CN114054915A - 一种短路预热的闪光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短路预热的闪光焊接方法，包括前期闪平阶段、短路预热阶段、烧化闪光阶段、顶锻阶段和保压后热阶段；其中，所述短路预热阶段为在钢轨两端连续多次的施加短路电流，利用电阻热将钢轨加热，在钢轨纵向形成温度梯度。本发明所公开的短路预热的闪光焊接方法，可以有效的确保特定廓形的轨头硬化高强度热处理珠光体碳素钢轨闪光焊接头的显微组织、宏观低倍、纵断面硬度以及静弯性能全面满足多国钢轨焊接标准技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种短路预热的闪光焊接方法。
背景技术
钢轨闪光对焊是通过导电电极等夹紧装置将两侧钢轨夹紧，通电后使钢轨端面接触，导通电流在接触点处产生电阻热，使得接触点迅速熔化，形成闪光并伴随强烈的飞溅，经过一定的闪光留量后施加一定的顶锻力，从而使钢轨在高温下重新结晶成形的一种焊接方法。
钢轨闪光焊接头属于整个线路的薄弱环节，其质量的好坏可直接影响铁路的安全性，而钢轨闪光焊接头中的焊接缺陷直接影响接头的焊接质量。目前的研究表明，由焊接工艺引起的钢轨闪光焊接头缺陷主要有灰斑、未焊合、过烧、过热等。大量的试验统计及研究结果表明，“灰斑”是钢轨闪光对焊中的主要固有缺陷，是钢轨落锤和静弯试验不合格的最主要因素。
在所有的国内外文献中，“灰斑”(“dark spot”、“flat spot”、“matt spot”或“marco flat”)缺陷被描述成“表面无金属光泽，与周围的金属基体相比成暗灰色，内部含有非金属夹杂氧化物”。国内外主流观点认为，由于闪光焊接的烧化闪光阶段较大的过梁爆破形成火口，在金属蒸气对接头的保护不充分的条件下，火口中的硅、锰、铝等元素与空气中的[O]或氧化铁结合形成硅铝酸盐的非金属夹杂氧化物，硅铝酸盐熔点高且生成后呈固态，流动性差，易固结在融化面上。如果火口比较深，硅铝酸盐在顶锻时不易排挤出而残留在坑内，从而生成硅酸盐夹杂型灰斑。
目前，国内外主要都是通过调整钢轨闪光焊接工艺参数中烧化闪光阶段末期的烧化速度、烧化量以及顶锻力来控制灰斑缺陷的形成。但到目前为止，灰斑缺陷仍然是影响钢轨闪光焊接头服役性能的最主要焊接工艺因素，若能够消除闪光焊接头中的灰斑缺陷，闪光焊接头的落锤、静弯及服役性能将会得到有力的提升。
基于此，现有技术仍然有待改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种短路预热的闪光焊接方法，能够有效降低接头中灰斑缺陷的尺寸和数量，提升钢轨闪光焊接质量。
本发明的实施例公开了一种短路预热的闪光焊接方法，包括前期闪平阶段、短路预热阶段、烧化闪光阶段、顶锻阶段和保压后热阶段；其中，所述短路预热阶段为在钢轨两端连续多次的施加短路电流，利用电阻热将钢轨加热，在钢轨纵向形成温度梯度。
进一步地，所述短路预热阶段中：预热循环次数为7～12次，每次加热的时间为4.5s～5.1s，每次施加的压力为100.0kN～240.0kN，电压的相位控制参数为450‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.0s～1.6s。
进一步地，所述前期闪平阶段采用1～2个分阶段进行分段控制，对于每个分阶段：位移极限为5.0mm～6.0mm，电压的相位控制参数为800‰～850‰，闪光电流为10.0kA～11.0kA，最大闪光速度为3.0mm/s～6.0mm/s。
进一步地，所述烧化闪光阶段采用3～5个分阶段进行分段控制，对于每个分阶段：位移极限为8.0mm～19.0mm，电压的相位控制参数为750‰～900‰，闪光电流为9.0kA～244.1kA，最大闪光速度为0.5mm/s～2.7mm/s。
进一步地，所述顶锻阶段包括先后进行的第一顶锻阶段和第二顶锻阶段，其中
在所述第一顶锻阶段：顶锻时间极限为0.2s～0.5s，顶锻位移极限为20.0mm～25.0mm，电压的相位控制参数为260‰～275‰；
在所述第二顶锻阶段：顶锻速度极限为2.6mm/s～3.0mm/s，顶锻时间极限为0.1s～0.6s，顶锻位移极限为30.0mm～38.0mm，顶锻压力为480.0kN～520.0kN，顶锻电流为30.0kA～32.0kA。
进一步地，所述保压后热阶段采用1～2个分阶段进行分段控制，对于每个分阶段：加热时间为0.3s～1.0s，所施加压力为420kN～520kN，电压的相位控制参数为0‰～275‰，位移极限为30.0mm～38.0mm。
进一步地，在所述短路预热阶段，预热循环次数为11～12次，每次加热的时间为4.7s～5.1s，每次施加的压力为108.0kN～140.0kN，电压的相位控制参数为470‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.3s～1.6s；或者
在所述短路预热阶段，预热循环次数为7～9次，每次加热的时间为4.7s～5.0s，每次施加的压力为140.0kN～240.0kN，电压的相位控制参数为450‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.3s～1.6s；或者
在所述短路预热阶段，预热循环次数为10～12次，每次加热的时间为4.5s～5.0s，每次施加的压力为100.0kN～120.0kN，电压的相位控制参数为450‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.2s～1.5s。
进一步地，在所述短路预热阶段：每次的变形极限为0.8mm～1.2mm，和/或每次分开的距离为2.4mm～3.5mm；和/或，
在所述前期闪平阶段之后，使得待焊接的一对钢轨分开1.0s～1.2s，之后再进行所述短路预热阶段的第一次接触。
进一步地，所述保压后热阶段结束之后，直接将焊接接头置于空气中自然冷却至室温。
进一步地，焊接过程结束后，所述前期闪平阶段的平均电流为23.0kA～41.0kA，所述短路预热阶段的电流为46.0kA～68.0kA，所述烧化闪光阶段的平均电流为10.0kA～17.0kA；和/或，
整个焊接过程的时间为98s～155s，实际顶锻量为9.0mm～20.0mm。
本发明所公开的短路预热的闪光焊接方法，可以有效的确保特定廓形的轨头硬化高强度热处理珠光体碳素钢轨闪光焊接头的显微组织、宏观低倍、纵断面硬度以及静弯性能全面满足多国钢轨焊接标准技术要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出了根据本发明的一个示例性实施例的气体输送装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明一些实施例公开了一种短路预热的钢轨闪光焊接方法，包括：前期闪平阶段、短路预热阶段、烧化闪光阶段、顶锻阶段以及保压后热阶段；其中，所述短路预热阶段为在钢轨两端连续多次的施加短路电流，利用电阻热将钢轨加热，在钢轨纵向形成温度梯度，将钢轨的端面加热到足够的温度并为加速闪光的均匀化过程奠定条件。
可以知道，闪光焊主要分为固定式闪光焊和移动式闪光焊两种。移动式闪光焊接，因其设备小、移动方便等特点，常用于铺轨现场施工焊接；而钢轨固定式闪光焊通常将焊接设备固定于厂房内，故通常也被称为厂焊或基地焊接。除应用场景外，两者最大的不同在于加热钢轨的方式。移动式闪光焊是通过间歇脉动闪光爆破或者连续不断的闪光爆破加热钢轨，故移动式闪光焊可以分为脉动式闪光和连续式闪光两种。固定式闪光焊通常是通过直接将钢轨进行短路，利用电阻热的方式将钢轨进行加热，加热过程并不(或少量)伴随闪光，通常又被称为短路预热闪光焊。本发明的闪光焊接方法可以采用钢轨固定式闪光焊机和气体输送装置实现。
下面对本发明的闪光焊接方法的各个阶段进行详细描述。
前期闪平阶段包括：对待焊接的一对钢轨施加电压，并使所述一对钢轨的端面逐渐接近达到局部接触，至少局部地流通短路电流，利用电阻热加热这些触点。前期闪平阶段的主要作用是通过闪光爆破使得钢轨待焊截面平整清洁，为后续的闪光和加热提供相对均匀平整的有利条件。为实现上述目的，在本发明中，所述前期闪平阶段采用1～2个分阶段进行分段控制，对于每个分阶段：位移极限为5.0mm～6.0mm，电压的相位控制参数为800‰～850‰，闪光电流为10.0kA～11.0kA，最大闪光速度为3.0mm/s～6.0mm/s。在前期闪平阶段中，两钢轨之间不断相对移动以进行加热和闪光爆破。
