摘要:本文通過對(duì)鋁合金熱焊損傷的原因和損傷類型的分析,加強(qiáng)了鋁合金熱焊現(xiàn)場(chǎng)工作的管理,加強(qiáng)了對(duì)鋁合金熱焊現(xiàn)場(chǎng)工作的控制,脫落等損傷可參照軌頭焊接工藝。
關(guān)鍵詞:鋁熱焊;焊縫傷損;傷損分析;預(yù)防措施;軌頭焊補(bǔ)
一、鋼軌鋁熱焊?jìng)麚p總體情況
鋼軌鋁熱焊接頭是焊工的原因,其強(qiáng)度低于軌底,一般為軌底材料的70%,且后期磨損較大。此外,鋁熱焊接工作與工人的工作方法、工作水平和工作態(tài)度有很大關(guān)系,這些都是導(dǎo)致鋁熱焊頭損壞的原因。由于鋁的熱焊接過程是鑄造過程,不可避免地會(huì)產(chǎn)生氣泡和非金屬夾雜物等鑄造缺陷。
鋁合金熱焊焊頭表面的原始錯(cuò)位是造成返修后的不均勻沉降的重要因素,以導(dǎo)致及線路返修后工作量的增加。通過線路焊接方法得到改進(jìn),使線路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng),提高焊接質(zhì)量已經(jīng)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。
二、常見鋁熱焊?jìng)麚p類型及形成原因
(一)縮孔與疏松
鋁熱反應(yīng)過程中的縮孔,即溫度最高并最終凝固的溫度,是在體積收縮后,通過集中孔形成同心孔,使之收縮而形成的。疏松是一種細(xì)小而不連續(xù)的孔隙,在局部范圍內(nèi)分布均勻。
收縮的原因是鋁熱焊接時(shí)鋼水溶液與鋼軌接觸,對(duì)側(cè)與砂型接觸的熱傳導(dǎo)率不同,因此焊接前鋼軌與鋼水接觸的橫截面是必要的。如果預(yù)熱溫度過低或過低,且溫度不在中間,預(yù)熱槍和砂型偏重,位置不在中間,如果形成過熱現(xiàn)象,軌腰、軌腳等小截面的鋼液容易迅速凝固,縮孔變得困難,容易形成縮孔、疏松等鑄造缺陷,并產(chǎn)生于普通焊道的中心(預(yù)熱的最高溫度)和鋼軌的中心三角形,最終導(dǎo)致凝固中心松動(dòng)。
需要注意的是,如果預(yù)熱不均勻,預(yù)熱孔處軌面溫度局部偏高,則會(huì)延遲附近鋼水的凝固,焊接接頭的表面會(huì)收縮。當(dāng)焊接接頭出現(xiàn)疏松時(shí),會(huì)產(chǎn)生疲勞芯效應(yīng)。在列車交變載荷作用下,較大的疲勞裂紋會(huì)從疲勞核心處逐漸擴(kuò)展,導(dǎo)致焊縫過早疲勞斷裂,預(yù)熱槍或砂型找正不當(dāng),中心位置不當(dāng),鋼軌接頭過大,可能導(dǎo)致疏松。
(二)夾碴
卡盤是熱焊接鑄造鋁結(jié)構(gòu)中常見缺陷的釘扎形式,由于焊縫進(jìn)入焊道,未熔化的金屬塊與鋼中的其他金屬混合。在鋁的熱反應(yīng)中,熔化沒有及時(shí)進(jìn)行,它向上漂浮,流入模具型腔,粘附在鋼軌表面,凝固形成凹坑,它的特點(diǎn)是混合不規(guī)則的體積在橫截面上,顯示黑色和黑灰色,并存在于焊縫的每個(gè)部分。
裂紋產(chǎn)生的原因是鋼軌過大,砂箱沒有緊密接觸或鐵軌運(yùn)行。由于鋼的含水量不足,不可能完全排出破碎的碎片,碎片進(jìn)入模具,很容易被夾在軌道頂部。如果太早打開熔化塞,焊渣就不能從鋼水中分離出來(lái)。有的鐵軌邊緣很臟,有金屬碎片和雜物,在封箱的過程中,不蓋住模具口后上升到砂型內(nèi),讓雜質(zhì)進(jìn)入砂型內(nèi);砂型與導(dǎo)軌接觸面不匹配,沉積時(shí)間不足,反應(yīng)未完成,在模具的型腔中形成反應(yīng)碎片。
(三)熱裂
