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1、钢轨焊接理论培训班讲义(移动闪光焊部分)铁科院金化所北京市海淀区大柳树路2号主要内容梗概第一章:基础知识1.1:金属的力学性能1.2:钢轨的基本知识第二章:钢轨焊接理论2.1:钢轨焊接方法2.2:闪光焊接的基本概念和基本理论第三章:钢轨闪光焊接设备第四章:钢轨闪光焊接工艺和技术规程第五章:钢轨闪光焊接缺陷及预防第六章:钢轨焊接接头打磨第七章:钢轨焊接标准第八章:高速铁路钢轨焊接质量控制附录1:百米定尺钢轨吊运,存放规定(暂行)附录2:钢轨焊接接头标识规则前言钢轨焊接质量关系到铁路和车安全铁路提速和客运专线建设对钢轨焊接质量提出了更高的要求描给了2020年以前铁路发展的宏伟蓝图,未来几年是中国铁
2、路大规模建设的关键阶段我国钢轨焊接作业人员的素质急待提高第一章 基础知识 1.1 金属的力学性能金属力学性能:定义:金属材料在一定的温度条件和外力作用下.抵抗变形和断裂的能力.主要包括:强度、塑性、硬度和韧性。1.1.1 强度 定义：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。MPA=N/MM2 常用强度指标主要有：抗拉强度屈服强度1.1.2 塑性：定义：金属材料在外力作用下产生永久变形的能力常用的塑性批标主要有：伸长率5和断面收缩率标距长度等于试样直径的5倍 通常倍时的延伸率为同一材料的不能直接比较钢轨焊接中用拉伸试验抗拉伸试验试件及断口照片1.1.3 硬度定义：衡量金属材料软硬程度的一种
3、性能通常用压入硬度法。常用硬度指标：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。（1） 布氏硬度：以一定直径、一定载荷P压入表面，保持一定时间，测量压痕直径D，求出压痕面积F（P/F=HB）表示方法：HBS（压头为卒火钢球，适用于布氏硬度值小于450的材料） HBW(压头为硬质全金，适用于布氏硬度450-650的材料。例如：150HBS10/1000/30:表示用100MM淬火钢球，在9.81KN（1000KGF）载荷作用下，保持30秒。测得的布氏硬度为150。优点：硬度值代表性全面，不受个别组成相及微小不均匀度的影响。试验数据稳定。数据重复性强。缺点：压痕大。不适用于成品检验。钢轨顶面布氏硬度测量（2）
4、洛氏硬度：测量压痕深度。我国常用三种标尺：HRAHRB HRC 优点：操作方便。可以直接读数缺点、：压痕小。代表性差。如果进料存在偏折。测量值分散度大（3） 维氏硬度：试验原理与布氏硬度相同。根据压痕单位面积载荷计算硬度值。不同点是：压头是金刚石棱锥体。符号：HV 例如：640HV30/20,表示施加30kgf载荷,保持20秒,测得的维氏硬度值是640/优点:精确可靠缺点:生产率低,不适用于成批生是的常规检验.1.1.4韧性:定义:金属材料在破断前明收能量而进行塑性变形的能力.一般用冲击功来表示:冲击动:AKU(或AKV )缺口类型:U型.V型之分韧性转变金属材料力学性能研究表明.任何金属材料
5、都具有两个强度指标.即屈服强度和断裂强度.两者都随温度下降的速率比断裂强度的下降速率大.因而两者的关系曲线交于某一温度T.当T.T时,断裂强度大于尸屈服强度,材料先发生屈服，后发生断裂;当TTK时断裂强度小于屈服强度,材料尚未发生屈服就已经达到了它的断裂强度,也就是没有发生明显塑性变形就已经断裂,呈现脆性断裂,温度TK为材料屈服强度与断裂强度相等的温度,即由韧性断裂向脆性断裂转变的温度.也就是韧脆转变温度.因此,凡提高屈服强度的因素,均使用TK升高.促进材料脆性断裂,因此材料的屈强比提高,脆断倾向也会增加.1.2.1钢轨的作用和要求:作用:承受机车车辆的重量,并将重量及其震动冲击力传给道床,引
