钢轨伤损及探伤方法-钢轨焊缝及焊缝缺陷

钢轨焊缝及焊缝缺陷CONTENTS目录闪光焊焊接工艺及伤损识别气压焊焊接工艺及伤损识别铝热焊焊接工艺及伤损识别铝热焊（也称热剂焊）就是利用金属氧化物和金属铝之间的放热反应所产生的过热熔融金属来加热金属而实现结合的方法。铝热焊需要在待焊件之间留出一定的间隙，周围用模具围上，然后点燃坩埚中的焊剂，通过氧化还原反应，放热生成液态金属，将液态金属注入焊件之间的间隙，完成金属的焊接。铝热焊示意图一.铝热焊焊接工艺及伤损识别（一）铝热焊焊接工艺1.气孔气孔是焊缝在凝固过程中气体未及时排除所形成的，是铝热焊铸造组织中最常见的缺陷之一。气孔表面是光滑的，大小不均，有单个或蜂窝状的气孔群体，一般呈圆形。气孔按部位可分内部气孔和皮下气孔（紧靠表皮下产生）。内部气孔在焊缝整个断面内均可出现，皮下气孔一般在轨底及轨底两侧斜面上容易产生。一.铝热焊焊接工艺及伤损识别（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别气孔产生的主要原因：（1）焊剂受潮，含有水分，铝热反映高温下水分汽化在焊缝中形成气孔。（2）封箱泥过多、过湿或砂模潮湿，气体不能及时排出。

（3）预热温度过低，钢水容易凝固使气体不易排出，易在轨底两角产生气孔。（4）预热到浇筑前时间超过30s，使预热后砂模温度降低，易在轨底两角产生气孔。

（5）镇静时间不够，或铝热反应不充分，浇入砂型后继续作用形成气孔。（6）铝热焊剂在生产过程或使用过程中带入油质，在铝热反应的高温下，这些油质燃烧变成气体，进入焊缝内形成气泡。（7）轨缝两个断面不垂直，互不平行，造成气体排除不畅。一.铝热焊焊接工艺及伤损识别（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别2.未焊合未焊合是指钢轨铝热焊后，原来待焊的两个钢轨端部断面上仍有没有熔化的区域，这种情况称为未焊合。钢轨未焊合多发生于轨头，也有存在于轨底的现象。一.铝热焊焊接工艺及伤损识别（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别未焊合产生的主要原因

（1）钢轨预热温度过低，铝热焊所放出的热量不足以使轨端熔化。（2）轨端处理不好，在轨端产生了一个脆弱的氧化层。（3）砂箱或预热枪装偏、不居中，一侧预热不足。（4）预留轨缝太小，焊缝内热容量过小，没有将钢轨端部完全熔化就已冷却。（5）浇注设计不良，进入铸型的钢水不能使钢轨端面全部熔化。（6）轨端用氧气切割，未用锯轨机切割，端面不平整。（7）砂箱“跑铁”使铸型未浇满或夹渣，扣箱时砂箱对偏。一.铝热焊焊接工艺及伤损识别（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别钢轨预热温度过低，铝热钢所放出的热量不足以使轨端熔化。1钢轨预热温度过低，铝热钢所放出的热量不足以使轨端熔化。2砂箱或预热枪装偏、不居中，一侧预热不足。3预留轨缝太小，焊缝内热容量过小，没有将钢轨端部完全熔化就已冷却。4浇注设计不良，进入铸型的钢水不能使钢轨端面全部熔化。5轨端用氧气切割，未用锯轨机切割，端面不平整。6砂箱“跑铁”使铸型未浇满或夹渣，扣箱时砂箱对偏。7（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别一.铝热焊焊接工艺及伤损识别未焊合产生的主要原因3.热裂纹

