钢轨铝热焊探伤方法的研究与应用.pdf

20232钢轨铝热焊探伤方法的研究与应用太原铁道科技石研究探讨钢轨铝热焊探伤方法的研究与应用刘宝军袁立昌：秦皇岛西工务段摘要：对德焊铝热焊焊接工艺原理进行了简要介绍，从焊缝外观检查、磁粉探伤、超声波探伤等方面对德焊铝热焊焊缝探伤方法进行了细致研究，并对德焊铝热焊焊缝探伤工作提出了具体建议，对提高德焊铝热焊焊缝探伤工作的质量和效率具有一定的指导意义。关键词：铝热焊；伤损分析；探伤方法1引言铝热焊是铁路无缝线路的一个重要组成部分，目前我国铁路线路采用的铝热焊工艺主要有法国拉伊台克公司焊接工艺、德国施密特公司焊接工艺及中国铁道科学院研发的焊接工艺三种,其中德焊和法焊的应用较为广泛。德焊与法焊虽然同属于铝热焊的范畴，但两者在外形、内部组织结构等方面都存在一定的差别，这就给直线且2#道岔移位后，设备病害明显消除，框架尺寸良好保持。道岔改造施工从粗放型转向精细化、标准化规范化转型，优化该项施工技术管理、改进当前施工工艺、提高施工技术水平和生产效率，施工作业质量显著提升。通过合理运用封锁点外预铺道岔，封锁点内拆除既有线路或道岔、分组插人预铺道岔、中间渡线拼装的施工技术，并在施工封锁前对人员、机具、材料做好充分准备，极大的减少了封锁点内的工作量，为顺利完成道岔插人创造有利条件。在封锁点内对各个施工环节进行严格把控，对施工计划、人员、材料、机械进行认真协调组织，落实道岔插人安全、质量和进度德焊铝热焊探伤工艺带来了新的要求。2德焊铝热焊焊接工艺简介德国施密特公司焊接工艺（以下简称德焊）与法国拉伊台克公司焊接工艺（以下简称法焊）均属于氧化还原反应，利用铝和氧化铁及适当量的金属合金按比例配成铝热焊剂，放在特制的埚中，将点燃的高温火柴插入铝热焊剂中点火，或利用预热枪中性火焰点燃置于埚帽中心的安启塞来引燃焊剂，焊剂点燃后发生强烈的化学反应，在反应过程中还原出铁（Fe)。铁的比重大会沉于铝热焊底部，铝氧化成氧化铝（A1203)溶渣较轻，浮于上部，并产生巨大的热量，高温度钢水随即浇注进人已安装完毕的砂模中，将两轨端钢轨熔化，浇注金属本身又作为填充金属，最终形成钢轨焊接。的保证措施，较好的解决了施工封锁时间短，施工场地受限等不利条件，安全快速的完成本次难度较大的渡线道岔改造施工，为线路安全正点的开通提供保障，增强铁路营业线施工安全管理水平，为以后既有车站改造渡线及插铺道岔施工积累了一定经验。参考文献1郑明广.铁路干线交叉渡线道岔插入施工技术研究 .产业科技创新,2 0 2 2,4(1):8 3,8 6.2顾平.轨道交通既有线分段插铺交叉渡线施工技术分析 隧道与轨道交通,2 0 2 2，(2)：5 8,6 2.3李纪龙，刘建文.既有繁忙车站咽喉区快速插铺有诈道岔施工技术 J.施工技术息,2 0 2 1,5 0(5):2 3 8,2 7 0.202329钢轨铝热焊探伤法的研究与应用太原铁道科技研究探讨3德焊铝热焊焊缝探伤方法研究3.1焊缝外观检查(1)平直度测量。焊缝的平直度直接关系到线路几何尺寸、列车运行平稳性以及焊缝的使用寿命。尤其是线下焊接，由于两侧钢轨高低、方向不规则，焊接时对轨非常困难，极易出现上拱度过大的问题，导致焊缝平直度超标，严重时甚至目测便能发现两侧钢轨是呈上拱状焊接在一起的现象。因此利用1m钢直尺对焊缝的平直度进行测量是外观检查的一项重要环节。(2)镜照检查。焊缝的镜照检查与探伤防断工作息息相关。