6、导车轮沿规定方向运行.在自动闭塞信号区段上.兼作轨道电路.承受的载荷有:压力,冲击.弯曲.磨在耗.要求:钢轨应该 有良好的综合性能.包括:足够的强度.良好的耐磨性.较高的抗剥离和抗擦伤能力.良好的软抗疲劳性能.一定的耐腐蚀性.良好的焊接性.钢轨的冶炼和轧制.1.2.2钢轨的分类1)按化学成分:普通碳素钢轨(U74、U71Mn)、低(微)合金钢轨（U75v）合金钢轨2）按外型尺寸和重量：43kg/m,50kg/m 60kg/m 75kg/m3)按强度级别：80kg级(U74) ,785Mpa 90kg级(u71Mn) 883Mpa 100kg 级U75v (PD3) U76NbRe (BnbRe
7、), 980Mpa4）按牌号：U74、U71Mn U75v(PD3) 、U76NbRe(BnbRe)等 5）按交货状态：热轧钢轨和热处理钢轨。钢轨淬火后。强度强以达到1080Mpa-1275Mpa注：目前我国已经停止生产U74钢轨。干线铁路已经取消U74钢轨，支线铁路还有部分U74钢轨，焊接再用钢轨时可能还会遇到。1.2.3钢轨的标号1）牌号：U74、U71Mn U75v、U76NbReU74: U是钢轨钢代号。71表示应该种钢轨的平均包含碳量是0.71%Mn：表示钢轨中含有锰元素。 U71Mn（k）客专用轨，强度级别相当于U71Mn ，化学成分相当于欧洲EN2602）厂标：钢轨厂标（攀钢）和
8、牌号（U75v）攀钢，05年，2号炉，第1176炉现在的标识武钢的钢轨标识轨端贴有标签，显示负轨型号。牌号。长度。炉号。交货状态等 。有的还标注适用的线路速度基础知识：轨头轨腰轨底1.2.4钢轨的型式尺寸（TB/T2334-2003,铁标适用速度为160km/h及以下）轨高允差轨底宽允差轨头宽允差面积50kg/m1520.6132+1-1.5700.565.860kg/m1760.6150+1-1.5730.577.4575kg/m1920.6150+1-1.5750.595.037注1：端面不对称，允差偏差1.2mm注2：钢轨端部弯曲：1米范围内，向上0.5mm,向下0.2mm,左右0.5m
9、m注3：端面斜度（垂直、水平方向0.8mm注4：高速铁路对钢轨外形尺寸另有要求1.2.5 TB/T2344-2003对热轧钢轨的表面质量要求（1）钢轨表面不应有裂纹；（2）热刮伤、轧痕、纵向线纹、折叠、氧化皮压入等缺陷的深度不应大于0.5mm（3）冷状态下形成的钢轨纵秘史或橫向划痕、碰伤的深度不应大于：轨头踏面及轨底下面0.4mm（轨底下表面不应有橫向划痕）；钢轨其他部位0.5mm（4）钢轨表面缺陷允许用打磨方法清理干净。清理应沿纵向进行。清理宽度不应小于深度的5倍。清理后保证钢轨尺寸符合规定。钢轨修磨处应圆滑过渡。并且不应影响其显微组织1.2.6 钢轨的第学成分（%）cSiMnVRepSU7
10、40.67-0.800.13-0.280.70-1.000.0400.040U71Mn0.65-0.760.15-0.351.10-1.400.0300.030U75v0.71-0.800.50-0.800.70-1.050.0300.030U76NbRe0.72-0.800.60-0.901.00-1.300.0300.0301.2.7钢轨中各元素的作用碳元素：提高强度，硬度。但碳元素增加、塑性、韧性变差。钢轨是高碳钢锰元素：是一种强化元素、强化铁素和细化珠光体组织。提高强度。硬度但锰保量增加，塑性、韧性变差，过热敏感性淬硬性增加。晚使晶体长。锰元素与硫元素结合形成高熔点的硫化锰杂物。形成焊
