钢轨异种钢焊接问题及超窄间隙焊接的特点

钢轨异种钢焊接问题

钢轨的材料有很多种，如 U71、U74、U71Cu、U71Mn、U70MnSi、U71MnSiCu以及低含碳量的耐磨钢系列如 NM400 等，这样在钢轨焊接时，也经常会遇到异种钢钢轨的焊接。本课题所研究的就是异种钢钢轨之间的对接焊。为了能够满足不同的性能要求，发挥每个组成成分的各自优势，而且可以节约大量贵重、优质的材料，在降低实际应用中成本的同时还能满足工程需要，异种材料焊接应运而生且得到了相当广泛的应用。其中各种不同性能及不同材质的钢应用最为广泛，这使得异种钢焊接成为异种材料焊接中最常见的问题。究其根源，主要是异种钢接头的化学成份、金相组织以及对应的力学性能的不均匀性所造成的，而且异种钢接头会发生碳迁移并形成增碳、脱碳层，其构成的构件很容易会提前失效。对待异种钢接头的焊接问题，焊接方法和材料的选择以及焊接工艺的适合与否对能否保证焊接质量极为关键。

焊接不同强度级别的低合金高强钢主要是以调整焊接接头的组织织构和强韧性匹配，并优化工艺使得热影响区失强以及回火软化、焊缝区与熔合区的冷裂纹、焊接性等问题得以改善。其中较低强度的异种钢焊接的研究较为完善。焊接不同组织和成分的异种钢接头主要问题包括：残余应力的分布、生成碳迁移扩散层、生成马氏体脆性层、焊缝成分的稀释等。分析低合金钢的化学成分中合金元素，其含量的增大对结构的焊接性影响很大并且其淬硬性会增大。合金元素在焊缝中的含量受焊接工艺参数、导热性、金属熔化特性、坡口形式等多种因素所决定的熔合比所影响。接头性能的下降是由于产生了熔合区中的过渡层，其成为整体的薄弱区域，且在高温的状态下运行，当中的脱碳层还极易发生晶间腐蚀。异种钢焊接接头热收缩和膨胀的性能的不均匀所产生的残余应力的分布状态与同种钢焊接的应力分布不同，回火只能将焊接残余应力重新分布，无法有效消除。通常解决异种钢之间焊接问题的方法是通过一定的焊接工艺、方法以及材料的选择，来降低焊接时线能量的输入并且减少母材的熔化量，从而控制其接头的焊接质量。焊剂带约束电弧超窄间隙的焊接方法焊接时拥有极低的线能量的输入，大约是 0.6KJ/mm，焊速多在 9mm/s 以上，所带来的母材熔化量少，且热影响区很窄，是一种适合异种钢焊接要求的焊接方法。

超窄间隙焊接的特点及优势

超窄间隙焊接是从窄间隙焊接中孕育出的一种新颖的焊接技术，其在拥有窄间隙焊接的优点的同时还有其不同的优点，而且更加适用于中厚板的焊接。

与窄间隙焊接相比，其坡口间隙更小且多低于 6mm，同时在控制电弧时不使用窄间隙通常使用的摆动及旋转焊丝，而使用焊剂带约束电弧至坡口底部，用此方法解决了侧壁熔合问题。并且超窄间隙使用Ｉ型坡口内的单道多层的焊接方式，与其他焊接方式所开坡口相比，其焊缝金属填充量很小，使得其在降低成本的同时提高了效率。这种方式的焊道总会有两个部分，其中一部分是受后续焊道影响的焊缝再热区域，该区域组织细化且均匀，另一部分为不受影响的柱状晶区。超窄Ｉ型坡口则使得熔池凝固时的横向收缩很小，这样可以带来相当小的残余变形与应力。 

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