近年来，因铝热焊轨头下颚和轨底下圆弧月牙形伤损引发的断轨数量比重很大，其根源主要是在焊接后打磨处理时残留的溢流飞边未完全清除而产生应力集中所致。从现场看德焊的外观处理相对较好，但也不能放松警惕，特别是线上焊接时，由于受到天窗点时长限制，极有可能出现个别焊缝外观处理不到位的现象。因此，要严把质量关，重点加强对轨头下颚、轨底下圆弧和轨底下表面的镜照检查，发现外观问题坚决要求焊接人员进行处理，消除钢轨焊缝防断隐患。3.2磁粉探伤(1)轨腰加强筋部位磁粉探伤。该部位与法焊在轨腰加强筋部位经常出现比较严重的横向裂纹不同，德焊在轨腰产生横向裂纹的情况比较少见，即使偶尔出现也不会严重，基本上适当打磨即可消除。相对来说，该部位出现夹渣的情况更为多见，磁痕为单个或蜂窝状不规则圆环，发现该问题时应及时通知焊接人员处理。（2）轨底上表面加强筋部位磁粉探伤。德焊轨底上表面加强筋部位产生夹渣的情况比较少见，而出现横向裂纹的情况则更多一些，磁痕呈单个不规则横线状。由于裂纹的长度和深度各不相同，磁粉探伤过程中应注意做好裂纹打磨处理后的复核工作，务必确保裂纹已完全消除，以免遗留隐患。3.3超声波探伤（1）7 0 探头探伤。使用7 0 探头对德焊轨头部位进行探伤时，应重点注意本侧熔合线轨头下颚部位的反射回波，回波表现为波幅达不到判废标准的稳定回波,定位在靠近探头的本侧熔合线下颚部位，常与对侧的焊筋波呈双波并存情况，母材探伤时如果7 0 探头灵敏度偏高也会出现这种情况。出波原因多数情况下为熔合线部位粗晶或残留的焊渣与母材粘连所致，但也要警惕轨头下颚部位可能存在较小的缺陷，因此在日常探伤中应注意区分，具体需要做好以下三项工作：一是做好7 0 探头的基准灵敏度标定和DAC曲线制作工作。通常本侧熔合线轨头下颚部位的反射回波幅度比较弱,距离判废标准相差比较大，一旦回波幅度接近或超过判废标准时，则要重点关注，认真校对。二是利用指触法进行鉴别。用手指沾耦合剂对反射部位进行拍打时，如果回波跳动明显，则可初步排除，有条件时安排焊接人员进行打磨处理后再进行一次复核；如果回波跳动不明显，则须谨慎对待，认真校对，避免漏掉伤损。三是母材探伤要做好数据的周期对比工作。回放时如发现相邻两个探伤周期回波幅度相差较大，或前几个周期均未出现疑似回波而本周期突然出现时，应列为疑似及时复核。(2)K0.75串列探头探伤。使用K0.75串列探头对德焊轨腰部位进行探伤时，最常见的问题是轨腰熔合线部位的粗晶反射回波。该问题早在若干年前大秦线引入德焊时便已出现，表现为扫查架在指示深度80mm-140mm(60kg/m钢轨)或9 0 mm-160mm(75kg/m钢轨)范围内出现接近于超标的反射回波，最高波定位在一侧熔合线部位，使用K2.5探头在轨腰侧面校对无回波显示，到目前为止该问题并未出现发展为重伤或其它险情的情况，但从超声波探伤角度分析，该回波属于超标反射波，建议做好记录，并在常规焊缝探伤周期内进行重点对比町控。在对德焊进行首次探伤时，如出现类似回波，执机人员应在钢轨长度方向前后适当移动扫查架，找到最高反射波，如果此时指针定位在一侧熔合线附近，则可初步认定为粗晶反射回波；但如果指针定位在焊缝中心部位，则需考虑是否有热裂等缺陷，要仔细进行校对。20232钢轨铝热焊探伤法的研究与应用太原铁道科技石研究探讨(3）单K1和3 7 探头探伤。使用单K1探头对德焊进行探伤时，要重点关注在轨腰一侧熔合线部位出现的反射回波（回波指示深度7 0 mm-100mm，波幅稳定位移小，与判废标准相差通常都在6 dB以上）。