钢轨闪光对焊接头的灰斑形成机制研究

【摘要】钢轨在焊接基地进行焊接生产时,评价钢轨基地焊接的质量,通常是通过落锤检验,国标规定,让重量1000kg的锤头自由落体,砸到钢轨上,若能够保证连续25个焊接接头达到两锤不断,即为合格,可见落锤检验对钢轨质量的要求十分严格,一般如果在基地焊接生产的钢轨能通过落锤检验,质量就都能够得到保证。经统计研究发现,落锤试验不合格的钢轨的焊接接头中,通常含有灰斑缺陷。本课题首先研究钢轨闪光对焊接头本身的组织和韧性,以及灰斑的成分、分布规律和空间形态,并且在研究灰斑的形成机制时,提出把钢轨闪光对焊的预热阶段和烧化阶段,从整个闪光对焊过程中独立出来,单独研究这两个阶段所形成的夹杂物和氧化物的情况,通过分析给出灰斑的形成机制。本文的主要研究成果如下：1、所使用的U71Mn钢轨材料的金相组织为片状珠光体,焊缝区因温度过高导致碳过烧而出现软化现象,硬度大大低于母材。正火热处理后珠光体团较为细小,接头整体断裂韧性得到了提高。但是对于超声波探伤很难发现的灰斑缺陷,一旦在焊缝区或热影响区出现的缺陷比较大时,即使经过焊后正火处理,接头在落锤检验中仍不达标。2、硅酸盐夹杂物呈散乱的无规则的镶嵌在钢轨断裂面上的灰斑内部集体上,空间形态大致为一个扁平的不规则结构。在闪光加热的过程中,两对接钢轨表面形成可流动的液态金属流动层,导致Mn、Si等元素被氧化聚集,Fe元素排向周围集体,从而形成硅酸盐夹杂物。3、焊缝区硅酸盐夹杂物的出现大致有两个主要原因：(1)融化后的金属层中形成的夹杂物的含量；(2)在表层区形成夹杂物,被不断爆破飞溅的液态金属流动区一层层覆盖,成为更深层的夹杂物。这些较深层的金属中形成夹杂物很难挤出,就会残留下来形成灰斑,因为硅酸盐夹杂物和母材基体的热膨胀系数不同,而且硅酸盐夹杂物是镶嵌于基体上的,在冷却的过程中在与周围基体的界面上就会形成微小裂纹,在落锤检验中成为起裂源引起钢轨开裂。影响焊接接头性能。
【作者】朱君；
【导师】朱亮；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】钢轨闪光对焊；组织与韧性；灰斑成分；灰斑分布规律；灰斑空间形态；灰斑形成机制；

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