钢轨焊接方式的分类及焊缝缺陷

2021年4月17日00:00:51
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目前钢轨焊接主要有接触焊、气压焊和铝热焊三种,接触焊又分为工厂焊和现场焊两种。这些焊接形式在无缝线路中各占钢轨焊缝比例不同,以接触焊焊缝为最多,铝热焊和移动气压焊焊缝其次。

1 接触焊

钢轨焊接方式的分类及焊缝缺陷

图1 接触焊示意图

接触焊(又称电阻焊或闪光接触焊)是指将两轨对接(图1),经过电加热,溶化,挤压、塑性变形再结晶的高温加压过程,使两轨联接。部分线路上使用的异型焊接接头也采用类似方式进行焊接。

钢轨焊接方式的分类及焊缝缺陷

厂焊闪光焊图片(K922焊机)

钢轨闪光焊按照闪光过程的特征分为: 连续闪光焊、预热闪光焊、脉动闪光焊、 应用最广的为连续闪光焊(多见于焊轨基地固定式焊机,如K190、K1000、GAAS80焊机等)和脉动闪光焊接(多见于现场移动式焊轨如:K922、UN150焊机等)。

2 气压焊

钢轨焊接方式的分类及焊缝缺陷

图2 气体火焰加热器外形

气压焊分为熔化气压焊和塑性气压焊两种。绝大多数采用塑性气压焊。塑性气压焊接时,将钢轨两清洁端面紧密贴合,对贴面用气体火焰加热,待贴面及附近被加热至塑性状态,金属原子具有足够的“活化能”,并穿过界面互相急剧扩散时,即对贴合面加以顶锻,以达到原子间的金属链连接,完成重新再结晶,使两根钢轨焊接在一起。铺设无缝线路时,在现场常用小型移动气压焊将长轨条焊接为更长的轨条。

钢轨焊接方式的分类及焊缝缺陷

钢轨气压焊现场图片(小型气压焊)

3 铝热焊

钢轨焊接方式的分类及焊缝缺陷

图3 铝热焊浇铸示意图

先将两轨对接轨缝宽度(16±2)mm,加热,然后将绀蜗内盛有铝和钢屑的机械混合物铝粉)用特制火柴点燃,使其瞬间温度达到1200~1300 ℃,混合物急剧反应,铁水下沉,氧化铝以渣的形态浮于溶化金属上面。反应结束后打开绀据塞,让溶化物经过漏斗浇入预制好的砂模内(图3)与预热温度达900 ℃以上的钢轨端部整个断面融合,完成两轨间的内部焊接。

钢轨焊接方式的分类及焊缝缺陷

铝热焊现场图片(德焊)

目前,钢轨铝热焊工艺有新的改进,采取大焊剂量﹑宽焊缝(轨缝宽度28mm±2 mm),三片模卡箱和定时预热方式,有利于焊接质量的稳定、可靠。

4 焊缝缺焰种类

(1)接触焊焊缝缺陷有灰斑、裂纹﹑烧伤等,其中灰斑可存在于钢轨中的任何部位,特别是轨底边居多,裂纹存在于轨腰和热影响区,烧伤存在于离焊缝130~133 mm的区域。

(2)铝热焊焊缝缺陷有夹渣、气孔、夹砂、缩孔、疏松、未焊透和裂纹等,其中夹渣、气孔可产生在焊缝中的任何部位,夹砂多存在于轨底两侧,疏松多存在于轨底三角区,裂纹多产生在焊缝与母材之间。

(3)气压焊常见缺陷有光斑、过烧、未焊透,其中光斑存在于轨头或轨底部位,过烧存在于轨底两侧和轨头与轨腰结合处的凸出部位,未焊透存在于焊缝的任何部位。

上述缺陷中接触焊以灰斑居多,主要原因是钢中的硅在高温闪光中形成的氧化硅未被顶出;过烧和未焊透在气压焊中较多。此外还会产生少量因材质本身存在的夹渣、偏析而导致的缺陷和钢轨本身材质晶粒粗大引起的强度、塑性降低等,直接影响焊缝的质量。

钢轨焊缝缺陷种类见表1。

表1 钢轨焊缝缺陷种类

焊接
方式
缺陷名称 体征 产生部位 危害性


灰斑 暗灰色平滑,有时有放射性条状的片状夹杂物 焊缝的任何部位,其中轨底角边居多 大大降低焊缝
的疲劳强度和
韧性,极易造成
断轨
裂纹 开口性斜裂和焊缝中暗裂 多数发生在焊缝腰部和热影响区 垂直向斜下折断
烧_伤 轨面和轨底的钳口部位存在烧伤痕迹 离焊缝中心130~
330 mm区域
脆性折断或烧
伤引起横向裂纹
未焊合 断口呈暗灰色,平整有毛刺 轨头中心,轨底三角区 降低焊缝的疲
劳强度和韧性,易造成断轨


夹渣 断口处存在不规则体积型夹杂,—般呈暗灰色 焊缝的任何部位 焊接质量良好,铝热焊接头的屈服强度只有母材的70%左右,如果存在缺陷其强度明显下降,尤其低温季节,接头本身受到巨大的温度拉应力,再加上列车动弯应力的联合作用铝热焊接头最易引起折断
气孔 气孔大小不均,有单个或蜂窝状的气孔群体 焊缝的任何部位
夹 砂 焊缝中可见细小的砂粒 多数存在于轨底角两侧
缩孔 断口处呈暗灰色的空穴 浇注部位或端面中心
疏松 多孔性和不致密性,似海绵状,呈银白色 轨底三角区
未焊合 断口呈未熔合状态,平整 轨底角两侧居多
裂纹 开口性斜裂和焊缝中暗裂 焊缝与母材之间


光斑 断口表面呈银灰色却平滑,手感不涩手 焊缝的轨头和轨底部位 减少钢轨的有
效截面积﹐在其缺陷边缘应力集中,极易折断
过烧 断口呈暗色,松散的微粒状组织 两端底角和轨头与轨腰
接合处的凸出部位
塑性减弱,脆性增大,存在轨底角两端,很容易折断
未焊合 断口呈暗灰色,平整有毛刺,在毛刺之间有平滑的细微小白斑 焊缝的任何部位 减少钢轨的有
效截面积,在其缺陷边缘应力集中,极易折断

 

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