铝热焊的常见缺陷和原因分析
铝热焊是一种铸造组织，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分析列表如下。供参考。| 序号 | 缺陷 名称 |
缺 陷 定 义 及 形 成 |
原 因 分 析 |
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1 |
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。 在浇注过程中，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。 |
焊头有缩孔及疏松缺陷时，会起到疲劳核心的作用，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裂纹，并导致焊缝提前疲劳断裂。 产生的原因： （1）预热时间过长； （2）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。 （3）预热枪或砂模装偏，位置不居中，形成一侧有过热现象。 |
| 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。 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。 |
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| 2 | 气孔 |
气孔是铝热焊铸造组织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。 气孔按其部位，分为内部气孔和皮下气孔两种。内部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。 |
（1）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； （2）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排出，在焊头中形成气孔； （3）预热温度过低，钢水容易凝固使气体不易排出，容易在轨底两角产生气孔； （4）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； （5）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。 |
| 3 | 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。 |
（1）焊缝断面不清洁，有金属渣、屑等； （2）上砂模后未覆盖型腔口，使杂质进砂模； （3）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； （4）镇静时间不够，反应未完成就浇注，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。 |
| 4 | 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；一次性坩锅的夹砂物主要是氧化铝与硫化锰的混合物等进入钢水。 |
（1）砂型清洁不好，在磨合后未用毛刷清除掉浮砂； （2）有碎屑等杂质进入型腔中。 （3）砂箱一次没有扣准，在移动中砂型挤坏掉入型腔内； （4）由于过热，使砂型中的砂子变成玻璃状，挤入熔合区。 |
| 5 | 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。 |
热裂对焊头质量影响大，会造成断轨。 （1）焊接过程中焊缝有移动，受拉，存在较大的拉应力。 （2）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。 （3）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。 （4）焊头在冷却过程中、未完全凝固时受到外力的锤击。 |
| 6 | 未焊合 |
在铝热焊接后，原来待焊的两个钢轨断面上仍有没有熔化的区域，称为未焊合。 未焊合缺陷一般多发生在轨头，也有在轨底的。 |
未焊合对焊头质量影响大，会造成断轨。 （1）预热温度过低，铝热钢所放出的热量不足以使轨端熔化； （2）预热时间不足或氧气、丙烷压力不足，情况同上； （3）轨端处理不好，在轨端产生了一个脆弱的氧化层，造成熔合不好。 （4）砂箱或预热枪装偏、不居中，造成一侧预热不足。 （5）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。 （6）轨端用氧气切割过，未用锯轨机切割, 端面不平整。 （7）焊接中砂箱“跑铁”。 |
| 7 | 螺孔裂纹 |
在螺孔处形成的焊接裂纹，称为螺孔裂纹。 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,造成伤损。在列车作用下，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。 |
螺孔裂纹对焊头质量影响大，会造成断轨。 （1）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。在列车作用下，裂纹发展扩大，最后导致断轨。 （2）如带螺孔焊接时，尽量应通过调整轨缝达到焊接轨缝要求。万不得已非要锯轨时，应从钢轨两端各锯掉10～13mm，切忌从钢轨一侧锯轨，使螺孔距轨缝太近，造成隐患。 （3）第一螺孔必须在侧砂模即砂箱的外侧，且应在第一螺孔处塞上封箱泥或钢塞。 |
| 8 | 粗晶 |
在焊头的金相组织方面，部分或全部断面上的晶粒度粗大或不均匀，称为粗晶。 要求焊缝的晶粒度比钢轨的晶粒度低一级。如PD3钢轨的晶粒度是6级，焊缝晶粒度应不低于5级。 1～3级为粗晶粒。粗晶粒会影响焊头的疲劳强度及韧性，增加焊头的脆性。 |
粗晶也会造成断轨，主要使脆断。 （1） 冷却速度过快，使造成粗晶的主要原因； （2） 焊头提前受力，加速了粗晶焊头的脆断。 |
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