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1、钢轨焊接技术及质量管理,主讲：高文会,主要内容,0 前言 (3页) 第1章 钢轨焊接基本概念(48页) 第2章 相关钢轨知识(25页) 第3章 钢轨闪光焊接技术概述(105页) 第4章 钢轨焊接缺陷及预防(54页) 第5章 钢轨焊接质量管理(59页) 第6章 钢轨焊接标准及相关技术规范(3页) 第7章 第三届线路工技能大赛 钢轨焊接接头打磨技术总结(17页 ),前 言 钢轨焊接质量及国内外钢轨焊接技术发展概论,1 钢轨焊接质量是指焊接接头的内部质量和外观质量 -内部质量：焊接缺陷、力学性能和显微组织 -外观质量：平直度和表面质量 2 钢轨焊接质量影响高速列车的安全运行 钢轨焊接质量终身负责制
2、3 保证钢轨焊接质量的关键在于过程控制 -人、机、料、法、环、测,前 言 钢轨焊接质量及国内外钢轨焊接技术发展概论,前 言 钢轨焊接质量及国内外钢轨焊接技术发展概论,4 我国钢轨焊接技术现状 基地闪光焊： 移动闪光焊： 铝热焊： 气压焊： 5 我国钢轨焊接质量现状 6 国外钢轨焊接技术简介 体系、人员、设备、资质、质量、检验 7 钢轨焊接技术发展,第一章 钢轨焊接基本概念,基本概念： 固定式闪光焊接、移动式闪光焊接、气压焊接 、铝热焊接 焊接接头、热影响区、软化区； 平直度、接头错边量、推凸余量、表面不平度； 顶锻、推凸； 灰斑、光斑、未焊合、过烧、电极灼伤、打磨灼伤,第一章 钢轨焊接基本概念
3、,1. 固定式闪光焊接（固定式接触焊） stationary flash-butt welding 闪光焊机在基地或车间焊轨作业线的焊接工位焊接钢轨，焊接电源由电力网经配电变压器供电。 固定式闪光焊接又称为固定式接触焊。,第一章 钢轨焊接基本概念,2. 移动式闪光焊接（移动式接触焊） mobile flash-butt welding 闪光焊机在铁路轨道上焊接钢轨，焊机及其配套设备的动力源是独立的车载式发电机组。 移动式闪光焊接又称为移动式接触焊。,第一章 钢轨焊接基本概念,3. 气压焊接 gas pressure welding 用气体火焰加热焊件，在压力作用下获得牢固接头的焊接方法。,第一
4、章 钢轨焊接基本概念,4. 铝热焊接 thermit welding 以氧化铁为氧化剂，以铝粉为还原剂的一种热剂焊。,第一章 钢轨焊接基本概念,5 焊接接头 welded joint： 用焊接方法连接的钢轨对接接头。焊接接头由焊缝和热影响区构成。,第一章 钢轨焊接基本概念,焊缝和热影响区,第一章 钢轨焊接基本概念,第一章 钢轨焊接基本概念,软化区： 软化区宽度：,第一章 钢轨焊接基本概念,U75V热轧钢轨闪光焊接头软化区宽度测试曲线（钢轨顶面下5mm） 软化区宽度：,第一章 钢轨焊接基本概念,6 平直度 英文为“allignment”，意思是“成直线” 平直度也可以理解为直线度，它描述的是弯曲
5、的程度，或偏离直线的程度，是可以通过“矫直”来纠正的。 描述的现象是有折角，如果弯折的角度是0度，那么就成了笔直的直线。,第一章 钢轨焊接基本概念,被焊接在一起的两根钢轨，其轨头工作面的纵向线可能有三种状态：共线、相交、平行。 -共线的情况最理想：钢轨是直的，焊接过程没有使接头产生外形尺寸偏差，焊接的长钢轨外形尺寸与轧制出厂的钢轨完全相同； -相交的情况：钢轨是弯的，产生平直度偏差。宏观表现是焊接接头两侧的钢轨偏离直线的现象，焊接接头两侧钢轨偏离直线的程度称为平直度。 -平行的情况：钢轨是错牙的，表面出现台阶。,第一章 钢轨焊接基本概念,第一章 钢轨焊接基本概念,第一章 钢轨焊接基本概念,电子
