铝热焊接钢轨焊缝的超声波探伤

Summary：随着新时期铁路重载和高速的发展要求，对于轨道的平顺和稳定性提出了更高的要求。跨区间无缝线路得到了很大的发展，无缝线路极大程度上减少了钢轨的接头，增加了列车通过时的舒适性，同时，由于消除了列车接头，车辆轮对对轨道的冲击力也有所降低，钢轨的使用寿命的得到了延长。无缝线路在铁路现场的焊接一般采用铝热焊。铝热焊作业效率较高，成本低，工序及设备简单，车间班组人员容易掌握，非常适合现场焊接。

Keys：铝热焊接；钢轨焊缝；超声波探伤

引言

铝热焊是将铝粉、氧化铁粉、铁钉霄和铁合金等按一定比例配成焊剂，由高温火柴点火，发生激烈的化学反应和冶金反应，得到高温钢水和熔渣，高温钢水注入预热铸模中，将轨端溶化，冷却后即把两根钢轨焊接在一起的一种工艺。铝热焊主要用于线上修补与施工二次焊接，其焊接方法具有设备简单、焊接作业效率高、操作简便等特点。

1铝热焊伤损情况及原因 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

1.1钢轨对正精度的影响

施密特铝热焊要求轨缝在28-30mm。接头的平直度超标也会加大列车的冲击载荷，影响使用寿命。铝热焊设备中对于钢轨对正有专门 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的对轨架，而在现场检查中发现，大多焊轨队并没有使用对轨架进行钢轨的对正，而是采用简易制作的楔铁加锤子进行现场对正，对现场了解发现，铝热焊设备多且重量超大不易携带，在现场能减少的尽量减少携带。钢轨对正的好坏情况直接决定焊缝的质量，如果对正不好，后期极易形成高焊缝、低焊缝或未焊合等情况。

1.2预热温度、时间和流量的影响

预热控制法操作工艺中对轨道接头影响最大的是预热，温度、时间和流量，其极大地影响着焊缝金属的组织和性能，在很大程度上决定了焊接的成败。预热控制方法的影响因素有环境温度、燃气配比和流量、气管长度、烤枪位置等，需要有相当经验和操作技能方能达到要求。定时火焰预热工艺法的控制关键在于氧气的流量和与可燃性气体间的配比，只有保证了上述条件，才能在规定的时间内获得所需的预热温度。可燃气体丙烷与氧气按一定配比后燃烧而获得热能，可燃气体和氧气在不同配比下燃烧时获得的热能也不同，故其配比也需严格控制。铝热焊质量保证关键在于接头预热温度的控制，预热温度必须要控制在590~980°C，否则极易出现焊接缺陷，甚至于焊后断轨，温度控制主要由加热时间和火焰强烈程度两方面决定，加热时间根据大量试验确定为7~9min，火焰强烈程度按如下调整：将丙烷出口压力调整到0.06MPa，氧气出口压力预置为0.35MPa，烤枪点燃后将烤枪氧气阀门全开，观察氧气流量表，调整氧气出口压力，保证氧气流量在3500L/h，调整丙烷流量，使火焰焰芯长度在15mm。

1.3非金属夹杂物对铝热焊焊缝的影响

铝热焊中，非金属夹杂物对焊缝质量有很大的影响。从冶金历史上看，正是由于对非金属夹杂物的研究有了突破，才促使冶炼技术不断改进，使钢轨材质获得提高。但钢轨焊接中的非金属夹杂物不可能完全被清除，就算花很大代价也只能使其含量减少。钢轨内的缺陷（包括夹杂物）是避免不了的，这将使钢轨受力时产生巨大的内部集中应力。并且，越是想提高钢轨的强度特征，非金属夹杂物的有害作用越会增大，同时也会使淬火效果降低。由于冶金及轧制因素引起的缺陷，可促使钢轨在运营过程中产生很严重的伤损，如滚动表面金属的剥落，氧化物，硅化物夹杂积累引起的轨头垂直和水平分层；显微组织缺陷、缩孔引起的轨腰劈裂，由于矫直不良，引起的钢轨弯折；钢轨表面擦伤刻痕引起的局部不平顺等。

