レール溶接継手の品質管理技術

溶接継手の品質管理が重要な理由

レールを連続的に溶接すると、魚メッキの接合部が除去されますが、溶接のたびに、熱影響部、鋳造または鍛造の溶接金属構造、残留応力場などの冶金学的不連続性が生じます。{0}溶接に欠陥がある場合、最初に目に見える症状は通常、溶接止端の小さな亀裂であり、それが交通の下で成長してレールが完全に破損します。したがって、品質管理は溶接前にレール端の準備と機器の校正から開始し、溶接中はプロセス パラメータ制御を通じて継続し、すべての接合部の非破壊検査、熱処理、文書化で終了する必要があります。-正しい技術はプロセスによって異なります。このガイドでは、主要なラインとヤードで最もよく使用される 3 つのプロセスの管理ポイントを示します。

フラッシュバット溶接: コアパラメータとその効果

フラッシュバット溶接では、クランプされた端をフラッシュ アークで加熱し、一緒に据え込み加工することでレールを接合します。 4 つのパラメータが結果を決定します。フラッシュ電流はレール端の加熱温度を決定します。電流が高すぎると端が過熱し、結晶粒が粗くなり、接合部の靭性が低下します。電流が低すぎると、端部の加熱が不十分になり、接合強度が不十分になります。フラッシュ時間は通常 30 ～ 60 秒に保たれます。時間を長くすると端の金属が無駄になり、接合部の断面積が小さくなります。一方、時間を短くすると加熱が不均一になり、貫通が不完全になります。据え込み圧力は 150 ～ 200 MPa に制御されます。過剰な圧力は継手を変形させて軌道表面を乱しますが、圧力が不十分だと酸化物を排出できず、気孔やスラグの混入が残ります。 50 ～ 80 mm/s の据え込み速度により、溶接金属の流れと冷却のバランスがとれます。速すぎると亀裂が発生し、遅すぎると金属が早期に冷却され、機械的特性が低下します。

アルミ熱溶接: 制御点と欠陥の防止

アルミサーモ溶接は、現場閉鎖溶接、分岐器、および修理作業の標準的な方法です。決定的な制御点は、フラックス比、予熱温度、金型のシールです。フラックス中のアルミニウム粉末と酸化鉄の質量比は約 1:3 に保たれます。比率が正しくないと、反応温度が低下し、溶接金属の特性が低下します。予熱は 300 ～ 400 度に保たれます。予熱が不十分だと溶接金属の冷却が速すぎて低温割れの危険性があり、予熱が過剰だとフラックスが早期に反応してキャビティが充填できなくなります。空気の侵入を防ぎ、多孔性を避けるために、金型をしっかりと密閉する必要があります。 3 つの一般的な欠陥は、気孔率、スラグ混入、および不完全な浸透です。予防方法は具体的です。乾燥によりフラックスの水分を 0.5% 以下に保ち、レール端からすべての酸化スケールと不純物を除去して溶接部をきれいにし、予熱とフラックス比を調整してレール端が完全に溶融するようにします。

ガス圧溶接と非破壊検査-

ガス圧溶接では、酸素-アセチレン炎でレール端を加熱して塑性状態にし、据え込み圧力を加えて端を一体に鍛造します。これは、接合部の強度と靭性が高周波振動と重い軸荷重を吸収する必要がある、高速-重量物-輸送ラインで使用されます。-品質検査は外観検査と内部検査を組み合わせて行われます。外観チェックでは形状と表面状態がチェックされ、接合部の平坦度の偏差は 0.2 mm/m に制限され、亀裂や気孔は見られません。内部検査では、関節周囲をスキャンする 2.5 MHz プローブによる超音波探傷が使用されます。 5 mm² を超える欠陥は受け入れられません。検査後、接合部は熱処理されて残留応力が除去され、性能が回復されます。

熱処理と応力緩和

溶接継手は、焼きならし、焼き戻しの 2 段階で熱処理されます。 900〜920度で20〜30分間焼ならしを行うと、溶接組織が均一なパーライトに変化し、結晶粒が微細化され、強度と靭性が向上します。 550～580℃、60～90分の焼き戻しにより溶接残留応力を除去し、応力緩和率80％以上を実現します。実際の効果は大きく、未処理の接合部には 300 MPa を超える残留応力がかかり、使用亀裂が発生する可能性がありますが、処理済みの接合部は残留応力が 50 MPa 以下であり、耐疲労性が著しく優れています。最後に、ジョイントの硬さをレール マトリックスに対してチェックします。溶接部が親レールと同じ割合で摩耗するように、偏差は HRC スケールで 2 ポイント以内に収まる必要があります。

溶接継手の気候保護

高山地域では、溶接部の温度変化を遅くすることが目的です。湿気の多い地域では湿気を隔離するためです。塩水-アルカリ性ゾーンでは、犠牲亜鉛めっき層が溶接部を保護し、ペーストがイオン輸送をブロックします。このスキームは設計段階で選択する必要があり、腐食が発生した後に追加する必要はありません。

よくある質問

Q1: 高速幹線にはどの溶接プロセスが適していますか?{1}}

工場およびモバイルのフラッシュバット溶接は、高速で再現性があり、機械制御されているため、長い溶接に適しています。{0}}アルミサーモ溶接は、溶接機が届かない現場の閉鎖や溶接の補修に引き続き標準です。

Q2: アルミサーミック溶接において予熱が重要なのはなぜですか?

予熱により、注入後に溶接金属が急激に冷えるのを防ぎます。 300 ～ 400 度の予熱がないと、溶接部が冷えて硬くて脆い構造になり、低温亀裂が発生しやすくなります。

Q3: 超音波検査ではレール溶接部にどのような欠陥が見つかりますか?

2.5 MHz のプローブ周波数での超音波検査では、内部の気孔、スラグの混入、溶融の欠如、約 5 mm² 以上の同等の反射面積で亀裂が検出されます。

Q4: 溶接継手はなぜ焼きならしと焼き戻しが必要ですか?

焼きならしにより溶接部の結晶粒構造が微細化され、焼き戻しにより残留応力が軽減されます。これらを組み合わせることで、接合部の残留応力が 300 MPa を超えて 50 MPa 以下に軽減され、使用時の亀裂が防止され、疲労寿命が向上します。

Q5: 溶接の硬さはどのようにしてレールの母材に合わせられますか?

熱処理後に溶接部全体の硬度を測定し、親レールと比較します。 2 HRC ポイント以内の偏差は、溶接部とレールが均一に磨耗し、ホイールがジョイントの柔らかい側に衝撃を与えないことを意味します。