短路预热阶段主要作用是通过在钢轨两端连续多次的施加短路电流，利用电阻热将钢轨加热，在钢轨纵向(即长度方向)形成一定的温度梯度，将钢轨的端面加热到足够的温度并为加速闪光的均匀化过程奠定条件。短路预热阶段包括：对待焊接的一对钢轨施加电压，并使得所述一对钢轨的端面循环地进行预定次数的接触和分开，在接触时流通短路电流进行加热并施加预定压力。在所述短路预热阶段，预热循环次数为7～12次，每次加热的时间为4.5s～5.1s，每次施加的压力为100.0kN～240.0kN，电压的相位控制参数为450‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.2s～1.6s。其中，电压的相位控制参数是一种模拟信号，表示所施加电压相对于电网电压的占比，以千分比表示，所述电网电压一般为动力电电压，在380V～400V之间。这些参数是短路预热阶段的主要参数，其中循环接触和分开的预定次数、接触时间、分开时间、施加电压的情况等均对加热情况起到重要影响，施加压力则对施力情况进行限定，是本发明的一部分关键参数。以上参数在对不同钢轨进行焊接时会有所不同，下面通过举例进行更详细的说明。
第一种钢轨：轨头硬化高强度热处理珠光体碳素钢轨，钢轨的廓形为美国工程标准中的136RE廓形，所述美国工程标准具体是指美国铁路工程协会手册(AREMA，AMERICANRARILWAY ENGINEERING AND MAINTENANCE-OF-WAY ASSOCIATION)，钢轨中碳的质量分数为0.74％～0.86％、硅的质量分数为0.10％～0.60％、锰的质量分数为0.75％～1.25％、磷和硫的质量分数均不超过0.020％、铬的质量分数不超过0.3％以及钒的质量分数不超过0.01％，钢轨的最小抗拉强度为1179MPa，钢轨头部的最小硬度为370HB。
第二种钢轨：标准强度碳素钢轨，钢轨的廓形为美国工程标准中的115RE廓形，钢轨中碳的质量分数为0.74％～0.86％、硅的质量分数为0.10％～0.60％、锰的质量分数为0.75％～1.25％、磷和硫的质量分数均不超过0.020％、铬的质量分数不超过0.3％以及钒的质量分数不超过0.01％，钢轨的最小抗拉强度为970MPa，钢轨头部的最小硬度为310HB。
第三种钢轨：重载铁路用高强珠光体钢轨，钢轨的廓形为美国工程标准中的136RE廓形，钢轨中碳的质量分数为0.72％～0.82％、硅的质量分数为0.50％～0.80％、锰的质量分数为0.70％～1.05％、磷和硫的质量分数均不超过0.025％、铬的质量分数为0.30％～0.50％以及钒的质量分数为0.04％～0.12％，钢轨的最小抗拉强度为1280MPa，钢轨头部的最小硬度为370HB。
轨头硬化高强钢轨和重载铁路用高强钢轨一般指的是钢轨轨头经过在线热处理后的珠光体钢轨，其强度一般在1000MPa以上。标准强度碳素钢轨一般指的是珠光体钢轨，其强度一般在970MPa以上。目前，除部分道岔外，全球应用最为广泛的均为珠光体钢轨。珠光体钢轨是指碳的质量分数处于0.60％～0.90％的热轧和热处理的珠光体钢轨。珠光体钢轨是指在供货状态下，钢轨显微组织全部为珠光体的钢轨。
钢轨的廓形决定钢轨的截面面积，钢轨的抗拉强度决定其使用环境。一般来讲，钢轨的截面面积越大，在闪光焊接过程中需要的热输入总量越大。同时，不同廓形的钢轨横截面上的温度分布也有所不同。钢轨的化学成分一般决定钢轨的电阻率、热传导性能以及在高温、低温条件下的变形抗力。不同化学成分的钢轨需要的热输入总量、钢轨纵向温度梯度、焊接的总时间、所需的顶锻力等均不相同。即相同化学成分、不同廓形的钢轨，以及相同廓形但化学成分不同的钢轨所使用的焊接工艺均会不同。细微的焊接工艺变化均会影响钢轨闪光焊接头的力学性能，从而影响钢轨服役性能。
对于第一种钢轨，在所述短路预热阶段，预热循环次数为11～12次，每次加热的时间为4.7s～5.1s，每次施加的压力为108.0kN～140.0kN，电压的相位控制参数为470‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.3s～1.6s；或者
对于第二种钢轨，在所述短路预热阶段，预热循环次数为7～9次，每次加热的时间为4.7s～5.0s，每次施加的压力为140.0kN～240.0kN，电压的相位控制参数为450‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.3s～1.6s；或者
对于第三种钢轨，在所述短路预热阶段，预热循环次数为10～12次，每次加热的时间为4.5s～5.0s，每次施加的压力为100.0kN～120.0kN，电压的相位控制参数为450‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.2s～1.5s。
另外，在短路预热阶段还可进一步设置以下参数：每次的变形极限为0.8mm～1.2mm，每次分开的距离为2.4mm～3.5mm。并且，在所述前期闪平阶段之后，使得所述一对钢轨分开1.0s～1.2s之后，再进行所述短路预热阶段的第一次接触，即可以认为是，烧化闪光阶段的第一次分开时间为1.0s～1.2s，之后开始循环进行接触和分开。
烧化闪光阶段在一定程度上与前期闪平阶段相似，除相关参数与进行程度的强弱不同之外，同样是对所述一对钢轨施加电压，并使所述一对钢轨相对移动，在接触过程中流通短路电流，利用电阻热加热钢轨端面。烧化闪光阶段的主要作用是在整个焊接区域形成防止端面氧化的保护气氛，最终形成合适的温度场分布，为顶锻提供条件。为实现上述目的，本发明的烧化闪光阶段采用3～5个分阶段进行精细的分段控制，对于每个分阶段：位移极限为8.0mm～19.0mm，电压的相位控制参数为750‰～900‰，闪光电流为9.0kA～244.1kA，最大闪光速度为0.5mm/s～2.7mm/s。
对于第一种钢轨，烧化闪光阶段每个分阶段的位移极限为10.0mm～19.0mm；对于第二种钢轨，烧化闪光阶段每个分阶段的位移极限为10.0mm～19.0mm；对于第三种钢轨，烧化闪光阶段每个分阶段的位移极限为8.0mm～17.0mm。
顶锻阶段包括：施加顶锻力使所述一对钢轨的端面互相挤压。在本发明的实施例中，所述顶锻阶段包括先后进行的第一顶锻阶段和第二顶锻阶段，其中在所述第一顶锻阶段：顶锻时间极限为0.2s～0.5s，顶锻位移极限为20.0mm～25.0mm，电压的相位控制参数为260‰～275‰；在所述第二顶锻阶段：顶锻速度极限为2.6mm/s～3.0mm/s，顶锻时间极限为0.1s～0.6s，顶锻位移极限为30.0mm～38.0mm，顶锻压力为480.0kN～520.0kN，顶锻电流为30.0kA～32.0kA。第一顶锻阶段可以是快速进行的一次预先的顶锻，第二顶锻阶段可以是更为主要的顶锻阶段。
对于第一种钢轨，在第一顶锻阶段：位移极限为22.0mm～25.0mm，电压的相位控制参数为270‰～275‰；在第一顶锻阶段：顶锻时间极限为0.2s～0.6s，顶锻压力为510.0kN～520.0kN。
对于第二种钢轨，在第一顶锻阶段：位移极限为22.0mm～25.0mm，电压的相位控制参数为270‰～275‰；在第一顶锻阶段：顶锻时间极限为0.2s～0.6s，顶锻压力为510.0kN～520.0kN；
对于第三种钢轨，在第一顶锻阶段：位移极限为20.0mm～23.0mm，电压的相位控制参数为260‰～275‰；在第一顶锻阶段：顶锻时间极限为0.1s～0.5s，顶锻压力为480.0kN～510.0kN。
保压后热阶段包括：对钢轨接头持续施加载荷并加热。保压后热阶段的主要作用是在钢轨顶锻后的接头金属结晶过程中对钢轨接头持续施加载荷，增强接头结合强度。为实现上述目的，本发明的保压后热阶段采用1～2个分阶段进行分段控制，对于每个分阶段：加热时间为0.3s～1.0s，所施加压力为420kN～520kN，电压的相位控制参数为0‰～275‰，位移极限为30.0mm～38.0mm。可以知道，在保压后热阶段，钢轨已经焊接在一起，此时基本不会再发生相对位移，此处的位移极限设置主要起到保障作用。
本发明的顶锻阶段结束之前的保护气体可以通过气体输送装置实现。图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的气体输送装置1的示意图，如图1所示，气体输送装置1用于在焊接工件时提供保护气体，气体输送装置1包括第一管道10和第二管道20，其中第一管道10的两个开口分别与第二管道20的两个开口对接，使得第一管道10和第二管道20组成闭合管道30，闭合管道30的内壁32设有出气孔42，闭合管道30的外壁34设有进气孔44。
在本发明的实施例中，以上的内、外是相对于气体输送装置1的中心来说的，相对而言，更靠近中心的为内，更远离中心的为外。闭合管道30作为气体流通的通道，闭合管道30的内壁围合一个容纳空间，工件放置在该容纳空间内，出气孔42朝向该容纳空间设置，从而向容纳空间内的工件提供气体。在闭合管道30的正投影图中，闭合管道30为双层结构，具有内层和外层，出气孔42靠近内层设置，进气孔44靠近外层设置。
