CN110102864A - 一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有轨电车辙叉焊接技术领域，具体涉及一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺。本发明提供的合金钢与槽型钢轨的焊接工艺，通过闪光焊接方法将合金钢和槽型钢轨焊接在一起，包括闪平阶段、预热阶段、烧化阶段、顶锻阶段和后加热阶段，所述焊接工艺的总持续时间为114s‑115s，焊接工艺的顶锻量为12mm‑12.8mm，焊接工艺的钢轨总消耗量为30‑31.8mm。本发明提供的合金钢与槽型钢轨的焊接工艺，成功实现了合金钢与槽型轨钢轨的闪光焊接，其形成的焊接接头的力学性能好，焊接质量稳定。

Description

一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺

技术领域

本发明涉及有轨电车辙叉焊接技术领域，具体涉及一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺。

背景技术

城市有轨电车一直是世界各国很多城市发展的主要交通工具之一。国内随着交通发展日趋快速，我国许多大中城市交通迫于“堵、噪、污”和资金紧张的严重形势，必然选择现代有轨电车项目，以缓解目前面临的尴尬局面。

辙叉由于存在有害空间，是轨道结构中最薄弱的、受损最严重的轨道部件之一，希望其具有良好的强韧性、抗接触疲劳和可焊性。目前国内铁路固定型辙叉分为高锰钢辙叉和合金钢辙叉。传统的高锰钢辙叉具有整体性好、成本低廉等优点，但由于存在铸造缺陷，使用寿命较低(平均一亿吨通过总重左右)以及难以与区间钢轨进行焊接等缺点，在改善和提高高锰钢辙叉使用寿命的同时，我国自1998年始，发展了贝氏体合金钢辙叉。由于有轨电车对于无缝线路的要求，需要将合金钢与槽型钢轨进行闪光焊接。

现有专利技术文献CN109079302A公开了一种60kg/m R260热轧钢轨移动闪光焊接的方法，所述方法包括闪平、闪光、加速烧化、顶锻和保压五个阶段，其中焊接的总热输入量为6.5-9.3MJ，焊接的总持续时间为108.4-131.8s，焊接顶锻量为12.4-18.6mm。上述方法解决了60kg/m R260热轧钢轨接头静弯性能不佳的问题。然而将上述方法应用到贝氏体合金钢与槽型钢轨(U75V钢轨)的焊接时，合金钢与槽型钢轨的焊接接头力学性能较差，且焊接接头的轨腰易出现裂纹。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中移动闪光焊接方法对合金钢与槽型钢轨进行焊接所形成的焊接接头力学性能较差，焊接接头的轨腰易出现裂纹的问题，从而提供一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺，通过闪光焊接方法将合金钢和槽型钢轨焊接在一起，包括闪平阶段、预热阶段、烧化阶段、顶锻阶段和后加热阶段，所述焊接工艺的总持续时间为114s-115s，焊接工艺的顶锻量为12mm-12.8mm，焊接工艺的钢轨总消耗量为30-31.8mm。

