CN118143398A - 一种高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法，包括如下步骤：步骤1、渗透检测。步骤2、缺陷定位：缺陷定位的具体方法为：首先用浓度为5％的硝酸酒精侵蚀焊接区，准确定位缺陷所在位置；然后根据缺陷位置、大小、形状准备清除缺陷；步骤3、缺陷清除；步骤4：修补。本发明解决现有技术下高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补如何满足欧盟规范要求，如何避免焊接缺陷而导致辙叉被废弃的技术问题。采用本发明工艺方法进行修补，不仅满足欧盟规范要求，降本增效，而且操作简单，适合推广。
Description
技术领域
本发明属于作业运输焊接技术领域，涉及一种高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法。
背景技术
当今铁路运输发展高速与重载的趋势，需要进行高锰钢辙叉与钢轨的焊接。高锰钢辙叉与钢轨焊接属于异种材料的焊接，其化学成分、组织和物料性能差异很大，且两者的焊接性都非常差，给焊接带来很大的困难。
目前，成熟的焊接方法为添加中间焊接过渡材料的闪光焊接。所选用的中间焊接过渡材料比较集中，均是采用奥氏体不锈钢。该工艺已经成熟应用于高锰钢辙叉与钢轨的焊接。高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接结构如图1所示。
对高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区进行质量检测，在检测过程中发现，“高锰钢侧热影响区+中间焊接过渡材料”区域会出现个别缺陷，分析该缺陷，主要有：一是高锰钢母材存在缺陷，在闪光焊接及接头加工后再次检出；二是高锰钢与焊接材料在闪光焊接时受热结晶过程中产生的液化裂纹，这种裂纹通常出现在焊缝上或者焊接材料表面，深度最大达到1.3mm。
目前，普遍认为，通过调整闪光焊接工艺参数，可以提高焊接接头检测合格率，减少以上缺陷的产生频率。但是，在大量的生产制造过程中发现，这种缺陷不可完全避免。在产生缺陷的情况下，如果不进行修补，将要废弃高锰钢辙叉或者切除焊接接头重新进行焊接，这两种方式的成本都很高。因此，针对这种情况展开高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法的研究。
对此，根据欧盟规范“BS EN14587-3-2012；Railway applications—Track—Flash butt welding of rails；Part 3:Welding in association with crossingconstruction(铁路设施-轨道-轨道闪光对接焊接-第3部分：与交叉口建设有关的焊接)”；高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区为焊接中心线两侧各50mm区域，即：高锰钢辙叉侧热影响区50mm(B)+中间12～15mm焊接过渡材料区(C)+钢轨侧热影响区50mm(D)，如图2所示。
对该区域进行质量检测，在检测过程中发现，“高锰钢辙叉侧热影响区50mm(B)+中间12～15mm焊接过渡材料(C)区”会出现缺陷。针对该缺陷，结合材料性能分析，并结合试验和结构特点，提出如下技术方案。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法，解决现有技术下高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补如何满足欧盟规范要求，如何避免焊接缺陷而导致辙叉被废弃的技术问题。
本发明采用的技术方案：一种高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法，包括如下步骤：
步骤1、渗透检测：渗透检测的具体方法为：对焊接区进行渗透检测，检测后将检测合格的工件移交成品区，将检测不合格的工件移交修补区等待修补；
步骤2、缺陷定位：缺陷定位的具体方法为：首先用浓度为5％的硝酸酒精侵蚀焊接区，准确定位缺陷所在位置；然后根据缺陷位置、大小、形状准备清除缺陷；
步骤3、缺陷清除；
步骤4：修补。
上述技术方案中：步骤2中，所述缺陷包括点状缺陷、连续缺陷、较大缺陷或所述缺陷包括尺寸≤3mm的缺陷和尺寸＞3mm的缺陷。
上述技术方案中：步骤3中，所述缺陷清除的具体方法为：对于点状缺陷或尺寸≤3mm的缺陷，采用步骤4的修补工艺进行修补；对于连续缺陷、较大缺陷或尺寸＞3mm的缺陷，采用手持式打磨机刻槽后采用步骤4的修补工艺进行修补。
上述技术方案中，作为本发明的优选技术方案：对于点状缺陷或尺寸≤3mm的缺陷，采用步骤4的修补工艺进行修补，利用焊接熔深重熔消除缺陷。