在一个实施例中，工件为钢轨2，闭合管道30内壁的形状与钢轨2的截面形状相适配，大致为“工”字型，闭合管道30内壁围合而成的腔包括对应钢轨头部的第一扩大部34、对应钢轨底部的第二扩大部36以及对应钢轨腰部的收缩部37。内层和外层均为这样的“工”字型。通过将闭合管道30的内壁设置为类似钢轨的形状，使得闭合管道30能够更好地围合钢轨提供气体，改善气体保护的效果。
气体输送装置1的主体结构为左右对称的分体式结构，其左右两侧主体为钢轨仿形管道，气体输送装置1的主要作用是为钢轨焊接区域输送气体保护介质。保护气体为惰性气体。保护气体从进气孔44进入闭合管道30内，并从出气孔42进入闭合管道30所围合的容纳空间，钢轨2的焊接区域置于该容纳空间内，从而可以为焊接区域提供气体保护。在本发明的实施例中，在待焊钢轨完成焊前准备工作后，将气体输送装置1安装在例如闪光焊机的焊接区域，并与待焊钢轨轨缝重合。
继续参考图1，出气孔42设置在收缩部37处的内壁32上，该位置对应钢轨的中部区域，有利于均匀地提供保护气体；进气孔44设置在第二扩大部36处的外壁34上，该位置较低，有利于安装进气部件。出气孔42和进气口44的数量可以为一个或多个，进气口44可以对称分布在第一管道11和第二管道12上。
在本发明的实施例中，第一管道10和第二管道20的内径a为Φ25mm～Φ30mm；当闭合管道30和钢轨2同心布置时，闭合管道30与钢轨2之间的间隙b为20～25mm；出气孔42的孔径c为Φ4mm～Φ8mm；进气孔44的孔径d为Φ18mm～Φ20mm。需要说明的是，虽然图1中示出了闭合管道30与钢轨底部中心相邻的一侧与待焊钢轨的距离b，但是，由于闭合管道30与钢轨2的形状相似，因此当两者同心布置时，两者之间各个位置处的间隙相同，即图中的距离b代表闭合管道30与钢轨2之间整体上的间隙，间隙可以指在闭合管道30靠近钢轨2的一侧，闭合管道30各点处的切线与钢轨2相应点处的切线之间的距离。间隙具体为闭合管道30内壁与钢轨2之间的间隙。
在本发明的实施例中，在所述顶锻阶段结束之后，停止提供保护气体。
在本发明的实施例中，所述保压后热阶段结束之后，直接将焊接接头置于空气中自然冷却至室温，无需对焊后的接头进行空气淬火处理。空气淬火处理可以用于提高接头的硬度等性能。钢轨闪光焊接头纵断面硬度，即沿钢轨纵向轧制方向将钢轨对剖后，检验接头行车面以下3～5mm、接头熔合线两侧超过热影响区宽度20mm范围内的硬度值，有的标准采用洛氏硬度，有的采用维氏硬度，或者两者均可。钢轨焊接接头的硬度是影响高速铁路轨道平顺性的重要因素，只有接头与母材硬度水平相当，才能保证接头在服役期内与线路钢轨具有一致的耐磨性。现有技术存在的问题是接头无论是焊接状态还是热处理状态都有软化区，在服役期间会出现马鞍形磨耗，导致线路平顺性变坏。正确的焊后处理工艺能改善接头组织，降低软化程度，尽可能地满足接头耐磨性能要求。在本发明的实施例中，闪光焊接方法能够实现良好的焊接质量，保证接头的硬度等性能符合标准，因此无需再进行空气淬火处理。
根据本发明的闪光焊接方法，在焊接过程结束后，所述前期闪平阶段的平均电流为23.0kA～41.0kA，所述短路预热阶段的电流为46.0kA～68.0kA，所述烧化闪光阶段的平均电流为10.0kA～17.0kA。整个焊接过程的时间为98s～155s，实际顶锻量为9.0mm～20.0mm。
对于第一种钢轨，在焊接过程结束后，前期闪平阶段的平均电流为23.0kA～27.0kA，短路预热阶段的电流为56.0kA～68.0kA，烧化闪光阶段的平均电流为10.0kA～16.0kA。整个焊接过程的时间为140s～155s，实际顶锻量为11.0mm～20.0mm。
对于第二种钢轨，在焊接过程结束后，前期闪平阶段的平均电流为37.0kA～41.0kA，短路预热阶段的电流为46.0kA～64.0kA，烧化闪光阶段的平均电流为15.0kA～17.0kA。整个焊接过程的时间为98s～108s，实际顶锻量为11.0mm～17.0mm。
对于第三种钢轨，在焊接过程结束后，前期闪平阶段的平均电流为23.0kA～27.0kA，短路预热阶段的电流为51.0kA～66.0kA，烧化闪光阶段的平均电流为10.0kA～16.0kA。整个焊接过程的时间为136s～145s，实际顶锻量为9.0mm～15.0mm。
本发明主要提供一种气体保护闪光焊接方法。该方法可以有效地降低接头中灰斑缺陷的尺寸和数量，并有效地确保钢轨闪光焊接头的显微组织、宏观低倍、纵断面硬度以及静弯性能全面满足多国钢轨焊接标准技术要求。
需要说明的是，钢轨闪光焊接头静弯试验是目前国内外运用最广泛的钢轨接头整体性能评价方法，所有钢轨接头检验标准中都有规定。主要包括两项指标，即载荷和挠度。静弯试验是采用三点或四点支撑的方法，以一定的加载速率，向钢轨接头施加载荷，直到载荷达到标准规定值不断，并且最大挠度大于标准规定值，则判定接头静弯性能合格，不同的轨型对应不同的载荷与挠度值。各国的标准中，俄罗斯STO RZD 1.08.002:2009标准的质量要求最高，要求接头最低荷载和挠度分别不小于2100kN和30mm(65kg/m钢轨，轨头受压)，折算成60kg/m钢轨轨头受压时的最低载荷为1907kN和30mm。欧洲标准BS EN14587-2:2009要求接头最低荷载和挠度分别不小于1600KN和20mm(60kg/m钢轨，轨头受压)。欧洲标准BSEN14587-2:2009要求接头轨底最小应力为900MPa，经折算后的最低荷载和挠度分别不小于1670KN和20mm(60kg/m钢轨，轨头受压)。我国对于静弯标准要求是破断载荷不小于1450kN(60kg/m，轨头受压)，对挠度不作要求。静弯载荷主要体现接头的结合强度、接头外观以及内部缺陷指标，挠度主要体现接头强韧性指标。若接头焊接工艺不良，极有可能因为灰斑、未熔合或者过烧等缺陷导致接头在未达到标准规定的载荷值前断裂，或者因为接头热输入和顶锻量匹配不当、焊后处理方法不当导致接头偏硬或偏软，使接头挠度达不到标准要求。
另外，钢轨闪光焊接头宏观低倍指标，一般包括宏观热影响区的宽度及角度等。美国标准AMEMA中规定熔合线应与钢轨轧制方向垂直。欧洲标准BS EN 14587中规定可见热影响区宽度在20～45mm范围内，且关于熔合线对称；可见热影响区宽度的最大值与最小值间的差值不得超过20mm。澳大利亚标准AS1085.20中规定热影响区在30～50mm范围内，并且接头热影响区与于轨底间夹角小于5°。
下面根据具体的实施例和对比例进行说明。
实施例1
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的轨头硬化高强度热处理珠光体碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.82％、0.55％以及1.18％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为5.0mm，相位控制参数为850‰，闪光电流设定为11.0kA，最大闪光速度为3.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为5.0s，预热压力设定值为108.0kN，相位控制参数为470‰，热传导时间为1.3s，分开距离为2.4mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为12次。
烧化闪光阶段采用5个分阶段进行分段控制：位移极限1为10.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为1.6mm/s；位移极限2为12.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为1.3mm/s；位移极限3为15.0mm，相位控制参数3为800‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为1.6mm/s；位移极限4为16.0mm，相位控制参数4为750‰，闪光电流设定4为244.1kA，最大闪光速度4为1.7mm/s；位移极限5为18.2mm，相位控制参数5为800‰，闪光电流设定5为244.1kA，最大闪光速度5为2.7mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.2s，快速顶锻位移极限为22.0mm，快速顶锻相位控制参数为275‰，预设快速顶端控制阀值为3.0mm/s，顶锻时间极限为0.2s，顶锻位移极限为38.0mm，顶锻压力设定值为510.0kN，顶锻电流设定值为32.0kA。
