淺析閃光焊頭過(guò)燒缺陷的解決辦法

樊世平

【摘?要】隨著我國(guó)鐵路和城市軌道交通的高速發(fā)展，對(duì)無(wú)縫線路鋼軌焊接接頭質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，它質(zhì)量的好與壞關(guān)乎著線路的平穩(wěn)性，列車運(yùn)行的安全性。施工單位在線路上一般都采用移動(dòng)式閃光焊接的方式，但在正式上線前，我們都要先進(jìn)行焊接接頭的型式試驗(yàn)，只有試驗(yàn)通過(guò)了，才能施工;型式試驗(yàn)中最為直觀的一項(xiàng)就是落錘試驗(yàn)，通過(guò)此項(xiàng)試驗(yàn)，可以檢驗(yàn)接頭的抗錘性和斷口是否合格。通過(guò)對(duì)焊接完成的試頭進(jìn)行落錘，我們會(huì)遇到鋼軌閃光焊內(nèi)部常見(jiàn)的灰斑、未焊透、過(guò)燒、夾渣等缺陷，這些缺陷會(huì)嚴(yán)重降低接頭的性能，所以我們只有通過(guò)外部手段和焊接工藝參數(shù)的調(diào)整，來(lái)控制和消除內(nèi)部缺陷，充分提高焊接接頭的質(zhì)量，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】閃光焊接頭;內(nèi)部缺陷;原因;危害

Analysis of the solution to the flashing head overburning defect

Fan Shi-ping

（China Railway First Bureau Group New Transportation Engineering Co.， Ltd?Xianyang?Shanxi?712000）

【Abstract】With the rapid development of China's railway and urban rail transit， the requirements for the quality of seamless rail welded joints are also getting higher and higher. The quality of the joints is related to the stability of the line and the safety of train operation. The construction unit usually adopts the mobile flash welding method on the line. However， before the official launch， we must first carry out the type test of the welded joint. Only after the test is passed can the construction be carried out; the most intuitive one in the type test is the drop hammer. Test， through this test， can verify the joint resistance and fracture of the joint. By performing the drop hammer on the welded test head， we will encounter the common gray spots， incomplete penetration， over-burning， slag inclusion defects in the flash welding of the rail. These defects will seriously reduce the performance of the joint， so we only pass the outside. Means and adjustment of welding process parameters to control and eliminate internal defects， fully improve the quality of welded joints， and produce qualified products.

【Key words】Flash solder joint;Internal defect;Cause;Hazard

1. 閃光焊接頭內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的原因

閃光焊是焊軌機(jī)的導(dǎo)電以及夾緊鉗口夾持鋼軌，利用電流通過(guò)鋼軌端部產(chǎn)生的熱量，不斷地形成過(guò)梁、爆破，使鋼軌融化，最后在頂鍛的作用下相互結(jié)晶，形成焊頭。焊接接頭的內(nèi)部質(zhì)量與鋼軌的材料和化學(xué)成分，設(shè)備的性能，焊接工藝參數(shù)，人員的技術(shù)水平，施工環(huán)境等有很大關(guān)系。在焊接接頭的過(guò)程中，可能因?yàn)楹杠壴O(shè)備的不穩(wěn)定和性能不過(guò)關(guān)，鋼軌母材的成分偏析，設(shè)備操作人員的技能，焊接參數(shù)的設(shè)置不合理等原因，在焊頭內(nèi)部形成不同種類的缺陷。

2. 過(guò)燒產(chǎn)生的原因及危害

頂鍛前的鋼軌端面液態(tài)金屬層薄厚不均勻，焊接端頭的加熱溫度過(guò)高，晶粒急劇增大，縱向沒(méi)有足夠的塑性變形區(qū)，頂鍛時(shí)鋼軌端面過(guò)熱熔渣未完全擠凈形成過(guò)燒組織。過(guò)燒常常出現(xiàn)在軌底和軌底上下位置，輕度的過(guò)燒呈細(xì)小黑灰斑點(diǎn)，重度過(guò)燒則呈黑色蜂窩狀組織，產(chǎn)生過(guò)燒的焊縫無(wú)法通過(guò)其他辦法補(bǔ)救，只能鋸切重新進(jìn)行焊接。

