贝氏体钢轨闪光焊接技术的研究

贝氏体钢轨闪光焊的焊接性与材质中Mn和Si含量成反比,降低Mn和Si含量有利于改善钢轨的焊接性,提高焊缝韧性和接头落锤强度。贝氏体钢轨焊缝及热影响区出现的主要缺陷为过热区带状成分偏析、过热区奥氏体晶界成分偏析和焊缝夹杂物(灰斑)缺陷,并与Mn含量密切相关,这些缺陷对接头韧性会产生较大的负面影响。但贝氏体钢轨总体力学性能与珠光体钢轨相当,其中接头拉伸强度、硬度和疲劳强度高于珠光体钢轨。贝氏体钢轨焊接热影响区空冷处理后出现马氏体组织是造成焊缝和过热区存在较高残余应力的主要原因,该残余应力降低了接头的滚动接触疲劳强度,使得部分接头容易出现焊缝水平裂纹。对接头进行500℃,3～5 min的回火热处理可以降低残余应力。现场应用表明,完善回火工艺可大幅度降低焊缝水平裂纹的出现。     

钢轨移动闪光焊感应热处理装置及工艺研究

采用中频IGBT电源,结合钢轨特殊断面热处理要求,设计可开合式双匝单股仿型感应线圈对现场移动闪光焊焊接接头进行热处理,感应加热线圈采用水冷,各附件温升合理。本套感应加热装置体积小,结构紧凑,可装置于四轴移动闪光焊机机头,装配出移动闪光焊机与焊后热处理一体机。本一体机可实现钢轨一次夹持完成焊接、焊后热处理两道工序,不仅有效减少现行设备体积,提高钢轨焊接工作效率,而且可实现钢轨全断面均匀加热,轨头和轨脚温差小于50℃。对焊后热处理接头进行试验结果表明,经该套中频感应正火处理装置热处理后的焊缝硬度和金相显微组织与母材匹配良好,有效细化钢轨焊接接头金相显微组织,提高了钢轨焊接接头的冲击吸收功。经热处理后的焊接接头力学性能指标符合标准要求。     

提高钢轨焊接接头机械性能的措施

钢轨焊接后焊缝及热影响区由于受到焊接高温的影响，造成晶粒粗大，脆性增大，塑性、韧性下降。为了改善焊接头的塑性、韧性，提高焊接头综合机械性能，对接头进行焊后热处理，使焊头性能符合TB／T1632—91《钢轨焊接接头技术条件》要求。PD3钢轨焊接接头经过中频电感应加热正火工艺处理，使焊接接头晶粒细化，组织均匀，从而提高焊头的塑性、韧性，达到TB／T1632—91标准，满足无缝线路的使用要求。     

火焰正火对钢轨焊接接头金相组织及力学性能的影响

对钢轨闪光焊、气压焊和铝热焊进行火焰正火处理，并进行正火、未正火接头和钢轨母材的金相组织以及力学性能的对比。结果：火争正火处理明显细化原奥氏体晶粒，闪光焊、气压焊和铝热焊接头延伸率和冲击功提高，铝热焊接头抗拉强度明显提高。经火焰正火闪光焊和气压焊接头力学性能可以达到TB／T1632－1991的要求。     

钢轨电渣焊接方法及工艺研究

分析总结钢轨电渣焊接应用情况、技术特点、基本工艺参数及焊接难点。制定和完善钢轨电渣焊接技术方案,并进行焊接试验和接头取样力学性能分析。研究结果表明:采用双管熔化极电渣焊和仿钢轨截面的水冷铜模具,并通过摆动保证轨底两侧熔宽,导致轨腰轨头无弧过程非常稳定,可稳定实现钢轨全断面一次成型焊接;钢轨电渣焊接头冲击功和拉伸性能都能达到TB/T 1632—2014《钢轨焊接接头技术条件》中闪光焊接头的冲击性能要求,但是略低于闪光焊接头,明显高于铝热焊接头;接头焊缝中心硬度略偏高,焊缝中心组织粗大;在两侧热影响区有2 mm左右的软化区。     

