钢轨焊缝探伤发培训资料.doc
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1、 钢轨焊缝探伤培训资料武汉铁路局信阳工务段目录一:概述二:焊缝探伤有关规定标准三:焊缝探伤准备工作内容四:焊接方式及焊缝缺陷五:仪器探头的选用六:焊缝探伤核心内容七:焊缝探伤过程中的扫查实用技能八:几种常用声程的校验使用九:缺陷波高缺陷性质分析十:缺陷的测定十一:缺陷叛废标准十二:焊缝探伤工作要求十三:仪器探头技术性能测试一:概述1:为什么要进行焊缝探伤?焊缝,目前已成为钢轨接头连接的主要形式。在我局铁路线路辖区范围内,主要存在接触焊、气压焊、铝热焊三种焊接方式。由不同的焊接工艺原因和使用情况看,(1),实际存在着缺陷并造成断轨;(2)其相对机械性能、受拉、受压、疲劳载荷等皆低于母材;(3)铝
2、热焊接头屈服强度只有钢轨母材的70%左右;(4)焊缝伤损数量增多,发展速度快,危害性大。2:焊缝探伤的根本任务:发现焊缝伤损或确定不存在伤损。(举例,医生体检,应慎之又慎)应对焊缝缺陷进行三定,定位、定性、定量,具体提供缺陷在焊缝中的具体位置大小等数据,以便于改进焊接工艺,分析缺陷存在的原因,提高焊接质量。提高对缺陷的检出能力,不断改进探伤工艺,丰富探伤方法。若要提高检出能力,就应丰富探伤方法,单一的技术,是不可能发现现场出现的各种复杂或特殊缺陷的。同时,焊缝探伤的基本方法必须熟练掌握。放松一下:扁鹊答魏文侯问互动 各抒己见您认为(您是)怎样发现存在缺陷的:(主要观点记录于黑板 鼓励 人、机、
3、料、法、环 观点归纳见下图)环境因素焊缝探测面耦合剂温度等材料因素仪器探头试块的选择使用、缺陷了解仪器因素仪器性能测距灵敏度等方法因素探伤方法探伤时间操作程序人的因素、判伤标准的掌握责任心经验等钢轨焊缝存在的缺陷发现的主要原因二:焊缝探伤主要规定、标准人员资格:执仪人员应符合2154、3规定还需取得铁道部门无损检测考核委员会颁发的资格证书。(钢轨焊缝探伤人员必须具有铁道部门无损检测考核委员会颁发的二级资格证书。)铁路局规定,探伤人员应具有铁道部门颁发的二级或以上探伤资格证书,经铁道部、铁路局认可的钢轨焊缝探伤技术培训并取得合格证后,方能独立承担钢轨焊缝探伤工作。探伤人员应对探伤工艺、焊缝常见伤
4、损有所了解,熟悉焊缝探伤方法。各单位要成立焊缝探伤专班,并保持焊缝探伤人员的稳定性。焊缝探伤范围:焊缝接头焊道及两侧各200毫米内必须进行全断面探伤。轨头部分用2.5(2)探头探测,轨头至轨底及轨腰等宽部位用单1、双1探头前后串列式探测;轨底部分用2.5、双1探头型串列式探测。探伤周期:无缝线路和道岔钢轨的焊缝除按规定周期探伤外,应用专用仪器对焊缝全断面进行探伤,接触焊每年一遍,现场气压焊、铝热焊每半年一遍。焊缝探伤作业探伤时间:铝热焊焊头,每处探伤时间不短于10分钟。现场气压焊、接触焊每处探伤时间不短于5分钟。焊接接头伤损标准:1:钢轨焊头不得有未焊透、过烧、裂纹、气孔、夹渣等有害缺陷。2:
5、钢轨焊头的断口允许有少量灰斑。单个灰斑面积不得超过10m;灰斑总面积不得超过20m。相邻两灰斑间距尺寸小于较小灰斑尺寸时,中间区域与两个灰斑合并计算面积。若有灰斑露头出现是,应将灰斑面积加倍计算。3:气压焊焊头断口除轨底角外允许有少量光斑。暂按单个光斑最大面积为8m,光斑个数不限,但总面积不得超过50m。若有光斑露头出现时,应将光斑面积加倍计算。上述标准2、3条是在焊接试验中落锤、静弯或疲劳试件断口上允许存在的缺陷面积,在超声波探伤中,一般灵敏度条件下发现的缺陷多数大于允许存在的面积。为此,对焊缝的轨底部位探伤中,如发现缺陷均判重伤。轨头、轨腰可按上述标准酌情处理。外观伤损 (略)焊缝探伤的具