3. 過(guò)燒的解決對(duì)策

3.1?背景。

焊軌機(jī)在成都艾格科技有限公司完成設(shè)備的大修以后，出場(chǎng)前，技術(shù)人員要對(duì)焊機(jī)的進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)焊接試頭，進(jìn)行落錘試驗(yàn)，來(lái)檢驗(yàn)整機(jī)的機(jī)械性能和穩(wěn)定性。通過(guò)初步對(duì)焊接工藝進(jìn)行調(diào)整，連續(xù)12個(gè)無(wú)論用什么樣的不同工藝都是抗不住2錘，然后基于這樣的境況展開(kāi)了各種各樣不同方面的探索，落錘結(jié)果如表1（工藝落錘結(jié)果統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表1）。

3.1.1?分析原因。

（1）我們對(duì)這12個(gè)焊頭的斷口進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)斷口都有一個(gè)共性，軌底角都有或多或少的過(guò)燒現(xiàn)象，如圖1：

（2）為了能有效地提高焊頭的抗錘性，所有的問(wèn)題都聚焦到解決軌底角過(guò)燒的問(wèn)題上面，首先懷疑過(guò)燒是推瘤時(shí)推瘤刀擠入造成，于是更換新刀，結(jié)果問(wèn)題得不到解決，再更換別的焊機(jī)使用過(guò)的推瘤刀，問(wèn)題依然存在。試頭焊接完畢，推瘤后焊縫處存在一個(gè)縫隙，打磨平順后縫隙處理不掉，砸開(kāi)之后就是看到的過(guò)燒現(xiàn)象（焊帶有縫隙見(jiàn)圖2）。

（3）焊接完成后，在焊帶軌底角中心位置，會(huì)出現(xiàn)一條縫隙，經(jīng)過(guò)分析，得出是因?yàn)閰?shù)設(shè)置的不合適，留在鋼軌上的熱量不足，頂鍛時(shí)頂鍛量偏小造成的結(jié)果。需在參數(shù)方面進(jìn)行改善，于是嘗試各種增加熱量的方法，加熱的電壓，階段的位移，燒化速度，還有頂鍛量的設(shè)置，雖然消除了焊帶中間的縫隙，但抗錘性依然不理想（焊帶無(wú)縫隙見(jiàn)圖3）。

3.2?對(duì)于解決過(guò)燒問(wèn)題的研究。

3.2.1?硬件方面檢查原因。

（1）重新更換PLC程序和采集程序重新標(biāo)定速度和電壓之后試焊，斷口仍有過(guò)燒，抗錘性仍得不到提高。

（2）檢查焊機(jī)的頂鍛油缸是否有內(nèi)泄，結(jié)果合格（頂鍛油缸內(nèi)泄測(cè)試見(jiàn)圖4）。

（3）檢查發(fā)現(xiàn)電腦控制柜里面500：100的兩個(gè)交流小變壓器的變比分別是5.538和5.456，與標(biāo)準(zhǔn)相差10%和9%，偏差較大，于是將該兩個(gè)變壓器更換，更換之后的變比分別為5.02和5.04，接著試焊，斷口仍有過(guò)燒，抗錘性仍然得不到提高。

（4）焊軌機(jī)兩只頂鍛油缸的同步性，也直接影響設(shè)備的性能，當(dāng)出現(xiàn)油缸不同步時(shí)，伺服閥的響應(yīng)會(huì)受到影響，從而對(duì)PLC里面設(shè)置的燒化速度造成影響，工藝參數(shù)的不穩(wěn)定，會(huì)造成焊頭的不穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)維修人員的測(cè)量，同步性滿足施工的要求（頂鍛軸同步性測(cè)量表見(jiàn)表2）。

（5）自耦變壓器高壓接線端子從原來(lái)的420V改接到440V端子處，重新標(biāo)定電壓，試焊2個(gè)試頭，效果不明顯之后又返回到420V端子上（焊接自耦變壓器接線方式見(jiàn)圖5）。

（6）經(jīng)過(guò)一系列的檢查、軟件硬件的更換后，最后還是沒(méi)有解決斷口軌底角邊緣的過(guò)燒現(xiàn)象，但是可以下定結(jié)論：接頭不抗錘的根源出現(xiàn)在焊接過(guò)程的頂鍛階段。

