鋁熱焊的常見缺陷和原因分析
鋁熱焊是一種鑄造組織,，其常見缺陷為：縮孔和疏松,、氣孔,、夾渣,、夾砂、熱裂,、未焊合,、螺孔裂紋等。現(xiàn)將主要缺陷的定義及原因分析列表如下,。供參考,。| 序號(hào) | 缺陷 名稱 |
缺 陷 定 義 及 形 成 |
原 因 分 析 |
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1 |
縮孔 |
高溫鋼水在冷卻及凝固過程中，有體積收縮（液態(tài)收縮）是形成縮孔的主要原因,。 在澆注過程中,，在溫度最高、最后凝固的部位,，由于體積收縮后得不到外來鋼水的補(bǔ)縮,，而形成集中孔穴稱為縮孔。 |
焊頭有縮孔及疏松缺陷時(shí),，會(huì)起到疲勞核心的作用,，在列車交變負(fù)荷作用下，從疲勞核心處開始逐步擴(kuò)展形成較大的疲勞裂紋,，并導(dǎo)致焊縫提前疲勞斷裂,。 產(chǎn)生的原因： （1）預(yù)熱時(shí)間過長(zhǎng),； （2）局部高溫，有過熱現(xiàn)象,。特別是軌腰及軌腳部分有局部過熱現(xiàn)象,。 （3）預(yù)熱槍或砂模裝偏,，位置不居中,，形成一側(cè)有過熱現(xiàn)象。 |
| 疏松 |
細(xì)小而不連貫的縮孔,，比較均勻地分布在焊縫的局部范圍內(nèi)稱為疏松,。疏松其內(nèi)表面是不光滑的。疏松導(dǎo)致焊縫組織不致密現(xiàn)象,。 縮孔一般易發(fā)生在焊縫中心處的軌腰（預(yù)熱溫度最高）及軌底中央三角區(qū)（最后凝固,，易形成集中疏松）等部位。 |
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| 2 | 氣孔 |
氣孔是鋁熱焊鑄造組織中最常見的缺陷之一,。 氣孔是焊縫在凝固過程中產(chǎn)生和放出氣體所形成,。氣孔表面是光滑的，一般呈圓形,。 氣孔按其部位,，分為內(nèi)部氣孔和皮下氣孔兩種。內(nèi)部氣孔在焊縫整個(gè)斷面內(nèi)均可出現(xiàn),，氣孔尺寸有時(shí)可以很大,。皮下氣孔緊靠表皮下產(chǎn)生，一般在軌底及軌底兩側(cè)斜面上容易產(chǎn)生,。 |
（1）焊劑受潮,。焊劑中帶有水分，在鋁熱反應(yīng)時(shí),，高溫下水分分解在焊縫中產(chǎn)生氣體,； （2）封箱泥過多、過濕或砂模潮濕,。砂型或封箱泥中的氣體不能及時(shí)排出,，在焊頭中形成氣孔； （3）預(yù)熱溫度過低,，鋼水容易凝固使氣體不易排出,，容易在軌底兩角產(chǎn)生氣孔； （4）預(yù)熱到澆注前時(shí)間超過30秒,，使預(yù)熱后溫度降低,，也容易在軌底兩角產(chǎn)生氣孔； （5）鎮(zhèn)靜時(shí)間不夠,，或鋁熱反應(yīng)不充分,，澆入砂型后繼續(xù)作用形成氣孔,。 |
| 3 | 夾渣 |
夾渣是鋁熱焊鑄造組織中常見的缺陷之一。 夾渣的形成是由于熔渣進(jìn)入焊縫而造成,。如未能全部熔化的金屬塊或混入鋼中的其他金屬,；在進(jìn)行鋁熱反應(yīng)中，熔渣未及時(shí)上浮沖走而進(jìn)入型腔,，粘附在鋼軌表面被凝固,，形成夾渣。 |
（1）焊縫斷面不清潔,，有金屬渣,、屑等； （2）上砂模后未覆蓋型腔口,，使雜質(zhì)進(jìn)砂模,； （3）軌縫過大、砂箱不密貼或產(chǎn)生“跑鐵”現(xiàn)象,，鋼水量不夠,，使熔渣不能完全排出，進(jìn)入型腔,，最容易在軌頂部位產(chǎn)生夾渣,； （4）鎮(zhèn)靜時(shí)間不夠，反應(yīng)未完成就澆注,，在型腔內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)生成熔渣,，由于凝固快，熔渣來不及浮出就形成夾渣,。 |
| 4 | 夾砂 | 夾砂的形成是由于型砂進(jìn)入焊縫而造成,。如：砂型及其耐火材料的碎屑；一次性坩鍋的夾砂物主要是氧化鋁與硫化錳的混合物等進(jìn)入鋼水,。 |