6、体实施,以163291、钢轨探伤管理规则、2658、212007标准为原则。三:焊缝探伤准备工作内容1:总的要求: 四要 目标要清楚安全第一,精检细探是方向,工作根本是不误判不漏检。仪器要熟悉性能操作对象要了解焊接工艺缺陷种类缺陷与波形相互关系程序要保证成败在细节各工序规范标准(探测面打磨、除锈涂油长度厚度、探测距离位置、作业时间等)标准要掌握才能发现判定伤损。2:现场探伤前具体工作的准备:(1) 仪器性能状态良好(2) 带齐仪器设备包括扫查架、探头、连接线(含备用)、回波探头;(3) 防护信号设备,响墩、信号旗、喇叭、对讲机;(4) 用于打磨除锈涂油的钢刷、扁铲、毛刷、毛笔、耦合剂;(5)
7、用于判伤测量的卷尺、钢尺、小镜子、油漆;(6) 棉纱、手电筒(夜间,隧道用)照明设备、手套、眼镜等;(7) 记录本、安全教育本、伤损钢轨通知单等。注意:探伤周期,任务安排合理。 探伤处所线路、伤损轨情况或重点。 探伤环境温度的影响。3:现场焊缝探伤一般作业步骤:上道前,安全教育、提出要求,明确作业任务地点分工,设置防护。上道后,打磨除锈涂油,按作业标准、工艺实施;(1探测轨头轨腰轨底,单双方式分别使用即:踏面单探头法、双前后串列、和轨底型式;0踏面扫查;2.5探测轨头轨底,探测长度每侧200毫米;记录,校对)。作业完毕,撤除防护,班后小结。4:关于探伤应用的准备和一般程序 1:探测面(钢轨表面
8、的要求)钢轨表面与探头接触位置,不允许有锈蚀、斑点、氧化层、油污油漆和焊接溅射物等存在。探测面制备,表面光滑,探伤准确,波形再现性好;表面粗糙,磨损探头,探伤不稳定、杂乱波多2:藕合剂 应保证探头与工件耦合良好。透声性好。3:确定探伤方法。探伤方法是保证缺陷检出、结果准确与否的前提条件,因此探伤前应根据探伤仪器的特性和钢轨的形状、缺陷特点、性质及探伤要求拟定探伤方案。4:选择工作频率。1.25mhz探铸件如铝热焊、不大于2.5mhz。接触焊2.5mhz以上或5mhz。工作频率高,则灵敏度高,方向性好,分辨力强,始波宽度小,有利于发现和评定缺陷,但不易穿透晶粒较粗的工件;工作频率低,分辨力低,但
9、穿透力强,有利于克服衰减。5:正确选用探头。即结构形式、晶片尺寸、标称频率6:确定探测范围(标定)。7:探伤灵敏度校准。8:现场实施探伤作业。四:焊接方式及焊缝缺陷 内容:焊缝缺陷产生原因 缺陷种类、危害 缺陷与反射波的关系目的:了解焊接方式和基本过程,为准确地发现缺陷、进行定性、定位、定量打下基础,提高识别和判定伤损的能力。要求:了解有关标准,对各种焊接工艺形成初步认识。加深对焊接过程和产生缺陷的了解,理论与实践相结合,逐步形成自己的判伤经验。重点和难点:找出波形规律,区别伤损性质焊接接头缺陷与加工焊接工艺存在密切关系,不同的加工方法产生不同类型的缺陷;各种缺陷与超声波相互作用,反射规律和特
10、点就不相同。总的来说,焊缝伤损主要有以下几种来源:1:在焊接的过程中,由于工艺参数的调试变化;2:由于焊机性能的稳定性;3:气压焊、铝热焊各道工序规范性和操作的熟练程度;4:钢轨本身化学成分的偏析和焊料等的变化;5:由于车辆的荷载冲击、钢轨应力、线路平纵断面条件等。(一)接触焊的焊接方式与缺陷分析:1:接触焊(通常被称作厂焊、电阻焊、闪光接触焊,在现场为移动式接触焊)。轨端规定在焊机夹具上,利用电流产生电阻热,将轨端加热至表面融化状态,然后断电加压,在压力下相互结晶。2:过程。焊接前,一批钢轨来,先试焊,调节参数(q=0.24rt q:热量:电流 r:电阻 t:时间)。通电焊接时的运动一定速度
11、一定幅度一定频率的移动,碰上拉开,闪光加热放花断电挤压顶锻闪去氧化膜够温时自动顶焊上另一侧有刀,趁热切去焊带。焊一个头约5分钟。3:缺陷与探伤分析;根据工艺,伤损多为片状,与焊缝多一致。(1) 灰斑:焊缝内形成的一层暗灰色、平滑、面积型缺陷。形成的原因是焊接时间短,次级电压高,连续闪光发生中断,顶压力小。灰斑即氧化硅的聚积物,因焊接工艺特点,伤损被挤的很薄;硅,颜色较深,性脆,氧化后更脆无韧性,影响强度,目前不好探。2.5探头反射吸收;有观点认为选56使反射吸收(2) 冷焊缺陷与探伤分析:温度不够与焊接参数有关,易产生在轨底轨头。一般为大面积伤损,也可存在其它部位,因焊接时变化不大。总的比较,
