刘雄义
【摘 要】分析气压焊焊后正火处理出现缺陷的原因,如正火温度控制不当,正火不均等,从7个方面提出了相应的解决措施. 【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2006(000)005
【总页数】3页(P8-10)
【关键词】钢轨气压焊;粗晶;正火
【作 者】刘雄义
【作者单位】上海铁路局工务大修段,杭州,310008
【正文语种】中 文
油砂【中图分类】U213.9+2
采用塑性气压焊焊接钢轨过程中，随着温度的升高，焊接温度在1 250～1 300 ℃，焊后接头金属晶粒度基本处于一级，属于奥氏体过热的粗晶组织，在较大过冷度条件下使之保留下来，该组织的塑性、韧性较差，而且硬而脆，无法使用。同时，焊接后也存在一定的残留应力，必须进行热处理来改善性能后，才能更好地在线路上使用。为此，气压焊焊接钢轨工艺规定，焊后必须正火处理。但在实际操作中，正火处理存在缺陷，接头质量达不到要求，必须制订合理的正火处理工艺。 1 正火工艺的提出
目前，我国大量使用的钢轨钢的碳含量多在0.65%～0.80%，而大多数钢轨钢多属于亚共析钢。虽有部分钢轨达到共析成分，也有部分含微合金元素的钢轨(如U75V，其中钒含量在0.040%～0.120%)，但其正火处理工艺还基本遵循碳钢正火工艺的规律，即正火加热温度，要求终了温度在Ac3+30～Ac3+50 ℃，按铁-碳合金状态图可初步确定其正火温度。碳钢的退火正火加热温度范围见图1。 图1 碳钢的退火正火加热温度范围
由于气压焊是在野外施工作业，在这种特殊条件下其正火工艺曲线示意见图2。正火工艺规定：起始温度为400～500 ℃；终了温度为850～920 ℃(针对不同的钢轨成分，依试验而定)。
注：Ac3—加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度；Acm—加热或冷却时，二次渗碳体溶解于奥氏体终了或开始从奥氏体析出的温度。图2 两种正火工艺曲线示意
2 焊接中出现的问题
我段从使用小型移动气压焊技术以来，为保证无缝线路质量，根据有关规定，每年上道焊接前都要进行1次焊接试验，选10～20个焊头做落锤检验，检验通过后才可正式上道施工。在落锤检验时，成功率不高，有时甚至要2～3次试验才能通过。去年初我段做焊接60 kg/m轨试验时，选送20个气压焊接头做落锤试验。这批焊头按《钢轨焊接接头技术条件》(TB/T 1632—95)规定的要求，经超声波探伤合格，没有塌角、错口等外部缺焰，几何形状均符合规定要求。结果做落锤检验时，有4个焊头一锤就断，整体性能达不到标准要求(规定要求2锤不断为合格)，但从焊头断口上看，无光斑、过烧等内部缺陷。为了到原因，将落锤检验失败的焊头进行金相和其他检测，结果发现晶粒度和硬度均有问题。厚大部分，
如轨头三角区和轨底三角区，内部组织没有全部或部分相变，晶粒较粗；硬度检验发现不均匀、偏高；有的出现2个热影响区，致使力学性能变坏，达不到标准要求。经金相检验和硬度分析，认为是执行正火工艺没达到标准要求所致。
阻焊油墨3 产生缺陷的原因分析
3.1 晶粒粗大(图3)
图3 碳钢在加热时奥氏体的形成及其晶粒的长大
主要原因是正火的温度不合适，即正火的起始温度偏高，或终了温度偏低，没达到奥氏体转变和均匀化过程的温度；或终了温度过高，超过了该成分合金的限制正火温度，使晶粒迅速长大，进入粗晶区。
