摘要：钢轨焊接接头的超声波检测是现场焊接的最终检测方法，而正确分析移动闪光焊和铝热焊两种钢轨焊接方法中各种缺陷的形成机理，准确确定焊接接头的缺陷和损伤，是保证焊接接头质量的关键。与此同时，准确判定损伤，减少返工，是节约成本，获得良好效益的关键途径。据此，本文主要对钢轨现场焊接接头缺陷及探伤技术进行了详细分析。
关键词：钢轨；闪光焊；热处理工艺；性能优化；探讨
闪光焊作为国内外焊接钢轨接头的主要方法在现代的应用中比较广泛。对于焊接缺陷的控制能够在一定程度上保障钢轨闪光焊接头的质量。通过对钢轨闪光焊接头的缺陷特点、探伤工艺以及产生机理等进行研究能够减少焊接的缺陷。过去对于钢轨闪光焊接缺陷的研究主要集中在其断口灰斑方面。[1]钢轨闪光焊接头的断口主要是通过落锤来进行试验检查而灰斑的出现会导致钢轨接头在使用过程中容易出现折断的现象。
一、钢轨闪光焊接头热处理效果现状分析
（一）工装设备以及工艺参数
在对钢轨闪光进行焊接时，容易受热处理设备性能参数的影响，由于频率搭配的选择性不够，因而只能采用双频热处理，也就是线对其进行低频加热进而再转为中频加热。[2]在选择低频与高频调试搭配时也是具有一定的限制的。不管是低频加热还是中频加热其调整都需要在一定的范围中进行。
（二）未正透现象
在用落锤方式对焊接接头进行检验时会发现断口处出现未正透现象，之所以会出现未正透现象是因为该处的温度不够。通过对其样品送检得知其微观上有个三角区，致使轨头与轨脚的晶粒度不合格，从宏观上看热处理加热影响区没能完全覆盖焊接热影响区。
二、对热处理工装以及工艺的优化进行分析
（一）优化目标分析
主要是通过对热加温度进行控制尤其是对轨脚温度进行控制来对温度场进行优化。目标要求是：轨脚的温度不能低于八百三十摄氏度；轨头的踏面与轨底脚的温差不高于六十摄氏度。
（二）工装优化分析
在对钢轨焊接接头进行加热时不同的部位会有不同的特点：集中体现在以下几个方面：
1、如果轨头的截面尺寸较大，很容易使温度停留在表面，致使轨头心部与表面的温度很难相同。[3]
2、如果轨脚的边缘处，与空气对流太过强烈，甚至达到磁化温度以后，升温将变慢。
3、轨腰下部的三角区升温较快，散热相对较慢，往往是整个断面温度最高的部位，如果温度太高，就很容易导致晶粒变大。所以保持接头每个部位加热温度的均匀性非常重要。
（三）工艺参数试验分析
优化加热线圈的尺寸只能对接头力学性能进行部分的改善，不可能完全对其性能进行完善。所以比较关键的改进措施就是对热处理工艺的参数进行优化。对于工艺参数的试验主要进行了以下两个方面的试验探析：
1、将热处理由双频加热改为单频加热。
2、对热处理的加热参数进行细化和微调，比如温度参数以及频率参数等。
通过这两个试验得知，当轨头顶面温度分别设置为九百二十摄氏度，九百摄氏度或者八百八十摄氏度。一旦轨头顶面加热温度符合设置值后，加热过程将会立即停止。并且对轨脚边缘的最高温加热温度进行测量得知：轨头与轨脚的温差比较大；在进行单频热处理加热工艺时，轨头与轨脚的温度差大体上不会大于双频加热工艺，从而确定了单频加热方式并且对相关的系数也进行了确定。
（四）电气参数优化分析
对加热温度进行初步确定之后，如果对其加热温度进一步的提高会在一定程度上导致轨头与轨脚的温差更大。所以，可以从电源功率以及加热固有的频率入手，对系统的参数进行精心的细化。[4]通过相关的试验以及数据显示功率为100kw，频率为1800Hz，轨头温度为八百八十摄氏度，轨脚为八百三十五摄氏度，轨头与轨脚的温度差为四十五摄氏度时参数是最为理想的并且与之前设定的优化目标匹配。
（五）焊后热处理工艺参数的选择分析
焊接接头整体韧性的提高以及硬度的匹配程度直接与焊后热处理加热温度的选择有关。因而在进行选择时要综合考虑。
1、首先要最大限度的对焊接接头的韧性进行改善，充分发挥正火的作用。
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2、要考虑是否对强度产生影响，在一定条件下，加热温度越低其冲击韧性就越好，另外，如果加热温度低，空冷后接头的强度也就会越低。
