无缝线路焊接中铝热焊缺陷分析

无缝线路焊接中铝热焊缺陷分析

1常见的接头缺陷和形成原因在铝热焊接过程中，最常见的焊接缺陷是收缩孔、松动、咬闭孔、孔、拧紧、未焊接等。分析了这些缺陷的原因，并提出了解决方案。1.1收缩孔和稀释1收缩孔在浇注过程中,在温度最高、最后凝固的部位,由于体积收缩后得不到外来钢水的补缩,而形成集中孔穴称为缩孔。22放松细小而不连贯的缩孔,比较均匀地分布在焊缝的局部范围内称为疏松。3预热装配、压封铝热焊过程中,熔化的钢液一侧与钢轨接触,另一侧与砂型接触,热传导速度不同,因此,焊前需要对钢水接触到的钢轨断面进行预热。如果预热温度过低,或者低温条件下焊后未采取缓冷措施,预热枪或砂型装偏,位置不居中,形成一侧过热现象,就容易引起轨腰与轨脚等截面较小处的钢液快速凝固,导致补缩不足或气体不易排出而形成集中缩孔和气孔等铸造缺陷。缩孔一般易发生在焊缝中心处的轨腰(预热温度最高)及轨底中央三角区(最后凝固,易形成集中疏松)等部位。需要注意的是,如果预热不均匀,预热孔处的轨面温度局部偏高,使附近钢液凝固较晚,缩孔则可能出现在接头表面。焊缝有缩孔及疏松缺陷时,会引起疲劳核心的作用,在列车交变负荷作用下,从疲劳核心处开始逐步扩展形成较大的疲劳裂纹,并导致焊缝提前疲劳断裂。1.2剩余渣1切割滑动的渣是由焊接过程中的熔渣引起的如未能全部熔化的金属块或混入钢中的其他金属;在进行铝热反应中,熔渣未及时上浮冲走而进入型腔,粘附在钢轨表面被凝固,形成夹渣。2“跑铁”砂箱焊缝断面不清洁,有金属渣等;上砂模后未覆盖型腔口,使杂质进砂模;轨缝过大、砂箱不密贴或产生“跑铁”现象;镇静时间不够,反应未完成就浇注,在型腔内继续反应生成熔渣,由于凝固快,熔渣来不及浮出就形成夹渣。1.3砂和砾石11夹砂是在焊接过程中形成的如砂型及其耐火材料的碎屑;一次性坩埚的夹砂物;氧化铝与硫化锰的混合物等进入钢中。2主要形成原因如下砂型清洁不好,在磨合后未用毛刷清除掉浮砂;有碎屑等杂质进入型腔中砂箱一次没有扣准,在移动中砂型挤坏掉入型腔内。1.4铸造工艺因素1)气孔是铝热焊铸造组织中最常见的缺陷之一,是焊缝在凝固过程中产生和放出气体所形成,气孔表面是光滑的,一般呈圆形。气孔按部位分为内部气孔和皮下气孔2种。内部气孔在焊缝整个断面内均可出现,气孔尺寸有时可以很大,皮下气孔紧靠表皮下产生,一般在轨底及轨底两侧斜面上容易产生。2)产生气孔的原因。(1)焊接材料受潮导致气孔潮湿对铝热焊质量的影响非常大。焊接时如天气潮湿,焊接用坩埚、焊剂、砂模及封箱泥过多、过湿,砂模或封箱泥中的气体不能及时排出,在焊缝中形成气孔。通过分析,决定从焊接材料的生产到现场焊接施工等环节采取多种防潮措施,包括真空包装焊剂、砂模外加热缩膜以及严防坩埚受潮等措施,避免混入水分或油质中,解决了这一问题。(2)预热工艺不合理导致气孔铝热焊时,对钢轨端面和砂型进行预热,钢轨预热温度不能过低,否则,钢水容易凝固使气体不易排出而形成气孔,多发生在轨底两角处。通常采取固定预热法来保证预热枪头位置,否则,枪头过高会使轨角预热不足,枪头过低会使轨端预热不足,枪头不垂直会使轨端预热不均匀。