鋼軌異種鋼焊接問題及超窄間隙焊接的特點

鋼軌異種鋼焊接問題

鋼軌的材料有很多種，如 U71、U74、U71Cu、U71Mn、U70MnSi、U71MnSiCu以及低含碳量的耐磨鋼系列如 NM400 等，這樣在鋼軌焊接時，也經常會遇到異種鋼鋼軌的焊接。本課題所研究的就是異種鋼鋼軌之間的對接焊。為了能夠滿足不同的性能要求，發揮每個組成成分的各自優勢，而且可以節約大量貴重、優質的材料，在降低實際應用中成本的同時還能滿足工程需要，異種材料焊接應運而生且得到了相當廣泛的應用。其中各種不同性能及不同材質的鋼應用最為廣泛，這使得異種鋼焊接成為異種材料焊接中最常見的問題。究其根源，主要是異種鋼接頭的化學成份、金相組織以及對應的力學性能的不均勻性所造成的，而且異種鋼接頭會發生碳遷移并形成增碳、脫碳層，其構成的構件很容易會提前失效。對待異種鋼接頭的焊接問題，焊接方法和材料的選擇以及焊接工藝的適合與否對能否保證焊接質量極為關鍵。

焊接不同強度級別的低合金高強鋼主要是以調整焊接接頭的組織織構和強韌性匹配，并優化工藝使得熱影響區失強以及回火軟化、焊縫區與熔合區的冷裂紋、焊接性等問題得以改善。其中較低強度的異種鋼焊接的研究較為完善。焊接不同組織和成分的異種鋼接頭主要問題包括：殘余應力的分布、生成碳遷移擴散層、生成馬氏體脆性層、焊縫成分的稀釋等。分析低合金鋼的化學成分中合金元素，其含量的增大對結構的焊接性影響很大并且其淬硬性會增大。合金元素在焊縫中的含量受焊接工藝參數、導熱性、金屬熔化特性、坡口形式等多種因素所決定的熔合比所影響。接頭性能的下降是由于產生了熔合區中的過渡層，其成為整體的薄弱區域，且在高溫的狀態下運行，當中的脫碳層還極易發生晶間腐蝕。異種鋼焊接接頭熱收縮和膨脹的性能的不均勻所產生的殘余應力的分布狀態與同種鋼焊接的應力分布不同，回火只能將焊接殘余應力重新分布，無法有效消除。通常解決異種鋼之間焊接問題的方法是通過一定的焊接工藝、方法以及材料的選擇，來降低焊接時線能量的輸入并且減少母材的熔化量，從而控制其接頭的焊接質量。焊劑帶約束電弧超窄間隙的焊接方法焊接時擁有極低的線能量的輸入，大約是 0.6KJ/mm，焊速多在 9mm/s 以上，所帶來的母材熔化量少，且熱影響區很窄，是一種適合異種鋼焊接要求的焊接方法。

超窄間隙焊接的特點及優勢

超窄間隙焊接是從窄間隙焊接中孕育出的一種新穎的焊接技術，其在擁有窄間隙焊接的優點的同時還有其不同的優點，而且更加適用于中厚板的焊接。

與窄間隙焊接相比，其坡口間隙更小且多低于 6mm，同時在控制電弧時不使用窄間隙通常使用的擺動及旋轉焊絲，而使用焊劑帶約束電弧至坡口底部，用此方法解決了側壁熔合問題。并且超窄間隙使用Ｉ型坡口內的單道多層的焊接方式，與其他焊接方式所開坡口相比，其焊縫金屬填充量很小，使得其在降低成本的同時提高了效率。這種方式的焊道總會有兩個部分，其中一部分是受后續焊道影響的焊縫再熱區域，該區域組織細化且均勻，另一部分為不受影響的柱狀晶區。超窄Ｉ型坡口則使得熔池凝固時的橫向收縮很小，這樣可以帶來相當小的殘余變形與應力。 

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