钢轨闪光焊培训教程

1113:04:4913:04:49钢轨闪光焊接工技术培训教程(基础知识、专业基础知识部分)钢轨闪光焊接工技术培训教程钢轨闪光焊接工技术培训教程((基础知识、专业基础知识部分基础知识、专业基础知识部分))铁道科学研究院金属及化学研究所2008年8月铁道科学研究院金属及化学研究所铁道科学研究院金属及化学研究所20082008年年88月月13:04:4913:04:4922前言前言前言•根据铁道部运输局《关于举办钢轨焊接工培训班的通知》的精神，对铁路行业从事钢轨闪光焊接人员进行技术培训，进一步提高钢轨闪光焊接质量。•钢轨闪光焊接在钢轨焊接中占据主要地位，提高钢轨闪光焊接质量，可以有效提高整体焊接质量，确保列车行车安全。••根据铁道部运输局根据铁道部运输局《《关于举办钢轨焊接工关于举办钢轨焊接工培训班的通知培训班的通知》》的精神，对铁路行业从事的精神，对铁路行业从事钢轨闪光焊接人员进行技术培训，进一步钢轨闪光焊接人员进行技术培训，进一步提高钢轨闪光焊接质量。提高钢轨闪光焊接质量。••钢轨闪光焊接在钢轨焊接中占据主要地钢轨闪光焊接在钢轨焊接中占据主要地位，提高钢轨闪光焊接质量，可以有效提位，提高钢轨闪光焊接质量，可以有效提高整体焊接质量，确保列车行车安全。高整体焊接质量，确保列车行车安全。13:04:4913:04:4933••基础知识基础知识••专业基础知识专业基础知识••专业技能专业技能13:04:4913:04:4944••金属基础知识金属基础知识••金属力学性能金属力学性能••热处理基本知识热处理基本知识••钢轨基本知识钢轨基本知识••金属焊接基本知识金属焊接基本知识••液压基本知识液压基本知识••电气基本知识电气基本知识基础知识基础知识基础知识13:04:4913:04:4955••钢轨焊接方法钢轨焊接方法••钢轨闪光焊接方法介绍钢轨闪光焊接方法介绍••钢轨闪光焊接基本理论钢轨闪光焊接基本理论••钢轨闪光焊接设备钢轨闪光焊接设备••高速铁路钢轨焊接介绍高速铁路钢轨焊接介绍专业基础知识专业基础知识专业基础知识13:04:4913:04:4966••钢轨焊接生产线设备钢轨焊接生产线设备••固定式钢轨闪光焊机固定式钢轨闪光焊机••焊接工艺参数焊接工艺参数••热处理参数选择及检查方法热处理参数选择及检查方法••打磨参数选择及检查方法打磨参数选择及检查方法••接头平直度测量接头平直度测量••探伤探伤••钢轨闪光焊接技术规程钢轨闪光焊接技术规程••接头外观缺陷判断及预防接头外观缺陷判断及预防••接头内部缺陷判断及预防接头内部缺陷判断及预防••钢轨焊接标准钢轨焊接标准专业技能专业技能专业技能13:04:4913:04:4977第一章金属基础知识第一节金属的结构第一章第一章金属基础知识金属基础知识第一节第一节金属的结构金属的结构•金属和合金的性能与它们内部的组织结构有着密切的关系。成分的不同和热处理条件的改变都会影响金属和合金的组织结构，从而使材料表现出极不相同的性能状态。•如在钢轨焊接工作中，由于焊接热源的影响，钢轨焊后的组织和性能均会发生某些变化。因此，如果不了解钢轨、焊接接头的化学成分与性能，不掌握它们在焊接时可能发生的组织变化规律，就不可能获得优质的钢轨焊接接头。••金属和合金的性能与它们内部的组织结构有着密金属和合金的性能与它们内部的组织结构有着密切的关系。成分的不同和热处理条件的改变都会切的关系。成分的不同和热处理条件的改变都会影响金属和合金的组织结构，从而使材料表现出影响金属和合金的组织结构，从而使材料表现出极不相同的性能状态。极不相同的性能状态。••如在钢轨焊接工作中，由于焊接热源的影响，钢如在钢轨焊接工作中，由于焊接热源的影响，钢轨焊后的组织和性能均会发生某些变化。因此，轨焊后的组织和性能均会发生某些变化。因此，如果不了解钢轨、焊接接头的化学成分与性能，如果不了解钢轨、焊接接头的化学成分与性能，不掌握它们在焊接时可能发生的组织变化规律，不掌握它们在焊接时可能发生的组织变化规律，就不可能获得优质的钢轨焊接接头。