鋼軌交流閃光焊液橋爆破演化行為

楊博，鄧佳榮，劉新，呂其兵

(西南交通大學(xué),材料科學(xué)與工程學(xué)院,成都,610031)

0 序言

在世界各地的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，無(wú)縫鋼軌正在取代螺栓連接的鋼軌接頭，閃光對(duì)焊技術(shù)廣泛用于無(wú)縫線路的焊接，尤其是高速鐵路[1].在鋼軌閃光焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)諸如未焊合、灰斑和疏松等焊接缺陷[2-4]，因此研究閃光焊接過(guò)程對(duì)于優(yōu)化與開(kāi)發(fā)閃光焊接工藝，形成更好的加熱溫度場(chǎng)和高溫金屬保護(hù)，從而提升焊接接頭質(zhì)量有重要意義.

現(xiàn)在的鋼軌閃光焊工藝，大多是在成熟的工藝基礎(chǔ)上通過(guò)大量試驗(yàn)得到的.為了讓工藝調(diào)試更加科學(xué)，需要更加深入地研究鋼軌閃光焊接過(guò)程.目前，鋼軌閃光焊焊接工藝主要有連續(xù)閃光焊、預(yù)熱閃光焊、脈動(dòng)閃光焊以及脈沖電流閃光焊技術(shù).總體上，可以把鋼軌閃光焊焊接工藝過(guò)程分為3個(gè)階段：

(1)溫度場(chǎng)累積階段，在鋼軌兩端形成均勻且梯度合適的溫度場(chǎng).

(2)端面平整階段，利用閃光盡可能地使端面平整，并清理端面.

(3)頂鍛推瘤階段.

液橋爆破是前兩個(gè)階段最重要的影響因素.鋼軌閃光焊接過(guò)程中鋼軌端面溫度場(chǎng)的形成，端面金屬的保護(hù)，端面金屬的燒化，以及端面狀態(tài)的改變都是由液橋爆破來(lái)完成.因此研究液橋爆破至關(guān)重要.而對(duì)閃光過(guò)程的研究，有理論方法、數(shù)值模擬方法和以高速攝影技術(shù)為主的試驗(yàn)方法.

高速攝影技術(shù)被廣泛用于觀測(cè)焊接過(guò)程中的焊縫成形、焊接電弧[5]、熔池流動(dòng)和熔滴過(guò)渡[6]等.現(xiàn)階段對(duì)鋼軌閃光焊的數(shù)值模擬研究中，有通過(guò)“生死單元”來(lái)模擬鋼軌的物質(zhì)燒損[7]；通過(guò)電熱耦合來(lái)模擬閃光過(guò)程的產(chǎn)熱[8]；兩種方法都忽視了液橋爆破過(guò)程本身，只是對(duì)液橋加熱過(guò)程的近似模擬，還存在很多不足.張琪[9]、宋宏圖[10]等人采用高速攝影技術(shù)對(duì)閃光過(guò)程進(jìn)行分析，獲得了閃光頻次、閃光烈度、閃光加熱因子和閃光均勻度等用于對(duì)閃光過(guò)程進(jìn)行定量評(píng)定的數(shù)據(jù)，而由于數(shù)據(jù)分析過(guò)程中引入的假設(shè)條件，勢(shì)必會(huì)造成統(tǒng)計(jì)結(jié)果的較大誤差.王瑩瑩[11]則采用高速攝影技術(shù)對(duì)冷態(tài)、脈動(dòng)、預(yù)熱和連續(xù)閃光階段的閃光過(guò)梁爆破特征進(jìn)行了分析，主要側(cè)重于解釋每個(gè)階段過(guò)梁爆破的形式，而并未對(duì)液橋的演化行為、交互作用等進(jìn)行針對(duì)性研究分析.鋼軌閃光焊有很多工藝參數(shù)，比如電流、電壓、送進(jìn)回拉速度等，這些工藝參數(shù)實(shí)際上都是對(duì)液橋爆破過(guò)程的控制，而液橋爆破過(guò)程看似隨機(jī)實(shí)則每次的爆破都是與當(dāng)時(shí)的端面狀態(tài)、焊接電流電壓以及鋼軌的送進(jìn)回拉速度相關(guān).