保压后热阶段采用2个分阶段进行分段控制：加热时间1为8.0s，压力设置值1为420kN，相位控制参数1为0‰，加热时间2为3.0s，压力设置值2为235kN，相位控制参数2为0‰，位移极限为38mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为24.1kA，短路预热阶段的电流为57.1kA～65.6kA，烧化闪光阶段的平均电流为14.5kA。整个焊接过程的时间为143s，实际顶锻量为11.4mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为2397kN时的最大挠度为23.3mm，未发生断裂，满足标准要求。采用实物钢轨落锤试验机将静弯后的钢轨接头砸断并观察断口形貌，未见灰斑缺陷。
实施例2
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的轨头硬化高强度热处理珠光体碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.83％、0.54％以及1.19％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为6.0mm，相位控制参数为850‰，闪光电流设定为11.0kA，最大闪光速度为6.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为4.8s，预热压力设定值为140.0kN，相位控制参数为490‰，热传导时间为1.6s，分开距离为3.5mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为12次。
烧化闪光阶段采用3个分阶段进行分段控制：位移极限1为11.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为9.0kA，最大闪光速度1为2.0mm/s；位移极限2为14.0mm，相位控制参数2为900‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为0.5mm/s；位移极限3为19.0mm，相位控制参数3为990‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为2.35mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.5s，快速顶锻位移极限为24.0mm，快速顶锻相位控制参数为275‰，预设快速顶端控制阀值为2.6mm/s，顶锻时间极限为0.5s，顶锻位移极限为38.0mm，顶锻压力设定值为516.0kN，顶锻电流设定值为32.0kA。
保压后热阶段采用2个分阶段进行分段控制：加热时间1为0.3s，压力设置值1为516kN，相位控制参数1为275‰，加热时间2为5.7s，压力设置值2为516kN，相位控制参数2为0‰，位移极限为38mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为26.8kA，短路预热阶段的电流为57.7kA～67.5kA，烧化闪光阶段的平均电流为11.8kA。整个焊接过程的时间为152s，实际顶锻量为18.5mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为2350kN时的最大挠度为19.9mm，未发生断裂，满足标准要求。采用实物钢轨落锤试验机将静弯后的钢轨接头砸断并观察断口形貌，未见灰斑缺陷。
实施例3
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的轨头硬化高强度热处理珠光体碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.81％、0.54％以及1.18％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用2个分阶段进行分段控制：位移极限1为5.0mm，相位控制参数1为800‰，闪光电流设定1为11.0kA，最大闪光速度1为6.0mm/s；位移极限2为4.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为10.0kA，最大闪光速度2为6.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.2s，加热时间为4.7s，预热压力设定值为120kN，相位控制参数为510‰，热传导时间为1.5s，分开距离为3.0mm，变形极限为1.2mm，预热循环次数为11次。
烧化闪光阶段采用4个分阶段进行分段控制：位移极限1为11.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为1.0mm/s；位移极限2为14.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为2.0mm/s；位移极限3为17.0mm，相位控制参数3为750‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为2.4mm/s；位移极限4为19.0mm，相位控制参数4为800‰，闪光电流设定4为244.1kA，最大闪光速度4为2.5mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.4s，快速顶锻位移极限为23.0mm，快速顶锻相位控制参数为270‰，预设快速顶端控制阀值为2.7mm/s，顶锻时间极限为0.4s，顶锻位移极限为31.0mm，顶锻压力设定值为512.0kN，顶锻电流设定值为30.0kA。
保压后热阶段采用1个分阶段进行分段控制：加热时间为0.4s，压力设置值为512kN，相位控制参数为270‰，位移极限为35mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为23.7kA，短路预热阶段的电流为56.8kA～64.1kA，烧化闪光阶段的平均电流为14.1kA。整个焊接过程的时间为148s，实际顶锻量为11.0mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为2450kN时的最大挠度为23.9mm，未发生断裂，满足标准要求。采用实物钢轨落锤试验机将静弯后的钢轨接头砸断并观察断口形貌，未见灰斑缺陷。
实施例4
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的轨头硬化高强度热处理珠光体碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.81％、0.53％以及1.19％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为6.0mm，相位控制参数为830‰，闪光电流设定为10.0kA，最大闪光速度为5.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为5.0s，预热压力设定值为138.0kN，相位控制参数为500‰，热传导时间为1.5s，分开距离为3.2mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为12次。
烧化闪光阶段采用4个分阶段进行分段控制：位移极限1为11.0mm，相位控制参数1为850‰，闪光电流设定1为9.0kA，最大闪光速度1为2.0mm/s；位移极限2为14.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为2.0mm/s；位移极限3为18.0mm，相位控制参数3为850‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为2.1mm/s；位移极限4为19.0mm，相位控制参数4为980‰，闪光电流设定4为244.1kA，最大闪光速度4为2.55mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.5s，快速顶锻位移极限为25.0mm，快速顶锻相位控制参数为275‰，预设快速顶端控制阀值为3.0mm/s，顶锻时间极限为0.6s，顶锻位移极限为35.0mm，顶锻压力设定值为520.0kN，顶锻电流设定值为31.0kA。
保压后热阶段采用1个分阶段进行分段控制：加热时间为0.5s，压力设置值为520kN，相位控制参数为275‰，位移极限为38mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为26.7kA，短路预热阶段的电流为58.1kA～66.8kA，烧化闪光阶段的平均电流为11.6kA。整个焊接过程的时间为150s，实际顶锻量为18.9mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头纵断面硬度最大值为381.1HB，最小值为338.3HB，满足标准要求；宏观热影响区最大宽度41.0mm，满足标准要求。