3.2.2?優(yōu)化焊接工藝參數(shù)。

（1）對(duì)其他原因的分析，是在沒(méi)有調(diào)整工藝參數(shù)的前提下進(jìn)行的，焊接參數(shù)如表3（UN5-150ZB焊軌機(jī)工藝焊接參數(shù)設(shè)置表見(jiàn)表3）。

（2）為了排除其他因素的干擾，在調(diào)整工藝參數(shù)前，我們更換了新的頂鍛電磁閥，頂鍛油缸的壓力表，系統(tǒng)壓力經(jīng)多次確認(rèn)后，無(wú)明顯波動(dòng)。

經(jīng)過(guò)和技術(shù)人員的研究，我們對(duì)工藝參數(shù)做如

下調(diào)整：

高壓二位移：5.8mm增加到6.2mm;

頂鍛量：11.5mm增加到15mm;

焊接曲線如圖6、圖7所示。

（3）由焊接曲線圖可以看出：焊接過(guò)程穩(wěn)定，位移曲線順滑，電流密度均勻，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，焊接時(shí)間約120秒，修改后的工藝?yán)塾?jì)焊接試驗(yàn)頭15根，落錘斷口未出現(xiàn)超標(biāo)灰斑和過(guò)燒缺陷， 15根落錘試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到2錘不斷的規(guī)定，穩(wěn)定性很好，落錘結(jié)果如表4所示（工藝落錘結(jié)果統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表4，斷口照片見(jiàn)圖8）。

3.3?解決過(guò)燒工藝在K922系列焊機(jī)中的推廣應(yīng)用

通過(guò)查找硬件原因和調(diào)整工藝參數(shù)，成功地消除了過(guò)燒缺陷對(duì)于焊頭的影響，這些工藝在UN5-150ZB焊軌機(jī)上已成熟應(yīng)用，經(jīng)過(guò)近幾年來(lái)不斷的型式落錘試驗(yàn)和摸索實(shí)踐后，該套工藝在K922型焊軌機(jī)的型檢試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)焊接中得以借鑒和推廣應(yīng)用，事半功倍地避開(kāi)了過(guò)燒對(duì)于型式落錘試驗(yàn)的危害，這套工藝在K922型焊軌機(jī)的焊接中焊接穩(wěn)定性好，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，探傷合格率高。如圖9、圖10中K922系列焊機(jī)焊接工藝曲線圖、圖11中K922系列焊機(jī)焊接接頭斷口圖所示（K922系列焊機(jī)焊接工藝曲線圖全過(guò)程見(jiàn)圖9，K922系列焊機(jī)焊接工藝曲線圖加速階段見(jiàn)圖10，斷口照片見(jiàn)圖11）。

4. 結(jié)束語(yǔ)

（1）文中對(duì)比分析了在鋼軌閃光焊接過(guò)程中，引起過(guò)燒缺陷的各種原因，通過(guò)對(duì)硬件原因的排除和對(duì)焊接工藝參數(shù)調(diào)整，成功地在型檢落錘試驗(yàn)中消除了過(guò)燒，不僅提高了落錘試驗(yàn)的通過(guò)率，還給焊接接頭的質(zhì)量奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在UN5-150ZB型和K922系列焊機(jī)中得到應(yīng)用和成功推廣。

（2）閃光焊接接頭的質(zhì)量，對(duì)于線路的平穩(wěn)，行車的安全至關(guān)重要，能夠消除過(guò)燒缺陷對(duì)于接頭質(zhì)量的危害，對(duì)于鐵路建設(shè)具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的推廣和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]?盧慶華，鋼軌焊接技術(shù)及質(zhì)量控制[J].焊接技術(shù)：2010，39（1）：66～68.

[2]?郭洪年，薛繼仁，劉書(shū)華。鋼軌閃光焊接缺陷及其對(duì)接頭性能的影響。焊接技術(shù)。1991;23（1）24～29.

[3]?王治平，王克爭(zhēng)，何方殿。閃光焊接工藝與設(shè)備發(fā)展。焊接學(xué)報(bào)1985年6月，（1）20～26.

[4]??TB/T1632.2-2014《第二部分閃光焊接》.

[5]?TB/T2344-2012《鋼軌訂貨技術(shù)條件》.

[6]?TB/T3276-2011《高速鐵路用鋼軌》.