不居中，形成一側(cè)過熱現(xiàn)象。（4）軌縫過大。一.鋁熱焊焊接工藝及傷損識別（二）鋁熱焊常見缺陷的傷損識別縮孔和疏松產(chǎn)生的原因如下:閃光焊也稱閃光對焊，廣泛用于鋼筋縱向連接及預(yù)應(yīng)力鋼筋與螺絲端桿的焊接。鋼筋閃光對焊的原理是利用對焊機使兩端鋼筋接觸，通過低電壓的強電流，待鋼筋被加熱到一定溫度變軟后，進行軸向加壓頂鍛，形成對焊接頭。頂鍛力夾緊力電極鉗口+-頂鍛力夾緊力夾緊力夾緊力二.閃光焊焊接工藝及傷損識別（一）閃光焊焊接工藝1.打磨灼傷當(dāng)手持砂輪長時間用力打磨已經(jīng)完全冷卻的焊頭某個部位表面時，極易形成灼傷。打磨灼傷處形成疲勞源，在力的反復(fù)作用下容易引發(fā)鋼軌折斷。二.閃光焊焊接工藝及傷損識別（二）閃光焊常見缺陷的傷損識別2.電極灼傷移動閃光焊的焊機電極夾持軌腰部位（距離焊縫8cm外的位置），固定式焊機電極是上下夾持軌頂和軌底（距離焊縫約10cm外的位置），常在夾持部位出現(xiàn)接觸不良或電極面上存在焊渣，造成此處鋼軌打火。軌底打火是最嚴(yán)重的電極灼傷，能夠使鋼軌在運營中突然斷裂。二.閃光焊焊接工藝及傷損識別（二）閃光焊常見缺陷的傷損識別3.推凸導(dǎo)致的缺陷兩根焊接軌的斷面尺寸不可能完全相同，總是存在偏差，因此推凸刀和鋼軌斷面之間必然存在間隙。當(dāng)推凸刀將頂鍛擠出的高溫金屬推凸到焊縫另一側(cè)鋼軌表面時，會形成舌狀包邊，緊緊黏在鋼軌表面，相當(dāng)于一個尖劈，出現(xiàn)應(yīng)力集中，造成線路上焊頭早期疲勞斷裂。二.閃光焊焊接工藝及傷損識別（二）閃光焊常見缺陷的傷損識別4.灰斑灰斑是允許存在的缺陷，但是其面積大小有限制?；野咧皇浅霈F(xiàn)在焊縫面，呈現(xiàn)平的和光滑的形貌，國外稱其為平斑（flatspot）。U71Mn鋼軌焊頭焊縫斷面上的灰斑是無光澤的，U75V鋼軌焊頭焊縫斷面上的灰斑是光亮的?；野吆秃附庸に囉嘘P(guān)：加速燒化速度慢、頂鍛合縫速度慢、頂鍛前的燒化過程出現(xiàn)大的脈沖電流或出現(xiàn)斷路都可能出現(xiàn)灰斑缺陷。U75V鋼軌的焊縫斷面灰斑二.閃光焊焊接工藝及傷損識別（二）閃光焊常見缺陷的傷損識別5.過燒過燒是組織缺陷，輕度過燒呈現(xiàn)很細小的炭黑斑點，嚴(yán)重過燒呈黑色蜂窩狀組織。其起因是：頂鍛前的鋼軌端面液態(tài)金屬層厚薄不均勻；焊接端頭的溫度梯度陡，縱向沒有足夠的塑性變形區(qū)；頂鍛時的鋼軌端面過熱熔渣未完全擠凈形成過燒組織。過燒常常出現(xiàn)在軌底和軌腳位置。二.閃光焊焊接工藝及傷損識別（二）閃光焊常見缺陷的傷損識別6.未焊合缺陷未焊合是焊接設(shè)備狀態(tài)不良、出現(xiàn)加速燒化速度異常，或頂鍛速度過慢等原因出現(xiàn)不正常焊接過程造成的。1區(qū)有熔融狀表層，2區(qū)脆性斷裂軌角未焊合斷口二.閃光焊焊接工藝及傷損識別（二）閃光焊常見缺陷的傷損識別7.晶粒粗大晶粒粗大主要是正火溫度不足而未細化焊接接頭粗晶區(qū)中的粗大奧氏體晶粒。無論是中頻感應(yīng)加熱，還是火焰加熱,其焊頭都有可能存在局部位置溫度低于鋼軌基體相變溫度,尤其是軌底腳部位。二.閃光焊焊接工藝及傷損識別（二）閃光焊常見缺陷的傷損識別氣壓焊是以氧氣和乙炔火焰加熱鋼筋的接頭位置,使之達到塑性狀態(tài)或表面熔融狀態(tài),而后施加壓力將鋼筋結(jié)合在一起的一種焊接方法。將需焊接的鋼軌端面對準(zhǔn)并緊密貼合，用火焰加熱端面周圍到塑性狀態(tài)，然后對貼合面加壓頂鍛。鋼軌氣壓焊的焊接溫度較低，只加熱到1250℃左右，且為固相結(jié)合，故具有焊接強度高于一般壓接法所具有的優(yōu)點。鋼軌氣壓焊示意圖三.氣壓焊焊接工藝及傷損識別（一）氣壓焊焊接工藝1.光斑

光斑也稱光板、白板、白斑，是兩個焊面沒焊合，其斷口平滑，用手觸摸時無毛刺，不劃手，只出現(xiàn)在鋼軌焊接的結(jié)合面上。光斑是允許出現(xiàn)的缺陷，但其面積應(yīng)受到限制。光斑的產(chǎn)生與鋼軌端面打磨不平整，精銼不規(guī)范以及端面污染，加熱器噴火火焰不正常、局部溫