贝氏体、珠光体钢轨闪光焊接头疲劳性能研究

分别对贝氏体和珠光体钢轨闪光焊接头进行脉冲疲劳试验,发现造成贝氏体和珠光体闪光焊接头疲劳断裂的主要原因是焊缝存在的非金属夹杂物(即闪光焊灰斑缺陷);贝氏体钢轨闪光焊接头疲劳强度略高于珠光体;贝氏体钢轨闪光焊过热区存在的奥氏体晶界合金成分偏析或液化裂纹对疲劳强度的影响很小,目前未发现由此缺陷生成的裂纹源;贝氏体钢轨母材的成分偏析和珠光体钢轨闪光焊过热区MnS夹杂物对接头疲劳强度也有一定影响。     

钢轨闪光焊接头裂纹分析及探伤

介绍了钢轨闪光焊接头的焊缝和热影响区微裂纹的探伤方法.有两种热影响区裂纹是由焊接末期顶锻和推凸产生大角度塑性变形引起,与灰斑无关.对推凸余量打磨可减小或消除此类裂纹.轨脚端部焊缝裂纹属于灰斑.     

钢轨闪光对焊接头中灰斑的形成机制

通过对钢轨闪光对焊的预热阶段和烧化阶段进行分析,研究这两个阶段所形成的夹杂物和氧化物的情况,并结合对第三唇中的夹杂物分布及成分的分析,给出灰斑的形成机制。研究发现,焊缝区硅酸盐夹杂物的出现大致有两个主要原因,首先是融化后的金属层中形成的夹杂物的含量,其次是夹杂物在表层区形成之后,被不断爆破飞溅的液态金属流动区一层层覆盖,成为更深层的夹杂物,这些较深层的金属中形成的夹杂物很难挤出。硅酸盐夹杂物在顶锻不能被完全挤出而残留在焊缝中,是导致钢轨闪光对焊接头中出现灰斑的根本原因。     

贝氏体、珠光体钢轨闪光焊接头力学性能研究

分别对U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨和U75V珠光体钢轨的闪光焊接头进行了力学性能试验及对比。结果表明:贝氏体钢接头强度略高于母材,但塑性下降较为明显。贝氏体钢接头的平均抗拉强度为1404 MPa,断后伸长率为5.9%;珠光体钢接头的平均抗拉强度为925 MPa,断后伸长率为9%。贝氏体钢焊缝的平均冲击功为30.4 J,是珠光体钢焊缝(12.7J)的2倍以上。贝氏体钢母材的冲击功为110 J,是其焊缝的3.6倍。珠光体钢焊缝的冲击功与母材在相同水平。贝氏体钢轨闪光焊接头拉伸断口和冲击断口的缺陷是以沿晶裂纹为主,其次是焊缝夹杂物。珠光体钢轨闪光焊微观缺陷是以焊缝夹杂物为主,极少数情况下出现沿晶断裂。     

U71Mn钢轨闪光焊焊接接头落锤试验时断裂原因分析

针对某闪光焊U71Mn钢轨在落锤试验时发生断裂的原因,从宏观和微观二个方面进行了分析.结果表明:该钢轨断裂于焊缝,属于横向脆性断裂.钢轨焊接接头中存在的硫化物夹杂是造成钢轨断裂的主要原因.     

钢轨闪光对焊接头的组织和韧性

对U71Mn钢轨闪光对焊接头的显微组织、硬度分布和微观断口形貌进行了分析,测试了焊接接头的断裂韧性,并分析了正火的影响。结果表明,U71Mn钢轨闪光焊接头中,焊缝区的金相组织为粗大的珠光体团,铁素体网沿晶界析出;热影响区全部为粗大的珠光体团;接头断裂韧性值较低。正火后接头晶粒组织得到细化,三点弯曲试验断口上的解理平台变小,组织的细化使得裂纹扩展的阻力变大,从而使断裂韧性值升高。分析表明,在落锤试验中,可以允许灰斑存在的临界尺寸大小约为4 mm,而在正火后达到了14 mm左右。     

钢轨焊接接头冲击吸收功统计与分析

统计与分析了U71Mn和U75V系列钢轨接头的室温冲击吸收功性能及规律,系统全面地了解了钢轨焊接接头冲击性能特点,可为焊接工艺制订规范和质量控制提供参考依据。统计与分析结果表明:铝热焊、移动焊、固定焊和气压焊接头冲击吸收功的平均值分别为4,14.1,13.8,14.1 J,铝热焊接头的韧性最差,闪光焊和气压焊相当;不同焊接方法不同系列钢轨(除气压焊外)的冲击吸收功平均值轨头轨底轨腰;气压焊接头冲击吸收功平均值轨底轨头轨腰;轨腰由于脆性夹杂物、疏松、偏析等缺陷原因冲击吸收功最低。U71Mn和U75V系列钢轨焊接接头全断面各部位的冲击吸收功变化规律相似,距离钢轨断面对称中心线越近,冲击吸收功越低。     