6、平直仪,第一章 钢轨焊接基本概念,电子平直仪测量曲线,第一章 钢轨焊接基本概念,平直度偏差是可以通过矫直纠正的。 平直度测量结果受以下因素影响 基础、支点、扣件、计量器具、测量方法,第一章 钢轨焊接基本概念,轨温对测量结果的影响,第一章 钢轨焊接基本概念,打磨升温对测量结果有影响,第一章 钢轨焊接基本概念,7 接头错边 英文名字是“steps across the weld”，意思是经过焊缝的台阶。 接头错边在现场也通常被简称为“错口”、 “错牙”或“错位”。 接头错边描述的是钢轨表面的台阶。其描述的现象与平直度所描述的现象完全不同。,第一章 钢轨焊接基本概念,平行的情况称为接头错边。 宏观表
7、现是焊接时两根钢轨由于没有对正，使焊缝两侧钢轨表面之间出现的平行偏差，偏差量称为接头错边量。 接头错边又分为三种基本情况：竖向错位、左右错位、扭曲错位；,第一章 钢轨焊接基本概念,第三章 钢轨闪光焊接基本概念及基本工序,接头错边量的测量方法,第一章 钢轨焊接基本概念,接头错边量的测量方法示例,第一章 钢轨焊接基本概念,第一章 钢轨焊接基本概念,在钢轨焊接技术中，涉及接头错边的只有一处： 在焊接工位，焊接推凸后，在未对接头进行任何打磨的情况下，测量接头错边量。每个接头都必须测量检查。 接头错边量超标后，直接在焊接工位锯掉接头，（焊缝两侧各100毫米位置），重新焊接。 不应采用打磨的方法纠正超标的
8、接头错边。 不应使用矫直方法纠正超标的接头错边； 控制接头错边，是过程控制的内容之一。,第一章 钢轨焊接基本概念,8 推凸余量 英文名字“trimmed”。是指推凸后残留的焊瘤高度。 推凸余量影响精磨作业的速度；推凸余量过小容易将焊渣挤进红热的接头中；推凸余量过大容易损坏精磨机；残留的焊瘤左右不对称或者推凸刀不够锋利，可能导致焊缝裂纹。 推凸余量主要在焊接工位控制，也是过程控制的内容之一。 铁道行业标准（TB/T1632-2005）规定的推凸余量见下页。,第一章 钢轨焊接基本概念,第一章 钢轨焊接基本概念,第一章 钢轨焊接基本概念,第一章 钢轨焊接基本概念,采用无砟轨道的高速铁路，对轨底残留焊
9、瘤的高度另有要求（0-0.5mm） 推凸余量超标后，可以采用打磨方法处理，但应采取措施，保证不磨伤钢轨母材，保证不产生脆性组织。 原则上是不应磨到钢轨母材.,第一章 钢轨焊接基本概念,9 表面不平度 描述的是打磨后的表面状态。与平直度不同 提出这项指标的目的是：杜绝人工使用手持砂轮机打磨钢轨接头顶面和轨头侧面工作边 这项指标是对最后结果的控制 如果采用了精磨机，表面不平度一般都是合格的。,第一章 钢轨焊接基本概念,10 顶锻、顶锻量、轨耗 闪光烧化量+顶锻量=轨耗 11 推凸（trimming) 用与钢轨横截面外形轮廓相同的刀具沿着钢轨表面纵向推进，切除焊接凸出量。,第一章 钢轨焊接基本概念,
10、12 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b ，b=Pb/F0； 屈服强度s s= PS/F0。 Pb为最大载荷， PS为屈服载荷， F0为原始断面积。,第一章 钢轨焊接基本概念,第一章 钢轨焊接基本概念,13 塑性： 定义：金属材料在外力作用下产生永久变形的能力。 常用的塑性指标主要有：伸长率和断面收缩率 。 =(l- l0)/ l0100%， = (d0 d)/ d0100% 5 ：标距长度等于试样直径的5倍，通常d0=10mm，l0=50mm。10倍时的延伸率称为10 ，同一材料的510 ，不能直接比较，钢轨焊接标准