12、接触焊热影响区裂纹比气压焊多。反射波强。(3) 过烧缺陷与探伤分析:焊接过程中,加热温度偏高,引起ns在奥氏体晶界间沉淀,冷却后便形成s与fe的共晶夹杂物。多出现在两轨角和轨头、焊墙结合处的凸出量部位。分氧化与不氧化过烧,呈多孔蜂窝状,反射波较强,根部粗且多峰;动态波形特点是波峰由高向低变化显著,波峰交替。在焊带两侧探时,波形有区别。(铝热焊的过烧易产生在轨头,因最后冷却)。二:气压焊的焊接方式与缺陷分析1:气压焊有融化气压焊和塑性气压焊两种,也被称为小型气压焊。 两轨固定在焊机夹具上,施予压力,专用焊具产生气体火焰,加热至塑性状态。压力作用下,原子之间进行扩散再结晶,金属面形成新的结晶,使两
13、轨焊接起来。2:过程。与接触焊相比,加热方式不同。是利用气体燃烧产生热量。工序分为钢轨固定、加热、顶锻、凸出量铲除、打磨等。产生的伤损多与接触焊相似。焊时也要正火:细化晶粒、增加韧力、消除内应力;晶粒在焊缝处可达8级,向两边越远越粗至热影响区边上。3:气压焊缺陷与探伤分析(1) 光斑:产生原因是焊接时温度偏低,造成接触面的不连续性;火焰不正常,出现回火、放炮等导致端面污染和氧化;焊合面未能焊成一体,属一种未焊透:断口面呈银灰色却平滑;根据其结晶状态又分为氧化光斑、光斑、及半结晶光斑三种。这种缺陷厚度极小,有些属于似粘未粘状态;有的声波反射很弱,也是探伤难点。未焊透也称未融合;缺陷两面已分开,因
14、而声波反射强烈,只要探头位置合适,就能发现。氧化光斑像黑核,与大气相通故反射波很强烈。光斑因物理过程:再结晶、化学反应,两者不充分,频率低时不易探。半结晶光斑为局部结晶,未成整体,较难探。频率大时可穿透,小时可绕射。从焊缝焊接面中心断裂的多为氧化光斑,由于钢轨接触的对接不适等。是面积型缺陷。(2) 过烧:多发生在轨底角轨头,呈体积状;外表呈裂纹或蜂窝状,因冲击影响强度大。(鸡公山指甲盖大导致断裂)(3) 断面氧化:实际为未焊透。焊接初钢轨断面被氧化,表面有蓝色氧化膜。没有任何强度。三:铝热焊焊接方式与缺陷分析1:铝热焊的焊接方式:局管内主要是德国施密特和法国拉伊泰克工艺。也被称为铸焊。焊接材料
15、为铝粉、氧化铁粉、铁钉屑、铁合金等金属按一定比例配成焊剂,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;将高温钢水注入预热模具中,使轨端融化,冷却后焊在一起。2:过程。以法国工艺为例,从焊前准备到结束工作分13个步骤,焊一个头50分钟左右。(具体程序是:焊接现场前的准备;焊接现场准备;轨道的准备;钢轨端头准备;端头对正;砂模的准备检查;焊接的灵魂预热 ;焊药的准备;浇注;拆模及推瘤;热打磨;冷打磨;收尾工作。)3:常见缺陷及伤损其常见缺陷为:缩孔和疏松、气孔、夹渣、夹砂、热裂、未焊合、螺孔裂纹等。现将主要缺陷的定义及原因进行介绍。(一)缩孔和疏松1. 缩孔(1) 缺陷定义及形
16、成:浇铸过程中,在温度最高、最后凝固的部位,由于体积收缩后得不到外来钢水的补缩,而形成集中孔穴称为缩孔。高温钢水在冷却及凝固过程中,有体积收缩(液态收缩)是形成缩孔的主要原因。2.疏松细小而不连贯的缩孔,比较均匀地分布在焊缝的局部范围内称为疏松。疏松其内表面是不光滑的。疏松导致焊缝组织不致密现象。(下图为轨头疏松) 图缩孔一般易发生在焊缝中心处的轨腰(预热温度最高)及轨底中央三角区(最后凝固,易形成集中疏松)等部位。3.原因分折:预热时间过长;局部高温,有过热现象。特别是轨腰及轨脚部分有局部过热现象。预热枪或砂模装偏,位置不居中,形成一侧过热现象。焊头有缩孔及疏松缺陷时,会起到疲劳核心的作用,