研究液橋的演化行為對(duì)精確控制液橋爆破過(guò)程有重要意義，有利于開(kāi)發(fā)更加優(yōu)質(zhì)的閃光焊控制方法和焊接工藝.該文利用高速攝影技術(shù)對(duì)鋼軌閃光焊接過(guò)程液橋的演化行為進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)拍攝到的圖像進(jìn)行計(jì)算與分析，歸納了液橋爆破過(guò)程的演化行為，研究了液橋爆破后金屬熔體的4種行為，以及端面狀態(tài)對(duì)液橋爆破的影響.

1 試驗(yàn)方法

鋼軌是展開(kāi)型截面，該截面厚度各不相同，液橋爆破過(guò)程大多都發(fā)生在鋼軌內(nèi)部，暫無(wú)有效手段對(duì)其進(jìn)行觀測(cè).為了避免焊機(jī)空間的限制和頂鍛軸等的遮擋，相機(jī)從斜上方往下進(jìn)行拍攝.考慮到閃光過(guò)程極其迅速，為了能夠更清晰地觀察到液橋爆破過(guò)程，采用Photron公司FASTCAM SA4 model 500K-M2型高速攝影機(jī)對(duì)軌頭部分的焊接過(guò)程進(jìn)行拍攝，試驗(yàn)所用的拍攝幀率為3 600幀/s、5 000幀/s和6 000幀/s.其中，拍攝幀率為5 000幀/s的拍攝起始時(shí)刻為t1～t6，幀率為3 600幀/s的起始時(shí)刻為t7，t10～t13，幀率為6 000幀/s的起始時(shí)刻為t8.

為了觀察液橋爆破過(guò)程，除了準(zhǔn)備常規(guī)的60 kg/m的U75V鋼軌外，還將?10 mm × 60 mm的Q235鋼短棒焊接在軌頭制成特殊設(shè)計(jì)的鋼軌焊接試樣如圖1所示.其中短棒端部直徑為2 mm，高度為15 mm.使用成都艾格科技有限公司生產(chǎn)的UN5-150ZB1型移動(dòng)式閃光焊軌機(jī)進(jìn)行焊接.

圖1 特殊設(shè)計(jì)的鋼軌焊接試樣Fig.1 Designed rail welding sample

2 結(jié)果與討論

2.1 特殊設(shè)計(jì)的鋼軌焊接試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 典型的液橋形成爆破過(guò)程

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，可以根據(jù)拍攝幀率，和圖像中金屬熔體移動(dòng)的距離來(lái)計(jì)算金屬熔體的移動(dòng)速度.圖2是典型的液橋形成爆破過(guò)程，圖2的過(guò)程共經(jīng)歷46幀，即占9.2 ms.拍攝速度為5 000幀/s即每幀占0.2 ms，鐵棒的直徑為10 mm，可根據(jù)圖中金屬熔體的位移量，計(jì)算得到液橋爆破過(guò)程不同時(shí)刻金屬熔體的速度.

圖2 液橋形成爆破過(guò)程(5 000幀/s)Fig.2 Formation and blasting process of liquid bridge(5 000 fps)

在從t1+6.2 ms到t1+6.4 ms的過(guò)程中金屬熔體速度為30 m/s，在從t1+6.4 ms到t1+6.6 ms的過(guò)程中速度為44 m/s，在從t1+7.8 ms到t1+8 ms的過(guò)程中速度為50 m/s.可以觀察到從端面上形成液橋到端面上無(wú)液橋存在，這段過(guò)程共發(fā)生了兩次液橋爆破，將其稱為一次液橋爆破和二次液橋爆破.這是由于第2次的液橋是在第1次液橋爆破的基礎(chǔ)上形成的.在該文的后續(xù)描述中，將由第1次液橋爆破形成的多次新液橋連續(xù)爆破，稱為二次液橋，三次液橋，等等.

整個(gè)過(guò)程為：在略成弧形凸出的兩個(gè)端面，可以清晰地觀察到端面之間的間隙.隨著焊接的進(jìn)行，端面中間凸出的部分熔融金屬結(jié)合形成液橋.液橋在長(zhǎng)大的過(guò)程中發(fā)生動(dòng)態(tài)移動(dòng)，隨溫度的升高體積不斷增加.金屬由于劇烈的加熱而不斷地熔化，產(chǎn)生金屬蒸氣，液橋的體積隨之不斷增加，液膜呈白熾色，當(dāng)t1+6.2 ms時(shí)液橋直徑達(dá)到2.22 mm如圖2所示.隨后液橋瞬間爆掉，可以看到有液滴伴隨著金屬蒸氣羽輝飛射而出.由于試樣的截面尺寸較小，可以清晰地看到有大量金屬?gòu)纳戏奖觯杂猩倭拷饘購(gòu)南路奖?值得注意的是爆破主要在上方出口進(jìn)行，此時(shí)的間隙中下部仍有液橋存在焊接區(qū)域中形成導(dǎo)電通道，并在其移動(dòng)過(guò)程中被加熱引發(fā)第2次猛烈的，向下方的爆破.同時(shí)發(fā)現(xiàn)金屬蒸氣羽輝的形狀并不均勻，這與它離開(kāi)時(shí)端面的凹凸?fàn)顟B(tài)存在一定關(guān)系.液橋形成爆破過(guò)程中的動(dòng)態(tài)移動(dòng)，電流持續(xù)作用于液橋，液橋也會(huì)對(duì)端面起持續(xù)的熱作用，可以提高鋼軌端面加熱的均勻性.