11、中用5 。,第一章 钢轨焊接基本概念,第一章 钢轨焊接基本概念,拉伸试验,第一章 钢轨焊接基本概念,抗拉试验试件及断口照片,拉伸试样及断口,第一章 钢轨焊接基本概念,14 硬度： 定义：衡量金属材料软硬程度的一种性能。 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 （压头为淬火钢球，适用于布氏硬度值小于450的材料）。 HBW （压头为硬质合金，适用于布氏硬度值450650的材料。 例如：150HBS10/1000/30：表示用10mm淬火钢球，
12、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。,第一章 钢轨焊接基本概念,钢轨顶面布氏硬度测量,第一章 钢轨焊接基本概念,（2）洛氏硬度：测量压痕深度。 我国常用三种标尺：HRA、HRB、HRC。 优点：操作方便，可以直接读数。 缺点：压痕小，代表性差，如果材料存在偏析，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：压头是金刚石四棱锥体。符号：Hv。 例如：640 Hv30/20，表示
13、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，不适用于成批生产的常规检验。,第一章 钢轨焊接基本概念,硬度较低导致导致磨耗严重，接头低塌,焊接接头软化带,第一章 钢轨焊接基本概念,15 韧性： 定义：金属材料在破断前吸收能量而进行塑性变形的能力。一般用冲击功来表示。冲击功：Aku(或Akv)；冲击韧度：aku（或akv） 缺口类型：U型、V型之分,第一章 钢轨焊接基本概念,韧脆转变 金属材料力学性能研究表明，任何金属材料都具有两个强度指标，即屈服强度和断裂强度，两者都随温度上升而下降，如右图所示。屈服强度随温度下降的速率比断裂强度的下降速率大，因而
14、两者的关系曲线交于某一温度Tk。当TTk时，断裂强度大于屈服强度，材料先发生屈服，后发生断裂，呈现韧性断裂；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。,第一章 钢轨焊接基本概念,第二章 相关钢轨知识,只有合格的钢轨才能焊接。 本章重点掌握什么样的钢轨是合格的。,第二章 相关钢轨知识,1 基本概念 (1) 部位 钢轨
15、横断面分区,第二章 相关钢轨知识,(2) 牌号： U71Mn / U71MnK / U71MnG ; U75v / U75VG 250km/h以上高速铁路、200km/h250km/h高速客运铁路应选用U71MnG钢轨； 200km/h250km/h高速客货混运铁路应选用U75VG钢轨。 (3) 型号： 50kg/m、60kg/m、75kg/m,第二章 相关钢轨知识,(4) 交货状态：热轧钢轨和热处理钢轨 (5) 强度级别： 90kg级（ U71Mn），880MPa 100kg级 U75v （PD3）、U76NbRe，980MPa (6) 标志：,第二章 相关钢轨知识,凸起的标志：厂标、型号、
16、钢牌号、制造年月,第二章 相关钢轨知识,热压印标志：炉号、连铸流号、连铸坯号、钢轨顺序号（A、B、C）,第二章 相关钢轨知识,(7) 型式尺寸： 60kg/m 轨头宽：73 0.5 轨高：176 0.6 轨底宽：150（ 普速轨+1，-1.5） （高速轨为1.0 ） 轨冠饱满度 +0.6 -0.3,第二章 相关钢轨知识,(8) 平直度： 允许误差见P4 。下图示意 钢轨端部向下弯曲。,TB/T2344-2012,第二章 相关钢轨知识,(9) 端部扭曲: 0.45mm/m (10) 夹杂物：,第二章 相关钢轨知识,(11) 表面质量： 1） 钢轨表面不应有裂纹。 2） 热状态下形成的钢轨热刮伤、轧痕、纵向线纹、折叠、氧化皮压入等缺陷的深度不应大于： a) 轨头踏面0.50mm；（350km/h钢轨不大于0.35mm） b) 钢轨其他部位0.50mm。 3) 冷状态下形成的钢轨纵向或横向划痕、碰
