U76稀土轨的焊接常见缺陷及消除方法

1、U76CrRE钢轨的脉动闪光焊的焊接缺陷及消除方法黄文斌摘要：呼和工务机械段换轨车间采用LR1200型焊机和脉动闪光焊工艺对U76CrRE钢轨进行试焊，在焊接过程中会出现一些焊接缺陷，如：灰斑、轨底角过烧、提前短路形成的灰斑缺陷、平齐断口等。在此分析了缺陷形成的原因，并提出了相应的解决措施观场应用取得了很好的效果。关键词：U76CrRE；焊接；缺陷；消除方法脉动闪光焊具有加热集中、热能有效利用系数高（）、焊接时间短、受热均匀等优点。接头机械强度与传统的连续闪光工艺具有显著提高，是焊接高强度稀土轨的理想工艺。U76CrRE钢轨具有强度高、韧性好、易于焊接等特点。它的抗拉强度达到1080 Mpa,

2、，硬度大于等于300hp。而目前国内普遍使用的钢轨抗拉强度是980Mpa,硬度是280hp。稀土钢轨可以说是目前中国最强的钢轨。一、U76CrRE钢轨材质分析随着我国经济的高速发展，铁路运输日趋繁忙，列车轴重、行车速度及密度大幅度提高，使钢轨的伤损加剧，特别是曲线段钢轨伤损越发严重。有研究表明这种伤损的主要原因是因为钢轨强度不足和夹杂物引起的。因此，开发高纯度的高强耐磨钢轨十分必要。稀土能净化钢质，改变夹杂物的性质和形态，从而提高钢轨的韧塑性，改善耐磨性。第一代U76NbRE钢轨的广泛应用，使用性能效果明显。包头钢铁公司为适应炼钢连铸工艺，根据国内外高强轨的经验，选择Cr、V合金作为强化元素，

3、并加入0.02%的稀土元素，开发了新一代稀土钢轨U76CrRE。在钢轨的开发过程中加入了铬和稀土贵钢轨夹杂物，冲击韧性，耐磨性，耐腐蚀性的影响。U76CrRE钢轨的化学成分如表1。表1 U76CrRE实验钢化学成分/%元素CSiMnPSCrVRE(加入量)化学成分0.71-87.810.0250.0250.080.02二、缺陷产生过程钢轨焊接接头质量与钢轨材料和化学成分、设备、焊接工艺、人为因素有着密切关系。钢轨母材中硅锰元素含量较高或硅锰元素偏析严重时，闪光焊接时容易出现缺陷；设备状态不良或响应能力较差时，容易产生缺陷；焊接参数设置不当时，容易导致缺陷。在两钢轨接头焊接过程中，会产生一些内部

4、缺陷，如灰斑、夹渣、未焊透、疏松、过热和过烧等，这些缺陷是肉眼观察不到的，必须通过一些如落锤、超声波探伤等特殊的手段才能知晓；在焊接（包括推凸）过程和以后打磨过程中钢轨表面也会有一些缺陷，如焊接接头接头错边、局部亏损或凹坑、表面裂纹、划伤、电击伤等，这些是肉眼可以观察到的，如果操作人员认真负责，这些表面缺陷是可以避免的。三、焊接接头内部缺陷的产生原因和预防措施内部缺陷的产生往往和母材材质、焊接工艺参数及设备有关，有些内部缺陷我们可以通过调整焊接生产线各工艺参数来控制或消除。（一）灰斑在焊接过程中，熔化的液态金属过梁爆破，形成大的火坑，在顶锻时来不及闭合；或者某些杂质元素氧化后没被挤出，从而形成

5、灰斑,如图1。灰斑是钢轨闪光接触焊工艺中一种特有缺陷，也是焊缝中出现最多的缺陷。灰斑的存在使得钢轨成为非连续均匀介质，使得各种力学指标下降。大量的落锤试验表明灰斑多处在钢轨轨底脚和三角区，而且位置离轨底越近（或在轨底脚上），危害就越大，其中最严重的是露头灰斑，往往是焊接接头断裂的裂纹源。如图1所示。灰斑不能完全消除，就LR1200焊机而言，通过实验我们只有在加热阶段调整好温度场，使烧化阶段各参数相互匹配，增加顶锻过程中的前端挤出量，尽可能将过梁爆破的火坑挤出钢轨轮廓线外，才能降低灰斑的产生机率。图1 灰斑（二）夹渣在焊接过程中形成的高熔点氧化物顶锻时没有从焊缝中挤出，则形成夹渣，再者如钢轨本身