2.1.2 端面與液橋的交互作用

圖3是緊跟著圖2進(jìn)行的爆破過(guò)程.圖3中在從t1+11.2 ms到t1+20.0 ms的過(guò)程中可以清晰地看到端面有1層液態(tài)金屬層覆蓋，并波浪式流動(dòng)；到t1+21.0 ms時(shí)兩個(gè)端面熔融金屬相互接觸形成液橋，隨后膨脹擴(kuò)展，液橋的溫度不斷提高爆破而出.從t1+27.0 ms到t1+27.6 ms的過(guò)程可知，爆破后的液橋?qū)⒍嗣娴牟糠秩廴诮饘傧蛲獠繑D壓.當(dāng)t1+28.0 ms時(shí)，視口背面出現(xiàn)明顯的金屬蒸氣羽輝和金屬射流，而視口正面僅能觀察到亮光，幾乎不能觀察到金屬射流.推測(cè)原因是兩個(gè)耦合端面的凹凸，阻止液橋向正面發(fā)展導(dǎo)致液橋向背面發(fā)展，從而讓液橋的爆破點(diǎn)靠近端面的背面出口，大部分的熔融金屬以及金屬蒸氣都從背面飛射而出.

圖3 多次液橋形成爆破過(guò)程(5 000幀/s)Fig.3 Multiple liquid bridge formation and blasting process (5 000 fps)

從圖3也可以觀察到，從t1+31.6 ms到t1+35.8 ms的過(guò)程，清晰地展示了上次爆破的沖擊導(dǎo)致的端面熔融金屬層的震蕩，形成兩端面間的液橋，隨后再次產(chǎn)生的液橋爆破，仍然是以向視口背面進(jìn)行爆破為主要方式.在從t1+38.0 ms到t1+39.0 ms的過(guò)程中，在此次爆破未完全結(jié)束之時(shí)，殘留在端面的熔融金屬形成二次液橋并爆破，而該爆破方向則是朝向視口正面，并與端面出口處邊緣的形狀相關(guān).這3次爆破，從背面到正面的發(fā)展過(guò)程是將端面閃平的過(guò)程.該爆破過(guò)程說(shuō)明了熔融金屬層的震蕩，有助于形成液橋.同時(shí)鋼軌液橋爆破的方向并不是直接向四周擴(kuò)展，而是具有傾向性地沿易于爆破的方向進(jìn)行，并且爆破反沖壓力也作用于端面，既使爆破通路更暢通，又使端面更為平整.可以觀察到端面與液橋相互影響，液橋的爆破影響著端面的狀態(tài)，端面狀態(tài)也影響液橋的形成、長(zhǎng)大與爆破過(guò)程，使其具有明顯的傾向性，它傾向于向阻力更小的方向運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大并爆破.不僅如此，當(dāng)在端面出口處爆破的液橋，它的爆破形狀和方向與出口處兩端邊緣形貌也有很大關(guān)系.圖4為典型的端面出口處的液橋爆破.當(dāng)t2時(shí)方框中左側(cè)端面比右側(cè)端面高度較低，且具有圓弧狀過(guò)渡，即在爆破時(shí)右側(cè)端面會(huì)給液橋一定的阻力.