2焊缝探伤方法的选择

由于钢轨焊缝探伤缺陷定位、定量困难，因此要对一个焊缝实施检测，最重要的是需要选择一个合适的焊缝探伤方法，然而就现在钢轨焊缝探伤方法来说，尚无统一的 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 。1998年长春工务段管内哈长线基本完成了区间无缝线路的铺设任务，探伤工区开始对焊缝热影响区的轨头、轨腰、轨底脚3个区域采用不同角度探头进行探伤试验。轨头区域采用K2.5探头，同时利用0O探头进行辅助检查；K2探头用于轨腰斜裂纹、面积状和体积状缺陷的检测；0O探头则用于水平伤损的检测；轨底脚区域采用K2和K2.5探头进行加强检测，防止漏检。该套探伤方法在几年的现场操作与运用中，取得了一定的效果，积累了一定的经验。但随着焊轨质量出现波动，缺陷种类及出现位置的多样化，这种探测方法日益显示出它的局限性。

3数字式通用探伤仪探伤方法

3.1焊缝轨头探伤

3.1.1探伤扫查

为使钢轨焊缝轨头得到全面扫查，采用K2.5探头在钢轨顶面纵向移动和偏角纵向移动2种方式。（1）纵向移动扫查。K2.5探头置于轨面上，探头纵向中心距边分别为16、26、36、46、56mm处，偏角为0°，纵向移动探头，移动区域为距焊缝中心0～150mm，利用一次波检出钢轨头部焊缝中的缺陷。（2）探头偏角纵向移动。由于轨头顶面作用边呈圆弧状，探头接触面过小，因此，采用偏角纵向移动法探测。K2.5探头置轨面中心线上，以15°偏角纵向移动探头，移动区域为距焊缝中心约100～250mm，利用轨颏反射波检出钢轨内外侧部位的缺陷；扫查次数为焊缝内外两侧共计4次。

3.1.2缺陷定位定量

（1）缺陷定位。缺陷回波波峰前沿对准刻度值乘“25”，得出缺陷距探头入射点的水平距离；乘“10”可得出缺陷距探测面的垂直距离。目前我单位使用的数字式通用探伤仪器，可直接读数，非常方便，避免了繁琐的公式计算。（2）缺陷定量。缺陷直径较小时，采用当量法确定缺陷大小，用焊缝试块平底孔作为当量基准；缺陷直径较大时，用延伸度法确定缺陷大小，根据缺陷波在荧光屏上位移量直接读出缺陷的垂直高度，缺陷横向宽度可按钢轨核伤校对方法确定。

3.2焊缝轨腰探伤

焊缝轨腰的探测行为要使用特殊的探头，如K1型号的超声波探头，可以实现V形透视探测。在进行探伤扫查的过程中，一般会采取两个探头同时使用，声波射入点距离是钢轨高度的两倍，在中心线位置上，分别向上部纵向移动，声波会扩大进入V型焊缝的角度。除此之外，也包括穿透式的核伤探测法，可以根据声波最底的情况判断缺陷。

3.3焊缝轨底探伤

焊缝轨底的核伤扫查较为困难，通常无法直接检测到这一部位，在选择仪器的过程中可以选用通用探伤仪。而扫查的过程中，轨底分为两个部分，一部分是轨底侧面（轨脚），另一部分是轨腰与轨底的连接处，呈现出一个凸显的三角区。因此，在进行检测的过程中，实际上是包括了两部分共6个探测面。可以使用K2.5探头进行扫查，分别按照不同的偏角、水平方向移动，需要注意的是，在扫查轨底三角区的过程中，要将探头与轨腰形成30°的夹角。

结语

此外，在焊缝探伤中要特别注意对假象回波的鉴别。特别是铝热焊接头，因为铝热焊接头部位都有棱角波，这些棱角波的出波位置与实际伤损的位置相距很近，有的几乎与伤损就在同一位置出波，极难分辨、极易误判，这就要求探伤人员具备一定的焊缝判伤知识和经验。其实，假象回波也具有一定的规律性，例如轨底塌陷波，轨下台阶波等。这些波大都显示于同一位置，可采用看声程，沾油拍打等方法进行鉴别。

Reference：

[1]李东侠，张大勇.钢轨焊缝超声波探伤方法的研究与应用[J].铁道标准设计，2012，12：27-30.

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