浅谈闪光焊焊缝伤损与探测

　　摘 要 根据苏州轨道钢轨焊接工艺，论述钢轨焊接接头伤损的特征、成因及危害，介绍焊缝伤损的探测方法。

　　关键词：钢轨,焊缝,伤损,探测

　　钢轨焊缝是无缝线路主要的联合接头之一,其质量的好坏直接关系到行车安全。苏州轨道交通一号线P60钢轨无缝线路约50km,全线上在役焊缝3980多头。试运行以来，共发现焊接接头伤损17处，给行车安全带来极大的隐患。因此,有必要对伤损情况及焊缝探测工艺进行探讨,以提高探伤质量。

　　1.焊缝伤损的原因、种类及危害

　　因焊接设备、焊接材料、气温条件和操作工艺等因素都会影响焊接质量，在焊缝内产生缺陷。缺隐的种类、特征、形成原因和危害。

　　1.1灰班(见图片1)

　　1.1.1特征

　　暗灰色平滑有时有放射性条纹的片状夹杂物。

　　1.1.2产生部位

　　任何部位，其中轨脚居多。

　　1.1.3形成原因

　　焊接时间短，次级电压高，连续闪光发生中断，顶压力小等造成。

　　1.1.4危害

　　大大降低焊缝的疲劳强度和韧性极易造成断轨。

　　1.2裂纹(见图片2)

　　1.2.1特征

　　开口性斜裂和焊缝中暗裂。

　　1.2.2产生部位

　　多数发生在焊缝腰部和热影响区。

　　1.2.3形成原因

　　可焊性差和端面切割不良或存在重皮。

　　1.2.4危害

　　垂直和斜向折断。

　　焊头轨腰部位水平纵向裂纹

　　1.3烧伤(见图片3)

　　1.3.1特征

　　轨面和轨底的钳口部位存在烧伤痕。

　　1.3.2产生部位

　　离焊缝中心130至330mm区域。

　　1.3.3形成原因

　　钳口部位不洁，通电后电阻加大或加热时间过长。

　　1.3.4危害

　　脆性折断或烧伤引起横向裂纹。

　　轨底与焊机电极打火断口(轨底黑区为打火点)

　　1.4过热或过烧(见图片4)

　　1.4.1特征

　　轻度过少的表面呈现细小的碳黑斑点，严重和过烧形成黑蜂窝状组织。

　　1.4.2产生部位

　　轨底角。

　　1.4.3形成原因

　　焊接时钢轨的加热温度过高或在高温下加热时间过长，加热温度不均匀，局部温度过高时，造成局部过热致使奥氏体晶粒长大，使焊头焊缝的强度降低。

　　1.4.4危害

　　虽然钢轨的耐性及强度得到了提高，但可焊性降低了。

　　轨底脚过烧断口(箭头指处为过烧部位)

　　1.5未焊透(见图片5)

　　1.5.1特征

　　断口特征是局部呈现平坦区域。

　　1.5.2产生部位

　　任何部位。

　　1.5.3形成原因

　　① 顶锻前钢轨;加热不够或温度场过窄。②顶锻力不够和顶锻量过小、或在顶锻时钢轨在钳口未夹紧，打滑。③顶锻速度太低或有电顶锻断电过早。④焊接加热时间不足;增加顶锻压力和有电顶锻时间，调整送进速度来控制未焊透的产生。

　　1.5.4危害

　　上述缺陷中闪光焊以灰斑居多，主要是钢中的硅在高温闪光中形成氧化硅未被顶出。此外，还会产生少量材质本身存在的夹碴，偏折导致的缺陷和晶粒粗大引起的强度，塑性降低等。

　　2.全断面探伤的办法

　　2.1探伤人员

　　实施焊缝探伤作业的人员，必须持有铁道部门无损检测Ⅱ级及以上资格证书，并了解钢轨焊接工艺，熟悉钢轨焊缝情况，掌握焊缝探伤的基本知识和基本技术。

　　2.2探伤设备

　　2.2.1探伤仪

　　JTS-2焊缝超声波探伤仪(符合JB/T10061-1999标准)。

　　2.2.2探头(符合JB/T10062-1999标准)