高温电加热处理对贝氏体钢与U75V钢闪光对焊接头组织与性能的影响

通过静弯、拉伸、冲击、金相和硬度试验,对高温电加热处理前后贝氏体钢辙叉与U75V钢轨闪光对焊接头的组织和性能进行了研究。研究结果表明:高温电加热处理对焊接接头组织和硬度均匀化有良好的作用,且经过热处理后焊接接头的拉伸和冲击性能均得到一定程度改善,满足标准要求,特别是冲击性能得到了显著提高。     

钢轨闪光焊焊接接头轨面横向裂纹成因分析

针对秦沈线17处钢轨闪光焊焊接接头轨面产生的横向裂纹,通过在伤损部位取样,分别进行洛氏硬度、金相组织和显微硬度等试验,结合焊轨生产的实际,分析裂纹形成原因。认为所检闪光焊焊接接头的裂纹起源于钢轨表面的白亮层马氏体组织,并在外力作用下扩展进入正常的珠光体组织区域,裂纹深度达到5mm。研究钢轨精磨方式与焊缝凸起之间的关系,得出:对矫直后具有明显焊缝凸起的焊接接头进行精磨时有可能因打磨中进刀量过大,引起钢轨局部机械热损伤,造成局部金属的急速高温和急速冷却,形成高硬度的脆性白亮层马氏体组织,是导致焊接接头轨面产生裂纹的根本原因。建议进一步研究钢轨焊接生产打磨工艺规范以及客运专线铁路钢轨的预打磨规范,避免钢轨及焊接接头出现马氏体组织。     

钢轨闪光焊接轨头焊缝缺陷分析

通过对钢轨闪光焊接头样品的超声波探伤检查和钢轨接头轨头受拉静弯试验,分析断口微观形貌和疲劳源区能谱、剖面显微组织和剖面形貌及能谱,提出钢轨接头焊缝未焊合缺陷构成疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展产生钢轨接头大面积核伤和钢轨闪光焊接头轨顶面下10～15mm附近容易出现焊缝未焊合缺陷等结论;提出铺设前对新焊接钢轨接头焊缝进行全断面超声波探伤检查、研究开发现场焊接接头热处理中频感应加热方式、优化焊接工艺参数和调整检验规则等建议。     

不同钢种钢轨焊接接头的力学性能研究

论述选用4种不同钢种、不同强度级别的钢轨,以及焊接方案和试验安排。对4种不同钢种钢轨焊接的闪光焊接头,按照铁道行业标准要求,采用通用焊接工艺参数对不同钢种钢轨组合的钢轨进行焊接,开展静弯、疲劳、拉伸、冲击、硬度、显微组织和晶粒度检验。检验结果表明,焊接接头全部符合铁道行业标准要求,技术上可行,有利于提高全路钢轨的使用水平。     

钢轨闪光焊推凸缺陷的形成及预防对策

钢轨闪光焊接接头轨底过热区出现推凸裂纹的原因是钢轨带状偏析较为严重或不当的焊接工艺。通过对裂纹宏观和微观特征、焊接接头带状组织流向变化、裂纹表面MnS夹杂物偏析的分析,得出推凸裂纹形成机理,并查明该类缺陷造成落锤断裂原因。在此基础上,提出应通过优化钢轨母材质量及焊接工艺等方法,消除该类缺陷。     

重载铁路钢轨焊接接头磨耗特征研究

本文对重载线路钢轨焊接接头与母材相对磨耗进行了测量与分析,测量结果分析表明,热处理钢轨焊接接头相对磨耗明显大于热轧钢轨,且钢轨强度越高,磨耗越严重;铝热焊接头磨耗明显大于闪光焊.影响焊接接头不均匀磨耗的主要因素是接头部位的硬度;对接头磨耗与硬度关系的分析表明,钢轨焊接接头(含软化区)平均硬度与母材接近相等时,接头与母材磨耗量也大致相当,此时,接头热处理区(或焊缝及热影响区)硬度约为母材的1.05倍.建议在重载铁路条件下,对于高强度热处理钢轨的焊接应分情况处理:铝热焊应进一步提高焊缝硬度,闪光焊应进一步优化接头热处理工艺.     