实施例5
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的115RE廓形的标准强度碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.82％、0.55％以及1.15％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为5.0mm，相位控制参数为850‰，闪光电流设定为11.0kA，最大闪光速度为3.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为5.0s，预热压力设定值为140.0kN，相位控制参数为510‰，热传导时间为1.6s，分开距离为2.4mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为7次。
烧化闪光阶段采用5个分阶段进行分段控制：位移极限1为10.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为1.6mm/s；位移极限2为12.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为1.3mm/s；位移极限3为15.0mm，相位控制参数3为800‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为1.6mm/s；位移极限4为16.0mm，相位控制参数4为750‰，闪光电流设定4为244.1kA，最大闪光速度4为1.7mm/s；位移极限5为18.2mm，相位控制参数5为800‰，闪光电流设定5为244.1kA，最大闪光速度5为2.7mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.2s，快速顶锻位移极限为22.0mm，快速顶锻相位控制参数为275‰，预设快速顶端控制阀值为3.0mm/s，顶锻时间极限为0.2s，顶锻位移极限为38.0mm，顶锻压力设定值为510.0kN，顶锻电流设定值为32.0kA。
保压后热阶段采用2个分阶段进行分段控制：加热时间1为8.0s，压力设置值1为420kN，相位控制参数1为0‰，加热时间2为3.0s，压力设置值2为235kN，相位控制参数2为0‰，位移极限为38mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为37.5kA，短路预热阶段的电流为46.1kA～63.6kA，烧化闪光阶段的平均电流为15.5kA。整个焊接过程的时间为98s，实际顶锻量为11.4mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为1960kN时的最大挠度为23.5mm，未发生断裂，满足标准要求。采用实物钢轨落锤试验机将静弯后的钢轨接头砸断并观察断口形貌，未见灰斑缺陷。
实施例6
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的115RE廓形的标准强度碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.83％、0.54％以及1.19％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为6.0mm，相位控制参数为850‰，闪光电流设定为11.0kA，最大闪光速度为6.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为4.8s，预热压力设定值为240.0kN，相位控制参数为490‰，热传导时间为1.5s，分开距离为3.0mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为8次。
烧化闪光阶段采用3个分阶段进行分段控制：位移极限1为11.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为9.0kA，最大闪光速度1为2.0mm/s；位移极限2为14.0mm，相位控制参数2为900‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为0.5mm/s；位移极限3为19.0mm，相位控制参数3为990‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为2.35mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.5s，快速顶锻位移极限为24.0mm，快速顶锻相位控制参数为275‰，预设快速顶端控制阀值为2.6mm/s，顶锻时间极限为0.5s，顶锻位移极限为38.0mm，顶锻压力设定值为516.0kN，顶锻电流设定值为32.0kA。
保压后热阶段采用2个分阶段进行分段控制：加热时间1为0.3s，压力设置值1为516kN，相位控制参数1为275‰，加热时间2为5.7s，压力设置值2为516kN，相位控制参数2为0‰，位移极限为38mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为26.8kA，短路预热阶段的电流为45.7kA～63.7kA，烧化闪光阶段的平均电流为16.1kA。整个焊接过程的时间为152s，实际顶锻量为13.4mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为1960kN时的最大挠度为23.7mm，未发生断裂，满足标准要求。采用实物钢轨落锤试验机将静弯后的钢轨接头砸断并观察断口形貌，未见灰斑缺陷。
实施例7
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的115RE廓形的标准强度碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.81％、0.54％以及1.18％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用2个分阶段进行分段控制：位移极限1为5.0mm，相位控制参数1为800‰，闪光电流设定1为11.0kA，最大闪光速度1为6.0mm/s；位移极限2为4.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为10.0kA，最大闪光速度2为6.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.2s，加热时间为4.7s，预热压力设定值为145.0kN，相位控制参数为450‰，热传导时间为1.5s，分开距离为3.0mm，变形极限为1.2mm，预热循环次数为9次。
烧化闪光阶段采用4个分阶段进行分段控制：位移极限1为11.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为1.0mm/s；位移极限2为14.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为2.0mm/s；位移极限3为17.0mm，相位控制参数3为750‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为2.4mm/s；位移极限4为19.0mm，相位控制参数4为800‰，闪光电流设定4为244.1kA，最大闪光速度4为2.5mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.4s，快速顶锻位移极限为23.0mm，快速顶锻相位控制参数为270‰，预设快速顶端控制阀值为2.7mm/s，顶锻时间极限为0.4s，顶锻位移极限为31.0mm，顶锻压力设定值为520.0kN，顶锻电流设定值为30.0kA。
保压后热阶段采用1个分阶段进行分段控制：加热时间为0.4s，压力设置值为520.0kN，相位控制参数为270‰，位移极限为35mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为38.1kA，短路预热阶段的电流为46.8kA～63.4kA，烧化闪光阶段的平均电流为15.1kA。整个焊接过程的时间为108s，实际顶锻量为15.6mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头纵断面硬度最大值为327.9HB，最小值为286.1HB，满足标准要求；宏观热影响区最大宽度29.8mm，满足标准要求。
实施例8
