U76稀土轨的焊接常见缺陷及消除方法.docx

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1080Mpa,，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，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1U76CrRE实验钢化学成分/%
元素CSiMnPSCrVRE(加入量)化学成分0.71-87.81≤0.025≤0.025≤0.080.02
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