圖4 端面出口處的液橋爆破(5 000幀/s)Fig.4 Liquid bridge blasting at end face exit (5 000 fps)

觀察后續(xù)的爆破過(guò)程，當(dāng)t2+4.8 ms時(shí)左側(cè)金屬蒸氣量相對(duì)右側(cè)更多，當(dāng)t2+5.2 ms和t2+5.4 ms時(shí)左側(cè)形成的空洞體積比右側(cè)大，左側(cè)端面的液橋部分爆破更加猛烈.可注意到，從t2+5.4 ms到t2+8.4 ms的過(guò)程中液橋在端面出口爆破時(shí)與右端面發(fā)生連接，熔融金屬在表面張力的作用下會(huì)積累在端面出口附近.這說(shuō)明，在兩個(gè)工件端面邊緣形成的液橋阻力較小，爆破較激烈，形成的缺口較大，不利于后續(xù)液橋形成與爆破.該情況如果出現(xiàn)在頂鍛前，那么就非常容易形成缺陷，因此應(yīng)適當(dāng)提高頂鍛前電壓、降低送進(jìn)速度，從而避免邊緣大液橋爆破.

2.1.3 端面內(nèi)部的液橋爆破過(guò)程

液橋爆破除了會(huì)在端面出口處進(jìn)行外，還經(jīng)常在端面內(nèi)部發(fā)生.如圖5所示，在端面內(nèi)部先是形成1個(gè)很小的液橋然后不斷向兩側(cè)發(fā)展，最后在端面間隙中部發(fā)生爆破.

圖5 端面內(nèi)部液橋爆破過(guò)程(5 000幀/s)Fig.5 Liquid bridge blasting process inside the end face(5 000 fps)

圖5中，從t3+3.4 ms到t3+3.6 ms的過(guò)程中，增亮處理過(guò)的視口上方和下方有少量金屬射流產(chǎn)生.該爆破由于完全在端面內(nèi)部進(jìn)行，只有少量金屬熔體才能從間隙中飛出，也無(wú)明顯可見(jiàn)的金屬蒸氣羽輝.當(dāng)對(duì)厚度較大的大工件實(shí)施閃光焊時(shí)，工件中心部位形成的有害物質(zhì)，通過(guò)液橋爆破將其去除的難度比邊緣部位更大，并且通過(guò)頂鍛也很難擠出.適當(dāng)增加頂鍛前的燒化量是去除大而厚的工件中心有害物質(zhì)的最佳方法.

2.1.4 液橋爆破具有連續(xù)性

如圖6所示，連續(xù)液橋爆破過(guò)程共經(jīng)歷了32幀，共觀察到6次液橋爆破分別為：從t4到t4+0.6 ms，從t4+2.4 ms到t4+2.8 ms，從t4+3.4 ms到t4+3.8 ms，從t4+4.0 ms到t4+4.4 ms，從t4+4.8 ms到t4+5.0 ms以及從t4+5.8 ms到t4+6.4 ms.一次液橋形成并爆破后，只要間隙中存在熔融金屬連接，便會(huì)形成二次、三次液橋甚至更多次液橋爆破，且圖6中每次液橋存在時(shí)間極短，平均不到1 ms.這種連續(xù)的液橋爆破可以使端面間隙的氧氣大量消耗，提供高壓的金屬蒸氣氛圍，有利于端面保護(hù)和端面的平整，非常適合頂鍛前的連續(xù)和加速燒化階段.但由于液橋存在時(shí)間極短，不適合熱量在鋼軌上的積累，因此不適合在鋼軌的初期階段.適當(dāng)降低回路上施加的電壓，可延長(zhǎng)液橋存在的時(shí)間，使焊件兩端積累足夠的熱量，形成一定寬度的溫度場(chǎng).

圖6 連續(xù)液橋爆破過(guò)程(5 000幀/s)Fig.6 Continuous liquid bridge blasting process (5 000 fps)

2.1.5 無(wú)金屬蒸氣羽輝的液橋爆破

前文的液橋爆破都是因?yàn)樽陨淼募訜岫蛎洠⒃趦?nèi)部產(chǎn)生大量金屬蒸氣，在爆破時(shí)可以觀察到大量的金屬蒸氣羽輝.圖7展示了1個(gè)與前文不同的液橋爆破形式，即外力驅(qū)動(dòng)下的液橋爆破.在該段液橋形成之前，端面還經(jīng)歷了兩次連續(xù)液橋爆破.在從t5+0.2 ms到t5+6.2 ms的過(guò)程中可以觀察到，三次液橋熔體被二次液橋爆破后形成的蒸氣推到了端面出口.當(dāng)熔體脫離了端面的束縛作用后，在金屬蒸氣的作用下使得剛離開(kāi)出口的液橋部分爆破，向四周飛濺而去.據(jù)此可以發(fā)現(xiàn)不斷發(fā)生地液橋爆破讓端面間隙充滿了金屬蒸氣氛圍，空氣難以進(jìn)入端面間隙，體現(xiàn)了液橋爆破可以保護(hù)端面金屬，防止端面被氧化的作用.

