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钢轨焊接培训教材doc
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
<<中长期铁路网规划>>描给了2020年以前铁路发展的宏伟蓝图,未来几年是中国铁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)洛氏硬度:
测量压痕深度。
我国常用三种标尺:
HRA\HRBHRC
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T 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/m60kg/m75kg/m 3)按强度级别: 80kg级(U74),785Mpa 90kg级(u71Mn)883Mpa 100kg级[U75v(PD3)U76NbRe(BnbRe)],980Mpa 4)按牌号: U74、U71MnU75v(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、U71MnU75v、U76NbRe U74: 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EN260 2)厂标: 钢轨厂标(攀钢)和牌号(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/m 152 ±0.6 132 +1-1.5 70 ±0.5 65.8 60kg/m 176 ±0.6 150 +1-1.5 73 ±0.5 77.45 75kg/m 192 ±0.6 150 +1-1.5 75 ±0.5 95.037 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≤0.5mm 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 1.2.5TB/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(%) c Si Mn V Re p S U74 0.67-0.80 0.13-0.28 0.70-1.00 ≤0.040 ≤0.040 U71Mn 0.65-0.76 0.15-0.35 1.10-1.40 ≤0.030 ≤0.030 U75v 0.71-0.80 0.50-0.80 0.70-1.05 ≤0.030 ≤0.030 U76NbRe 0.72-0.80 0.60-0.90 1.00-1.30 ≤0.030 ≤0.030 1.2.7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、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/h 200km/h 250km/h 300km/h 350km/h 钢轨高度 ±0.6 ±0.6 ±0.6 ±0.6 ±0.6 轨头宽度 ±0.5 ±0.5 ±0.5 ±0.5 ±0.5 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 ±1.0 ±1.0 ±1.0 ±1.0 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 ≤0.4 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 ≤0.3 端面斜度 ≤0.8 ≤0.6 ≤0.6 ≤0.6 ≤0.6 端面不对称 ±1.2 ±1.2 ±1.2 ±1.2 ±1.2 平直度允许值 160km/h 200km/h 250km/h 300km/h 350km/h 轨端0-1m 向上≤0.5mm/1.0m 轨端0-2m部位 向上 ≤0.3mm/1.0m ≤0.4mm/2.0m 向下 ≤0.2mm/2.0m 水平 ≤0.4mm/1.0m ≤0.6mm/2.0m 向上 ≤0.3mm/1.0m ≤0.4mm/2.0m 向下 ≤0.2mm/2.0m 水平 ≤0.4mm/1.0 ≤0.6mm/2.0m 轨端0-1.5mm部位 向上 ≤0.5mm/1.5m 向下 ≤0.2mm/1.5m 水平 ≤0.7mm/1.5m 向上 ≤0.5mm/1.5m 向下 ≤0.2mm/1.5m 水平 ≤0.7mm/1.5m 距轨端1-2.5部位 垂直 ≤0.4mm/1.5mm; 水平 ≤0.6mm/1.5m 距轨端1-3m部位 垂直 ≤0.4mm/1.5m 水平 ≤0.6mm/1.5m 垂直 ≤0.3mm/2m 水平 ≤0.6mm/2m 垂直 ≤0.3mm/2m 水平 ≤0.6mm/2m 轨身 垂直方向 ≤0.5mm/3m ≤0.4mm/1m 水平方向: 水平≤ 0.7mm/1.5m 垂直方向 ≤0.4mm/3m ≤0.3mm/1m 水平方向: 水平≤ 0.6mm/1.5m 垂直方向 ≤0.4mm/3m ≤0.35mm/1.5m 水平方向: 水平≤ 0.6mm/1.5m 垂直方向 ≤0.3mm/3m ≤0.2mm/1m 水平方向: 水平≤ 0.45mm/1.5m 垂直方向 ≤0.3mm/3m ≤0.2mm/1m 水平方向: 水平≤ 0.45mm/1.5m (350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件) 钢号 C Si Mn p S V AL EN260 0.65~0.75 0.10~0.50 0.80~1.30 ≤0.025 0.008~0.025 ≤0.03 ≤0.004 U75V 0.70~0.78 0.50~0.70 0.75~1.05 ≤0.025 0.008~0.025 0.04~0.08 ≤0.004 抗拉强度、伸长率和轨头踏面硬度 (350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件) 钢号 抗拉强度Rm(N/mm2) 伸长率A(%) 轨头踏面中心线硬度(HBW10/3000) EN260 ≥880 ≥10 260~300 U75V ≥980 ≥10 280~320 轨头跳面中心线硬度值应符合上表规定,在同一根钢轨上石硬度变化范围应不大于30HB 表面质量 1)钢轨表面不应有裂纹 2)在热状态下形成的钢轨纵向导位板刮伤、磨痕、热刮伤、纵向线纹、折叠、氧化皮压入、轧痕等的最大允许深度;——钢轨踏面: 0.35mm——钢轨其他部位: 0.5mm 3)在冷状态下形成的钢轨纵向及横向划痕等缺陷最大允许深度;——轨头踏面和轨底下表面0.3mm(轨底下表面不应有横向划痕)——钢轨其他部位: 0.5mm 4)表面缺陷锈磨如果缺陷深度无法测量,可用深度探测器进行探测,然后修磨到符合以下标准,修磨时可用手砂轮,锉刀或砂带,但应保证钢轨的显微组织不受影响和修磨面轮廓应圆滑,最大允许修磨深度: ——钢轨踏面: 0.35mm——钢轨其他部位: 0.5mm钢轨10M长范围内表面缺陷不得多于3处,每10m可修磨1处,修磨后钢轨的尺寸和平直度应符合要求。 1.4热处理钢轨 热处理钢轨 热轧钢轨(俗称素轨)热处理钢轨(俗称淬火轨) 热处理钢轨: 同时提高强度和韧性,提高耐磨性。 提高寿命经济有效。 热处理钢轨分类: ——在线热处理: 钢轨轧制后不再重新加热到奥氏体化状态而直接加速冷却,得到细片状珠光体组织的热处理。 利用轧制余热,一次加热全断面 离线热处理: 将钢轨重新加热到奥氏体化状态后加速冷却,得到细片状珠光体组织的热处理。 利用电感应二次加热。 加速冷却方式: 喷风+喷雾 硬化层形状 包围轨头周边呈对称分布的帽形 硬化层深度顶面不小于15毫米,侧面不小于10毫米 热处理钢轨代号太性能 H340: 轨顶面硬度332-391(HBW10/3000) 抗拉强度不小于1180Mpa,伸长率不小于10% H370: 轨顶面石硬度341-401(HBW10/3000) 具体要求参见<<热处理钢轨技术条件>>(TB/T2635-2004) 思考量题 金属力学性能常用指标有哪些? 塑性指标主要包括哪两项? 硬度指标有哪些? 150HBS10/1000/30表示什么意思? 钢轨按照型号\牌号\交货状态如何分类? 解释U75V的含义? 铁道行业标准TB/T2344是关于什么的标准? 规定的60kg/m钢轨主要几何尺寸和允许偏差是多少? 端面不对称允许偏差是多少? 钢轨端部弯曲允许偏差是多少? 端面斜度(垂直\水平方向)允许偏差是多少? 350km/h客运专线60km/h钢轨暂行技术条件,规定的钢轨端部弯曲允许偏差是多少? 踏面硬度是多少? 在冷状态下形成的钢轨顶面和底面,纵向和横向划痕最大允许深度是多少? 钢轨中主要化学元素有哪些? 热处理钢轨如何分类? 第三章: 钢轨闪光焊接设备3.1.1钢轨闪光焊接生产线附属设备 4.4.1生产设备主要有 (1)配电室; (2)焊轨作业线(动力滚筒、非动力滚筒); (3)20吨吊车4台: 卸车、选配轨、配合进轨; (4)钢轨焊前矫直机1台: 焊前矫直钢轨端硬弯; (5)锯轨机(宜采用带锯机); (6)除锈机1台: 焊前钢轨除锈;(宜备角向磨光机,装配钢丝砂轮) (7)焊轨机1台: 焊接钢轨; (8)手持砂轮机4台: 焊后对接头进行粗打磨; (9)热处理设备1台: 接头正火; (10)焊后接头矫直机1台: 矫直接头硬弯(冷矫直较好); (11)精磨机1台: 对接头进行外形精整; (12)超声波探伤仪1台: 接头探伤; (13)长钢轨装卸组吊: 长钢轨下线、撞车; (14)长钢轨运输车。 