　　直探头：2.5-5P 20-D

　　斜探头：

　　2.5-5P 12×12 K0.6 2.5-5P 12×12 K0.8

　　2.5-5P 12×12 K1 2.5-5P 12×12 K1.5

　　2.5-5P 12×12 K2

　　短前沿斜探头：

　　2.5-5P 8×12 K2.5 斜探头角度误差：折射角37°--45°之间时≤1.5°;

　　折射角≥60°时≤2°.

　　为满足单探头探伤灵敏度，要求探伤仪配用的斜探头在CSK-1A(IIW)试块上R=100反射波高度为垂直刻度50%时灵敏度余量≥64dB，

　　2.2.3 试块

　　3.3.1 CSK-1A(IIW) 标准试块

　　3.3.2 CS-1-5灵敏度试块

　　3.3.3 GHT-1、GHT-5对比试块

　　2.2基本要求

　　2.2.1扫查要求

　　(1)采用单探头和双探头两种方法对焊缝进行扫查。

　　(2)焊缝扫查应遍及焊缝全宽度

　　(3)新焊焊缝的探伤在推瘤和打磨以后进行，焊缝处温度应冷却至40℃以下，探测面不应有焊渣、焊瘤或严重锈蚀等。轨头踏面、轨头两侧，应打磨至钢轨原始面。轨底角和三角区连接圆弧处的焊渣必须清除。确保探头的有效耦合。

　　(4)在役焊缝探伤前应清除探测面上的油污和严重锈蚀等，焊缝两侧轨底坡面应打磨除锈，除锈长度大于300mm;轨腰和轨底连接圆弧处的焊渣必须清除干净，保证探头耦合良好。扫查范围应以焊缝中心两侧各延伸250mm(铝热焊从焊筋边缘开始计算)。

　　2.2.2耦合剂：

　　油脂

　　2.2.2 工具：

　　钢丝刷、铲刀、砂纸、300mm钢直尺等。

　　2.3仪器状态、时基线及探伤灵敏度的校正

　　2.3.1 仪器面板上各旋钮开关的工作状态

　　《发射强度》置于强，《增益》置于最中，《抑制》置于“动态范围-6dB”对伤损定量时置于“关”。

　　2.3.2 时基线

　　(1)先测定斜探头的入射点，折射角(K值)。

　　(2) 探测轨头、轨脚时，把开关拨至轨头、轨脚挡，此时仪器按水平标距，每小格代表4mm，探测范围为200mm。

　　(3)探测轨腰时，把开关拨至轨腰挡，此时仪器按水平标距，每小格代表4mm，探测范围为200mm。

　　(4)直探头采用“常态”的声程标距，声程调整为200mm。

　　2.3.3 探伤灵敏度

　　探伤灵敏度在GHT-1钢轨试块上测定。

　　(1) 单斜探头

　　以发现轨头10#孔位的Ф3平底孔，波高80%为基准。

　　(2)双斜探头

　　以发现轨底三角区5#孔位的Ф3平底孔，波高80%为基准。

　　(3)带定位扫查架的双斜探头

　　作k型探伤时以发现轨腰3#孔位的Ф3平底孔，波高80%为基准。

　　(4)直探头

　　将直探头置于被检焊缝两侧钢轨母材踏面上，测得钢轨一次轨底回波波高80%，再释放22dB为基准。(在焊缝两侧衰减差别较大时，取衰减大者的底波)此时分别记下各衰减器读数，作为探伤灵敏度。