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的重载铁路用高强珠光体钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.80％、0.70％以及0.81％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为5.0mm，相位控制参数为850‰，闪光电流设定为11.0kA，最大闪光速度为3.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为5.0s，预热压力设定值为108.0kN，相位控制参数为480‰，热传导时间为1.3s，分开距离为2.4mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为12次。
烧化闪光阶段采用5个分阶段进行分段控制：位移极限1为10.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为1.6mm/s；位移极限2为12.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为1.3mm/s；位移极限3为15.0mm，相位控制参数3为800‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为1.6mm/s；位移极限4为16.0mm，相位控制参数4为750‰，闪光电流设定4为244.1kA，最大闪光速度4为1.7mm/s；位移极限5为18.2mm，相位控制参数5为800‰，闪光电流设定5为244.1kA，最大闪光速度5为2.7mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.2s，快速顶锻位移极限为22.0mm，快速顶锻相位控制参数为275‰，预设快速顶端控制阀值为3.0mm/s，顶锻时间极限为0.2s，顶锻位移极限为38.0mm，顶锻压力设定值为510.0kN，顶锻电流设定值为32.0kA。
保压后热阶段采用2个分阶段进行分段控制：加热时间1为8.0s，压力设置值1为420kN，相位控制参数1为0‰，加热时间2为3.0s，压力设置值2为235kN，相位控制参数2为0‰，位移极限为38mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为24.1kA，短路预热阶段的电流为57.1kA～65.6kA，烧化闪光阶段的平均电流为14.5kA。整个焊接过程的时间为145s，实际顶锻量为11.9mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为2400kN时的最大挠度为22.3mm，未发生断裂，满足标准要求。采用实物钢轨落锤试验机将静弯后的钢轨接头砸断并观察断口形貌，未见灰斑缺陷。
实施例9
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的重载铁路用高强珠光体钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.79％、0.69％以及0.91％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为6.0mm，相位控制参数为800‰，闪光电流设定为10.0kA，最大闪光速度为6.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为5.0s，预热压力设定值为100.0kN，相位控制参数为470‰，热传导时间为1.3s，分开距离为2.4mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为12次。
烧化闪光阶段采用4个分阶段进行分段控制：位移极限1为10.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为1.6mm/s；位移极限2为15.0mm，相位控制参数2为800‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为1.6mm/s；位移极限3为16.0mm，相位控制参数3为750‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为1.7mm/s；位移极限4为17.0mm，相位控制参数4为800‰，闪光电流设定4为244.1kA，最大闪光速度4为2.7mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.2s，快速顶锻位移极限为22.0mm，快速顶锻相位控制参数为275‰，预设快速顶端控制阀值为3.0mm/s，顶锻时间极限为0.2s，顶锻位移极限为38.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN，顶锻电流设定值为32.0kA。
保压后热阶段采用1个分阶段进行分段控制：加热时间为8.0s，压力设置值为480kN，相位控制参数为0‰，位移极限为38mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为24.1kA，短路预热阶段的电流为56.1kA～64.6kA，烧化闪光阶段的平均电流为14.5kA。整个焊接过程的时间为145s，实际顶锻量为9.9mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为2450kN时的最大挠度为22.9mm，未发生断裂，满足标准要求。采用实物钢轨落锤试验机将静弯后的钢轨接头砸断并观察断口形貌，未见灰斑缺陷。
实施例10
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的重载铁路用高强珠光体钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.79％、0.60％以及0.89％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用2个分阶段进行分段控制：位移极限1为5.0mm，相位控制参数1为800‰，闪光电流设定1为11.0kA，最大闪光速度1为6.0mm/s；位移极限2为4.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为10.0kA，最大闪光速度2为6.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.2s，加热时间为5.0s，预热压力设定值为120kN，相位控制参数为450‰，热传导时间为1.5s，分开距离为3.0mm，变形极限为1.2mm，预热循环次数为10次。
烧化闪光阶段采用4个分阶段进行分段控制：位移极限1为8.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为1.0mm/s；位移极限2为14.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为2.0mm/s；位移极限3为15.0mm，相位控制参数3为750‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为2.4mm/s；位移极限4为17.0mm，相位控制参数4为800‰，闪光电流设定4为244.1kA，最大闪光速度4为2.5mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.4s，快速顶锻位移极限为23.0mm，快速顶锻相位控制参数为270‰，预设快速顶端控制阀值为2.7mm/s，顶锻时间极限为0.1s，顶锻位移极限为31.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN，顶锻电流设定值为30.0kA。
保压后热阶段采用1个分阶段进行分段控制：加热时间为0.4s，压力设置值为500.0kN，相位控制参数为270‰，位移极限为35mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为23.7kA，短路预热阶段的电流为51.8kA～60.1kA，烧化闪光阶段的平均电流为14.1kA。整个焊接过程的时间为136s，实际顶锻量为9.5mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为2350kN时的最大挠度为21.7mm，未发生断裂，满足标准要求。采用实物钢轨落锤试验机将静弯后的钢轨接头砸断并观察断口形貌，未见灰斑缺陷。
实施例11
