u71mn與u75v鋼軌焊接可行性及可靠性研究(編輯修改稿)
2025-07-20 07:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 鋁熱焊劑，放在特制的坩堝中，用高溫火柴點(diǎn)燃，發(fā)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng)，置換出鐵，這些高溫鐵水可以將添加在鋁熱焊劑中并已混合均勻的合金元素，完全熔化在一起形成特定化學(xué)成分的鋼水。如果將鋼水澆鑄于固定在兩根鋼軌接縫處的砂型內(nèi)，即可將兩根鋼軌焊鑄在一起，最后形成與鋼軌的化學(xué)、冶金和機(jī)械性能等方面相匹配的焊接接頭。優(yōu)點(diǎn)：無需電源，設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)成本低，沒有頂鍛過程，接頭外觀平順性好，占用封鎖時(shí)間短。缺點(diǎn)：鋼軌鋁熱焊是鑄造過程，其焊縫金屬是鑄態(tài)組織，焊接過程中熱輸入量大，導(dǎo)致焊接接頭受熱面積較大，使接頭的組織和性能降低，相對(duì)閃光焊、氣壓焊要差。同時(shí)焊縫常存在各種鑄造缺陷（疏松、氣孔、夾雜物等），這些缺陷經(jīng)列車反復(fù)作用常由局部微小裂紋發(fā)展成鋼軌宏觀斷裂。 焊接工藝焊接程序有：到焊接現(xiàn)場(chǎng)前的準(zhǔn)備→在焊接現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備→鋼軌端頭打磨、除銹→對(duì)軌→軌端干燥→預(yù)熱架安裝→砂型安裝→預(yù)熱→裝焊藥、放置坩堝→點(diǎn)火、鋼水澆注→拆模→推瘤→打磨→焊縫探傷。為確保工地現(xiàn)場(chǎng)鋁熱焊接質(zhì)量，施工時(shí)必須嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行操作，控制好每一個(gè)步驟。鋁熱焊焊接示意圖如圖41所示：圖41 鋁熱焊焊接示意圖 材質(zhì)對(duì)焊接工藝的影響根據(jù)施密特鋼軌技術(shù)（昆山）有限公司的鋁熱焊說明書可知，在鋁熱焊焊接中，U75V鋼軌和U71Mn鋼軌焊接可以進(jìn)行焊接，除了焊劑以外，其他參數(shù)均與U75V鋼軌焊接、U71Mn鋼軌焊接的參數(shù)大致相同。主要焊接參數(shù)如表41所示：表41 主要焊接參數(shù)預(yù)熱槍高度（mm）氣體壓力（bar）預(yù)熱時(shí)間（分）焊縫寬度（mm）尖點(diǎn)高度（mm）反應(yīng)時(shí)間(s)鎮(zhèn)靜時(shí)間(s)拆模時(shí)間（分）軌頭砂型 去除時(shí)間 (分)推瘤 時(shí)間 (分)氧氣乙炔40281+28~156~18依據(jù)《TB/T 鋼軌焊接第3部分：鋁熱焊接》“不同牌號(hào)鋼軌之間的焊接，焊接接頭的質(zhì)量要求按照強(qiáng)度級(jí)別較低的鋼軌執(zhí)行”，不同材質(zhì)強(qiáng)度的鋼軌相互焊接時(shí)，焊縫金屬性能只需符合兩種母材中的一種，即即可認(rèn)為滿足技術(shù)使用要求。如不能自行設(shè)計(jì)焊劑，則應(yīng)按材質(zhì)強(qiáng)度低的鋼軌選用焊劑。，U75V鋼軌的強(qiáng)度高于U71Mn，因此U75V鋼軌和U71Mn鋼軌焊接按照U71Mn選擇相應(yīng)的焊劑。施密特公司提供的焊劑選擇標(biāo)準(zhǔn)如表42所示：表42 不同材質(zhì)鋼軌鋁熱焊焊劑選擇若技術(shù)條件允許設(shè)計(jì)焊劑，則應(yīng)考慮母材化學(xué)成分的不同選擇焊劑添加材料。鋁熱焊焊縫化學(xué)成分主要由焊劑和鋼軌母材的成分及其熔化率，并通過添加不同微量元素及其加入量的合金物影響焊縫金屬的力學(xué)性能。為確保焊縫金屬的強(qiáng)度和硬度與鋼軌母材相匹配，焊縫金屬的含碳量應(yīng)該與鋼軌的含碳量相近。硅和錳是鋼軌中常用元素，通過固溶強(qiáng)化，可明顯提高焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度。