6、存在非金属夹杂物，在焊接过程中也容易出现夹渣。在烧化过程中尽量保持稳定，减少氧化，再采用合适的顶锻力和顶端速度能减少夹渣的产生。（三）未焊透未焊透是指钢轨母材之间未能完全结合的部分，是一种很危险的缺陷，从焊缝横断面来看它与灰斑没有明显区别，都呈现平面状，但二者成因却不同，未焊透产生的原因主要有：顶锻前钢轨加热不够或温度场过窄；顶锻力不够或顶锻量过小；或钢轨在顶锻时未夹紧、打滑；顶锻速度太低或带电顶锻时间过小等。增加顶锻压力和带电顶锻时间，调整送进速度可以控制未焊透的产生。（四）疏松疏松一般发生在半熔化区里，这个区域液相和固相并存，在顶锻力不足的情况下，冷却收缩产生的细小孔隙不能够被及时弥补，则

7、会形成疏松。由于疏松区域夹杂物的聚集，使得钢轨接头的机械性能下降。要想减少疏松产生的机会，可以加大顶锻力及延长无电顶锻时间，减少伸出量及导热时间。（五）过热和过烧焊接时钢轨的加热温度过高或在高温下加热时间过长，加热温度不均匀，造成局部过热致使奥氏体晶粒长大形成过热，过热缺陷是可以消除的，我们通过后面的正火工位，采用适当的正火工艺对焊头进行热处理，使粗大的晶粒细化，增强焊缝的强度；过烧则是加热温度过高，晶粒急剧长大，晶粒边界熔化，是体积型缺陷，过烧基本在轨底角出现，轻度过烧呈细小黑灰斑点，重度过烧则呈黑色蜂窝状组织，产生过烧的焊缝无法补救，只能报废，锯掉重焊。在生产线上我们依靠超声波探伤来判定焊

8、接接头的内部是否存在缺陷，如果发现探伤结果有问题，通常按照落锤试件的尺寸将长钢轨中有问题的焊头锯切下来，进行落锤检验，观察断口并进行仔细的断口分析，判断产生焊接缺陷可能的生成原因，在实际生产中将这些可能因素逐一排除，进一步保证长钢轨焊接质量。四、焊接接头外部缺陷的产生和预防措施焊接接头的外部缺陷的产生除了和母材、设备有关，主要的还是人为因素造成的。（一）焊接接头接头错边如果待焊的钢轨端面几何尺寸存在较大偏差；或者钢轨存在扭曲变形、端面不对称；或者焊机对中装置出现偏差，而操作人员在选配轨和焊接时，未能协调配合好，往往会出现错边，如果错边超标，是不允许使用超范围打磨或矫直的方法纠正接头错边的。（二

9、）局部亏损或凹坑使用手提砂轮机打磨时，局部打磨量过大；或推凸刀没有调好，在推凸过程中使钢轨伤损；或推凸过程中将焊渣挤入热态的接头中，在随后的打磨中焊渣脱落都能使钢轨表面出现亏损或凹坑。（三）表面裂纹除了未焊透和露头灰斑造成的焊缝裂纹之外，在推凸焊筋和热影响区也会出现一些微裂纹，这些裂纹是在顶锻和推凸双重变形的作用下产生的。我们可以通过增大推凸余量，增加打磨厚度，当推土余粮打磨掉后，多数微裂纹即被消除。（四）表面划伤钢轨被利器划伤，在划伤部位产生应力集中，如果划伤在钢轨底面，在拉应力的作用下，划痕也会成为裂纹源，这是很危险的。（五）电击伤电击伤在闪光焊接头中出现在钢轨和电极接触的部位，由于接触不

10、良，导致点接触局部淬火，产生脆而硬的马氏体组织。电击伤缺陷的存在不但使静弯、落锤检验不能达标，疲劳性能也同样恶化。对于已造成电击伤的钢轨，可根据情况实施补救措施，加以修复，但缺陷严重者（主要指轨底表面电击伤）不得放过。只要操作人员认真负责，焊接接头的外部缺陷在生产线各工位都可能被发现并及时排除。在呼和焊轨段进行了一个多月的试焊，U76CrRE钢轨的试焊工作终于有了成效，一吨的重锤从5.2米高处落下砸住并且不断，其切割开的断口如图2。图2 断口五、焊接缺陷的存在对列车运行的影响焊接接头存在外观缺陷会使铁路轨道产生不平顺，特别是在列车高速运行条件下，严重影响列车运行的安全性、平稳性和舒适性。而焊接接头的内部缺陷是列车运行的隐性杀手，它们的存在使得焊接接头的机械性能和力学性能大大降低，在列车运行中，多种受力的作用下，承载后往往会引发裂纹，造成钢轨断裂，危及行车安全。总之，在钢轨焊接过程中