本实施例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的重载铁路用高强珠光体钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.80％、0.67％以及0.87％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，立即采用气体输送装置为接头提供气体保护，气体介质为氮气。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为6.0mm，相位控制参数为830‰，闪光电流设定为10.0kA，最大闪光速度为5.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为4.5s，预热压力设定值为110.0kN，相位控制参数为510‰，热传导时间为1.2s，分开距离为3.2mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为11次。
烧化闪光阶段采用4个分阶段进行分段控制：位移极限1为11.0mm，相位控制参数1为850‰，闪光电流设定1为9.0kA，最大闪光速度1为2.0mm/s；位移极限2为14.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为2.0mm/s；位移极限3为16.0mm，相位控制参数3为850‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为2.1mm/s；位移极限4为17.0mm，相位控制参数4为980‰，闪光电流设定4为244.1kA，最大闪光速度4为2.55mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.5s，快速顶锻位移极限为20.0mm，快速顶锻相位控制参数为260‰，预设快速顶端控制阀值为3.0mm/s，顶锻时间极限为0.5s，顶锻位移极限为35.0mm，顶锻压力设定值为510.0kN，顶锻电流设定值为31.0kA。
保压后热阶段采用1个分阶段进行分段控制：加热时间为0.5s，压力设置值为520kN，相位控制参数为275‰，位移极限为38mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为26.7kA，短路预热阶段的电流为58.1kA～65.8kA，烧化闪光阶段的平均电流为11.6kA。整个焊接过程的时间为140s，实际顶锻量为14.9mm。
本实施例中所述钢轨闪光焊接头纵断面硬度最大值为387.1HB，最小值为347.0HB，满足标准要求；宏观热影响区最大宽度38.4mm，满足标准要求。
对比例1
本对比例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的轨头硬化高强度热处理珠光体碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.82％、0.55％以及1.18％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，未采用气体输送装置为接头提供气体保护。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为4.0mm，相位控制参数为800‰，闪光电流设定为12.0kA，最大闪光速度为7.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为4.5s，预热压力设定值为120.0kN，相位控制参数为450‰，热传导时间为1.2s，分开距离为4.0mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为10次。
烧化闪光阶段采用3个分阶段进行分段控制：位移极限1为12.0mm，相位控制参数1为750‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为2.5mm/s；位移极限2为15.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为250.0kA，最大闪光速度2为1.8mm/s；位移极限3为18.0mm，相位控制参数3为850‰，闪光电流设定3为250.0kA，最大闪光速度3为1.0mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.5s，快速顶锻位移极限为26.0mm，快速顶锻相位控制参数为277‰，预设快速顶端控制阀值为2.7mm/s，顶锻时间极限为0.4s，顶锻位移极限为40.0mm，顶锻压力设定值为530.0kN，顶锻电流设定值为30.0kA。
本对比例未采取保压后热措施。焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为25.6kA，短路预热阶段的电流为57.9kA～67.2kA，烧化闪光阶段的平均电流为16.4kA。整个焊接过程的时间为148s，实际顶锻量为11.3mm。
本对比例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为1570kN时的最大挠度为10.3mm，且发生断裂，不满足标准要求。通过观察断口发现，钢轨轨底脚区域有10mm×1.5mm长条形露头灰斑缺陷。
对比例2
本对比例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的轨头硬化高强度热处理珠光体碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.82％、0.55％以及1.18％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，未采用气体输送装置为接头提供气体保护。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为4.0mm，相位控制参数为850‰，闪光电流设定为9.0kA，最大闪光速度为4.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.5s，加热时间为5.2s，预热压力设定值为120.0kN，相位控制参数为520‰，热传导时间为2.0s，分开距离为3.5mm，变形极限为1.2mm，预热循环次数为13次。
烧化闪光阶段采用3个分阶段进行分段控制：位移极限1为13.0mm，相位控制参数1为700‰，闪光电流设定1为12.0kA，最大闪光速度1为2.0mm/s；位移极限2为17.0mm，相位控制参数2为800‰，闪光电流设定2为200.0kA，最大闪光速度2为2.5mm/s；位移极限3为20.0mm，相位控制参数3为950‰，闪光电流设定3为200.0kA，最大闪光速度3为3.0mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.1s，快速顶锻位移极限为200mm，快速顶锻相位控制参数为280‰，预设快速顶端控制阀值为3.0mm/s，顶锻时间极限为1.0s，顶锻位移极限为30.0mm，顶锻压力设定值为500.0kN，顶锻电流设定值为30.0kA。
保压后热阶段采用2个分阶段进行分段控制：加热时间1为1.0s，压力设置值1为500kN，相位控制参数1为270‰，加热时间2为0.5s，压力设置值2为500kN，相位控制参数2为100‰，位移极限为40mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为23.7kA，短路预热阶段的电流为61.1kA～73.5kA，烧化闪光阶段的平均电流为13.6kA。整个焊接过程的时间为155s，实际顶锻量为16.6mm。
本对比例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为1670kN时的最大挠度为11.3mm，且发生断裂，不满足标准要求。通过观察断口发现，钢轨轨底三角区区域有5mm×1mm圆形灰斑缺陷。
对比例3
本对比例的试验材料为AREMA标准中规定的115RE廓形的标准强度碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.82％、0.55％以及1.18％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，未采用气体输送装置为接头提供气体保护。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为4.0mm，相位控制参数为800‰，闪光电流设定为12.0kA，最大闪光速度为7.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为4.5s，预热压力设定值为120.0kN，相位控制参数为450‰，热传导时间为1.2s，分开距离为4.0mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为10次。