槽型钢轨闪光焊接头与铝热焊接头的性能试验研究

通过试验对使用闪光焊接及铝热焊接两种方法焊接槽型钢轨焊接接头的静弯性能、疲劳性能、拉伸性能、硬度、金相显微组织等进行了测试与分析.研究结果表明:在轨头受压条件下闪光焊接头的抗压能力高于铝热焊接头;闪光焊接头在较高疲劳荷载下能经历频率5 Hz,2×106次疲劳试验仍不断裂;闪光焊接头的屈服强度及断后伸长率均高于铝热焊;闪光焊接头硬度比铝热焊更接近母材,闪光焊和铝热焊接头的软化区宽度均≤20 mm;两种焊接方法的焊缝和热影响区的显微组织未见异常,闪光焊接头的晶粒组织要细于铝热焊接头组织.闪光焊接头性能优于铝热焊,建议在城市有轨电车的建设项目中应尽可能使用闪光焊焊接槽型钢轨.     

钢轨闪光焊焊缝断裂原因分析

某运营线路一钢轨闪光焊焊缝发生全断面断裂,通过宏观、微观形貌观察,微区成分分析,金相组织、化学成分及低倍检验,分析钢轨闪光焊焊缝的断裂性质及断裂原因。分析结果表明:钢轨焊缝断裂性质为折叠裂纹导致的横向脆性断裂,在钢轨焊缝区域轨腰和轨底之间过渡圆弧部位的焊接推凸飞边根部形成的类似折叠裂纹缺陷导致疲劳裂纹的萌生,进而发展为横向脆性断裂。建议钢轨闪光焊焊接时尽量减小焊接推凸区厚度并避免在焊接推凸飞边根部形成类似折叠裂纹缺陷,防止焊缝发生横向脆性断裂。     

U71Mn钢轨闪光焊接头暗色灰斑成因及消除方法

针对U71Mn钢轨闪光焊中容易出现暗色灰斑的现象,分析暗色灰斑的成分。从钢材焊接角度,探究暗色灰斑形成原因。U71Mn钢轨的Mn含量较其他类型钢轨高,因而在焊接过程形成锰酸盐的几率高,表现为暗色灰斑。当顶锻前的过热区过宽时,这类锰酸盐的聚集无法在顶锻过程中被挤出,暗色灰斑会残余在焊缝中。为尽可能消除暗色灰斑,开展消除暗色灰斑试验。分析3组不同参数焊接的钢轨接头暗色灰斑情况,为确定闪光焊工艺参数提供参考。     

U75V钢轨移动闪光焊焊后热处理工艺研究

钢轨经闪光焊焊接以后,焊缝区域脆性增大,影响到无缝线路的使用性能和寿命,因而需进行焊后热处理。针对U75V钢轨采用连铸技术后与以往模铸生产时性能的差别,对其接头焊后热处理工艺进行了研究,提出了最佳工艺参数:感应加热温度(880±20)℃,加热时间>120 s,喷风压力0.12～0.15MPa,喷风时间150 s。此时接头全断面平均冲击功23.5 J,接头轨面硬度与母材的比值为0.975,轨底侧晶粒度9级,焊接接头的性能得到了全面的提高。     

1Cr18Ni9Ti同种金属及其与16MnDR异种金属焊接接头抗腐蚀研究

通过对1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢同种金属和1Cr18Ni9Ti/16MnDR异种金属的焊接接头抗晶间腐蚀试验研究,分析了焊缝金属的化学成分和金相组织形态;阐明了焊缝金属中C,Cr等主要合金元素以及组织形态对焊缝金属抗腐蚀性能的影响;确定了合理的焊接材料和焊接工艺规范。     