(1)起始温度偏高：钢轨气压焊后正火的起始温度，工艺规定为400～500 ℃。然而在现场施工中，由于任务紧而降温时间较长，特别是我段地处南方，夏季施工时由焊接温度降至正火温度时间较长，约1 h左右。有时因着急而在表面温度高于500 ℃时，就开始点火进行正火，这样由于钢轨焊缝处内外温度偏差较大(约100 ℃以上)，使焊头内部温度仍高于奥
氏体转变开始温度，晶粒度没有发生变化，仍为粗大的奥氏体过热粗晶。继续正火加热时，使粗大的奥氏体晶粒继续长大，使晶粒度继续粗化，晶粒度比正火前还粗大，在较大过冷度的自然冷却条件下，使粗晶保留下来，这种粗晶组织的塑性、韧性均很低，硬而脆，从而影响了焊头的力学性能。
(2)正火终了温度偏低：不同成分的钢轨其正火的终了温度是不同的，正火时没能区分不同成分的钢轨选择正火的终了温度。例如，当初试验时，U71轨和U71Mn选择相同的终了温度均为850 ℃，结果使得U71Mn轨没能达到正火的目的，晶粒度多为1～2级，残留较多的铁素体，而U71轨晶粒度为7～8级，转变后的组织为珠光体加极少量的铁素体，达到了正火的目的。也由于当时的测温仪器的量程限制，测温仪的量程仅为400～900 ℃，而U71Mn要求最终正火温度为900～910 ℃，因而不能准确测定加热的最终温度，使之低于该成分钢轨奥氏体化和均匀化的温度，仍有部分铁素体及珠光体没能转变成奥氏体，也使焊接后的粗大的奥氏体晶粒没能进入奥氏体细晶区，焊后的粗晶和组织转化的不完全而影响了焊头的力学性能，没有达到正火目的。
(3)正火终了温度过高：提高加热温度和加热速度，可加快奥氏体的形成和均匀化过程，但
必须针对钢轨的具体化学成分而定，不能千篇一律。正火的终了温度，既要保证奥氏体化的完全并使之均匀，又不能过高，如U71轨的最终正火温度为850℃，U75V轨则要在900～920℃。这是因为化学成分不同，而U75V轨Mn含量在0.7%～1.05%，略高于U71轨，特别是U75V轨，V(钒)含量在0.04%～0.12%，其V(钒)是强碳化物元素，细化晶粒，因而终了温度可高些，晶粒同样较细，有利于力学性能。但如果把U71Mn和U75V轨的终了温度提高至950 ℃以上，正火后断口晶粒仍很粗，其原因是当温度高于950℃时，其奥氏体晶粒就迅速长大，而奥氏体晶粒度的大小决定着转变后产物晶粒的大小。因此在冷却后，转变为珠光体和铁素体时，晶粒就变得粗大，从而降低了焊头的力学性能。三元醇
吊耳(4)厚大部分(轨头三角区、轨底三角区)组织没发生相变或部分发生相变，结晶较粗。分析认为：虽经正火，但因其厚大部分易发生正火不透的现象，观察其断口，宏观特征为晶粒粗，残留的铁素体较多，断口表现为钢轨周边部分高温区发暗，检查组织为较细的珠光体和极少量的铁素体，表明已达到正火要求，而轨底三角区和轨头三角区等厚大部分则发亮，检查发现铁素体较多和部分珠光体组织，明显是该处没有正透，即没达到正火温度。之所以没有正透，一是正火温度偏低，周边区域因直接接触高温达到了正火的终了温度，而厚大的内部，由于热传导造成的温度梯度差，没有达到正火的终了温度，没能使奥氏体客车门
发生相转变，晶粒也没发生变化，冷却后均保留下来；另外，正火加热速度太快，造成过大的温度梯度使钢轨内外温差过大，特别是对含一些合金成分较高的钢轨(如含Si量增加)，导热性变差，更加大了温差，正火加热虽然使靠外部部分达到了正火的终了温度要求，而其内部却没达到终了温度要求，使厚大的芯部组织没发生转变或转变不完全，造成正火不透的现象，而影响了焊头的力学性能。
>三通管接头
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