17、在列车交变负荷作用下,从疲劳核心处开始逐步扩展,形成较大的疲劳断裂。(二)、气孔气孔是铝热焊铸造组织的中最常见的缺陷之一。气孔是焊缝在凝固过程中产生和放出气体所形成。气孔表面是光滑的,一般呈圆形。(下图为X射线底片钢轨底部气孔图)气孔图气孔按其部位,分为内部的气孔在焊缝整个断面内均可出现,气孔尺寸有时可以很大。皮下气孔紧靠表皮下产生,一般在轨底及轨底两侧斜面上容易产生。(下图为轨底经打磨外露的气孔)图原因分析:焊剂受潮。焊剂中带有水分,在铝热反应时,高温下水分分解在焊缝中产生气体;封箱泥过多、过湿或砂模潮湿。砂型或封箱泥中的气体不能及时的排出,容易在轨底两角产生气孔。预热温度过低,钢水容易凝固
18、使气体不易排出,容易在轨底两角产生气孔;预热到浇注前时间超过30秒,使预热后温度降低,也容易在轨底两角产生气孔;镇静时间不够,或铝热反应不充分,浇入砂型后继续作用形成气孔。(三)、夹渣夹渣是铝热焊铸造组织中常见的缺陷之一。夹渣的形成是由于熔渣进入焊缝而造成。如未能全部熔化的金属块或混入钢中的其他金属:在进行铝热反应中,熔渣未及时上浮冲走而进入型腔,粘附在钢轨表面被凝固,形成夹渣。原因分析:焊缝断面不清洁,有金属渣屑等:上砂模后未覆盖型腔口,使杂质进入砂模:轨缝过大、砂箱不密贴或产生“跑铁”现象,钢水量不够,使熔渣不能完全排出,进入型腔,最容易在轨顶部位产生夹渣;镇静时间不够,反应未完成就浇注,
19、在型腔内继续反应生成熔渣,由于凝固快,熔渣来不及浮出就形成夹渣。(四)、夹砂夹砂的形成是由于型砂进入焊缝而造成。如:砂型及其耐火材料的碎屑:一次性坩埚的夹砂物主要是氧化铝与硫化锰的混合物等进入钢水。原因分析砂型不清洁不好,在磨合后未用毛刷清除掉浮砂有碎屑进入型腔中。砂箱一次没有扣准,在移动中砂型挤坏掉入型腔内:由于过热,使砂型中的砂子变成玻璃状,挤入熔合区。(五)、热裂在焊缝及热影响区均可产生。在焊头凝固过程中,稍低于其凝固点的一定温度范围内,强度较低,由于产生了收缩应力或受到外力超过了该温度范围内钢的强度极限时,就会产生裂纹或断裂。这种在高温区形成的断裂称为热裂。其表面常带有氧化兰色。原因分
20、析:热裂对焊头质量影响大,会造成断轨。焊接过程中焊缝(两端钢轨)有移动,受拉,存在较大的拉应力。过早拆箱,使焊头提前受力。特别在低温时,焊缝由于受到激冷,加快收缩,加大了收缩应力,在高温区形成热裂。提前推瘤,使焊头提前受力,情况同上。同时还会在焊接表面出现热裂纹,进而发展。焊头在冷却过程中、未完全凝固时受到外力的锤击。(六)、未焊合:在焊接后,原来待焊的两个钢轨断面上仍没有溶化的区域,称为未焊合。未焊合缺陷一般多发生在轨头部,也有在轨底的。原因分析:未焊合对焊头质量影响大,会造成断轨。预热温度过低,铝热钢所放出的热量不足以使轨端熔化;预热时间不足或氧气、丙烷压力不足,情况同上;轨端处理不好,在
21、轨端产生了一个脆弱的氧化层,造成熔合不好。砂箱或预热枪装偏、不居中,造成一侧预热不足。轨缝太小。焊缝内的热容量较小,在没有将钢轨端部完全熔化就已冷却,造成未焊合。轨端用氧气切割过,未用锯轨机切割,端面不平整。焊接中砂箱“跑铁”(七)、螺孔裂纹:在螺孔处形成的焊接裂纹,称为螺孔裂纹。螺孔裂纹对焊头质量影响大,会造成断轨。铝热焊接在冷却过程中产生一定的焊接热应力,因此,一般要求在焊缝附近不要有螺栓孔,避免在焊接热应力的作用下在螺孔处形成裂纹,在列车作用下,造成伤损。裂纹发展扩大,最后导致断轨。法国要求螺孔距焊缝应大于100mm。原因分折:螺孔距焊缝距离太近,使螺孔处在焊接热应力的作用下形成裂纹。在
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