国内外铁路钢轨焊接标准接头力学性能检验方法对比分析

第 34卷 第 7期 Vo1．34 No．7 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 介绍 NTRODI；C11ION TO STANDARDS 国内外铁路钢轨焊接标准接头力学性能检验方法对比 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 丁 韦，刘艳红，黄辰奎，宋宏图 (铁道科学研究院金属及化学研究所，北京 100081) 摘 要：对国内外钢轨焊接标准接头力学性能：落锤、静弯、疲劳、硬度、冲击和拉伸等指标进行了分析，提 出改进建议：闪光焊、气压焊接头落锤检验保留，试验温度范围提高；静弯试验加载速度上限应加以限制；疲劳 试验应朝四点弯曲方向发展；冲击和拉伸检验设底线值。 关键词：钢轨焊接；标准；力学性能检验 中图分类号：U213．4 文献标识码：A 文章编号：1006-9178(2006)07—0004—03 1 前言 1991～2004年，我国铁路所执行的钢轨焊接标 准为 TB／T 1632—1991(钢轨焊接接头技术条件》，该 标准为确保我国铁路无缝线路的行车安全起到了重 要作用。随着我国铁路建设的不断发展，钢轨焊接方 法增加了移动式闪光焊 ：钢轨规格增加了 75 kg／m； 钢轨品种增加了U75V和U76NbRE等。另外，通过 标准的长期应用也发现有些检验项目需要调整，一 些力学性能指标需要修订。钢轨焊接接头的力学性 能检验是钢轨焊接标准的核心，确定试验方法(或项 目)和性能指标需要科学和严谨 ，同时又要有良好的 可操作性，确保有效实施。针对以上情况，对我国 TB／T 1632—1991(钢轨焊接接头技术条件》与国外的 相关的标准进行了比较和分析，并提出了修订建议。 2 钢轨焊接现状 目前国际上铁路钢轨焊接方法有：闪光焊、气压 焊、铝热焊和窄间隙电弧焊四种。日本四种钢轨焊接 方法都使用，其特点是闪光焊数量相对比例较小，气 压焊数量比例较大。法国铁路以TGV为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ，钢轨 厂焊采用闪光焊。线上焊采用铝热焊。美国和加拿大 铁路以货运为主，轴重达到 30 t以上，列车行驶的 速度低．钢轨焊接特点是铝热焊和移动式闪光焊应 用比例较大。欧洲多数国家钢轨焊接以闪光焊和铝 热焊为主。线上部分采用窄间隙电弧焊。我国铁路钢 收稿日期：2006—05—22 作者简介：丁韦 ，副研究员；刘艳红，助理研究员 ；黄辰奎 ，副研究 员；宋宏图，研实员 轨焊接的一般做法是以固定式闪光焊为主，占钢轨 焊接总量的85％以上 1，其次是气压焊，铝热焊使用 量最少。线下采用气压焊，线上采用铝热焊。近年来， 移动式闪光焊接也在逐步开展。 四种钢轨焊接方法比较，闪光焊接头的质量稳 定，断头率最低，其次顺序是气压焊 、窄间隙电弧焊 和铝热焊。1998～2000年，铁道部有关部门对全国铁 路钢轨焊接接头的断轨统计 ，三年中，闪光焊断轨 57个；气压焊断轨 216个；铝热焊断轨 143个，占同 期焊轨数量的：闪光焊 0．007 4％、气压焊 0．24％和铝 热焊 0．52％。 由上述的统计结果不难看出，不同焊接方法所 焊的钢轨接头 。其质量存在着明显的差距。作为标 准．如果按闪光焊标准检验铝热焊接头，将会出现铝 热焊接头无法通过检验的局面，而在实际钢轨焊接 中．铝热焊不可缺少。为此，我国采取的方法是每一 种焊接方法制定一个标准，闪光焊的技术要求最高， 其次是气压焊。铝热焊最低。 3 力学性能检验方法及技术要求 表 1为部分国家及欧洲钢轨焊接接头力学性能 检验项 目。在静弯、疲劳和硬度检验项目中，检验方 法和技术要求各国之间有较大差别，无法直接对比。 以静弯检验为例，英国、德国和日本均采用三点弯 曲，只有美国采用四点弯曲。日本的静弯检验方法分 得较细。分正压(轨头受压)和反压(轨底受压)，与我 国铁路标准较为接近。英国、德国、美国和欧洲标准 只有正压。疲劳检验方法和技术要求也有较大差别： 美国采用滚动疲劳；日本早期采用三点弯曲疲劳，后 · 4 · 2006年 7月(总第 237期) 维普资讯 http://www.cqvip.com 铁道技术监督 第 34卷 第 7期 来改进成四点弯曲疲劳；英国、德国和法国均采用四 点弯曲疲劳。