钢轨浇入铸型后不久就开始凝固，在稍低于其凝固点的一定温度范围内，强度较低，如果由于内部的收缩应力或是由于操作不当而受到外力超过在该温度范围钢的强度极限时，就会产生裂纹及断裂。一.铝热焊焊接工艺及伤损识别（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别热裂纹产生的主要原因一.铝热焊焊接工艺及伤损识别（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别焊接过程中焊缝有移动、受拉、存在较大的拉应力。1过早拆箱，使焊头提前受力。2提前推瘤，使焊头提前受力。3焊头在冷却过程中，未完全凝固时受到外力的锤击。4热裂纹与钢的化学成分有关，钢中含硫量过高时易产生。5一.铝热焊焊接工艺及伤损识别4.夹砂

夹砂是指焊缝中掺杂砂子。产生夹砂的一般原因有：（1）扣箱时没有一次扣准，型砂在移动过程中被损坏掉入型腔内。（2）型砂磨合后未用毛刷清除掉浮砂。（3）有碎屑等杂质进入型腔内。（4）因过热使砂子变成玻璃状挤入熔合区。（5）配砂不合理，型砂强度低，在浇注过程中由于型砂表面破裂或表层脆层引起。（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别5.夹渣

夹渣是由于熔渣进入焊缝而造成，是铝热焊铸造组织中常见的缺陷之一。（1）焊缝断面不清洁，有金属渣、屑等。（2）上砂模后未盖口，杂质进入。（3）轨缝过大、砂箱不密贴或产生“跑铁”现象。钢水量不足，熔渣不能完全排除，进入型腔，最易在轨顶部分产生夹渣。（4）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，凝固快、熔渣来不及浮出。一.铝热焊焊接工艺及伤损识别夹渣的产生原因：（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别6.螺孔裂纹

在螺孔处形成的焊接裂纹，称为螺孔裂纹。铝热焊接在冷却过程中会产生一定的焊接应力，一般要求在焊缝附近不要有螺栓孔，避免在焊接应力的作用下在螺孔处形成裂纹，造成伤损。在列车作用下，裂纹会发展扩大，最后导致断轨。一.铝热焊焊接工艺及伤损识别（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别7.粗晶