钢轨闪光对焊接头断裂研究

通过光镜和电镜对钢轨断口进行显微组织分析,并利用能谱分析鉴定了夹杂成分,深入研究了提速后钢轨闪光对焊接头的断裂原因。结果表明,钢轨接头的断裂是由闪光焊工艺缺陷引起的。断裂呈现疲劳特征,有多个裂纹源,焊缝区是接头的薄弱环节     

铲斗刀板型钢焊接接头超声波探伤缺陷原因分析

铲斗刀板型钢闪光焊接后,焊缝处超声波探伤出现报警,通过对刀板型钢焊缝处的金相组织、力学性能、化学成分和断口形貌进行理化性能检验,认为报警原因为焊缝过热区存在微裂纹。裂纹缺陷的产生是由于刀板型钢在闪光焊接末期的顶锻和推凸过程中,焊接接头温度较低,焊缝表面金属带状组织承受较大剪切应力,产生微裂纹。预防该缺陷的方法是减小母材化学成分偏析和提高推凸时焊接接头温度。     

烟大轮渡火车舱钢轨与船舶甲板的焊接

U71Mn钢轨与船舶甲板(A3板)之间的物理性能与化学成分差距很大,U71Mn的碳当量很高,其可焊性很差,当U71Mn与船舶甲板焊接时由于钢轨和船舶甲板的线膨胀系数差距很大,在焊接应力的作用下,其角焊缝极易出现裂纹.通过对钢轨与船舶甲板角焊缝工艺的研究,解决了U71Mn钢轨与船舶甲板相焊时,角焊缝易出现裂纹的问题.     

U71Mn钢轨闪光焊接头马氏体组织成因及处理措施

马氏体组织作为U71Mn钢轨闪光焊接头中的异常组织,会影响接头的安全性能,故需对其产生原因和处理措施进行研究。以未经正火处理的U71Mn钢轨闪光焊接头为研究对象,利用Gleeble-1500D热模拟试验机对其进行一次正火处理和二次正火处理,利用光学显微镜和扫描电镜对其热处理前后的显微组织和元素成分进行分析,探讨了马氏体组织在U71Mn钢轨闪光焊接头的分布规律和产生原因,提出了相应的处理措施,并进行了现场验证。结果表明,U71Mn钢轨闪光焊接头中马氏体的分布规律与C和Mn元素偏析具有一致性,马氏体主要出现在富锰富碳区,其中Mn含量可达母材的两倍以上;闪光焊会加剧U71Mn钢轨中的Mn元素偏析,正火处理对U71Mn钢轨闪光焊接头中Mn元素偏析的改善效果并不明显,但可加速C元素的扩散,从而在一定程度上减轻马氏体的出现程度;降低U71Mn钢轨中的Mn含量,并配以合适的正火处理,能够极大消除甚至避免闪光焊接头中马氏体的出现。     

钢轨闪光对焊接头灰斑性质研究

利用扫描电子显微镜分析钢轨闪光对焊接头灰斑断口试样和垂直灰斑断口的金相剖面试样,探究灰斑的形貌和成分,并对灰斑内夹杂物的空间分布进行研究。得出灰斑区域的宏观形貌较周围基体平坦,呈暗灰色;微观形貌由许多大小不等、排列交替的塑坑组成,而周围集体呈现出河流花样。灰斑的空间形态为扁平形,大量的硅酸盐夹杂物在其内部聚集,而且只在灰斑区域内出现。可见硅酸盐夹杂物非母材本身的氧化物,而是在焊接过程中形成的。硅酸盐夹杂物呈散乱状无规则地镶嵌于基体上,与周围基体的结合不牢固,易引起接头开裂,成为起裂源。     

380MPa级车轮钢闪光对焊接头组织性能与失效机制

针对380 MPa级车轮钢闪光对焊接头组织性能及其滚弯成型失效机制进行了研究。结果表明,车轮钢焊接接头部位分为焊缝区、熔合区、粗晶区和母材区四部分,组织主要由铁素体+魏氏体+贝氏体组成。其中粗晶区的维氏硬度最大,母材区的维氏硬度最小。焊缝滚弯成型失效的主要原因是焊接接头处存在两种非金属夹杂物,一种是由Fe、Al、Si和O元素组成的外来夹杂物,另一种为富含Mn元素的内生夹杂物。因此,解决车轮钢闪光对焊后焊接接头滚弯成型时失效的主要方法是降低原始车轮钢表面氧化层及控制合金Mn含量。     

奥贝体钢轨和珠光体钢轨气压焊接头界面行为及力学性能分析

采用气压焊对U26Mn奥贝体钢轨和U75V珠光体钢轨混焊进行研究,通过OM、SEM、冲击、拉伸、硬度试验探究异种钢轨气压焊接头焊缝界面的冶金结合特征与力学性能水平。结果表明:气压焊接头焊缝界面两侧存在元素扩散行为,焊缝界面金属在热机循环作用下发生了交互结晶和再结晶,冶金结合良好(除轨底脚外);焊态接头平均强度达到贝氏体钢轨母材的86%,正火态接头平均强度达到贝氏体钢轨母材的90%;焊态接头轨顶面平均硬度、软化区平均硬度及宽度均满足TB/T1632《钢轨焊接》标准要求;接头中存在硫化物夹杂,对接头冲击韧性有较大影响。     