胎圈和熱影響區(qū)域可能發(fā)生熱裂紋,在焊頭的凝固過程中,溫度略低于凝固點(diǎn)的恒溫范圍,在該溫度范圍內(nèi),當(dāng)發(fā)生收縮應(yīng)力或外力超過鋼材的強(qiáng)度極限時(shí),就會(huì)出現(xiàn)裂紋和斷裂。在這種高溫區(qū)域形成的斷裂稱為熱裂紋,其特征是鋼軌母材與焊縫之間產(chǎn)生裂紋。也就是說(shuō),一般的熔化線先是呈錚白色,裂紋經(jīng)空氣氧化后變成深褐色,熱裂紋對(duì)焊頭的質(zhì)量有很大的影響,會(huì)導(dǎo)致斷開。
熱裂紋產(chǎn)生的原因是焊縫的運(yùn)動(dòng)和拉應(yīng)力,特別是在低溫下,由于激冷效應(yīng),加速壓縮使收縮應(yīng)力增大,在高溫區(qū)形成熱裂紋。當(dāng)焊頭在冷卻過程中沒有完全凝固時(shí),會(huì)受到外力的沖擊。
(四)未焊合
鋁熱焊接后,兩段待焊鋼軌仍存在未焊區(qū),稱為未焊區(qū)。焊接缺陷是鋁熱鋼在低預(yù)熱溫度下釋放的熱量不足以熔化鋼軌端部;預(yù)熱時(shí)間不足或氧氣、丙烷壓力不足不能使軌端熔化;軌端處理不良,軌端氧化層脆化,導(dǎo)致熔化不良,砂型孔與軌底找正不準(zhǔn),預(yù)熱槍間隙不均或找不到中心。導(dǎo)致一側(cè)預(yù)熱不足;鋼軌焊縫過小,熱容較小,冷卻時(shí)鋼軌端部未完全熔化,造成無(wú)焊縫;用氧氣切割鋼軌的端部,而不是用鋼軌鋸,中砂箱則采用“流水鐵”焊接。
(五)粗晶
對(duì)于焊頭的晶體結(jié)構(gòu)而言,部分或全部橫截面上的粗大或不均勻晶粒稱為粗晶粒。焊縫的晶粒度應(yīng)比鋼軌的晶粒度小一度。如果PD3鋼軌的晶粒度為6級(jí),則PD3鋼軌的晶粒度應(yīng)小于鋼軌的1度,焊縫的晶粒度不小于5級(jí),1-3級(jí)為粗晶粒。粗晶影響了焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和韌性,增加了焊接接頭的脆性。粗大的晶粒會(huì)導(dǎo)致鋼軌斷裂,以脆性斷裂為主。粗晶形成的原因是冷卻速度過快,是粗晶形成的主要原因。
三、鋁熱焊?jìng)麚p預(yù)防措施研究
對(duì)于在線熱焊接接頭,為了防止鋼軌因損傷而斷裂,必須有一套行之有效的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),接頭外觀檢查采用電子水準(zhǔn)儀,超聲波探傷儀用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測(cè)。
焊接接頭的外觀檢查主要包括用電子水準(zhǔn)儀檢查和觀察工作面和導(dǎo)向面的直線度。無(wú)縫線路、道岔鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊縫除按鋼軌探傷周期使用鋼軌探傷儀外,每半年用專用儀器進(jìn)行一次全斷面檢驗(yàn)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接條件較差的焊縫,應(yīng)根據(jù)具體情況增加檢驗(yàn)次數(shù)。
現(xiàn)場(chǎng)新焊道必須嚴(yán)格執(zhí)行“當(dāng)日施焊”工作制度,鋼軌焊接方案批準(zhǔn)后,線路工作站應(yīng)及時(shí)通知監(jiān)控車間及相關(guān)檢查組,監(jiān)控工作場(chǎng)所接到焊接計(jì)劃通知后,應(yīng)立即發(fā)放涂片,并對(duì)新焊道進(jìn)行檢查,線路作業(yè)場(chǎng)所負(fù)責(zé)安全防護(hù)等配合工作。
