史桂瑩

中國鐵路青藏集團有限公司 青海德令哈 817000

國內基地焊軌作業(yè)大多使用GAAS80/580型鋼軌直流焊機，采用預熱閃光焊工藝。焊機采用可控硅整流方式，實現(xiàn)對待焊鋼軌端部直流閃光加熱，主變壓器功率大，鋼軌端部加熱效果較好。預熱閃光焊接頭主要依靠短路預熱建立足夠的加熱區(qū)寬度，與脈動閃光焊工藝相比，較難保證接頭端面加熱的均勻性，需要優(yōu)化預熱和頂鍛的工藝參數(shù)。

1 問題的提出

2016年，某基地在焊軌生產(chǎn)中使用GAAS80/580焊機，采取大幅降低閃光速度的工藝參數(shù)，后期連續(xù)閃光燒化時間延長，導致批量接頭在探傷掃查時出現(xiàn)異常波，依據(jù)探傷標準應予判廢。探傷確認的傷損大多位于軌底的淺表，在距離軌腳30-40mm的范圍內。工藝修正后，接頭傷損程度和頻次明顯降低。后期多家焊軌基地陸續(xù)發(fā)生探傷存在異常波的接頭，雖然達不到探傷判廢標準，通過打磨焊筋或母材（對接頭母材的打磨深度超過0.5mm），異常波的波幅減小或消失，采用打磨方法無法消除探傷異常波的接頭，通過理化分析仍然可以檢出微裂紋缺陷。即使探傷結果合格，但是從缺陷性質來看，是非常嚴重的焊接缺陷，無法通過后續(xù)的熱處理等工藝消除。探傷異常接頭的比例較高，鋸切重焊會影響生產(chǎn)，需要從優(yōu)化焊接工藝參數(shù)和校準設備性能參數(shù)等方面嘗試改進，降低產(chǎn)生探傷異常接頭的頻次。

2 理化分析

在傷損接頭的軌底切片制作檢驗試件，通過理化分析發(fā)現(xiàn)，距離軌底3mm處，在熔合線附近約0.2-0.9mm的焊縫過熱區(qū)存在微裂紋缺陷，屬于過燒缺陷。采用掃描電鏡對裂紋區(qū)域進行微觀形貌和微區(qū)成分能譜分析，裂紋源低倍微觀形貌呈現(xiàn)明顯的熔融態(tài)斷口特征。微區(qū)成分能譜分析結果顯示S，Mn含量異常。當鋼軌組織異?；蛞蚝附庸に噮?shù)不合理時，斷口會呈現(xiàn)沿晶、穿晶和熔融態(tài)斷口特征。在斷口受到氧化腐蝕的表面會出現(xiàn)氧化腐蝕斷口。

3 試驗及措施

3.1 比例閥控制板零位調整

2016年焊軌基地檢查提出了設備完好標準，要求焊機比例閥控制板的零位正確。伺服閥是控制燒化送進的重要部件，應對伺服閥控制板做好零點標定，若實際零點發(fā)生偏移，電壓顯示為零時，測試時活動架不應前進或后退。編號為AS1.2653.03000的GAAS80焊機，其比例閥控制板零位從＋25調整至＋3，在焊接U71Mn鋼軌時，焊接工藝參數(shù)不變，但調整前后的閃光劇烈程度明顯不同，接頭紅帶寬度明顯改變。查閱焊接記錄曲線，前期閃平和后期燒化時間明顯縮短。焊接總時間比調整前縮短了約15s。

比例閥控制板零位和活動架的送進速度密切相關。比例閥控制板零位大幅度調整，對焊接過程的影響很大。在這種情況下，必須通過型式試驗才能確定焊接質量的可靠性。編號為AS1.2653.02994的GAAS80焊機因電氣故障更換CPU，導致比例閥控制板零位小幅變化，焊接總時間縮短約8s（其中連續(xù)閃光階段縮短約6s），通過試驗證明焊接質量穩(wěn)定。在焊接工藝參數(shù)不變的條件下，試驗3批共15個接頭，探傷存在異常波的接頭明顯減少。這與前述工藝設置的原理一致，由于比例閥控制板零位變化導致預熱閃光焊后期的連續(xù)閃光時間縮短，有利于避免接頭產(chǎn)生過熱組織。比例閥控制板零位等焊機性能參數(shù)是保證鋼軌焊接質量的重要技術指標，經(jīng)型式試驗確定后，其數(shù)值一般不宜調整。焊機說明書規(guī)定：更換SWEP06總成、SWEP06中的NM板、位移傳感器、壓力傳感器、電流傳感器必須進行機器自校準。自校準顯示各項設備性能指標合格后，通過生產(chǎn)檢驗即可生產(chǎn)。說明書中未指出需要進行型式試驗的設備配件更換項目。未對比例閥控制板更換、零位調整提出生產(chǎn)檢驗或型式試驗要求。一般情況下，焊機比例閥控制板的更換或者零位調整不會引起較大的設備狀態(tài)變化。但大幅度的零位調整則不然。

3.2 熱影響區(qū)寬度試驗

通常，由于高溫金屬不能完全被擠出焊縫，接頭難以避免過熱區(qū)的存在。增大預熱和帶電頂鍛階段的熱輸入，易導致過熱。過熱嚴重時，晶界熔化、氧化，無法通過焊后熱處理消除，導致接頭報廢。探傷異常波指示的傷損位置和通過理化分析發(fā)現(xiàn)的缺陷位置均位于焊縫的過熱區(qū)，三角區(qū)和軌腳的結合部（距腳30-40mm的范圍），所示的H3和L3區(qū)域軌底淺表區(qū)域[1]。鋼軌是非閉合斷面，端面加熱不均勻，硬度大的板上，焊縫HAZ呈花瓶形，軌底加熱區(qū)較寬；而焊縫軌底的HAZ呈紡錘形，軌腳部位加熱區(qū)較窄。H3和L3也是鋼軌截面突變區(qū)域，相比軌頭區(qū)域的自由頂鍛，H3和L3區(qū)域的頂鍛受2個軌腳的牽制，是一種約束頂鍛。若該區(qū)域的頂鍛不充分，過熱金屬易殘留在軌底淺表。若總熱輸入增大，該區(qū)域的過熱傾向增大。降低連續(xù)燒化速度，不利于消除焊縫的過熱組織?？s短連續(xù)燒化時間，有利于減少過熱組織。

4 結語

通過焊接試驗和試生產(chǎn)，以控制焊接后期的連續(xù)燒化時間為主要手段，取得了明顯效果。某基地統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，鋼軌月度探傷異常波頻次從8.8‰（生產(chǎn)566個接頭中有5個異常）降低至1.5‰（生產(chǎn)1368個接頭中有2個異常）。預熱閃光焊、連續(xù)閃光焊和脈動閃光焊，其后期的連續(xù)燒化和頂鍛過程大致相同。預熱閃光焊工藝在合理匹配加熱參數(shù)和頂鍛參數(shù)的同時，結合探傷出現(xiàn)的異常，應關注全斷面HAZ的均勻性。預熱閃光焊工藝通過短路預熱建立加熱區(qū)，后期的連續(xù)閃光燒化時間不宜過長。比例閥控制板零位是重要的焊機性能參數(shù)，零位正向漂移會延長閃平時間和連續(xù)燒化時間，導致過熱或過燒傾向增大