用控制丙烷的流量或压力、预热时间并辅以观察钢轨端面颜色(鲜红色)的措施来控制预热工艺。但是,在操作过程中由于丙烷减压阀示值不准、钢轨端面颜色观察不准而造成预热工艺不当,导致焊缝内形成气孔。另外,预热到浇注前时间超过30s,使预热后温度降低,也容易在轨底两角产生气孔。1.5热钢法上焊缝的断轨和产生机理1)未焊合是在铝热焊接后,原来待焊的两个钢轨断面上仍有没熔化的区域,其断口呈未熔合状态,主要产生在轨脚两侧居多,对焊缝质量影响大,会造成断轨。2)产生的主要原因有:预热温度过低,铝热钢所放出的热量不足,以使轨端熔化;预热时间或氧化、丙烷压力不足;轨端处理不好,在轨端产生了一个脆弱的氧化层,造成熔合不好;砂箱或预热枪装偏、不居中,造成一侧预热不足;轨缝太小,焊缝内的热容量较小,在没有将钢轨端部完全熔化就已冷却;端面不平整,焊接中砂箱“跑铁”等。1.6焊缝线的滑1)灰斑是焊缝内形成的一层暗灰色且平滑,有放射性条纹的片状夹杂物,将大大降低钢轨焊缝的强度和韧性,极易造成钢轨断裂。2)主要原因是焊接时顶煅力不足。1.7共晶混杂物的影响1)过烧是焊接时加热温度过高,引起Mn、S的奥氏体晶体间的沉淀,如果加热到更高温度,在晶粒间产生液态,冷却后形成S与Fe的共晶夹杂物。2)热裂纹是在焊缝凝固过程中,稍低于其凝固点的一定温度范围内,强度较低,由于产生了收缩应力或受到外力超过了该温度范围内钢的强度极限时,就会产生裂纹或断裂。产生的主要原因:焊接过程中焊缝有移动,受拉,存在较大的拉应力;过早拆箱,提前推瘤,使焊缝提前受力,特别在低温时,焊缝由于受到激冷,加快收缩,加大了收缩应力,在高温区形成热裂。2预防连接错误的可能性2.1提高补缩钢的质量对于钢液补缩不足引起的焊接缺陷,应考虑采取以下几项措施来解决:1)改进铝热焊砂型的结构,将型腔两侧加宽2～3mm,以增加补缩钢水量。2)加强预热过程的控制,低温条件下应适当延长铝热焊的预热时间,以保证预热温度。在施工作业过程中由于受环境温度、燃气纯度、仪表精度等诸多因素影响,简单地按规定时间操作,就可能导致预热欠火。因此,根据现场的实际条件,适当调整焊接工艺显得非常必要。2.2夹渣和沙解决夹渣、夹砂缺陷主要是在焊接前彻底清洁焊缝断面及砂型,调整过大的焊缝,严格按标准流程操作,延长焊缝的镇静时间。2.3孔子解决这一问题的措施为:①经常校准丙烷减压阀;②尽量完善预热工艺,减少人为因素的影响;③提高工人焊接工艺水平。2.4轨端焊接面调整解决未焊合及灰斑的主要措施是在焊接前彻底处理好轨端焊接面,调整焊缝,准确把握预热时间及温度,让轨端彻底氧化,核准丙烷压力,方正砂箱,提高工人现场操作技能。2.5解决焊接过程中的位移问题过烧及热裂纹主要是焊接过程中对温度的把握不准确形成的,解决的主要办法是在焊接过程中密切注意温度的变化,焊接前对前后100m范围内的钢轨扣件进行加固,确保焊接过程钢轨不产生位移,严格按规定时间5min拆模。3疲劳伤损,裂纹焊缝是无缝线路钢轨的薄弱点,受焊接方法、工艺、材料和操作人员等诸多因素的影响,在使用过程中,