U75V(N)淬火钢轨闪光焊接头失效分析

某线路钢轨闪光焊焊接接头处发现伤损,为找到伤损的客观原因,将接头下道后用探伤定位,采用静弯的方法将接头压断,找到接头缺陷。对接头断口采用宏观体视观察、扫描电镜观察(SEM)和能谱分析(EDS)、微观组织观察等手段对其进行了失效分析。结果表明:钢轨闪光焊焊接接头的伤损主要是由于接头熔合线处的夹杂物以及成分偏析引起的;夹杂物的存在使得接头内部出现应力集中,在钢轨运行过程中的动载荷作用下,缺陷在应力集中位置萌生并进一步扩展,最终导致接头的疲劳裂纹扩展。     

X100管线钢焊接接头抗HIC性能研究

利用OM和SEM研究了X100管线钢焊接接头的微观组织,并利用EDS分析接头中的非金属夹杂物种类及成分。结果表明,实验用X100管线钢焊接接头由针状铁素体、粒状贝氏体和M/A岛组成;焊缝金属中含有MnS,Si的氧化物和Al的氧化物及Al-Mg-O和Ca-Al-O-S系夹杂物。焊接接头氢致开裂敏感性较高,焊缝金属中的非金属夹杂物及硬脆M/A组元与基体之间的界面和应力导致氢致裂纹的萌生,并沿粗大的贝氏体晶粒扩展。     

基于高速采集的钢轨交流闪光焊质量特征的提取与分析

针对钢轨交流闪光焊的特点，采用PCL-1800高速数据采集卡设计了硬件采集系统，编制了基于LabVIEW软件的高速采集程序，采集了U71Mn钢轨焊接工艺正交试验的焊接电流、焊接电压和动立柱位移等信息参数。通过对这些信息的分析，提出质量特征参数的提取方法．并从中提取了影响焊接接头质量的信息特征参数：低压Ⅱ阶段的闪光率、加速烧化阶段的闪光率、钢轨闪光焊焊接接头的能量输入、焊接接头闪光焊的焊接时间、闪光焊的烧化量，采用数理统计和线性回归的方法分析了这些质量特征参数与钢轨焊接质量之间的关系，分析表明：提取的质量特征参数包含了钢轨焊接接头的质量信息，适合作为钢轨焊接接头的质量评判的特征量。     

某高速铁路钢轨断裂失效分析

某高速铁路采用U71MnG热轧钢轨,在常规质量检查时发现钢轨断裂。文中运用金相显微镜及扫描电子显微镜等手段对钢轨断口的宏微观形貌、断裂处材料的显微组织和夹杂物成分进行了观察和分析,从无缝焊接等工艺角度查找钢轨断裂失效的原因。结果表明,钢轨采用闪光焊对接工艺过程中,由于顶锻距离和顶锻力控制不当,使焊接末期产生的SiO2-MnO硅酸盐夹杂及孔洞未被挤出而留在焊缝中形成裂纹萌生的核心,未被挤出的液态金属释放热量降低了焊缝及热影响区的冷却速度,导致焊缝周围先析铁素体以网状形式大量析出,网状铁素体降低了材料的强韧性,成为裂纹快速扩展的通道。钢轨在使用中受到来自列车行驶过程中所施加的交变应力和自身重力作用下,容易在焊缝中形状不规则的硅酸盐夹杂物尖端和孔洞造成应力集中,诱发微裂纹的产生。在交变应力持续作用下,微裂纹在晶界遭受弱化且强韧性降低的焊缝中进行沿晶快速扩展,最终导致钢轨发生断裂。     

钢轨对接超窄间隙焊接试验

利用焊剂带约束电弧超窄间隙焊接方法,对U71Mn钢轨对接进行了探索性试验研究.使用H08Mn2Si焊丝,通过34层焊道将坡口间隙约4 mm的钢轨焊接完成,单层焊接线能量为0.6 kJ/mm.试验表明焊前预热温度大于400℃可有效消除冷裂纹.在不预热的情况下,这种超窄间隙焊接接头热影响区和焊缝的硬度较高;预热可使焊缝硬度下降到与母材相当,同时使热影响区硬度略有下降.     

重载铁路钢轨闪光焊接头轨头核伤实例分析

为了解钢轨焊接接头失效的原因,本文针对重载钢轨闪光焊接头轨头核伤进行了实例分析,通过观察实例轨头核伤区域断口形貌、能谱分析和显微组织,发现裂纹源处存在少量硅酸盐夹杂物,造成该处焊缝强度弱化,从而形成了疲劳裂纹源。