3、要考虑温度的分布问题。在接头的焊后热处理中尽量选择较低的正火温度以便使得接头具有良好的韧塑性。
三、对优化后的检验结果进行分析
通过以上试验对确定的热处理参数再次进行试验，同时还要将试验样品送到铁科院进行检验。[5]除了对硬度以及软化区宽度进行检验外，最主要还是对之前不符合标准的宏观覆盖以及晶粒度两个方面进行检验，通过检验得知试验的结果是满足铁标的标准的。
（一）宏观检验分析
对焊接接头的纵断面进行硝酸酒精腐蚀后，在热处理工艺参数未得到优化之前因为焊接热处理工艺不当进而导致热处理区域太窄，不利于覆盖焊接热影响区，轨头中央热处理最窄处宽度为38 mm。在热处理工艺参数得到优化之后被热处理后的热影响区已经覆盖了原焊接热影响区。
（二）晶粒度检验分析
通过对焊缝处的晶粒度检验结果分析，得知焊缝和热影响区显微组织为珠光体和铁素体， 没有发现异常的组织。利用焊缝的铁素体网对晶粒度进行评级，得知轨头晶粒度为9级，轨底中晶粒度为8. 5级，轨底角晶粒度为 8. 5 级或者9 级。
（三）硬度检验分析
对于钢轨焊接接头的硬度测试要严格按照铁道行业的标准进行，通过对硬度检验得出基本与标准吻合。
（四）软化区宽度分析
通过对纵断面进行测试进而在此基础上绘制出硬度曲线，得知软化区的宽度也符合规定的标准要求。
四、相关的建议分析
（一）对钢轨接头焊缝未焊合的缺陷进行检测
焊缝未焊合缺陷在一定程度上会导致基体金属的不连续性，可以通过超声波探伤的方式进行检查进而发现其中的缺陷。由于区域范围比较小很容易被忽略，所以通过对其面积的扩展其缺陷易被发现。
（二）在铺设前对新焊接钢轨接头焊缝进行检测
在用超声波探伤的方式进行检查时要特别注意反射波的出现，不能简单的认为是焊后热处理加热不透导致的，热处理对焊缝未焊合的缺陷不会轻易的消除，但是会在一定程度上对粗晶组织进行消除，因而在必要的时候可以重新进行热处理，以此来确认是否是由热处理的不当引起反射波的。
（三）加大对中频感应加热方式的研究和开发
电感应加热的最主要特征是热源来自于工件的心部，这就避免了因为加热不透进而导致粗晶现象的出现。利用电感应加热方式对其进行热处理，一旦钢轨接头焊缝出现故障，可以精确的判断其存在焊缝未焊合的缺陷，同时不会受到粗晶的干扰。[6]
（四）对钢轨焊接的接头进行及时的检验
在钢轨焊接接头铺设一年之内，要积极的利用超声波探伤的方式进行跟踪检查，一旦发现缺陷要及时的进行处理。
结语：
综上所述，我们得知不仅热处理加热感应器的形状对加热效果有影响，同时热处理加热感应器的尺寸大小对加热效果也同样有一定的影响。因而需要采用优化后的加热感应器，使得接头在全断面范围内的加热更加均匀平衡。同时单频加热热处理也可以实现接头的均匀加热，晶粒度也要符合规定的要求。想要对热处理工艺引进优化，就必须结合热处理加热功率、频率以及温度、风压等参数来进行综合调试。
参考文献：
[1]周清跃,张建峰,郭战伟,习年生,高新平. 重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究[J]. 中国铁道科学,2010,01:27-31.
[2]陈朝阳,周清跃,张银花,刘丰收,陈昕. 低合金高强度贝氏体钢轨的试验研究[J]. 铁道学报,2013,08:75-79.
[3]鲍磊,韩自力,张银花,高怡斐,董瀚,周清跃. 高速铁路钢轨质量评估[J]. 中国冶金,2014,11:9-13.
[4]车军,郑韶先,苏程. 国内钢轨焊接的现状及发展趋势[J]. 焊接,2011,10:33-35+70.
[5]周清跃,刘丰收,焦吉明,张银花,陈朝阳. 68kg/m钢轨的试验与评价[J]. 铁道学报,2015,06:73-78.
[6]李闯,张银花,周清跃,刘丰收,陈朝阳. 过共析钢轨使用性能研究[J]. 铁道建筑,2015,10:147-150.
论文作者:杨保拴
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
标签：钢轨论文; 温度论文; 晶粒论文; 缺陷论文; 参数论文; 工艺论文; 摄氏度论文; 《基层建设》2019年第27期论文;