钢轨闪光焊灰斑缺陷形成原因及预防方法

在钢轨闪光焊接过程中,母材中的MnS夹杂物从焊接过热区溶于焊缝金属。在焊接末期的连续闪光阶段,出现大的过梁爆破,形成暴露于空气的空洞,使焊缝金属中的Mn和Si在高温下与氧气发生反应,形成硅酸盐夹杂物,构成灰斑缺陷,其中Mn约占40%～50%。对比试验发现,U71Mn钢轨的MnS夹杂物和Mn含量分别是U75V钢轨的2倍和1. 2倍;对U71Mn和U75V钢轨闪光焊接头分别进行静弯和落锤试验,经统计,U71Mn钢轨断口灰斑面积分别是U75V钢轨的4. 5倍和2. 3倍。试验结果表明,钢轨母材中的MnS含量与焊缝金属中灰斑面积成正比。控制母材中的MnS含量可有效降低焊缝断口灰斑面积,从而提高钢轨闪光焊接头强度。     

钢轨闪光焊接头灰斑特性及成因分析

灰斑是钢轨闪光焊接头中常见的缺陷,对钢轨焊接接头质量有直接的影响.本文通过研究挤出瘤中的夹杂物组织及其形态,并在钢轨闪光焊完成预热烧化后终止焊接作业,取样分析,以探究灰斑的形成原因.结果表明:焊接过程中熔融金属与氧发生反应,各种成分通过扩散作用不断聚集,最终在焊缝局部区域形成硅酸盐夹杂物.受焊接工艺影响及夹杂物流动性差异,顶锻阶段少部分夹杂物未被挤出,从而在焊缝内部形成灰斑.     

贝氏体钢轨母材轨头核伤原因分析

通过断口宏观与微观形貌观察、扫描电镜及能谱分析、金相显微组织分析等方式对3根贝氏体钢轨母材轨头核伤的原因予以分析,发现伤损均为氢致裂纹引起的轨头内部横裂型核伤。断口中心区域存在粗大的非金属夹杂物是导致钢轨中的氢在此处富集并形成裂纹的主要原因。贝氏体钢轨氢致裂纹型核伤的主要特征有:伤损位于轨头内部踏面下方4~10 mm处,断口中部存在粗大夹杂物;断口附近的低倍样中观察不到微细裂纹。通过采取改进生产工艺、降低钢中的氢含量(将钢水氢含量控制在1.7×10^-6以下)、减少钢中的粗大夹杂物等措施,再上线的贝氏体钢轨未出现该类伤损。     

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.     

钢轨焊接生产过程中马氏体组织的产生与预防控制

以太原铁路局湖东钢轨焊接整修基地U75V钢轨焊接生产过程为基础,对比分析了马氏体、珠光体组织的性能与区别,以及U75V钢轨母材与钢轨焊缝中马氏体组织的出现对钢轨性能的影响,通过分析U75V钢轨焊接过程中影响钢轨母材与接头组织中马氏体的产生方式和诱导其转变的因素,相应地制定了有效的控制措施,为长钢轨的焊接生产质量控制提供了保障。     

地铁线路钢轨闪光焊接头轨头下颚伤损原因分析

国内某地铁线路在服役2年多后,钢轨的闪光焊接头出现了多起轨头下颚伤损,裂纹从轨头下颚焊筋边缘处发生,并快速发展为严重缺陷,最后导致接头断裂。通过对该受损接头进行外观检验,采用光学显微镜、扫描电镜等设备对裂纹的断口形貌、金相组织等进行检验,找到了下颚伤损的具体原因：该轨头下颚处推瘤后焊缝余高超标,推瘤与母材形成的夹皮未打磨干净,由此形成了明显的尖角,导致应力集中;加上该处在焊后正火过程中脱碳,形成了大量的铁素体组织,导致钢轨疲劳强度降低;列车运行中,在轮轨反复作用力下,轨头下颚推瘤夹皮与母材尖角处形成裂纹源,并逐渐扩展形成疲劳核伤,裂纹进一步扩展后导致接头断裂。     

钢轨固定闪光焊接头轨底缺陷分析

对钢轨固定闪光焊接头轨底缺陷进行分析,发现造成静弯样品断裂的主要原因是轨底热影响区微裂纹及空洞。通过金相及微观成分分析,发现微裂纹存在明显的沿晶断裂特征,说明微裂纹为焊接过程中产生的高温裂纹。缺陷区域存在硫化锰夹杂物,其取向垂直于钢轨轧制方向,说明缺陷处微裂纹与钢轨母材的硫化锰夹杂物有关,顶锻使得近焊缝区的夹杂物取向发生改变,硫化锰夹杂物割裂晶体的连续性,造成钢轨强度下降。同时由于固定焊机顶锻完成到推凸时间间隔较长,造成推凸时近焊缝区温度降低,钢轨塑性变差,从而形成微裂纹及空洞。     

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。     

U71Mn钢轨的焊接过热敏感性分析

针对实际生产过程中U71Mn钢轨焊接接头落锤及断口检验通过率偏低的问题,选取U71Mn和U75V钢轨,对比分析其焊接接头的落锤次数、冲击功、平均灰斑面积、抗拉强度、静弯值、伸长率6项主要指标与加热程度指数之间的关系。分析结果表明,U71Mn钢轨存在比较明显的焊接过热敏感性。避免钢轨的焊接过热敏感性对钢轨焊接质量的影响应从钢轨材质、焊接方法、焊接工艺等方面综合考虑。提出了焊接过热敏感性强的钢轨在焊接过程中应注意的问题。     

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。