第三章: 钢轨闪光焊接设备 *钢轨锈蚀严重时,应做预打磨 第三章: 钢轨闪光焊接设备 3.1.1钢轨闪光焊接生产线附属设备 轮压偏可能导致无法测量平直度 P左侧压力表垂直方向矫直压力,右侧水平方向矫直压力 P移动式钢轨闪光焊接辅助生产设备主要有: (1)锯轨机 (2)拉伸器 (3)端面打磨机 (4)手持砂轮机 (5)钢轨及接头矫直设备 (6)热处理设备(含加热、冷却装置) (7)仿行打磨机 (8)超声波探测仪 (9)起道机具 (10)垫轨滚筒 第三章: 钢轨闪光焊接设备3.1.1钢轨闪光焊接生产线附属设备 (11) (12)常规检验设备主要有: (13)钢轨平尺、赛尺 (14)宽座角尺 (15)轨型样板 (16)游标卡尺 (17)钢轨波磨尺 (18)SEC电子平直仪 (19)HT160里氏硬度计 (20)红外测温仪 (21)落锤试验机 (22)静弯试验机 第三章: 钢轨闪光焊接设备3.1.1钢轨闪光焊接生产线附属设备 PSEC电子平直仪测量焊接接头平直度 技术参数 项目 参数 项目 参数 准基长度 1000mm 纵向分辨率 200点/1000mm 测量范围 +1.5--------_2.5mm 测量精度 ±0.02mm 测量探头可视范围 Ø10mm 测量时间 6秒 测量梁重量 5KG 测量梁尺寸 1340×100×120mm 电池测量时间 最少300次测量 操作环境湿度 <90% 操作环境温度 -5-----+50℃ 操作轨温度 -20----+60℃ 存储温度 -20----+60℃ 思考题3 *K922焊机额定顶煅力是多少? *K920焊机额定顶锻力是多少? *会使用钢轨平直度测量尺和轨型样板 第四章: 钢轨闪光焊接工艺和技术规程4.1钢轨闪光焊接工艺 P断续电阻预热闪光焊 P连续闪光焊 P脉冲闪光焊 P脉动闪光焊 P本节依次讲述(焊接曲线、参数、报表) PGAAS80(举例固定式) PK920 PAMS60 PK922 PHMW-400 P 第四章: 钢轨闪光焊接工艺和技术规程4.1钢轨闪光焊接工艺 P焊接记录曲线的分析 P压力(每小格5吨)、电流(每小格5KA)、位移曲线(每小格2毫米) P顶锻量 P预热电流 P顶锻位移曲线 第四章: 钢轨闪光焊接工艺和技术规程4.1钢轨闪光焊接工艺 P(3)记录曲线的三个通道分别表示压力、电流和行程 P(4)焊接工艺参数: (a)以可控硅导通角控制各个阶段的电压; (b)以动架行程(或时间继电器)控制各个阶段进行的时间; (c)各个阶段的压力可控 (d)GAAS80/580焊机主要参数由SWEP06实现(后面讲) 第四章: 钢轨闪光焊接工艺和技术规程4.1钢轨闪光焊接工艺 P左上角提示“CutBrokenWeld”(焊缝不好,剪掉! ),短路了。 FlashEvenTime…..…闪平时间Preheatonminimum…….预热合缝时间 FinalFlashTime……..烧化时间Preheatoffminimum……预热间隔时间 Upsetcurrenttime……有电顶锻时间Preheatatcycles…………预热次数 Upsetpressure/force……顶锻压力/力Beginmeasuringafter….s…..在….秒后开始测量 Upsetpressure/force…drop……….顶锻压力/力下降 Upsetholdtime………顶锻保持时间Postheatcycles…………后热次数 Upsetcurrent……顶锻电流Beginmeasuringafter……在…秒后开始测量 PreheatRMScurrent…..预热电流Forpreheatcycleno……对应第..次预热 PostheatRMScurrent……后热电流Forpostheatcycleno…..对应第..次后热 FF-curinterrupt/stick…….烧化电流中断/短路Stopafterupset…….顶锻后…秒停止 Totaltravel…….总行程 Upsettravel……顶锻行程 Upsettraveldrop……顶锻行程下降 FFendtravelslip…….烧化后期打滑 FFbegintravelvelocity…….烧化开始速度 FFendtravelvelocity…….烧化后期速度 Upsettravelvelocity…….顶锻速度 第四章: 钢轨闪光焊接工艺和技术规程4.1钢轨闪光焊接工艺 GAAS80/580参数表举例 第一步基本步骤(找零点) 020 030 080 100 200 500 400 000 000 000 第二步闪平 070 950 050 200 000 000
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