就不可能获得优质的钢轨焊接接头。13:04:4913:04:4988一、金属晶体结构一、一、金属晶体结构金属晶体结构•晶体与非晶体•一切物质都是由原子组成的。如果原于是有次序、有规则排列的，这种物质称为晶体；如果原于的排列是散乱的，无序的和不规则的，则称为非晶体。•晶粒、晶界•取一块金属（纯铁）磨光，制成金相试样，放到金相显微镜下放大观察，可以看到金属的显微组织，是由许多形状不规则的小颗粒组成。在金相上这些小颗粒称为晶粒，晶粒与晶粒间互相交接的界面称为晶界，如图1-1所示。如果以更先进的技术分析晶粒，则可发现晶粒内原子(分子、离子)都是以一定格式有规则地排列的，这些晶粒都是一个小的晶体。••晶体与非晶体晶体与非晶体••一切物质都是由原子组成的。如果原于是有次序、一切物质都是由原子组成的。如果原于是有次序、有规则排列的，这种物质称为晶体；如果原于的排有规则排列的，这种物质称为晶体；如果原于的排列是散乱的，无序的和不规则的，则称为非晶体。列是散乱的，无序的和不规则的，则称为非晶体。••晶粒、晶界晶粒、晶界••取一块金属（纯铁）磨光，制成金相试样，放到金取一块金属（纯铁）磨光，制成金相试样，放到金相显微镜下放大观察，可以看到金属的显微组织，相显微镜下放大观察，可以看到金属的显微组织，是由许多形状不规则的小颗粒组成。在金相上这些是由许多形状不规则的小颗粒组成。在金相上这些小颗粒称为晶粒，晶粒与晶粒间互相交接的界面称小颗粒称为晶粒，晶粒与晶粒间互相交接的界面称为晶界，如图为晶界，如图11--11所示。如果以更先进的技术分析所示。如果以更先进的技术分析晶粒，则可发现晶粒内原子晶粒，则可发现晶粒内原子((分子、离子分子、离子))都是以一都是以一定格式有规则地排列的，这些晶粒都是一个小的晶定格式有规则地排列的，这些晶粒都是一个小的晶体。体。13:04:4913:04:4999图图11--11多晶体与晶界示意图多晶体与晶界示意图图图11--22多晶体与晶界实际照片多晶体与晶界实际照片13:04:4913:04:491010•不同的晶体物质，原子排列的格式也不同。大多数金属的晶格为体心立方晶格或面心立方晶格。•1）面心立方晶格图l-3-中所示为面心立方晶格的晶胞。面心立方晶格的特点是除了在立方的八个顶角上各有一个原子外，其六个正方形面的中心处也各有一个原子。具有面心立方晶格的金属有金；银、铜、镍、铝和温度处于912℃~1394℃之间的纯铁（γ-Fe）。•2）体心立方晶格图l-3-右或左所示为体心立方晶格的晶胞。这种晶格除了在立方体的八个角上各有一个原于外，在立方体的中心处还有一个原子，具有体心立方晶格的金属有钒、铬、钼、钨和室温下的α-Fe（912℃以下的铁称为α-Fe）。••不同的晶体物质，原子排列的格式也不同。大不同的晶体物质，原子排列的格式也不同。大多数金属的晶格为体心立方晶格或面心立方晶格。多数金属的晶格为体心立方晶格或面心立方晶格。••11））面心立方晶格面心立方晶格图图ll--33--中所示为面心立方晶格的中所示为面心立方晶格的晶胞。面心立方晶格的特点是除了在立方的八个顶晶胞。面心立方晶格的特点是除了在立方的八个顶角上各有一个原子外，其六个正方形面的中心处也角上各有一个原子外，其六个正方形面的中心处也各有一个原子。具有面心立方晶格的金属有金；各有一个原子。具有面心立方晶格的金属有金；银、铜、镍、铝和温度处于银、铜、镍、铝和温度处于912912℃℃~1394~1394℃℃之间的纯之间的纯铁（铁（γγ--FeFe）。）。••22））体心立方晶格体心立方晶格图图ll--33--右或左所示为体心立方晶右或左所示为体心立方晶格的晶胞。这种晶格除了在立方体的八个角上各有格的晶胞。这种晶格除了在立方体的八个角上各有一个原于外，在立方体的中心处还有一个原子，具一个原于外，在立方体的中心处还有一个原子，具有体心立方晶格的金属有钒、铬、钼、钨和室温下有体心立方晶格的金属有钒、铬、钼、钨和室温下的的αα--FeFe（（912912℃℃以下的铁称为以下的铁称为αα--FeFe）。）