在焊头的金相组织方面，部分或全部断面上的晶粒粗大或不均匀，称为粗晶。实际生产中，要求焊缝的晶粒度比钢轨的晶粒度低一级。

一.铝热焊焊接工艺及伤损识别产生粗晶的原因如下：金属凝固或加热到相变温度以上或在奥氏体再结晶区变形时，再结晶后停留时间长、冷却速度慢使晶粒集聚长大。1粗大奥氏体晶粒固态相变后铁素体晶粒粗大。2（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别8.缩孔和疏松有时由于预热不正常,某部位温度过高(一般容易在预热孔对面的轨腰或轨底脚处),使该处最后凝固,凝固过程中伴随着体积收缩,在得不到外来钢水补缩的情况下,最后在该处形成缩孔,若缩孔集中,似海绵状时,就叫疏松。缩孔和疏松降低了钢轨焊缝的强度,使钢轨产生疲劳裂纹。（1）预热时间过长（2）局部高温，有过热现象。特别是轨腰部分有局部过热现象。（3）预热枪或砂模装偏，位置不居中，形成一侧过热现象。（4）轨缝过大。一.铝热焊焊接工艺及伤损识别（二）铝热焊常见缺陷的伤损识别缩孔和疏松产生的原因如下:闪光焊也称闪光对焊，广泛用于钢筋纵向连接及预应力钢筋与螺丝端杆的焊接。钢筋闪光对焊的原理是利用对焊机使两端钢筋接触，通过低电压的强电流，待钢筋被加热到一定温度变软后，进行轴向加压顶锻，形成对焊接头。顶锻力夹紧力电极钳口+-顶锻力夹紧力夹紧力夹紧力二.闪光焊焊接工艺及伤损识别（一）闪光焊焊接工艺1.打磨灼伤当手持砂轮长时间用力打磨已经完全冷却的焊头某个部位表面时，极易形成灼伤。打磨灼伤处形成疲劳源，在力的反复作用下容易引发钢轨折断。二.闪光焊焊接工艺及伤损识别（二）闪光焊常见缺陷的伤损识别2.电极灼伤移动闪光焊的焊机电极夹持轨腰部位（距离焊缝8cm外的位置），固定式焊机电极是上下夹持轨顶和轨底（距离焊缝约10cm外的位置），常在夹持部位出现接触不良或电极面上存在焊渣，造成此处钢轨打火。轨底打火是最严重的电极灼伤，能够使钢轨在运营中突然断裂。二.闪光焊焊接工艺及伤损识别（二）闪光焊常见缺陷的伤损识别3.推凸导致的缺陷两根焊接轨的断面尺寸不可能完全相同，总是存在偏差，因此推凸刀和钢轨断面之间必然存在间隙。当推凸刀将顶锻挤出的高温金属推凸到焊缝另一侧钢轨表面时，会形成舌状包边，紧紧黏在钢轨表面，相当于一个尖劈，出现应力集中，造成线路上焊头早期疲劳断裂。二.闪光焊焊接工艺及伤损识别（二）闪光焊常见缺陷的伤损识别4.灰斑灰斑是允许存在的缺陷，但是其面积大小有限制。灰斑只是出现在焊缝面，呈现平的和光滑的形貌，国外称其为平斑（flatspot）。U71Mn钢轨焊头焊缝断面上的灰斑是无光泽的，U75V钢轨焊头焊缝断面上的灰斑是光亮的。灰斑和焊接工艺有关：加速烧化速度慢、顶锻合缝速度慢、顶锻前的烧化过程出现大的脉冲电流或出现断路都可能出现灰斑缺陷。U75V钢轨的焊缝断面灰斑二.闪光焊焊接工艺及伤损识别（二）闪光焊常见缺陷的伤损识别5.过烧过烧是组织缺陷，轻度过烧呈现很细小的炭黑斑点，严重过烧呈黑色蜂窝状组织。其起因是：顶锻前的钢轨端面液态金属层厚薄不均匀；焊接端头的温度梯度陡，纵向没有足够的塑性变形区；顶锻时的钢轨端面过热熔渣未完全挤净形成过烧组织。过烧常常出现在轨底和轨脚位置。二.闪光焊焊接工艺及伤损识别（二）闪光焊常见缺陷的伤损识别6.未焊合缺陷未焊合是焊接设备状态不良、出现加速烧化速度异常，或顶锻速度过慢等原因出现不正常焊接过程造成的。1区有熔融状表层，2区脆性断裂轨角未焊合断口二.闪光焊焊接工艺及伤损识别（二）闪光焊常见缺陷的伤损识别7.晶粒粗大晶粒粗大主要是正火温度不足而未细化焊接接头粗晶区中的粗大奥氏体晶粒。无论是中频感应加热，还是火焰加热,其焊头都有可能存在局部位置温度低于钢轨基体相变温度,尤其是轨底脚部位。二.闪光焊焊接工艺及伤损识别（二）闪光焊常见缺陷的伤损识别气压焊是以氧气和乙炔火焰加热钢筋的接头位置,使之达到塑性状态或表面熔融状态,而后施加压力将钢筋结合在一起的一种焊接方法。将需焊接的钢轨端面对准并紧密贴合，用火焰加热端面周围到塑性状态，然后对贴合面加压顶锻。钢轨气压焊的焊接温度较低，只加热到1250℃左右，且为固相结合，故具有焊接强度高于一般压接法所具有的优点。钢轨气压焊示意图三.气压焊焊接工艺及伤损识别（一）气压焊焊接工艺1.光斑

光斑也称光板、白板、白斑，是两个焊面没焊合，其断口平滑，用手触摸时无毛刺，不划手，只出现在钢轨焊接的结合面上。光斑是允许出现的缺陷，但其面积应受到限制。光斑的产生与钢轨端面打磨不平整，精锉不规范以及端面污染，加热器喷火火焰不正常、局部温