钢轨闪光对焊带电顶锻参数的改进

本文针对国产Ｕ７４钢轨的焊接,采用乌克兰进口Ｋ１９０钢轨焊机,并对随机焊接工艺参数进行了修正,避免了灰斑等缺陷的产生,使产品达到质量要求,现对焊接过程做一简略介绍。１工艺改进 乌克兰进口 Ｋ１９０焊机随机推荐的主要焊接工艺参数列入表１。 按照资料推荐的焊接工艺参数进行试焊,发现焊缝落锤检测达不到铁道部ＴＢ１６３２－９５标准。取焊缝断口观察,发现熔合区灰斑缺陷偏多,灰斑面积普遍超标,个别接头发现有单个灰斑超标８倍的不规则斑点,抗锤指标按试验接头统计不合格率为４０％。为了消除焊缝灰斑缺陷,我们对焊机的…     

钢轨闪光焊接工艺与接头落锤试验分析

试验采用YHG-1200TH型移动式钢轨闪光焊机,焊接武钢60 kg/m U71Mn G热轧态钢轨.通过观察分析焊接曲线中闪平、脉动闪光、加速闪光与顶锻保压各阶段电流、电压、钢轨位移、压力等因素,结合接头落锤试验情况,调整并优选出合理工艺参数;分析焊接热输入与顶锻量间的搭配关系及接头抗落锤次数,观察断口与接头显微组织.结果表明,试验用钢轨闪光焊接热输入在11.5~12.5 MJ之间且顶锻量在15~16 mm之间时,接头抗落锤情况较集中,质量稳定性好;合理工艺参数焊接且经落锤检验合格的接头断口无明显缺陷,焊缝及热影响区组织为珠光体和少量铁素体,未见马氏体、贝氏体组织或其它缺陷.     

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。     

U75V钢轨闪光焊工艺研究

介绍了钢轨连续和脉动闪光焊接工艺.脉动闪光工艺的有效热输入大,有利于降低落锤断口灰斑,适合焊接U75V钢轨.为获得有效加热,脉动闪光工艺参数必须根据加热钢轨接触电阻变化,对焊接参数分多段进行独立调节,确保不发生长时间短路或快速烧化.     

残余应力对钢轨焊接接头落锤试验性能的影响

对钢轨窄间隙电弧焊接头热处理前后的残余应力分布进行了测量和比较,结合落锤试验结果和断口形貌,分析了焊接残余应力对钢轨接头落锤试验性能的影响.结果表明,热处理前,钢轨接头的轨腰和轨颚部位存在较大残余拉应力,在落锤冲击载荷作用下容易形成裂纹源,并沿轨腰向母材延伸、扩展、断裂;热处理后,钢轨接头的残余应力最大值下降1/2~2/3,抗冲击载荷能力显著提高,落锤试验时的钢轨接头沿焊缝中心或热影响区垂直断裂.钢轨接头存在较大残余应力时,在落锤冲击载荷作用下,容易在残余应力较大的部位产生裂纹,并加速扩展和断裂.     

钢轨中的夹杂物对闪光焊接头力学性能的影响

U71Mn和U75V钢轨中的非金属夹杂物主要为A类、 B类和C类,其中, MnS (A类夹杂物)的含量最高,是B类和C类之和的10倍。U71Mn的MnS夹杂物含量较高,是U75V的1倍。在钢轨闪光焊过程中, MnS在焊接过热区固溶于基体。在焊接末期,由于过梁爆破,出现暴露于空气中的空洞,焊缝液态金属中的Mn等与空气中的氧发生反应,生成硅酸盐夹杂物,滞留于焊缝金属,形成灰斑。闪光焊的顶锻和推凸,使得沿水平条状分布的MnS夹杂物大角度弯曲,造成接近推凸表面过热区出现推凸裂纹。推凸裂纹较为严重时,对钢轨闪光焊接头的落锤和静弯试验结果带来负面影响。比较有MnS裂纹和无MnS裂纹冲击试验结果可知,冲击韧性相差很小,由此说明MnS对钢轨纵向力学性能的影响较小。焊缝灰斑和焊接过热区的MnS夹杂物均可以导致脉动拉伸疲劳萌生裂纹。焊缝带灰斑的接头疲劳强度略低于屈服强度,影响较大,而焊接过热区带MnS的接头疲劳强度略高于屈服强度,影响较小。     