。13:04:4913:04:491111912℃1394℃912℃1394℃•α-Feγ-Feδ-Fe•体心立方面心立方体心立方••图1-3不同晶格的转变(铁的同素异构转变)••αα--FeFeγγ--FeFeδδ--FeFe••体心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方••••图图11--33不同晶格的转变不同晶格的转变((铁的同素异构转变铁的同素异构转变))•铁有两种晶格，即低于912℃和在1394℃~1534℃之间为体心立方晶格的α-Fe，而在912℃~1394℃之间则为面心立方晶格的γ-Fe。••铁有两种晶格，即低于铁有两种晶格，即低于912912℃℃和在和在13941394℃℃~1534~1534℃℃之间为体心立方晶格的之间为体心立方晶格的αα--FeFe，而在，而在912912℃℃~1394~1394℃℃之间则为面心立方晶格的之间则为面心立方晶格的γγ--FeFe。。13:04:4913:04:491212二、合金的结构二、合金的结构二、合金的结构•合金•大多数的金属并不以纯金属状态使用，而是由两种或两种以上的金属或金属与非金属元素组成，这种具有金属特征的物质成为合金。碳素钢、合金钢以及钢轨都是铁与碳以及其他元素组成的合金。•合金可以大致有三种结构类型：固溶体、金属间化合物和机械混合物。••合金合金••大多数的金属并不以纯金属状态使用，而是大多数的金属并不以纯金属状态使用，而是由两种或两种以上的金属或金属与非金属元由两种或两种以上的金属或金属与非金属元素组成，这种具有金属特征的物质成为合素组成，这种具有金属特征的物质成为合金。碳素钢、合金钢以及钢轨都是铁与碳以金。碳素钢、合金钢以及钢轨都是铁与碳以及其他元素组成的合金。及其他元素组成的合金。••合金可以大致有三种结构类型：固溶体、金合金可以大致有三种结构类型：固溶体、金属间化合物和机械混合物。属间化合物和机械混合物。13:04:4913:04:491313（一）固溶体（一）固溶体（一）固溶体•固溶体•在固态下，合金中的元素能相互溶解，形成均匀的固态溶体叫固溶体。•根据溶质原子在溶剂原子中所占的位置，固溶体可以分为置换固溶体和间隙固溶体。••固溶体固溶体••在固态下，合金中的元素能相互溶解，形成在固态下，合金中的元素能相互溶解，形成均匀的固态溶体叫固溶体。均匀的固态溶体叫固溶体。••根据溶质原子在溶剂原子中所占的位置，固根据溶质原子在溶剂原子中所占的位置，固溶体可以分为置换固溶体和间隙固溶体。溶体可以分为置换固溶体和间隙固溶体。13:04:4913:04:491414•1）置换固溶体：固溶体中，溶质和溶剂元素的原子直径大小相近，在形成固溶体时，溶剂原子部分占据了溶剂原子晶格，见图1-4，合金元素溶入铁中形成的固溶体多数属于这种类型，如钢轨中，锰溶入α-Fe中。••11）置换固溶体：）置换固溶体：固固溶体中，溶质和溶剂溶体中，溶质和溶剂元素的原子直径大小元素的原子直径大小相近，在形成固溶体相近，在形成固溶体时，溶剂原子部分占时，溶剂原子部分占据了溶剂原子晶格，据了溶剂原子晶格，见图见图11--44，合金元素溶，合金元素溶入铁中形成的固溶体入铁中形成的固溶体多数属于这种类型，多数属于这种类型，如钢轨中，锰溶入如钢轨中，锰溶入αα--FeFe中。中。溶剂原子图1-4置换固溶体图1-4置换固溶体溶质原子13:04:4913:04:491515•2）间隙固溶体：溶质原子尺寸较小，溶剂原子晶格间隙较大，形成固溶体时，溶质原子分布在溶剂原子晶格的间隙处，见图1-5。非金属元素，如碳、氮等，溶入α-铁中形成的固溶体就属于这个类型，如钢轨中碳溶入α-Fe中。••22）间隙固溶体：）间隙固溶体：溶质原溶质原子尺寸较小，溶剂原子晶子尺寸较小，溶剂原子晶格间隙较大，形成固溶体格间隙较大，形成固溶体时，溶质原子分布