Đánh giá khả năng tương thích hàn và công nghệ lựa chọn vật liệu hàn cho đường ray tiêu chuẩn nước ngoài
Các chỉ số cốt lõi để đánh giá khả năng tương thích hàn của đường ray tiêu chuẩn quốc tế là gì và chúng ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn quy trình hàn?
Các chỉ số cốt lõi để đánh giá khả năng tương thích hàn của đường ray tiêu chuẩn quốc tế làlượng cacbon tương đương (Ceq)Vàchỉ số độ nhạy vết nứt (Pcm), phản ánh trực tiếp xu hướng nứt hàn của đường ray. Lượng carbon tương đương càng cao thì xu hướng cứng lại của đường ray càng rõ ràng, càng dễ bị nứt nguội trong quá trình hàn và khả năng tương thích hàn càng kém; khi lượng carbon tương đương nhỏ hơn hoặc bằng 0,45%, khả năng hàn tốt và có thể áp dụng quy trình hàn chớp thông thường. Chỉ số độ nhạy vết nứt tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến vết nứt. Giá trị Pcm càng lớn thì nguy cơ xuất hiện vết nứt muộn trong mối hàn càng cao. Lượng carbon tương đương của đường ray UIC60 là khoảng 0,42%, có khả năng tương thích hàn tốt và có thể thích ứng với quy trình hàn chớp chính thống ở Trung Quốc; lượng carbon tương đương của đường ray ASTM136 Grade4 là 0,50%, khả năng tương thích hàn kém và yêu cầu quá trình hàn gia nhiệt trước. Do đó, việc đánh giá hai chỉ số này là tiền đề để xác định nhiệt độ gia nhiệt trước khi hàn, thời gian giữ và{11}}quy trình xử lý nhiệt sau hàn.
Những khuyết tật liên kết hàn nào sẽ xảy ra do sự không phù hợp giữa đường ray tiêu chuẩn quốc tế và vật liệu hàn tiêu chuẩn quốc gia?
Sự không phù hợp giữa ray tiêu chuẩn quốc tế và vật liệu hàn tiêu chuẩn quốc gia trước hết sẽ dẫn đến cường độ mối hàn không đạt tiêu chuẩn. Nếu cường độ của vật liệu hàn thấp hơn cường độ của kim loại nền đường ray thì mối nối dễ bị biến dạng dẻo dưới tải trọng của tàu, tạo thành khuyết tật ở mối nối thấp; nếu cường độ của vật liệu hàn quá cao thì độ bền của mối hàn không đủ và dễ xảy ra hiện tượng gãy giòn. Thứ hai, nó sẽ gây ra vết nứt hàn. Sự không phù hợp giữa thành phần hợp kim của vật liệu hàn và ray sẽ dẫn đến sự chênh lệch lớn về hệ số giãn nở giữa kim loại mối hàn và kim loại cơ bản, tạo ra ứng suất hàn rất lớn trong quá trình làm nguội và hình thành các vết nứt nóng hoặc vết nứt nguội. Ngoài ra, nó sẽ gây ra hiện tượng rỗ khí và bám xỉ vào mối hàn. Khả năng khử oxy của vật liệu hàn không thể sánh bằng vật liệu đường ray, khí và tạp chất trong bể nóng chảy không thể được loại bỏ một cách hiệu quả trong quá trình hàn, dẫn đến độ chặt của mối hàn kém. Những khuyết tật này sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ mỏi của mối hàn và ảnh hưởng đến an toàn vận hành dây chuyền.
Tại sao vật liệu hàn đặc biệt có hàm lượng mangan cao lại được ưa chuộng khi hàn ray UIC?