基于低频采集数据的钢轨闪光焊接接头质量预测研究

为了实现钢轨闪光焊接接头质量的在线检测要求,低速采集了焊接过程中的焊接电流、焊接电压等焊接参数,从中提取出影响焊接接头质量的特征量作为焊接接头RBF神经网络质量预测模型的输入量,以试验所得的灰斑面积作为RBF神经网络的输出量,建立了基于RBF神经网络的钢轨闪光焊接接头质量预测模型,并采用训练后的模型进行预测,按铁道部TB/T1632-2005要求,预测准确率达到80%。由于采用低速采集,减少了数据量和处理量,采用RBF神经网络模型对灰斑面积进行预测基本能够满足钢轨焊接生产的实时性要求。     

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。     

加热均匀度对焊接质量的影响

在焊轨生产中,为了稳定焊接质量,从焊接设备角度分析如何保证焊接工艺稳定状态,对于进一步减少或消除焊接缺陷十分重要.以K1000型固定式闪光焊机的电极与钢轨底板接触的契合程度,通过调整电极与钢轨接触面的契合程度,达到标准焊接状态,研究了由此所引发的轨底脚灰斑、轨脚过烧、三角区细小灰斑和未焊合等缺陷数量分布特征,以及对焊接质量的危害规律.结果表明:电极与钢轨的接触状态不良,会导致工艺参数的调整难以获得稳定质量的预期效果,在很大程度上会影响钢轨接头落锤稳定性,应在生产中给予重视.     

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 针对焊接接头不能通过落锤检验问题,对钢轨母材和焊接接头进行取样,采用SEM、硬度、冲击、拉伸等分析方法,对比母材和焊接接头相同部位的断口微观形貌、金相组织、硬度、冲击性能和拉伸性能;采用网格法对夹杂物进行计量分析。结果发现,母材基体存在元素偏析,母材和焊态钢轨里存在大量分布极不均匀的非金属夹杂物;母材硬度波动大、冲击性能低、强度高、韧性差;采用正常焊接工艺所得到的接头力学性能有所提高,但品质不稳定;局部夹杂缺陷是引起钢轨断裂的本质原因。     

基于BP神经网络的钢轨闪光对焊接头灰斑面积预测

针对钢轨闪光对焊的特点,根据GAAS80/580焊机记录的压力、电流和动端位移随时间而变化的曲线,从中提取了10个主要影响接头灰斑面积的特征参数作为BP神经网络预测模型的输入量,建立了钢轨闪光对焊接头的灰斑面积预测模型.采用粒子群算法优化了BP神经网络的权值和阈值,并利用优化后的BP网络模型对接头灰斑面积进行了预测.结果表明,提取的特征参数能较好地反映焊接接头灰斑情况,粒子群算法优化的BP神经网络预测模型能较准确地预测出焊接接头灰斑面积.     

包钢P74钢轨焊接性能的研究

为了改善包钢P74-60kg/m钢轨的质量,我们采用GAas80焊机所焊的这种钢轨的试样,进行了焊接性能的研究。一、焊接接头的性能试验 1.落锤试验共选取39个焊接接头,分别在北京和沈阳进行落锤试验,其试验条件是不同的。(北京:锤重1.0t,落高3.4m,支距1.Om;沈阳:锤重O.465t,落高6.8m,支距1.0m)。按照旧标准规定2锤不断为合格,我们的试验结果是所有的焊接接头均达到合格标准的要求。随后,又按新标准进行了试验(1锤不断为合格),共试验7个接头。其中6例     