上述技术方案中，作为本发明的优选技术方案：所述手持式打磨机为具有圆头替换头的手持式打磨机或具有片状替换头的手持式打磨机。
上述技术方案中，作为本发明的优选技术方案：步骤4中，修补的具体方法为焊条电弧焊修补；所述焊条电弧焊修补的工艺参数为：焊条直径3.2mm，焊接电流80～120A，焊接速度100～140mm/min；所述焊条为常温高锰钢堆焊焊条。
上述技术方案中，作为本发明的进一步地改进：步骤4中，修补的具体方法还包括手持电动打磨机清除缺陷，并根据缺陷分布的位置、大小、形状更换不同的手持式打磨机机头。
上述技术方案中，作为本发明的进一步地改进：步骤4中，所述焊条电弧焊修补后需要立即浇水，浇水的原则为使得被浇区域的工件在30秒内冷却至300℃以下，并继续浇水，直到工件冷却至60℃以下后停止浇水。
上述技术方案中，作为本发明的进一步地改进：步骤4中，还包括用2kg手锤锤击焊补金属区域的操作。
上述技术方案中，作为本发明的进一步地改进：还包括步骤5、二次检测和修补步骤：二次检测时，将检测合格的工件移交成品区，将检测不合格的工件重复步骤2至步骤4的操作，且同一部位重复修补次数最多不超过2次。
本发明与现有技术相比的优点：
1、采用本发明高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法修补，能够有效确保修补后的焊接区满足欧盟规范要求，避免焊接缺陷导致的辙叉被废弃技术问题的发生。
2、采用本发明工艺方法进行修补，不仅操作简单，适合推广，而且对修补区域及附近金属进行渗透检测，未发现缺陷；进一步制取多个试验进行显微金相检测，检测项目为碳化物形貌及级别，碳化物形貌如图3(a)至如图3(b)所示；满足欧盟规范要求。
3、本发明利用焊接熔深重熔消除缺陷的操作，电弧焊修补由于经历了熔化、结晶过程，虽然有不可避免的碳化物析出，但是碳化物析出为小颗粒状且不连续，因此金相显微检测得出的碳化物级别均为X2级，不会增加修补区域的脆性，满足欧盟规范要求。
4、本发明通过小电流、短弧焊、分段焊、灭弧后立即浇水的工艺措施，能够有效减少热输入；本发明控制缩短焊后300～900℃停留时间操作以及对焊接头的快速冷却的工艺措施，产生的技术效果在于：综合高锰钢和奥氏体不锈钢的材料特性，尽量减少析出碳化物、阻碍晶粒长大，避免引起高锰钢脆化；避免在熔池及热影响区诱发液化裂纹。
5、本发明修补采用焊条电弧焊修补，利用其设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好，不受场地和焊接位置限制的工艺特点，具有如下技术优势：热量比较集中，热影响区小，焊接变形小。
6、本发明电焊条的选择，根据高锰钢和奥氏体不锈钢焊接性分析，结合高锰钢辙叉结构和使用特点，选择常温高锰钢堆焊焊条，具有加工硬化、坚韧、耐磨的特点。
7、本发明考虑到现有技术下高锰钢辙叉闪光焊接区域主要承受动荷载和冲击荷载，所以需要主要保证焊补金属具有较高的冲击韧性和塑性；因此采用低强度等韧性匹配原则选择不同强度等级的焊接材料，以及焊缝强度低于母材强度的原则，通过相应地降低焊缝强度，从而实现塑性和韧性的提高，有效增强接头抗冲击断裂能力和抗裂性能。
附图说明
图1为高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接结构示意图；
图2为图1中的A部放大细节图；
图3(a)为试样1#的碳化物形貌图；
图3(b)为试样2#的碳化物形貌图；
图3(c)为试样3#的碳化物形貌图；
图4为实物渗透检测后用5％的硝酸酒精侵蚀焊接区定位缺陷位置的点状缺陷示意图；
图5为实物渗透检测后用5％的硝酸酒精侵蚀焊接区定位缺陷位置的连续、较大缺陷示意图；
图6为具有圆头替换头的手持式打磨机结构示意图；
图7为图6中圆头替换头的放大结构示意图；
图8为具有片状替换头的手持式打磨机结构示意图；
图9为使用图6具有圆头替换头的手持式打磨机修补时的刻槽图；
图10为使用图8具有片状替换头的手持式打磨机修补时的刻槽图；
图11为本发明方法流程图；
图12为碳化物等级检验为4级的碳化物形貌图；
图中：1-钢轨，2-焊缝，3-中间焊接过渡材料，4-点状缺陷，5-刻槽，6-连续缺陷、较大缺陷。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-12，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法，(结合图11)包括如下步骤：
步骤1、渗透检测：渗透检测的具体方法为：对焊接区进行渗透检测，检测后将检测合格的工件移交成品区，将检测不合格的工件移交修补区等待修补。