圖7 無(wú)金屬蒸氣羽輝的液橋爆破(5 000幀/s)Fig.7 Liquid bridge blasting without metal vapor plume(5 000 fps)

2.1.6 液橋間的相互作用

前文觀察到的液橋爆破，大多是同一時(shí)間只有1個(gè)液橋存在的情況，而在實(shí)際過(guò)程中必然會(huì)有多個(gè)液橋同時(shí)存在的情況，對(duì)多個(gè)液橋之間的相互作用的探索更具現(xiàn)實(shí)意義.圖8為兩個(gè)液橋合并成1個(gè)液橋并爆破的過(guò)程.在從t6+0.2 ms到t6+2.8 ms的過(guò)程中，方框中的液橋在向下運(yùn)動(dòng).在從t6+4.0 ms到t6+5.4 ms的過(guò)程中，在相互吸引的電磁力作用下，兩個(gè)液橋相向運(yùn)動(dòng)合并成1個(gè)液橋.在電阻熱的作用下，液橋的溫度，亮度逐漸升高，隨后爆破產(chǎn)生大量金屬蒸氣羽輝.劇烈的爆破所產(chǎn)生的金屬射流速度超過(guò)了90 m/s.這種同時(shí)存在的液橋之間的交互作用，在鋼軌焊接的前期，有利于焊接接頭整個(gè)端面的均勻加熱.為了避免頂鍛前期的連續(xù)燒化和加速燒化，防止合并爆破后形成大坑，應(yīng)當(dāng)降低液橋存在時(shí)間，促使其靠近前爆破.

圖8 液橋合并過(guò)程(5 000幀/s)Fig.8 Two liquid bridges merging process (5 000 fps)

2.2 鋼軌焊接試驗(yàn)結(jié)果與分析

使用高速攝影機(jī)分別拍攝鋼軌閃光焊接過(guò)程和特殊設(shè)計(jì)的鋼軌閃光焊接過(guò)程，發(fā)現(xiàn)液橋的演化行為基本一致.然而，因?yàn)殇撥壎嗣娼孛娣e大等原因，所以還需對(duì)鋼軌閃光焊接過(guò)程中的一些相對(duì)顯著的現(xiàn)象進(jìn)行分析.

2.2.1 “二次爆破”現(xiàn)象

圖9為未加減光片下的閃光焊接過(guò)程，拍攝速度為3 600幀/s，圖9的高亮部分為焊接區(qū)域.在液橋爆破后，方框中的金屬熔滴離開(kāi)端面間隙不久又發(fā)生了爆破.因?yàn)殓R頭聚焦位置在軌頭附近，所以圖像并不清晰，不過(guò)依然能觀察到熔滴發(fā)生破裂并形成飛濺四射的過(guò)程.而在特殊設(shè)計(jì)的鋼軌焊接試樣焊接過(guò)程中，“二次爆破”現(xiàn)象出現(xiàn)的次數(shù)較少且發(fā)生“二次爆破”金屬熔體體積較小而不易觀察.出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是由于高溫金屬飛濺通過(guò)變形作用，即分裂成體積較小的子熔滴來(lái)釋放其內(nèi)部積蓄的能量[12]，從而使得能量降低而熵增加，亦或是由于其內(nèi)部溫度高，仍存在一定的氧化原反應(yīng)，形成氣體膨脹，熔滴表面張力平衡被打破，形成“二次爆破”.在高溫金屬飛濺形成“二次爆破”后，可以增大飛濺與周圍氣體的接觸，更多地消耗鋼軌接頭附近的氧氣，保護(hù)焊接接頭.

圖9 “二次爆破”過(guò)程(3 600幀/s)Fig.9 "Secondary blasting" process (3 600 fps)

2.2.2 典型的液橋爆破過(guò)程

圖10為鋼軌閃光焊接過(guò)程中的典型液橋爆破過(guò)程.在端面形成熔融金屬層后，當(dāng)有液橋形成長(zhǎng)大并爆破時(shí)，便將向外擠壓液橋周圍的液態(tài)金屬.在端面出口處，金屬熔體首先從端面離開(kāi)，隨后液橋爆開(kāi)產(chǎn)生金屬蒸氣羽輝和大量的金屬射流.與特殊設(shè)計(jì)的焊接試樣不同，鋼軌端面截面積較大，端面內(nèi)部的液橋形成后不易直接爆破，激烈膨脹先將一部分熔融金屬擠出后再爆破.當(dāng)鋼軌端面比較平整或液橋形成位置離端面出口處較近時(shí)，液橋能很快爆破，產(chǎn)生大量金屬射流和金屬蒸氣羽輝.