焊道對(duì)接接頭應(yīng)具有高中以上文化程度,發(fā)自內(nèi)心地?zé)釔蹌潅ぷ?,?duì)不習(xí)慣檢查鋼軌的人適時(shí)調(diào)整。焊道必須通過一級(jí)超聲波檢測(cè)和鐵路技術(shù)鑒定,并通過專業(yè)的鐵路焊道檢測(cè)技術(shù)檢驗(yàn)。應(yīng)了解焊道檢測(cè)原理,熟悉焊道缺陷標(biāo)準(zhǔn)。在年度大修前,我們將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控,并對(duì)新焊道進(jìn)行培訓(xùn)和測(cè)試。
打磨新的熱焊道后必須進(jìn)行試驗(yàn),焊道溫度必須冷卻到40℃以下℃, 試驗(yàn)表面不得有焊渣、焊管或嚴(yán)重腐蝕。鋼軌兩側(cè)、軌距兩側(cè)、鋼軌底部?jī)蓚?cè)和鋼軌頂部(30 mm)必須打磨至鋼軌的原始表面。在檢測(cè)焊道損壞之前,必須清除油和嚴(yán)重腐蝕。
焊縫檢測(cè)范圍為從焊縫中心到焊縫兩側(cè)。整個(gè)焊道掃描200mm,鋁熱劑焊道掃描延伸至焊道全寬(縱軌);焊接缺陷應(yīng)包括鋼軌接頭,包括焊縫和熱影響區(qū)(200m)。
手工檢測(cè)焊道,需要有高度的責(zé)任心,專心檢測(cè),觀察焊道,采用照亮焊道的方法,用檢查小鏡對(duì)鋁熱劑焊道的整個(gè)表面進(jìn)行檢測(cè)。特別是鋼軌邊緣位置和軌底難度,要做外觀檢查和超聲波探傷兩項(xiàng)檢查。
用檢查小鏡檢查焊縫軌頭的腰部,觀察有無(wú)銹跡、氣孔、胸膜腔、凹陷等缺陷裂紋。軌底部分:將檢查小鏡放入軌底,用自然光照鏡子看是否有裂紋。觀察焊道兩側(cè)的熱影響區(qū)域。是否有其他外力引起的缺陷(如軌底刷、軌底打磨機(jī)劃傷等)。隧道中的焊縫利用燈光的反射來(lái)檢查從軌頭到軌底的整個(gè)區(qū)段,方法是一樣的。
外觀檢查缺陷判定要求:軌頭位置不允許有裂紋,表面孔徑不大于1nm,數(shù)量不大于1;軌頭、下顎夾渣、夾砂不大于1nm,數(shù)量不大于1;氣孔大小不大于2m,數(shù)量不大于3個(gè),鋼軌下部不應(yīng)有裂紋、致密氣孔、大于2mm的單孔、鼓包、凹陷等缺陷。
焊縫探傷前應(yīng)徹底除銹,清除焊縫邊緣的焊渣、油脂和鐵銹。探傷表面無(wú)污垢、銹蝕,符合探傷要求。如發(fā)現(xiàn)部分零件因脹形或磨削不當(dāng)而影響探傷時(shí),應(yīng)做好記錄,并建立臺(tái)帳,通知生產(chǎn)線部門組織生產(chǎn)線車間打磨。探傷時(shí),嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程,注意探頭的耦合狀態(tài),控制探傷速度。新建帶電線路每條焊縫的探傷時(shí)間(含外觀檢查)不少于15分鐘。
結(jié)束語(yǔ)
鋁熱焊的影響因素包括工藝技術(shù)、操作人員的態(tài)度等。本文通過現(xiàn)場(chǎng)管理,嚴(yán)格的管理制度和過程控制,可以有效規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的正確操作,合理的獎(jiǎng)懲制度可以激發(fā)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的積極性。從而提高鋁熱焊接質(zhì)量,在一定程度上避免焊接過程中的損傷,很難完全避免鋁熱焊接的損傷。但通過加強(qiáng)管理,鼓勵(lì)現(xiàn)場(chǎng)操作,提高工人的積極性,可以有效地提高焊接質(zhì)量,防止鋼軌斷裂,鋼軌焊縫打磨可按后期規(guī)定進(jìn)行。
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作者簡(jiǎn)介:張奇(1996.06—),男,河北邯鄲人,大學(xué)本科,現(xiàn)任中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司邯鄲工務(wù)段助理工程師,研究方向?yàn)殇撥変X熱焊接。