步骤2、缺陷定位：缺陷定位的具体方法为：首先用浓度为5％的硝酸酒精侵蚀焊接区，准确定位缺陷所在位置；然后根据缺陷位置、大小、形状准备清除缺陷。需要说明的是:首先用浓度为5％的硝酸酒精侵蚀焊接区,选择浓度为5％的硝酸酒精侵蚀焊接区，较采用其它浓度的优势如下：(1)由于修补区域存在高锰钢、奥氏体不锈钢、珠光体钢轨，该配比侵蚀溶液适合三种材料通用。(2)配比简单、常用。(3)侵蚀界线清晰，满足需求。该结果通过查阅三种材料金相侵蚀溶液适应性，综合分析所得到。
上述实施例中：步骤2中，所述缺陷包括点状缺陷、连续缺陷、较大缺陷或所述缺陷包括尺寸≤3mm的缺陷和尺寸＞3mm的缺陷。通过对缺陷划分，实现针对性的修补，提高修补效率的同时，降低修补难度，并为后续操作做好准备。
步骤3、缺陷清除。
上述实施例中：步骤3中，所述缺陷清除的具体方法为：对于点状缺陷或尺寸≤3mm的缺陷，采用步骤4的修补工艺进行修补；对于连续缺陷、较大缺陷或尺寸＞3mm的缺陷，采用手持式打磨机刻槽后采用步骤4的修补工艺进行修补，从而保证修补效果。
上述实施例中，作为本发明的优选实施例：对于点状缺陷或尺寸≤3mm的缺陷，采用步骤4的修补工艺进行修补，利用焊接熔深重熔消除缺陷。
需要说明的是：本发明采用焊接熔深重熔消除缺陷的技术优势如下，该技术能够快速地消除焊接缺陷，提高生产效率。通过重熔处理，焊缝的质量得到显著提高，减少了焊接缺陷的产生。该技术能够减少焊接材料的消耗，降低生产成本。该技术适用于多种金属材料的焊接，具有广泛的应用前景。
上述实施例中，作为本发明的优选实施例：所述手持式打磨机为具有圆头替换头的手持式打磨机或具有片状替换头的手持式打磨机。即所述圆头替换头用于点状缺陷或尺寸≤3mm的缺陷修补；片状替换头用于连续缺陷、较大缺陷或尺寸＞3mm的缺陷修补。
步骤4：修补。
上述实施例中，作为本发明的优选实施例：步骤4中，修补的具体方法为焊条电弧焊修补。
需要说明的是：采用焊条电弧焊修补的技术优势如下：相对于其他高级焊接设备或焊接方法，采用焊条电弧焊可以大大降低成本。焊条电弧焊焊接能力强，可以焊接多种材料。相比其他高级焊接设备，焊条电弧焊的操作难度相对较小，不需要复杂的调试，普通人员也可以上手操作。能够在较短的时间内完成大面积的焊接任务，从而提高了生产效率，焊接效率高。焊接人员可以更容易地调节电弧的强弱和焊接速度，从而掌握焊接过程的控制权，易于控制。
上述实施例中，优选地：所述焊条电弧焊修补的工艺参数为：焊条直径3.2mm，焊接电流80～120A，焊接速度100～140mm/min；所述焊条为常温高锰钢堆焊焊条。
上述实施例中，作为本发明的进一步地改进：步骤4中，修补的具体方法还包括手持电动打磨机清除缺陷，并根据缺陷分布的位置、大小、形状更换不同的手持式打磨机机头。技术效果同前所述，通过对缺陷划分，实现针对性的修补，提高修补效率的同时，降低修补难度，并为后续操作做好准备。
上述实施例中，作为本发明的进一步地改进：步骤4中，所述焊条电弧焊修补后需要立即浇水，浇水的原则为使得被浇区域的工件在30秒内冷却至300℃以下，并继续浇水，直到工件冷却至60℃以下后停止浇水。
需要说明的是：本发明通过小电流、短弧焊、分段焊、灭弧后立即浇水的工艺措施，能够有效减少热输入；本发明控制缩短焊后300～900℃停留时间操作以及对焊接头的快速冷却的工艺措施，产生的技术效果在于：综合高锰钢和奥氏体不锈钢的材料特性，尽量减少析出碳化物、阻碍晶粒长大，避免引起高锰钢脆化；避免在熔池及热影响区诱发液化裂纹。
上述实施例中，作为本发明的进一步地改进：步骤4中，还包括用2kg手锤锤击焊补金属区域的操作。该步骤操作的目的和效果在于：由于焊接时会产生残余应力，这些残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。手锤敲击焊缝可以产生一定的膨胀和振动，有助于消除这些残余应力。同时，手锤敲击还可以使焊缝得到塑性延伸，细化焊接组织，提高焊缝的致密性，从而防止裂纹的产生。
上述实施例中，作为本发明的进一步地改进：还包括步骤5、二次检测和修补步骤：二次检测时，将检测合格的工件移交成品区，将检测不合格的工件重复步骤2至步骤4的操作，且同一部位重复修补次数最多不超过2次。通过增设该步骤，达到再次降本增效的目的。此外，之所以将同一部位重复修补次数控制在2次以内，是多次实验的结果。经过实验，修补超过2次后的工件，存在碳化物析出比较多，取样进行碳化物等级检验为4级(如图12所示)的问题，因此不能超过2次。
关于本发明方法的原理解释如下：首先，本发明利用焊接熔深重熔消除缺陷的操作，电弧焊修补由于经历了熔化、结晶过程，虽然有不可避免的碳化物析出，但是碳化物析出为小颗粒状且不连续，因此金相显微检测得出的碳化物级别均为X2级，不会增加修补区域的脆性，满足欧盟规范要求。