另外，应力循环系数、疲劳周次以及判 断方法都有明显不同。 3．1 落锤 3．2 静弯 一 些国家钢轨焊接标准的静弯试验条件以及技 术要求见表 2。Et本标准分闪光焊、气压焊、窄间隙 电弧焊和铝热焊，其中，闪光焊和气压焊的指标相 表 1部分国家及欧洲钢轨焊接接头力学性能检验项目 ＼ 国家 ＼ 标准 美国 英国 德国联邦铁路 欧洲 中国 ANSI／AWS RAI RACK 《焊接工厂内钢 CEN厂rC256／ 日本 TB，r1632 - 检验 ＼ Dl5_2 UNE 轨的闪光对焊 SCI，WC4 199l 项 目 ＼ R r，CE／S／clol 和修整》 四点弯曲 三点弯曲 三点弯曲 三点弯曲 三点弯曲 三点弯曲 静弯 正压 正压 正压 正压 正压，反压 正压，反压 疲劳 滚动疲劳 四点弯曲疲劳 四点弯曲疲劳 四点弯曲疲劳 四点弯曲疲劳 三点弯曲疲劳 硬度 有 有 有 有 有 有 落锤 无 无 无 无 无 有 接头拉伸 无 无 无 无 无 有 焊缝冲击 无 无 无 无 无 有 目前只有我国钢轨焊接标准(TB／T 1632—1991) 有落锤检验。试验条件为：锤重 1 t，下落高度为 3．1 m (对于60 kg／m钢轨)，支座重 10 t以上，支距为 1m， 每个试样连续两锤不断为合格。闪光焊型式检验要 进行 25个试样，连续不断为合格；气压焊为 15，个 ， 连续不断为合格。铝热焊要求进行落锤检验，下落高 度可以协商。但由于执行有相当大难度，因此，实际 上基本没有执行。 从我国的实际情况看．落锤检验是一种简单并 且有效地判断钢轨焊接质量的方法 。对于闪光焊， 落锤检验可有效地检验出焊缝灰斑和电极灼伤等缺 陷；对于气压焊，落锤检验可以有效地检验出光斑 、 未焊合 以及过烧 等缺陷。对于铸态 组织的铝热焊接 头．由于焊缝本身 韧性低，就是焊缝 没有缺陷 ．在降低 落锤高度或减少 锤击次数 的情 况 下．落锤试验也很 难通过。关于试验 温度 ．TB／T 1632— 1991规 定 为 0～ 40％，而钢轨的冷 脆转变温度在 5～ 同，其次是窄间隙电弧 焊，铝热焊最低。我国标 准的静弯技术要求与日 本相比．闪光焊和气压 焊静弯值十分接近，铝 热焊要高一些。我国到 目前为止还没有大量推 广窄间隙电弧焊．因此． 没有该方法的要求。日 本 的挠度要求高 于我 国。英国、德国和欧洲没 有反压，也没有挠度要求，闪光焊的静弯技术要求略 低于我国。 从静弯试验的条件看．试样的支距都是 1 m．英 国、德国和欧洲对压头和支座圆弧半径的要求较低， 允许的范围较大。我国的压头圆弧半径规定为 300 mm．但对支座圆弧半径无要求。根据英国、德国和欧 洲的标准，有理由认为，压头直径对静弯值的影响比 较有限。关于加载速率，英国和欧洲标准对此有要 求，我国TB／1r 1632—1991没有要求。试验表明，加载 速率加快时，静弯值明显增加，为此．应限制静弯机 的加载速率。 3．3 疲劳 表 2 部分国家及欧洲静弯试验条件和技术要求对比表(钢轨轨型 60 kg／m) 静弯试验机(三点弯曲) 静弯试验结果 正压 反压 国家 压头半径 支点半径 支距 加载速率 最小静弯值 最小挠度 最小静弯值 最小挠度 用途 m kN kN 40-80 英国 30 - 70 30～70 l l 320 ／ ／ ／ 闪光焊 kN／ s 德国 ≥5O ≥5O l ／ l 350 ／ ／ ／ 工厂闪光焊 欧洲 25～250 25～250 l 1 mm／s l 267 ／ ／ ／ 铝热焊 l 372 25 l 225 20 闪光 、气压焊 日本 127 ／ l ／ l 372 25 l l27 15 电弧焊 l 078 10 l 078 10 铝热焊 l 373 20 l 226 15 闪光、气压焊 中国 30o ／ l ／ 1．176 10 l l76 10 铝热焊 10％之间，为避免落锤检验在钢轨冷脆转变温度以 下进行，试验温度有必要进行适当提高。 