Đường ray UIC (chẳng hạn như UIC900A/B) được đặc trưng bởi hàm lượng mangan cao (1,0%-1,5%). Mangan có thể cải thiện độ bền và độ dẻo dai của đường ray và cải thiện khả năng hàn. Ưu tiên lựa chọn vật liệu hàn đặc biệt có hàm lượng mangan cao có thể giữ thành phần hợp kim của kim loại mối hàn phù hợp với thành phần hợp kim của kim loại nền ray UIC, đảm bảo tính đồng bộ về cơ tính và hệ số giãn nở giữa mối hàn và kim loại cơ bản, đồng thời giảm ứng suất hàn. Mangan cũng có tác dụng khử oxy và khử lưu huỳnh tốt, có thể làm giảm hiệu quả khả năng rỗ của mối hàn, bao gồm xỉ và các vết nứt nóng, đồng thời cải thiện độ nén của mối hàn. Nếu sử dụng vật liệu hàn có hàm lượng mangan thấp thông thường, hàm lượng mangan trong kim loại mối hàn không đủ sẽ dẫn đến độ bền và độ bền của mối hàn thấp hơn kim loại cơ bản, mối hàn dễ bị hư hỏng do mỏi. Do đó, nên chọn vật liệu hàn chớp đặc biệt có hàm lượng mangan Lớn hơn hoặc bằng 1,2% để hàn đường ray UIC để đạt được hiệu suất mối nối tương đương.
Khi hàn các đường ray tiêu chuẩn quốc tế tại địa phương, làm cách nào để điều chỉnh-nhiệt độ nung nóng trước mối hàn phù hợp với vật liệu?
Nhiệt độ gia nhiệt trước mối hàn để hàn cục bộ các đường ray tiêu chuẩn quốc tế chủ yếu dựa trên lượng cacbon tương đương và hàm lượng nguyên tố hợp kim của đường ray. Lượng cacbon tương đương càng cao thì nhiệt độ gia nhiệt trước cần thiết càng cao. Đối với đường ray JIS SKZ3 có lượng carbon tương đương Nhỏ hơn hoặc bằng 0,40%, khả năng hàn tốt và không cần gia nhiệt trước hoặc chỉ cần gia nhiệt trước ở nhiệt độ-thấp (50-80 độ ) để tránh nứt nguội. Đối với đường ray UIC900B có hàm lượng carbon tương đương 0,40%-0,48%, nhiệt độ gia nhiệt trước cần được kiểm soát ở mức 100-150 độ để giảm tốc độ làm mát vùng hàn và giảm sự hình thành các kết cấu cứng. Đối với đường ray ASTM136 Cấp 4 có lượng carbon tương đương ＞ 0,48%, nhiệt độ gia nhiệt trước cần tăng lên 180-220 độ. Gia nhiệt trước ở nhiệt độ cao làm chậm tốc độ làm mát, giải phóng ứng suất hàn và ngăn ngừa các vết nứt chậm. Nhiệt độ làm nóng trước phải bao phủ đồng đều trong phạm vi 100mm của đầu hàn đường ray để tránh hiện tượng ứng suất không đồng đều do gia nhiệt trước cục bộ không đủ.
Việc xử lý nhiệt sau hàn của các mối hàn đường ray tiêu chuẩn quốc tế chủ yếu giải quyết những vấn đề gì?
Mục đích cốt lõi của việc-xử lý nhiệt sau hàn các mối hàn đường ray tiêu chuẩn quốc tế là loại bỏ ứng suất dư khi hàn, điều chỉnh cấu trúc mối nối và cải thiện độ bền của mối nối, chủ yếu giải quyết ba vấn đề chính. Đầu tiên, loại bỏ ứng suất dư hàn. Ứng suất kéo sinh ra trong quá trình hàn có thể khiến mối nối dễ bị nứt. Thông qua quá trình ủ-ở nhiệt độ cao ở 600-650 độ, ứng suất dư có thể giảm 30%-50%. Thứ hai, tinh chế ngũ cốc. Các hạt trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của mối hàn sẽ bị thô lại do nhiệt độ cao, dẫn đến độ dẻo dai giảm. -Xử lý nhiệt sau mối hàn có thể tinh chỉnh các hạt thô và khôi phục độ dẻo dai của mối hàn. Thứ ba, loại bỏ các cấu trúc cứng. Đối với các đường ray tiêu chuẩn quốc tế có hàm lượng nguyên tố hợp kim cao, các cấu trúc martensite cứng và giòn dễ dàng hình thành trong vùng ảnh hưởng nhiệt mối hàn. Quá trình ủ sau hàn có thể biến chúng thành sorbite được tôi luyện với độ dẻo dai tốt. Ngoài ra, xử lý nhiệt sau hàn có thể thống nhất độ cứng của mối nối, kiểm soát độ lệch độ cứng giữa mối nối và kim loại cơ bản trong phạm vi HB±20 và tránh sự tập trung ứng suất do thay đổi độ cứng đột ngột.