轨道车辆铝合金中厚板单双丝焊接工艺对比研究

通过使用单丝MIG自动焊及双丝MIG自动焊两种焊接工艺对铝合金中厚板进行焊接,对比分析两种焊接工艺的焊接过程、金相组织及力学性能发现,双丝焊可提高焊接效率,减少焊接辅助时间,双丝焊焊缝微观组织更加致密,晶粒更加细小,双丝焊焊缝拉伸强度略高于单丝焊,但二者相差不大。在焊缝质量不降低的前提下,双丝焊可有效提升生产效率,降低工时成本。     

对欧洲和我国钢轨闪光焊标准中主要指标的分析与研究(上)

在介绍国内外钢轨闪光焊现状的基础上,从宏观形貌、微观组织和力学方面比较钢轨焊态接头和正火热处理接头性能。从焊态接头静弯试验、宏观、微观3个方面,介绍EN 14587 (所有部分)《铁路应用轨道钢轨的闪光对接焊》对接头的检验要求。从正火热处理接头落锤试验、宏观、微观3个方面,介绍TB/T 1632.2—2014《钢轨焊接第2部分:闪光焊接》对接头的检验要求。通过对2项标准的分析对比认为,欧洲标准中的静弯试验检验方法和指标制定得较为合理,但试验时需要设定温度范围,才能保证试验结果可靠;我国标准中的落锤试验检验结果与试件温度关系密切,试验时达到上限温度,试验结果更容易通过;我国标准中的静弯指标偏低,应适当调整;欧洲标准要求R350HT焊接接头不允许存在马氏体,实际很难避免,建议通过限制马氏体数量来控制接头质量;我国标准中的微观组织检验方法和指标建立在热处理接头条件下,出现马氏体的概率很低,制定得较为合理。     

对欧洲和我国钢轨闪光焊标准中主要指标的分析与研究(下)

在介绍国内外钢轨闪光焊现状的基础上,从宏观形貌、微观组织和力学方面比较钢轨焊态接头和正火热处理接头性能。从焊态接头静弯试验、宏观、微观3个方面,介绍EN 14587(所有部分)《铁路应用轨道钢轨的闪光对接焊》对接头的检验要求。从正火热处理接头落锤试验、宏观、微观3个方面,介绍TB/T 1632.2—2014《钢轨焊接第2部分:闪光焊接》对接头的检验要求。通过对2项标准的分析对比认为,欧洲标准中的静弯试验检验方法和指标制定得较为合理,但试验时需要设定温度范围,才能保证试验结果可靠;我国标准中的落锤试验检验结果与试件温度关系密切,试验时达到上限温度,试验结果更容易通过;我国标准中的静弯指标偏低,应适当调整;欧洲标准要求R350HT焊接接头不允许存在马氏体,实际很难避免,建议通过限制马氏体数量来控制接头质量;我国标准中的微观组织检验方法和指标建立在热处理接头条件下,出现马氏体的概率很低,制定得较为合理。     

钢轨闪光焊接头过热区缺陷的形成机理及预防方法

对钢轨闪光焊接头轨底过热区出现的微裂纹缺陷的形成和扩展机理进行了分析,并结合相关疲劳试验及断口扫描,证明裂纹缺陷与钢轨母材带状组织中的Mn S夹杂物有关。Mn S夹杂物沿着带状组织纵向层状分布,弱化带状组织垂直方向的强度。焊接加热使得其强度进一步下降。焊接末期的顶锻和推凸使得带状组织沿垂直方向承受较强的剪切应力,当剪切应力值超过带状组织垂直方向的强度时就会出现微小裂纹。存在这类裂纹的落锤断口特征是在裂纹源区宏观断口可观察到微小裂纹及空洞。控制该缺陷产生的方法是减小母材成分偏析和提高推凸时的接头温度。