　　2.3.4焊缝探伤仪现场灵敏度调试方法

　　(1) 0°探头现场灵敏度调试方法：

　　反射式探伤：仪器调节到通用挡，选择50MM声程，将0°探头置于钢轨母材轨面中心，将始发脉冲前沿调至0刻度，一次底面回波前沿调至8.8或4.4格。(声程比例：1：2或1：4)，将一次底面回波波高调至 80%。增益22的dB后作为0°探伤灵敏度。(探测的范围为轨腰投影范围内的水平型和体积状缺陷)

　　穿射式探伤：(检测软化区)仪器调节到通用挡，选择50MM声程，将0°探头置于钢轨母材轨面中心，将始发脉冲前沿调至0刻度，一次底面回波前沿调至8.8或4.4格。(声程比例：1：2或4.4)，将一次底面回波波高调至80%。增益16dB后检测软化区的透声率，一次底面回波下降至80%及以下时，说明软化区的晶粒粗大透声不良。(探测的范围为轨腰投影范围内的粗晶)

　　(2)单K2.5探头现场灵敏度调试方法

　　仪器调节到轨头/轨底挡，(仪器按水平比例 1：2)将探头横向置于轨头轨面，探测轨头下颚一次棱角(图1)，棱角回波波高调至80%。增益18-22dB后作为K2.5探测轨头的探伤灵敏度。(探测的范围为轨头范围内缺陷)

　　(3)单K1探头现场灵敏度调试方法：

　　仪器调节到轨腰挡，(仪器按水平比例 1：2)将探头横向置于轨头轨面，探测轨头下颚一次棱角(图1)，棱角回波波高调至80%。增益28-34dB后作为K1探测轨腰投影面的探伤灵敏度。(探测的范围为轨腰范围内缺陷)

　　(4)双K2.5探头探轨头现场灵敏度调试方法：

　　仪器调节到轨头/轨底挡，(仪器按水平比例：1：2)将探头分别置于轨头内外侧侧面，成一发一收 (图2)﹐直校回波波高调至80%。增益18-22dB后用作为双K2.5做K型探测轨头时探伤灵敏度。(探测的范围为轨腰/轨头范围内缺陷)

　　(5)双K1探头探轨底三角区现场灵敏度调试方法：

　　仪器调节到轨头/轨底挡，(声程比例：1：2)将探头分别置于轨头内外侧面(图2)，成一发一收，直校回波波高调至80%。增益22dB后用作为双K1做K型探测轨底三角区时探伤灵敏度。(探测的范围为轨腰范围内缺陷)

　　(6)扫查架灵敏度调试：

　　仪器调节到轨腰挡，(仪器按水平比例：1：2)将探头纵向置于轨头轨面成V型探伤形式(图3)，两探头入射点相距两倍轨高(P60 352MM)回波波高调至80%，增益30-34dB后，用做双K1串列试探伤时的探伤灵敏度。(探测的范围为轨腰投影范围内的状缺陷)

　　2.4探测范围、方法和要求

　　2.4.1探测范围

　　将焊缝的全断面分为轨头、轨腰、轨底三个部位，其中轨底部位包括轨脚和轨底三角区，并将轨脚分为四档(图4)(50Kg/m为三挡)。

　　2.4.2 探测方法

　　(1)轨头、轨脚

　　轨头应使用K1双斜探头作K型串列式探伤，防止大平面缺陷漏检。轨头、轨脚用K2.5单斜探头采用锯齿形扫查方式(图5)，根据缺陷存在的部位、钢轨受力状态和始波占宽影响必须运用偏14°角的二次波探测轨头两侧上方缺陷;用偏角扫查方式加强对轨脚边沿和变坡点下方缺陷的探测(图6)。为防轨头近表面缺陷漏检，在焊后质量检验中，应增加轨头两侧向轨头上方的扫查。

　　(2)轨底三角区

　　轨底三角区采用K1-K2双探头探测(见图7)为保证对轨底三角区全面扫查，应将探头置于轨底面的第四挡，顶住焊筋呈30°转动，并逐步后移收小角度至探头离焊缝中心60mm左右，再将探头与轨腰平行继续后移，后移的距离应大于200mm。