优选的，所述闪平阶段的钢轨消耗量为4mm-4.5mm，持续时间为31-32s。

优选的，所述预热阶段的加热次数为8-10次，持续时间为49-50s，预热温度为1250-1350℃。

优选的，所述烧化阶段的钢轨消耗量为14-14.5mm，持续时间为18-19s。

优选的，所述顶锻阶段的顶锻压力为420-430kN，带电顶锻时间为1-3s。

优选的，所述后加热阶段分为第一次加热保压阶段和第二次加热保压阶段；

所述第一次加热保压阶段的加热温度为1250-1350℃，保压压力为420-430kN；

所述第二次加热保压阶段的加热温度为1250-1350℃，保压压力为200-220kN；

所述后加热阶段的持续时间为12-13S。

优选的，还包括焊接完成后，对合金钢和槽型钢轨的焊接接头进行加热的步骤。

优选的，所述对合金钢和槽型钢轨的焊接接头进行加热的温度为600-650℃，所述加热范围为合金钢和槽型钢轨的焊接接头处两侧各80mm。

优选的，还包括对合金钢和槽型钢轨的焊接接头进行加热后，采用保温棉保温，缓冷至室温的步骤。

优选的，所述合金钢为贝氏体合金钢，所述槽型钢轨为U75V钢轨。

本发明的有益效果：

本发明提供一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺，通过闪光焊接方法将合金钢和槽型钢轨焊接在一起，通过控制焊接工艺的总持续时间为114s-115s，焊接工艺的顶锻量为12mm-12.8mm，焊接工艺的烧化量为30-31mm，以及闪平阶段、预热阶段、烧化阶段、顶锻阶段和后加热阶段中钢轨消耗量、持续时间、温度、压力等参数，成功实现了合金钢与槽型轨钢轨的闪光焊接，消除了焊接接头的应力，增强了焊接接头的破断载荷、抗拉强度、挠度等力学性能，避免了轨腰出现裂纹的现象，使得焊接质量更为稳定。在本发明中焊接工艺的顶锻量作为钢轨总消耗量中的一部分，本发明将其限定为12mm-12.8mm，可进一步增强焊接接头的力学性能。

进一步的，本发明提供一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺，通过控制所述闪平阶段的钢轨消耗量为4mm-4.5mm，持续时间为31-32s，可迅速改善钢轨端面凹凸不平状况，从而达到全端面接触加热，保证了钢轨端面均匀受热；通过控制所述预热阶段的加热次数为8-10次，持续时间为49-50s，预热温度为1250-1350℃，可以有效保证焊接断面形成足够的加热区，利于后续烧化阶段的进行；通过控制所述烧化阶段的钢轨消耗量为14-14.5mm，持续时间为18-19s，充分保证了焊接断面形成均匀的温度梯度；通过控制所述顶锻阶段的顶锻压力为420-430kN，带电顶锻时间为1-3s，将氧化膜从焊接接头区挤出，保证焊接端面具有足够的塑性变形区；本发明后加热阶段分为两次加热保压阶段，通过控制所述第一次加热保压阶段的加热温度为1250-1350℃，保压压力为420-430kN；所述第二次加热保压阶段的加热温度为1250-1350℃，保压压力为200-220kN；所述后加热阶段的持续时间为12-13S，可以有效消除焊接接头的应力。本发明中闪平阶段、预热阶段、烧化阶段、顶锻阶段和后加热阶段相互配合，充分消除了焊接接头的应力，增强了焊接接头的破断载荷、抗拉强度、挠度等力学性能，使得焊接质量更为稳定。

进一步的，本发明提供一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺，焊接完成后，对合金钢和槽型钢轨的焊接接头进行加热，加热的温度为600-650℃，加热范围为合金钢和槽型钢轨的焊接接头处两侧各80mm，然后通过采用保温棉保温，缓冷至室温，可以有效减少焊接接头内部焊接应力，避免轨腰出现裂纹。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1合金钢和槽型钢轨闪光焊接曲线图；

图2为本发明实施例3合金钢和槽型钢轨焊接断面示意图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供了一种合金钢(59R2轨型、贝氏体合金钢)与槽型钢轨(59R2轨型、U75V钢轨)的焊接工艺，采用GAA100/580闪光焊机，通过闪光焊接方法将贝氏体合金钢(长600mm)和U75V槽型钢轨(长600mm)对焊在一起，其中包括闪平阶段、预热阶段、烧化阶段、顶锻阶段和后加热阶段，所述焊接工艺的总持续时间为114s，焊接工艺的顶锻量为12mm，焊接工艺的钢轨总消耗量为30mm。

