钢轨超窄间隙焊接熔池形成及接头性能研究

题名	钢轨超窄间隙焊接熔池形成及接头性能研究
作者	龚练
导师	朱亮
答辩日期	2017
学位名称	博士
关键词	钢轨焊接超窄间隙焊接熔池形成控制角变形工艺参数接头组织性能
摘要	无缝线路是高速、重载轨道结构的最优选择,钢轨焊接是铺设和维护无缝线路的关键技术。而目前钢轨现场原位焊接头质量偏低是制约我国无缝线路整体质量提高的最薄弱环节,因此开发一种能提高钢轨原位焊接头质量的新的焊接方法对钢轨原位焊接技术的提高具有重要的意义。焊剂片约束电弧超窄间隙焊接具有焊接线能量低,接头质量好、焊接效率高、适合厚大件的焊接等优点。本文提出采用焊剂片约束电弧超窄间隙焊接方法对钢轨进行原位焊接,首先研制了一套能够实现钢轨超窄间隙焊接的试验装置,然后针对焊剂片约束电弧超窄间隙焊接过程中熔池的形成控制以及熔池凝固时热裂纹的形成机理及抑制措施进行深入研究,结合上述研究结果进行钢轨超窄间隙焊接工艺试验,对焊接变形控制及工艺参数制定展开了系统研究,最终对钢轨超窄间隙焊接接头组织及力学性能进行了评价。取得的主要结果如下:(1)设计并研制了一套可有效保证钢轨焊接接头平直度的钢轨超窄间隙焊接装备。该装备由定位夹紧机构、约束电弧强迫成型装置和超窄间隙板式焊枪三部分组成,其中根据焊接变形特点设计了能实现坡口尺寸设定及夹持的定位夹紧机构、针对钢轨截面形状特征研制了延长焊道和保证焊道平整的约束电弧强迫成型装置、结合超窄间隙坡口尺寸和钢轨厚度设计了保证稳定送丝导电的超窄间隙板式焊枪。同时开发了一套稳定可靠,且能实现自动化生产的压片技术焊剂片制作工艺,并研制了一种可调控焊剂片在钢轨坡口中位置精度的放置方法,有效保证了超窄间隙焊接过程的稳定性。(2)采用快速中断电弧的方法使得焊接过程中焊剂片、坡口底部和侧壁的瞬时熔化形貌得以保留,据此分析了焊接过程中焊剂片与电弧的相互作用机制。结果表明,焊接过程中焊剂片与电弧相互作用面积的关系直接影响着电弧受约束程度,而电弧受约束程度决定着电弧加热区域,从而控制熔池的形成。通过改变电弧电压、焊剂成分和焊剂片距焊丝距离,获得了精确控制电弧受约束程度的焊剂片熔化面积与电弧固壁约束面积的关系:当焊剂片熔化面积S>45mm2时,焊剂片熔化面积大于电弧固壁约束面积,此时电弧受约束程度过小,电弧加热区域扩展到较大范围的两侧壁上,无法形成有效的熔池。当焊剂片熔化面积S<5mm2时,焊剂片熔化面积远小于电弧固壁约束面积,此时电弧受约束程度过大,电弧加热区域集中在坡口底部而不能直接到达侧壁,从而形成了侧壁及侧壁根部熔合不良的焊缝。只有当焊剂片熔化面积5mm2
页数	134
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	U213.92;TG407
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/89858
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	龚练. 钢轨超窄间隙焊接熔池形成及接头性能研究[D],2017.