（1）砂型清潔不好,，在磨合后未用毛刷清除掉浮砂； （2）有碎屑等雜質(zhì)進(jìn)入型腔中,。 （3）砂箱一次沒有扣準(zhǔn),，在移動(dòng)中砂型擠壞掉入型腔內(nèi)； （4）由于過熱,，使砂型中的砂子變成玻璃狀,，擠入熔合區(qū)。 |
| 5 | 熱裂 |
在焊縫及熱影響區(qū)均可產(chǎn)生,。在焊頭凝固過程中,，稍低于其凝固點(diǎn)的一定溫度范圍內(nèi)，強(qiáng)度較低,，由于產(chǎn)生了收縮應(yīng)力或受到外力超過了該溫度范圍內(nèi)鋼的強(qiáng)度極限時(shí),，就會(huì)產(chǎn)生裂紋或斷裂,。 這種在高溫區(qū)形成的斷裂稱為熱裂。其表面常帶有氧化蘭色,。 |
熱裂對(duì)焊頭質(zhì)量影響大,，會(huì)造成斷軌。 （1）焊接過程中焊縫有移動(dòng),，受拉,，存在較大的拉應(yīng)力。 （2）過早拆箱,，使焊頭提前受力,。特別在低溫時(shí),，焊縫由于受到激冷,，加快收縮，加大了收縮應(yīng)力,，在高溫區(qū)形成熱裂,。 （3）提前推瘤，使焊頭提前受力,。情況同上,。同時(shí)還會(huì)在焊接表面出現(xiàn)熱裂紋，進(jìn)而發(fā)展,。 （4）焊頭在冷卻過程中,、未完全凝固時(shí)受到外力的錘擊。 |
| 6 | 未焊合 |
在鋁熱焊接后,，原來待焊的兩個(gè)鋼軌斷面上仍有沒有熔化的區(qū)域,，稱為未焊合。 未焊合缺陷一般多發(fā)生在軌頭,，也有在軌底的,。 |
未焊合對(duì)焊頭質(zhì)量影響大，會(huì)造成斷軌,。 （1）預(yù)熱溫度過低,，鋁熱鋼所放出的熱量不足以使軌端熔化； （2）預(yù)熱時(shí)間不足或氧氣,、丙烷壓力不足,，情況同上； （3）軌端處理不好,，在軌端產(chǎn)生了一個(gè)脆弱的氧化層,，造成熔合不好。 （4）砂箱或預(yù)熱槍裝偏,、不居中,，造成一側(cè)預(yù)熱不足,。 （5）軌縫太小。焊縫內(nèi)的熱容量較小,，在沒有將鋼軌端部完全熔化就已冷卻,，造成未焊合。 （6）軌端用氧氣切割過,，未用鋸軌機(jī)切割, 端面不平整,。 （7）焊接中砂箱“跑鐵”。 |
| 7 | 螺孔裂紋 |
在螺孔處形成的焊接裂紋,，稱為螺孔裂紋,。 鋁熱焊接在冷卻過程中產(chǎn)生一定的焊接熱應(yīng)力,因此,一般要求在焊縫附近不要有螺栓孔,避免在焊接熱應(yīng)力的作用下在螺孔處形成裂紋,造成傷損。在列車作用下,，裂紋發(fā)展擴(kuò)大,，最后導(dǎo)致斷軌。 法國(guó)要求螺孔距焊縫應(yīng)大于100mm,。 |
螺孔裂紋對(duì)焊頭質(zhì)量影響大,，會(huì)造成斷軌。 （1）螺孔距焊縫距離太近,，使螺孔處在焊接熱應(yīng)力的作用下形成裂紋,。在列車作用下，裂紋發(fā)展擴(kuò)大,，最后導(dǎo)致斷軌,。 （2）如帶螺孔焊接時(shí)，盡量應(yīng)通過調(diào)整軌縫達(dá)到焊接軌縫要求,。萬不得已非要鋸軌時(shí),，應(yīng)從鋼軌兩端各鋸掉10～13mm，切忌從鋼軌一側(cè)鋸軌,，使螺孔距軌縫太近,，造成隱患。 （3）第一螺孔必須在側(cè)砂模即砂箱的外側(cè),，且應(yīng)在第一螺孔處塞上封箱泥或鋼塞,。 |
| 8 | 粗晶 |
在焊頭的金相組織方面，部分或全部斷面上的晶粒度粗大或不均勻,，稱為粗晶,。 要求焊縫的晶粒度比鋼軌的晶粒度低一級(jí)。如PD3鋼軌的晶粒度是6級(jí),，焊縫晶粒度應(yīng)不低于5級(jí),。 1～3級(jí)為粗晶粒。粗晶粒會(huì)影響焊頭的疲勞強(qiáng)度及韌性,，增加焊頭的脆性,。 |
粗晶也會(huì)造成斷軌,，主要使脆斷。 （1） 冷卻速度過快,，使造成粗晶的主要原因,； （2） 焊頭提前受力，加速了粗晶焊頭的脆斷,。 |
發(fā)表評(píng)論