重载线路用新型钢轨闪光焊质量研究

随着高速铁路及重载铁路的快速发展,对钢轨及钢轨焊接接头的质量提出更高的要求。为提高钢轨强度和硬度,攀钢研发出PG5(U95Cr)过共析钢轨,包钢研发出U20Mn贝氏体钢轨。使用GAAS80/580闪光焊机和感应热处理设备开展焊接及热处理试验,并进行落锤、硬度、冲击、拉伸、疲劳、静弯及金相等各项性能检测。结果表明,接头各项性能指标满足TB/T1632-2014标准要求,接头质量良好。     

基于闪光声音信息的钢轨焊接接头质量分析

针对移动式钢轨交流闪光焊装备,采用LabVIEW语言编制了钢轨交流闪光焊声音信息采集软件,采集了钢轨焊接接头焊接过程信息,对降噪处理后的闪光声音信号采用四种时频分析方法进行了对比分析,确定了闪光声音信息的最佳分析方法——STFT时频分析方法,在此基础上,提出了闪光声音信号加权平均频率和能量谱密度的算法,编制了相关分析计算软件,计算得到了26个焊接接头时间-能量谱密度关系和时间-闪光声音信号加权平均频率关系曲线,将曲线与焊接接头冲击断口缺陷面积进行对比分析,初步得到了钢轨闪光焊低压烧化后期及加速烧化两个阶段的能量谱密度、闪光声音信号加权平均频率与闪光焊接头灰斑缺陷之间的对应关系,即灰斑缺陷小的焊接接头在低压阶段后期以及加速烧化阶段具备两个特征:能量谱密度逐步提高,没有出现200%以上的突变;闪光声音信号加权平均频率在低压前期的基础上提高约20%以上,在加速阶段增加逐渐平缓,且不出现下降.     

基于BP人工神经网络的钢轨交流闪光焊焊接接头质量预测

对刘国东等提出的BP(误差反向传播)神经网络归一化模型进行了改进,得到了适合钢轨交流闪光焊落锤质量预测的BP神经网络归一化模型。基于LabView开发软件编制了高速采集软件。采集了U71Mn钢轨焊接工艺正交试验的焊接电流、焊接电压和动立柱的位移,并从中提取加速烧化前一阶段的闪光率、能量输入、焊接时间和烧化量等质量特征量作为BP神经网络预测模型的输入量。建立了输入层单元数为5、隐含层单元数为14的BP神经网络焊接接头落锤质量的预测模型;以正交设计工艺试验的27个焊接接头中的17个作为训练样本,对预测模型进行训练。以余下的lO个作为检验样本,采用将训练后的预测模型进行预测,预测准确率达到90％。     

基于RBF神经网络的钢轨交流闪光焊接头灰斑面积预测

针对进口AMS60移动式钢轨交流闪光焊机,高速采集了U71Mn钢轨焊接过程中的焊接电流、电压和动端的位移,并从中提取了加速阶段闪光率、低压二及稳定烧化阶段闪光率、焊接接头的能量输入、烧化量、焊接时间、低压二及稳定烧化阶段短/断路权重因子、加速阶段的短/断路权重因子、顶锻量等8个影响焊接接头灰斑面积的特征量作为RBF神经网络预测模型的输入量,建立了RBF神经网络焊接接头灰斑面积的预测模型;以29个工艺试验焊接接头中的19个作为训练样本,对预测模型进行训练,以余下的10个作为检验样本,确定了扩展速度为1.5的预测模型,并采用训练后的预测模型进行预测,按铁道部标准TB/T1632-2005要求,预测准确率达到了100%.     

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。     

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。     

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.     

钢轨化学成分偏析及接头热处理对质量的影响

针对60kg／m U76NbRE钢轨闪光焊焊接接头断面进行了断口扫描、化学成分、金相以及力学性能试验,通过对钢轨母材和焊接工艺的分析发现：裂纹源区域存在明显的Nb偏析;钢轨母材中的C含量偏高;焊接接头正火后的冷却速度过快造成马氏体淬火。为此．提出了相应的预防措施。