史桂瑩

中國(guó)鐵路青藏集團(tuán)有限公司 青海德令哈 817000

國(guó)內(nèi)基地焊軌作業(yè)大多使用GAAS80/580型鋼軌直流焊機(jī)，采用預(yù)熱閃光焊工藝。焊機(jī)采用可控硅整流方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yù)熱閃光焊接頭主要依靠短路預(yù)熱建立足夠的加熱區(qū)寬度，與脈動(dòng)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(yù)熱和頂鍛的工藝參數(shù)。

1 問(wèn)題的提出

2016年，某基地在焊軌生產(chǎn)中使用GAAS80/580焊機(jī)，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(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致批量接頭在探傷掃查時(shí)出現(xiàn)異常波，依據(jù)探傷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)予判廢。探傷確認(rèn)的傷損大多位于軌底的淺表，在距離軌腳30-40mm的范圍內(nèi)。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(dá)不到探傷判廢標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)打磨焊筋或母材（對(duì)接頭母材的打磨深度超過(guò)0.5mm），異常波的波幅減小或消失，采用打磨方法無(wú)法消除探傷異常波的接頭，通過(guò)理化分析仍然可以檢出微裂紋缺陷。即使探傷結(jié)果合格，但是從缺陷性質(zhì)來(lái)看，是非常嚴(yán)重的焊接缺陷，無(wú)法通過(guò)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(huì)影響生產(chǎn)，需要從優(yōu)化焊接工藝參數(shù)和校準(zhǔn)設(shè)備性能參數(shù)等方面嘗試改進(jìn)，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(yàn)試件，通過(guò)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(guò)熱區(qū)存在微裂紋缺陷，屬于過(guò)燒缺陷。采用掃描電鏡對(duì)裂紋區(qū)域進(jìn)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(jié)果顯示S，Mn含量異常。當(dāng)鋼軌組織異?；蛞蚝附庸に噮?shù)不合理時(shí)，斷口會(huì)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(huì)出現(xiàn)氧化腐蝕斷口。

3 試驗(yàn)及措施

3.1 比例閥控制板零位調(diào)整

2016年焊軌基地檢查提出了設(shè)備完好標(biāo)準(zhǔn)，要求焊機(jī)比例閥控制板的零位正確。伺服閥是控制燒化送進(jìn)的重要部件，應(yīng)對(duì)伺服閥控制板做好零點(diǎn)標(biāo)定，若實(shí)際零點(diǎn)發(fā)生偏移，電壓顯示為零時(shí)，測(cè)試時(shí)活動(dòng)架不應(yīng)前進(jìn)或后退。編號(hào)為AS1.2653.03000的GAAS80焊機(jī)，其比例閥控制板零位從＋25調(diào)整至＋3，在焊接U71Mn鋼軌時(shí)，焊接工藝參數(shù)不變，但調(diào)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(shí)間明顯縮短。焊接總時(shí)間比調(diào)整前縮短了約15s。

比例閥控制板零位和活動(dòng)架的送進(jìn)速度密切相關(guān)。比例閥控制板零位大幅度調(diào)整，對(duì)焊接過(guò)程的影響很大。在這種情況下，必須通過(guò)型式試驗(yàn)才能確定焊接質(zhì)量的可靠性。編號(hào)為AS1.2653.02994的GAAS80焊機(jī)因電氣故障更換CPU，導(dǎo)致比例閥控制板零位小幅變化，焊接總時(shí)間縮短約8s（其中連續(xù)閃光階段縮短約6s），通過(guò)試驗(yàn)證明焊接質(zhì)量穩(wěn)定。在焊接工藝參數(shù)不變的條件下，試驗(yàn)3批共15個(gè)接頭，探傷存在異常波的接頭明顯減少。這與前述工藝設(shè)置的原理一致，由于比例閥控制板零位變化導(dǎo)致預(yù)熱閃光焊后期的連續(xù)閃光時(shí)間縮短，有利于避免接頭產(chǎn)生過(guò)熱組織。比例閥控制板零位等焊機(jī)性能參數(shù)是保證鋼軌焊接質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)型式試驗(yàn)確定后，其數(shù)值一般不宜調(diào)整。焊機(jī)說(shuō)明書(shū)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(jìn)行機(jī)器自校準(zhǔn)。自校準(zhǔn)顯示各項(xiàng)設(shè)備性能指標(biāo)合格后，通過(guò)生產(chǎn)檢驗(yàn)即可生產(chǎn)。說(shuō)明書(shū)中未指出需要進(jìn)行型式試驗(yàn)的設(shè)備配件更換項(xiàng)目。未對(duì)比例閥控制板更換、零位調(diào)整提出生產(chǎn)檢驗(yàn)或型式試驗(yàn)要求。一般情況下，焊機(jī)比例閥控制板的更換或者零位調(diào)整不會(huì)引起較大的設(shè)備狀態(tài)變化。但大幅度的零位調(diào)整則不然。

3.2 熱影響區(qū)寬度試驗(yàn)

通常，由于高溫金屬不能完全被擠出焊縫，接頭難以避免過(guò)熱區(qū)的存在。增大預(yù)熱和帶電頂鍛階段的熱輸入，易導(dǎo)致過(guò)熱。過(guò)熱嚴(yán)重時(shí)，晶界熔化、氧化，無(wú)法通過(guò)焊后熱處理消除，導(dǎo)致接頭報(bào)廢。探傷異常波指示的傷損位置和通過(guò)理化分析發(fā)現(xiàn)的缺陷位置均位于焊縫的過(guò)熱區(qū)，三角區(qū)和軌腳的結(jié)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(gè)軌腳的牽制，是一種約束頂鍛。若該區(qū)域的頂鍛不充分，過(guò)熱金屬易殘留在軌底淺表。若總熱輸入增大，該區(qū)域的過(guò)熱傾向增大。降低連續(xù)燒化速度，不利于消除焊縫的過(guò)熱組織?？s短連續(xù)燒化時(shí)間，有利于減少過(guò)熱組織。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)焊接試驗(yàn)和試生產(chǎn)，以控制焊接后期的連續(xù)燒化時(shí)間為主要手段，取得了明顯效果。某基地統(tǒng)計(jì)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(gè)接頭中有5個(gè)異常）降低至1.5‰（生產(chǎn)1368個(gè)接頭中有2個(gè)異常）。預(yù)熱閃光焊、連續(xù)閃光焊和脈動(dòng)閃光焊，其后期的連續(xù)燒化和頂鍛過(guò)程大致相同。預(yù)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(shí)，結(jié)合探傷出現(xiàn)的異常，應(yīng)關(guān)注全斷面HAZ的均勻性。預(yù)熱閃光焊工藝通過(guò)短路預(yù)熱建立加熱區(qū)，后期的連續(xù)閃光燒化時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。比例閥控制板零位是重要的焊機(jī)性能參數(shù)，零位正向漂移會(huì)延長(zhǎng)閃平時(shí)間和連續(xù)燒化時(shí)間，導(dǎo)致過(guò)熱或過(guò)燒傾向增大