11、接缺陷。硅元素：强化元素。大量溶于铁素休、提高耐磨性。但硅合量增加。塑性、韧性下降，硅与氧的亲和力比铁强。晚形成焊接缺陷。钒元素：碳化物形成元素、细化晶粒，降低过热敏感性。提高强度。韧性，微量的钒元素对焊接有利。铌（Nb）元素：固溶到奥氏体中。可使奥代体晶粒细化。提高韧性。稀土元素 ：改变夹杂物形态，对夹杂物起变质处理作用，提高韧性。硫（S）元素：有害元素，易形成热裂纹磷（P）元素：有害元素，易形成冷裂纹。1.2.8钢轨中的夹杂物主要是氧化物和硫化物.来源于冶炼过程中的脱氧产物(未脱干净).钢轨中最常见的夹杂物是脆性的链状AL2O3和塑性的长条状MnS、FeS.危害：破坏基体的连续性，降低韧性
12、、塑性、焊接性、耐磨性、是钢轨疲劳伤损的主要原因。产生裂纹源和应力集中，存在于轨头。常引起剥离和掉块。非金属夹杂物是钢轨纯净度的重要批标（在TB2344-2003中有规定）：A类夹杂：硫化物，不应超过2.5级B类夹杂：氧化铝，不应超过2.0级C类夹杂：硅酸盐，不应超过2.0级D类夹杂：球状氧化物。不应超过2.0级钢轨中的夹杂物：左图：C 类夹杂右图C类D类夹杂共存1.2.9钢轨中的马氏体组织是钢轨中的脆性组织，不允许存在马氏体：高温奥氏体在较快冷却下的较变产物危害：存在于轨头，引起剥离掉块，存在于轨底，引起断裂来源：轧制或焊接近程中、注意钢轨或接头在高温下不允许淋水成分偏析：钢轨中局部某元素含
13、量超高，成分不均匀危害：焊接性变差。晶格畸变严重，引发形核，断裂，硅元素偏析，焊接时易形成灰斑。1.2.10 不能直接用于焊接的钢轨 （1）尺寸允许偏差超出铁标的钢轨。特别是轨高轨头宽。轨端向下弯曲超标的钢轨（2）表面质量或伤损超过铁标规定的钢轨（3）对钢轨母材落锤检查，复验2次仍不符合规定时；4.不同牌号的钢轨未通过焊接型式检验的。不得混焊5异形钢轨型式检验未达到小断而尺寸钢轨焊接标准时6进货渠道不明，没有质保书的钢轨7旧轨未来、经整修和探伤时根据线路设计速度不同，执行不同的钢轨标准43kg/m-75kg/m热轧钢轨订货技术条件（TB2344-2003）时速200公里客运专线60kg/m钢轨
14、暂行技术条件（1998）250km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件（2005）时速300公里高速线路60kg/m钢轨暂行技术条件（1998）350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件(2004)以下重点介绍350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件,主要包括:钢轨几何尺寸,平直度. 化学成分,性能.,表面质量 其它要求参内子标准原文尺寸允许偏差160km/h200km/h250km/h300km/h350km/h钢轨高度0.60.60.60.60.6轨头宽度0.50.50.50.50.5轨腰厚度+1.0 -0.5+1.0 -0.5+1.0 -0.5+1.0 -0.5+1.0 -0.5轨底宽度+1.0 -1.5 1.01.01.01.0轨底边缘厚度+0.75 -0.5离轨底边缘20mm的轨底厚度0.5+0.75 -0.5离轨底边缘20mm的轨底厚度0.5+0.75 -0.5轨底凹陷0.40.30.30.30.3端面斜度0.80.60.60.60.6端面不对称1.21.21.21.21.2