其中，所述闪平阶段的钢轨消耗量为4mm，持续时间为32s。

所述预热阶段的加热次数为8次，持续时间为50s，预热温度为1250℃。

所述烧化阶段的钢轨消耗量为14mm，持续时间为19s。

所述顶锻阶段的顶锻压力为430kN，带电顶锻时间为1s。

所述后加热阶段分为第一次加热保压阶段和第二次加热保压阶段；

所述第一次加热保压阶段的加热温度为1250℃，保压压力为430kN；

所述第二次加热保压阶段的加热温度为1350℃，保压压力为200kN；

所述后加热阶段的持续时间为12S。

焊接完成后，采用烤炬对合金钢和槽型钢轨的焊接接头两侧各80mm范围进行加热，使焊接接头两侧各80mm范围全断面温度至600℃，然后采用保温棉保温，缓冷至室温。

实施例2

本实施例提供了一种合金钢(59R2轨型、贝氏体合金钢)与槽型钢轨(59R2轨型、U75V钢轨)的焊接工艺，采用GAA100/580闪光焊机，通过闪光焊接方法将贝氏体合金钢(长600mm)和U75V槽型钢轨(长600mm)对焊在一起，其中包括闪平阶段、预热阶段、烧化阶段、顶锻阶段和后加热阶段，所述焊接工艺的总持续时间为115s，焊接工艺的顶锻量为12.8mm，焊接工艺的钢轨总消耗量为31.8mm。

其中，所述闪平阶段的钢轨消耗量为4.5mm，持续时间为31s。

所述预热阶段的加热次数为10次，持续时间为50s，预热温度为1350℃。

所述烧化阶段的钢轨消耗量为14.5mm，持续时间为18s。

所述顶锻阶段的顶锻压力为420kN，带电顶锻时间为3s。

所述后加热阶段分为第一次加热保压阶段和第二次加热保压阶段；

所述第一次加热保压阶段的加热温度为1350℃，保压压力为420kN；

所述第二次加热保压阶段的加热温度为1250℃，保压压力为220kN；

所述后加热阶段的持续时间为13S。

焊接完成后，采用烤炬对合金钢和槽型钢轨的焊接接头两侧各80mm范围进行加热，使焊接接头两侧各80mm范围全断面温度至650℃，然后采用保温棉保温，缓冷至室温。

实施例3

本实施例提供了一种合金钢(59R2轨型、贝氏体合金钢)与槽型钢轨(59R2轨型、U75V钢轨)的焊接工艺，采用GAA100/580闪光焊机，通过闪光焊接方法将贝氏体合金钢(长600mm)和U75V槽型钢轨(长600mm)对焊在一起，其中包括闪平阶段、预热阶段、烧化阶段、顶锻阶段和后加热阶段，所述焊接工艺的总持续时间为114s，焊接工艺的顶锻量为12mm，焊接工艺的钢轨总消耗量为31mm。

其中，所述闪平阶段的钢轨消耗量为4.5mm，持续时间为31s。

所述预热阶段的加热次数为9次，持续时间为49s，预热温度为1300℃。

所述烧化阶段的钢轨消耗量为14.5mm，持续时间为18s。

所述顶锻阶段的顶锻压力为425kN，带电顶锻时间为3s。

所述后加热阶段分为第一次加热保压阶段和第二次加热保压阶段；

所述第一次加热保压阶段的加热温度为1300℃，保压压力为425kN；

所述第二次加热保压阶段的加热温度为1300℃，保压压力为210kN；

所述后加热阶段的持续时间为13S。

焊接完成后，采用烤炬对合金钢和槽型钢轨的焊接接头两侧各80mm范围进行加热，使焊接接头两侧各80mm范围全断面温度至630℃，然后采用保温棉保温，缓冷至室温。

对比例1

本对比例提供了一种合金钢(59R2轨型、贝氏体合金钢)与槽型钢轨(59R2轨型、U75V钢轨)的焊接工艺，采用GAA100/580闪光焊机，通过闪光焊接方法将贝氏体合金钢(长600mm)和U75V槽型钢轨(长600mm)对焊在一起，其中包括闪平阶段、预热阶段、烧化阶段、顶锻阶段和后加热阶段，所述焊接工艺的总持续时间为114s，焊接工艺的顶锻量为12mm，焊接工艺的钢轨总消耗量为31mm。

其中，所述闪平阶段的钢轨消耗量为4.5mm，持续时间为31s。

所述预热阶段的加热次数为9次，持续时间为49s，预热温度为1300℃。

所述烧化阶段的钢轨消耗量为14.5mm，持续时间为18s。

所述顶锻阶段的顶锻压力为425kN，带电顶锻时间为3s。

所述后加热阶段分为第一次加热保压阶段和第二次加热保压阶段；

所述第一次加热保压阶段的加热温度为1300℃，保压压力为425kN；

所述第二次加热保压阶段的加热温度为1300℃，保压压力为210kN；

所述后加热阶段的持续时间为13S。

焊接完成后，采用烤炬对合金钢和槽型钢轨的焊接接头两侧各80mm范围进行加热，使焊接接头两侧各80mm范围全断面温度至630℃，然后利用空气冷却至室温。

对比例2

本对比例提供了一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺，采用CN109079302A中实施例3的焊接方法将贝氏体合金钢(长600mm)和U75V槽型钢轨(长600mm)对焊在一起。