如出现这种回波，要警惕焊缝轨腰靠近熔合线部位可能存在夹杂物，由于取向问题，导致单K1探头回波偏弱，可通过K2.5探头在轨腰侧面进行校对。如果K2.5探头有明显的回波，则可确认为伤损；如果没有回波，可以记录并利用母材探伤3 7 探头进行周期重点町控。利用母材探伤进行町控时，应注意做好周期数据的对比工作，重点关注“从无到有”的出波情况。(4)K2.5探头探伤。使用K2.5探头对德焊轨底部位进行探伤时，应重点关注靠近本侧熔合线轨底角部位的反射回波。该情况与轨头下颚部位的反射波情况类似，为波幅达不到判废标准的稳定回波,定位在靠近探头的本侧熔合线轨底角上表面或下表面部位，与对侧的焊筋波呈双波并存情况，出波原因也大多为熔合线部位粗晶或残留的焊渣与母材粘连所致。需要指出的是，德焊的两侧轨底角部位为伤损的高发区域，执机人员要将该部位列为轨底探伤的重点。同时，由于该部位多数情况下都会存在本侧熔合线轨底角部位反射波，会对执机人员造成很大的干扰和误导，因此要重点警惕靠近熔合线边缘的较小伤损回波，避免漏检和误判。（5)0 探头探伤。0 探头探伤主要是利用16 dB透声法检测德焊中疏松、粗晶等体积状缺陷，操作方法与法焊基本相同。由于德焊的晶粒更为粗大,对超声波的衰减也更大，因此，在确定基准透声dB值时，应选择不少于10 个德焊铝热焊进行采集，以确保判伤的准确性。4行德焊铝热焊焊缝探伤工作建议4.1高度重视外观检查工作焊缝的平直度和溢流飞边的处理，直接关乎焊缝的使用寿命和在线服役过程中是否会产生疲劳伤损。因此，探伤工要摒弃“探伤工只负责探伤”的观念，认真细致地抓好外观检查工作，消除防断隐患。4.2做好磁粉探伤工作磁粉探伤能够有效检出焊缝轨腰和轨底加强筋部位的横向裂纹和夹渣等缺陷，弥补超声波探伤的盲区。在磁粉探伤时，要严格按照规定要求进行操作，特别要注意在喷涂反差增强剂后要待其完全晾干后再喷涂磁悬液，以避免反差增强剂产生流动情况而影响显像效果。4.3做好焊缝探伤仪的标定工作由于德焊的棱角比较尖锐且晶粒更为粗大，因此出现异常出波的情况比较多见，需要在探伤前做好以下两个方面的标定工作，以便对异常出波进行准确的判定：一是要测定和设置好各项定位参数，如前沿长度、K值、声速和零点等，以确保准确找到异常出波的部位，避免漏检或误判；二是要标定好各探伤通道的基准灵敏度并制作DAC曲线，以便对异常出波进行准确的量化分析，避免出现误判或“轻伤重判”情况。4.4注意熔合线部位的反射回波根据探伤经验，无论是双探头探伤还是单探头探伤，都会在本侧熔合线部位出现反射回波，这也是德焊探伤的特点和难点。因此，对熔合线部位的反射回波进行准确的判别，是今后德焊探伤的一个重点，除了提高执机人员的操作水平和加强探伤仪的标定工作外，还需要进一步总结伤损回波和非伤损回波的出波规律，以达到准确判定的目的。5线结论钢轨铝热焊一直是探伤工作和防断工作的重点和难点，随着德焊铝热焊数量的大幅增加，如何更好地做好德焊的探伤工作是铁路线路养护单位面临的一项艰巨任务。本文针对德焊铝热焊焊接工艺、焊接伤损及不同层面的探伤验收作业进行了分析、探讨，对提高德焊铝热焊焊缝探伤工作质量和效率具有一定的指导意义。参考文献1李东侠，张大勇.钢轨焊缝超声波探伤方法的研究与应用 .铁道标准设计,2 0 12(12)2高松福，崔成林，周清跃，等.钢轨铝热焊轨缝对接头性能的影响 J.机械工程材料,2 0 11,3 5(9)：3 9-4 1.