　　(3)轨腰部分

　　用K1斜探头在钢轨顶面对轨腰投影范围内探伤时，探头后移距离不小于250mm。

　　用直探头在焊缝钢轨顶面处作纵向、横向移动扫查。

　　用带定位扫查装置的K0.8-K1双探头在钢轨顶面进行V形串列式扫查和K形扫查。

　　上述各部位的探测一般应按先轨脚、三角区、后轨头、轨腰的顺序进行，以防漏查。

　　2.4.3探测要求

　　(1)探伤前必须进行探伤灵敏度测定，对仪器面板上各旋钮开关的工作状态和探头线、接插件作认真检查。

　　(2)在判伤灵敏度基础上提高2-6dB作为扫查灵敏度，对焊缝进行全断面扫查。

　　(3)如果探测面过于粗糙，灵敏度提高2-6dB不足以补偿耦合损失或无法确定补偿值时，则需要进行打磨处理，无法打磨或钢轨材质不同时，则应对耦合损失进行实际测试(可利用穿透波、直达波、底波和菱角波等进行测试)，并根据测试值进行补偿。

　　(4)探测时应按作业程序和方法要求，根据波形显示，测量水平距离，结合焊缝状态进行分析判伤。

　　(5)单探头在灵敏度标定时不允许仪器上联接两个探头，在现场单探头探伤时，严禁仪器挂双探头。

　　2.5焊缝缺陷回波特征

　　2.6非缺陷回波

　　2.6.1焊筋轮廓波

　　探测轨头时对侧轮廓回波较强，探头后移时有时显示本侧轮廓波。

　　铝热焊接头探测轨脚时，探头抵着焊筋边缘会出现轨脚对侧焊筋上轮廓波、探头后移10mm左右，该回波最强。

　　2.6.2轨脚塌陷波 轨底台阶波 底边坑洼波

　　均在轨脚一、二档偏外探测时出现，其反射面在焊缝两侧和轨脚边沿。

　　2.7缺陷的定位及判伤标准

　　2.7.1定位

　　根据时基线标定的比例和伤波显示位置，用钢直尺直接测定缺陷的水平距离，通过下式计算缺陷距探测面的深度。

　　H=L/K

　　式中H-缺陷距探测面的深度， 单位：mm

　　L-缺陷距探头的水平距离，单位：mm

　　K-探头K值， K=tanβ

　　2.7.2判伤标准

　　(1)单斜探头

　　探测深度≥25mm，有伤波显示，波幅>80%判重伤

　　探测深度<25mm，有伤波显示，衰减6dB，波幅>80%判重伤

　　(2) 双斜探头

　　有伤波显示波幅达80%判重伤。

　　(3)直探头

　　底波前有伤波显示，波幅>80%判重伤;无伤波时，一次底波波幅<100%判重伤。

　　(4)有伤波显示，但达不到重伤标准的判轻伤，并打上标记，作好记录，以便复查和监控。

　　(5)焊缝中有两处及以上轻伤判重伤。

　　2.7.3防止误判

　　(1)发现缺陷时，根据缺陷回波显示，计算测量水平距离，结合焊缝状态进行分析判伤。

　　(2)为防误判，应加强波形分析和了解波形显示规律及特征，同时必须用钢尺测量和手摸镜照的方法确定回波信号的真假。

　　参考文献

　　[1]尹光明，无缝线路长轨焊缝探伤[j].铁道工务，2002，(2)：35-37.

　　[2]陈春生，刘伯川，钢轨探伤工[M].北京.中国铁道出版社，1996.

　　[3]“船舶超声波探伤”修订组，船舶超声波探伤[M].中国船舶工业总公司船舶工业研究所，1991.

《浅谈闪光焊焊缝伤损与探测》

本文由职称驿站首发，您身边的高端论文发表学术顾问

文章名称： 浅谈闪光焊焊缝伤损与探测

文章地址： http://www.zhichengyz.com/lunwen/jianzhu/jixie/21202.html