目前我国所采用的焊接接头的疲劳试验方法为 三点弯曲疲劳，这种试验方法是从钢轨母材疲劳试 · 5 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 标准介绍 国内外铁路钢轨焊接标准接头力学性能检验方法对比分析 验方法移植过来的，其特点是试验方法简单，试验所 需的试件数量少，但国际上除了我国以外早已不用， 目前国外都采用四点弯曲疲劳(见图 1)方法。钢轨焊 接接头采用四点弯曲疲劳是因为：加载时，两压头中 间的焊接接头部分受纯弯载荷，并且弯矩不变，这样 使焊接接头沿钢轨纵向受力均匀。由于焊接接头的金 属显微组织和材质力学性能是不均匀的，采用均匀载 荷可以有效检验焊接接头最薄弱区域的疲劳强度。考 虑到目前我国尚缺少相关的试验数据，引入该试验方 法有一定难度。另外，英国、德国以及日本的四点弯曲 疲劳也存在着相当大的差距。例如：英国标准的应力 循环次数为 500万次，美、日、德、欧洲以及和我国均 为 200万次。德国的疲劳为“拉一压”疲劳，日、欧洲以 及我国均为“拉一拉”疲劳或接近脉动疲劳。 3．4 硬度 美国 AWS D15．2规定硬度检验分别进行轨顶 图 1 四点弯曲疲劳示意 面下 3．2 mm纵向硬度以及接头纵断面的轨头(距轨 顶 16 mm)、轨腰 (1／2轨高)和轨底部 (距轨底 6．4 mm)。试验采用布氏硬度方法，也可采用洛氏硬度方 法换算成布氏硬度。接头硬度变化的范围对于碳素 钢轨在一60 40 HB．最高不超过 410 HB，对于优质 钢轨在一80—60 HB，最高不超过 415 HB。英 国 RAILTRACK铁路 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 (RT／CE／S／001)，轨头：上限为 母材硬度40(HV 30)；下限为母材硬度一20(HV 30)。 如果正火后的硬度下降，应进行风冷处理。轨脚两侧 不规定下限．因为轨底硬度低与钢轨磨耗无关。我国 TB／T 1632—1991．硬度检验分为两种：焊接接头轨顶 表面布氏硬度和热影响区维氏硬度。焊接接头硬度 不低于母材硬度的90％，接头软点硬度不低于母材 硬度的 80％，与国外标准大致相当。 3．5 焊缝冲击和接头拉伸 国外标准没有这方面检验项 目。我国 TB／T 1632—1991的焊缝冲击和接头拉伸分别进行轨头、 轨腰和轨底检验．并且与母材进行比较。焊缝冲击功 不低于母材的60％。闪光焊和气压焊接头拉伸强度 应不低于母材的90％，铝热焊不低于 80％。闪光焊 和气压焊断后伸长率应不低于母材的 70％，铝热焊 不低于 60％。从执行情况看，焊接接头不经过正火 热处理 ，冲击韧性很难达到母材的 60％，该项指标 考察焊接接头热处理效果十分有效。接头拉伸可以 考察焊接接头抗净拉伸的强度，直接反映接头的强 度，与母材相同，达到母材标准即可算为合格。但焊 接接头非均质．断后伸长率必然有所下降，与母材进 行相对比较没有明确的物理意义。 4 几点建议 4．1 根据我国实情，建议钢轨焊接标准中闪光焊和 气压焊落锤检验应继续保留，但试验温度应当有所 提高，避免出现试验在钢轨脆性转变温度以下进行 的情况。 4．2 静弯检验我国目前采用的方法比较接近于要 求较高的日本，考虑到试验加载速度对试验结果有 明显影响．建议对加载速度上限进行控制，以保证试 验数据的有效性。 4．3 焊接接头疲劳检验较为理想的方法是采用国 际上大多数国家使用的四点弯曲疲劳试验方法，应 当逐步朝该方向发展过渡。 4．4 焊缝冲击和接头拉伸检验应当进行适当调整， 指标设底线值较为合理，例如抗拉强度的底线值直 接采用钢轨母材标准。 参考文献： [1]高文会，李力，丁韦．钢轨焊接质量的现状及对策．中国铁路，2004， (2)：32-34． [2]丁韦，高文会，陈辉．钢轨闪光焊、气压焊、电弧焊及电弧焊补． 2003年全路钢轨技术与质量研讨会交流资料，2003． [3]高文会，丁韦，李力．青藏铁路格望段无缝线路试验段一钢轨焊接 接头低温性能的试验研究．铁道科学研究院金属及化学研究所， 20o5． f4]吴细水，孟凡林，安天生．提高钢轨焊接质量保证行车安全．'91~I铁 路，2002(7)：46—48． [5]丁韦，高文会，黄辰奎．钢轨闪光焊接头质量与落锤试验．铁道工 务．2003(3)：16一l8． · 6 · 维普资讯 http://www.cqvip.com