鋁、鉻、鎳和稀土等元素在鋁熱反應(yīng)時(shí)形成高熔點(diǎn)的氧化物，作為液態(tài)金屬的形核劑，在凝固過程中細(xì)化晶粒，可提高焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度。鋼軌鋁熱焊縫金屬化學(xué)成分的設(shè)計(jì)以碳、硅、錳為主要元素，用其他微量元素調(diào)節(jié)焊縫金屬的強(qiáng)度、硬度、韌性等綜合性能。若焊接U75V和U71Mn時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高含碳量，并使Si、Mn、V的含量兩者之間，保證焊縫區(qū)的成分均勻過渡，從而避免因?yàn)槌煞植痪鶆蛟斐蓽囟忍荻却蠛蛻?yīng)力集中等問題。 材質(zhì)對(duì)焊縫質(zhì)量的影響焊接接頭包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)，其中熔合區(qū)具有明顯的化學(xué)不均勻性，從而引起組織不均勻。其組織特征為少量鑄態(tài)組織和粗大的過熱組織，因而塑性差，強(qiáng)度低，脆性大，易產(chǎn)生焊接裂紋和脆性斷裂。當(dāng)焊縫金屬與母材的化學(xué)成分、線膨脹系數(shù)和組織狀態(tài)相差較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致碳及合金元素的再分配，同時(shí)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和嚴(yán)重的淬硬組織，所紋、發(fā)生局部脆性破壞的危險(xiǎn)區(qū)，是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。U75V鋼軌和U71Mn鋼軌鋁熱焊接時(shí)采用U71Mn焊劑，焊縫區(qū)金屬的化學(xué)成分和物理性能與U71Mn鋼軌更為接近，其與U75V鋼軌在化學(xué)成分、線膨脹系數(shù)和組織狀態(tài)的差別比其與U71Mn的差別要大，因此焊接接頭焊縫區(qū)與U75V鋼軌一側(cè)熱影響區(qū)容易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和淬硬組織，容易產(chǎn)生裂紋甚至發(fā)生斷裂。 可行性及可靠性分析可行性：U75V鋼軌和U71Mn鋼軌可以采用鋁熱焊接，并有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在焊接時(shí)選取按照材質(zhì)強(qiáng)度低的鋼軌（U71Mn鋼軌）選用焊劑。其他焊接參數(shù)及工藝差別不大?？煽啃裕轰X熱焊焊接接頭質(zhì)量低于閃光焊和氣壓焊，U75V鋼軌和U71Mn鋼軌焊接時(shí)，焊接接頭焊縫區(qū)與U75V鋼軌一側(cè)熱影響區(qū)容易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和淬硬組織，容易產(chǎn)生裂紋甚至發(fā)生斷裂，進(jìn)一步降低接頭質(zhì)量，存在安全隱患。在焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝、按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接接頭進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。5 鋼軌閃光焊 焊接原理閃光焊是將待焊鋼軌分別上下夾緊，鋼軌兩段相互靠近甚至接觸，電流通過待焊鋼軌端部產(chǎn)生的熱量，不斷形成金屬過梁，隨著過梁爆破產(chǎn)生閃光、飛濺使被焊端面加熱至表面熔化狀態(tài)，隨后加壓頂鍛，在壓力下兩端金屬相互結(jié)晶，使兩節(jié)鋼軌焊在一起。閃光焊接焊后熱處理一般采用正火處理，加熱溫度一般為母材臨界溫度30℃~50℃以上。閃光焊
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