其次，本发明通过小电流、短弧焊、分段焊、灭弧后立即浇水的工艺措施，能够有效减少热输入；本发明控制缩短焊后300～900℃停留时间操作以及对焊接头的快速冷却的工艺措施，产生的技术效果在于：综合高锰钢和奥氏体不锈钢的材料特性，尽量减少析出碳化物、阻碍晶粒长大，避免引起高锰钢脆化；避免在熔池及热影响区诱发液化裂纹。
再者，本发明修补采用焊条电弧焊修补，利用其设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好，不受场地和焊接位置限制的工艺特点，具有如下技术优势：热量比较集中，热影响区小，焊接变形小。
此外，本发明电焊条的选择，根据高锰钢和奥氏体不锈钢焊接性分析，结合高锰钢辙叉结构和使用特点，选择常温高锰钢堆焊焊条，具有加工硬化、坚韧、耐磨的特点。
不仅如此，本发明考虑到现有技术下高锰钢辙叉闪光焊接区域主要承受动荷载和冲击荷载，所以需要主要保证焊补金属具有较高的冲击韧性和塑性；因此采用低强度等韧性匹配原则选择不同强度等级的焊接材料，以及焊缝强度低于母材强度的原则，通过相应地降低焊缝强度，从而实现塑性和韧性的提高，有效增强接头抗冲击断裂能力和抗裂性能、
通过以上描述可以发现，采用本发明高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法修补，能够有效确保修补后的焊接区满足欧盟规范要求，避免焊接缺陷导致的辙叉被废弃技术问题的发生。
不仅如此，采用本发明工艺方法进行修补，不仅操作简单，适合推广，而且对修补区域及附近金属进行渗透检测，未发现缺陷；进一步制取多个试验进行显微金相检测，检测项目为碳化物形貌及级别，碳化物形貌如图3(a)至如图3(b)所示；满足欧盟规范要求。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高锰钢辙叉与钢轨闪光焊接区缺陷修补方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、渗透检测：渗透检测的具体方法为：对焊接区进行渗透检测，检测后将检测合格的工件移交成品区，将检测不合格的工件移交修补区等待修补；
步骤2、缺陷定位：缺陷定位的具体方法为：首先用浓度为5％的硝酸酒精侵蚀焊接区，准确定位缺陷所在位置；然后根据缺陷位置、大小、形状准备清除缺陷；
步骤3、缺陷清除；
步骤4：修补。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤2中，所述缺陷包括点状缺陷、连续缺陷、较大缺陷或所述缺陷包括尺寸≤3mm的缺陷和尺寸＞3mm的缺陷。
3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤3中，所述缺陷清除的具体方法为：对于点状缺陷或尺寸≤3mm的缺陷，采用步骤4的修补工艺进行修补；对于连续缺陷、较大缺陷或尺寸＞3mm的缺陷，采用手持式打磨机刻槽后采用步骤4的修补工艺进行修补。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：对于点状缺陷或尺寸≤3mm的缺陷，采用步骤4的修补工艺进行修补，利用焊接熔深重熔消除缺陷。
5.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述手持式打磨机为具有圆头替换头的手持式打磨机或具有片状替换头的手持式打磨机。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤4中，修补的具体方法为焊条电弧焊修补；所述焊条电弧焊修补的工艺参数为：焊条直径3.2mm，焊接电流80～120A，焊接速度100～140mm/min；所述焊条为常温高锰钢堆焊焊条。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于：步骤4中，修补的具体方法还包括手持电动打磨机清除缺陷，并根据缺陷分布的位置、大小、形状更换不同的手持式打磨机机头。
8.根据权利要求6所述方法，其特征在于：步骤4中，所述焊条电弧焊修补后需要立即浇水，浇水的原则为使得被浇区域的工件在30秒内冷却至300℃以下，并继续浇水，直到工件冷却至60℃以下后停止浇水。
9.根据权利要求6所述方法，其特征在于：步骤4中，还包括用2kg手锤锤击焊补金属区域的操作。
10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，还包括步骤5、二次检测和修补步骤：二次检测时，将检测合格的工件移交成品区，将检测不合格的工件重复步骤2至步骤4的操作，且同一部位重复修补次数最多不超过2次。
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2024
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