性能测试

1、通过实施例3的工艺方法，对贝氏体合金钢(长600mm)和U75V槽型钢轨(长600mm)进行焊接，得到14个试件样品，对14个试件样品的焊接接头(包括轨头、轨腰和轨底)的性能进行检测，检测结果见表1-2。发明人根据国内有关有轨电车辙叉闪光焊接标准CECS429:2016《城市轨道用槽型钢轨闪光焊接质量检验标准》，其中钢轨焊接断面为59R2、60R2整断面，结合本发明焊接断面(图2中尺寸单位为mm)计算得到轨头标准静弯强度数值为945kN，焊接接头的抗拉强度为880MPa，焊接接头的伸长率为6％。

表1和表2结果显示，本发明轨头的破断载荷(即轨头受压)均大于945kN，轨头、轨腰和轨底的抗拉强度均大于880MPa，可见，通过本发明方法得到的试样，其焊接接头的性能优良，焊接质量稳定。本发明通过对比例2的方法，对贝氏体合金钢(长600mm)和U75V槽型钢轨(长600mm)进行焊接，得到试件样品，对试件样品的焊接接头(包括轨头、轨腰和轨底)进行检测，得到轨头的破断载荷为900kN，挠度为10.15mm；在试件规格为Φ10mm的情况下，轨头的抗拉强度为840MPa，伸长率5.1％。

表1静弯试验结果

表2.拉伸试样结果

2、通过实施例3和对比例1的工艺方法，对贝氏体合金钢(长600mm)和U75V槽型钢轨(长600mm)进行焊接，得到试件样品，对试件样品的焊接接头进行疲劳试验检测，结果见表3。

表3疲劳试验检测结果

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种合金钢与槽型钢轨的焊接工艺，其特征在于，通过闪光焊接方法将合金钢和槽型钢轨焊接在一起，包括闪平阶段、预热阶段、烧化阶段、顶锻阶段和后加热阶段，所述焊接工艺的总持续时间为114s-115s，焊接工艺的顶锻量为12mm-12.8mm，焊接工艺的钢轨总消耗量为30-31.8mm。

2.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述闪平阶段的钢轨消耗量为4mm-4.5mm，持续时间为31-32s。

3.根据权利要求1或2所述的焊接工艺，其特征在于，所述预热阶段的加热次数为8-10次，持续时间为49-50s，预热温度为1250-1350℃。

4.根据权利要求1-3任一项所述的焊接工艺，其特征在于，所述烧化阶段的钢轨消耗量为14-14.5mm，持续时间为18-19s。

5.根据权利要求1-4任一项所述的焊接工艺，其特征在于，所述顶锻阶段的顶锻压力为420-430kN，带电顶锻时间为1-3s。

6.根据权利要求1-5任一项所述的焊接工艺，其特征在于，所述后加热阶段分为第一次加热保压阶段和第二次加热保压阶段；

所述第一次加热保压阶段的加热温度为1250-1350℃，保压压力为420-430kN；

所述第二次加热保压阶段的加热温度为1250-1350℃，保压压力为200-220kN；

所述后加热阶段的持续时间为12-13s。

7.根据权利要求1-6任一项所述的焊接工艺，其特征在于，还包括焊接完成后，对合金钢和槽型钢轨的焊接接头进行加热的步骤。

8.根据权利要求7所述的焊接工艺，其特征在于，所述对合金钢和槽型钢轨的焊接接头进行加热的温度为600-650℃，所述加热范围为合金钢和槽型钢轨的焊接接头处两侧各80mm。

9.根据权利要求7或8所述的焊接工艺，其特征在于，还包括对合金钢和槽型钢轨的焊接接头进行加热后，采用保温棉保温，缓冷至室温的步骤。