圖10 鋼軌閃光焊液橋爆破過(guò)程(3 600幀/s)Fig.10 Rail flash welding liquid bridge blasting process(3 600 fps)

2.2.3 液橋爆破后金屬熔體行為

通過(guò)對(duì)大量鋼軌閃光焊高速攝影圖片的分析，液橋爆破后金屬熔體的行為主要有4種：做“旋球”運(yùn)動(dòng)；形成金屬射流；發(fā)生“二次爆破”；殘留在端面出口.“旋球”運(yùn)動(dòng)指金屬熔滴從端面噴出后在空氣中既向外運(yùn)動(dòng)又旋轉(zhuǎn)的行為，如圖11所示.

圖11 金屬熔體“旋球”運(yùn)動(dòng)(6 000幀/s)Fig.11 Metal melt "spinning ball" movement (6 000 fps)

液橋爆破后金屬熔體在飛出端面時(shí)，有時(shí)會(huì)與端面出口邊緣粘結(jié)在一起，隨后冷卻形成焊瘤，如圖12所示.其余兩種情況在前文已有描述.

圖12 端面邊緣焊瘤形成過(guò)程Fig.12 Formation process of weld overlap on the edge of end face.(a) 6 000 fps ;(b) 3 600 fps

2.2.4 多個(gè)液橋演化行為

與特殊設(shè)計(jì)的試樣焊接不同，鋼軌焊接時(shí)，因其截面積大，同一時(shí)間經(jīng)常會(huì)有多個(gè)液橋同時(shí)存在并爆破的情況，因此它們之間必然會(huì)有相互作用.然而，液橋?qū)σ簶虻挠绊?，暫無(wú)有效測(cè)量分析手段.圖13為多個(gè)液橋同時(shí)存在的爆破過(guò)程.對(duì)于距離比較遠(yuǎn)的多個(gè)液橋，當(dāng)t11和t12時(shí)爆破過(guò)程相對(duì)獨(dú)立，而相鄰近的液橋可能在電磁力、重力以及表面張力的作用下發(fā)生合并現(xiàn)象.如圖13所示，從t13到t13+0.83 ms的過(guò)程首先發(fā)生了t13時(shí)高亮的區(qū)域出現(xiàn)的兩個(gè)液橋的情況，且兩個(gè)液橋相互靠近，最后在從t13+0.56 ms到t13+0.83 ms的過(guò)程中形成了1個(gè)液橋.此處發(fā)生了液橋合并的現(xiàn)象，在合并過(guò)程中，由于熱效應(yīng)，會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)的鋼軌端面起加熱作用，在鋼軌閃光焊初期對(duì)鋼軌的加熱更加均勻.

圖13 多個(gè)液橋演化過(guò)程(3 600幀/s)Fig.13 Multiple liquid bridge evolution process (3 600 fps)

3 結(jié)論

(1)通過(guò)該試驗(yàn)觀察到了液橋爆破過(guò)程，液橋的形成和爆破會(huì)產(chǎn)生大量金屬蒸氣.高壓金屬蒸氣的存在是液橋發(fā)生爆破形成閃光飛濺的主要?jiǎng)恿?從液橋形成到爆破形成飛濺的時(shí)間維持在毫秒級(jí)范圍，且爆破后的金屬射流速度很快，超過(guò)90 m/s.

(2)液橋在形成和長(zhǎng)大過(guò)程中受電磁力、重力及表面張力的影響，在鋼軌端面動(dòng)態(tài)移動(dòng).移動(dòng)影響鋼軌端面的加熱及平整度，可通過(guò)焊接工藝參數(shù)的設(shè)置加以控制.

(3) 一次液橋爆破產(chǎn)生的高溫液態(tài)金屬端面殘留易動(dòng)態(tài)地生成液橋，形成連續(xù)的液橋爆破，影響鋼軌端面熱量積累與端面平整度.

(4)促進(jìn)液橋形成的因素不但包括動(dòng)端鋼軌送進(jìn)，而且也包括端面熔融金屬層的震蕩，液橋爆破的方向與焊接端面狀態(tài)有關(guān).