烧化闪光阶段采用3个分阶段进行分段控制：位移极限1为12.0mm，相位控制参数1为750‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为2.5mm/s；位移极限2为15.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为250.0kA，最大闪光速度2为1.8mm/s；位移极限3为18.0mm，相位控制参数3为850‰，闪光电流设定3为250.0kA，最大闪光速度3为1.0mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.5s，快速顶锻位移极限为26.0mm，快速顶锻相位控制参数为277‰，预设快速顶端控制阀值为2.7mm/s，顶锻时间极限为0.4s，顶锻位移极限为40.0mm，顶锻压力设定值为530.0kN，顶锻电流设定值为30.0kA。
本对比例未采取保压后热措施。焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为25.6kA，短路预热阶段的电流为57.9kA～67.2kA，烧化闪光阶段的平均电流为16.4kA。整个焊接过程的时间为98s，实际顶锻量为10.5mm。
本对比例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为1570kN时的最大挠度为10.3mm，且发生断裂，不满足标准要求。通过观察断口发现，钢轨轨底脚区域有3mm×2mm圆形露头灰斑缺陷。
对比例4
本对比例的试验材料为AREMA标准中规定的115RE廓形的标准强度碳素钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.82％、0.55％以及1.18％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，未采用气体输送装置为接头提供气体保护。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为4.0mm，相位控制参数为850‰，闪光电流设定为9.0kA，最大闪光速度为4.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.5s，加热时间为5.2s，预热压力设定值为120.0kN，相位控制参数为520‰，热传导时间为2.0s，分开距离为3.5mm，变形极限为1.2mm，预热循环次数为13次。
烧化闪光阶段采用3个分阶段进行分段控制：位移极限1为13.0mm，相位控制参数1为700‰，闪光电流设定1为12.0kA，最大闪光速度1为2.0mm/s；位移极限2为17.0mm，相位控制参数2为800‰，闪光电流设定2为200.0kA，最大闪光速度2为2.5mm/s；位移极限3为20.0mm，相位控制参数3为950‰，闪光电流设定3为200.0kA，最大闪光速度3为3.0mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.1s，快速顶锻位移极限为200mm，快速顶锻相位控制参数为280‰，预设快速顶端控制阀值为3.0mm/s，顶锻时间极限为1.0s，顶锻位移极限为30.0mm，顶锻压力设定值为500.0kN，顶锻电流设定值为30.0kA。
保压后热阶段采用2个分阶段进行分段控制：加热时间1为1.0s，压力设置值1为500kN，相位控制参数1为270‰，加热时间2为0.5s，压力设置值2为500kN，相位控制参数2为100‰，位移极限为40mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为23.7kA，短路预热阶段的电流为61.1kA～73.5kA，烧化闪光阶段的平均电流为13.6kA。整个焊接过程的时间为130s，实际顶锻量为16.6mm。
本对比例中所述钢轨闪光焊接头纵断面硬度最大值为305.1HB，最小值为241.4HB，不满足标准要求；宏观热影响区最大宽度50.6mm，不满足标准要求。
对比例5
本对比例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的重载铁路用高强珠光体钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.79％、0.70％以及0.81％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，未采用气体输送装置为接头提供气体保护。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为4.0mm，相位控制参数为800‰，闪光电流设定为12.0kA，最大闪光速度为7.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为4.0s，预热压力设定值为95.0kN，相位控制参数为510‰，热传导时间为1.2s，分开距离为4.0mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为9次。
烧化闪光阶段采用3个分阶段进行分段控制：位移极限1为12.0mm，相位控制参数1为750‰，闪光电流设定1为10.0kA，最大闪光速度1为2.5mm/s；位移极限2为15.0mm，相位控制参数2为850‰，闪光电流设定2为250.0kA，最大闪光速度2为1.8mm/s；位移极限3为18.0mm，相位控制参数3为850‰，闪光电流设定3为250.0kA，最大闪光速度3为1.0mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.5s，快速顶锻位移极限为26.0mm，快速顶锻相位控制参数为277‰，预设快速顶端控制阀值为2.7mm/s，顶锻时间极限为0.4s，顶锻位移极限为40.0mm，顶锻压力设定值为530.0kN，顶锻电流设定值为30.0kA。
本对比例未采取保压后热措施。焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为25.6kA，短路预热阶段的电流为57.9kA～67.2kA，烧化闪光阶段的平均电流为16.4kA。整个焊接过程的时间为130s，实际顶锻量为9.0mm。
本对比例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为1370kN时的最大挠度为10.5mm，且接头断裂，不满足标准要求。通过观察断口发现有3处灰斑，最大尺寸灰斑位于钢轨轨底脚区域，尺寸为10mm×1.5mm。
对比例6
本对比例的试验材料为AREMA标准中规定的136RE廓形的重载铁路用高强珠光体钢轨。钢轨实体化学成分实测碳、硅及锰的质量分数分别为0.79％、0.70％以及0.81％。采用GAAS80/580钢轨固定闪光焊焊机进行焊接试验。在焊接过程开始后，未采用气体输送装置为接头提供气体保护。
前期闪平阶段采用1个分阶段进行分段控制：位移极限为6.0mm，相位控制参数为850‰，闪光电流设定为11.0kA，最大闪光速度为6.0mm/s。
短路预热阶段第一次分开时间为1.0s，加热时间为4.8s，预热压力设定值为140.0kN，相位控制参数为490‰，热传导时间为1.6s，分开距离为3.5mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为12次。
烧化闪光阶段采用3个分阶段进行分段控制：位移极限1为11.0mm，相位控制参数1为900‰，闪光电流设定1为9.0kA，最大闪光速度1为2.0mm/s；位移极限2为14.0mm，相位控制参数2为900‰，闪光电流设定2为244.1kA，最大闪光速度2为0.5mm/s；位移极限3为19.0mm，相位控制参数3为990‰，闪光电流设定3为244.1kA，最大闪光速度3为2.35mm/s。
顶锻阶段快速顶锻时间极限为0.5s，快速顶锻位移极限为24.0mm，快速顶锻相位控制参数为275‰，预设快速顶端控制阀值为2.6mm/s，顶锻时间极限为0.5s，顶锻位移极限为38.0mm，顶锻压力设定值为516.0kN，顶锻电流设定值为32.0kA。
保压后热阶段采用2个分阶段进行分段控制：加热时间1为0.3s，压力设置值1为516kN，相位控制参数1为275‰，加热时间2为5.7s，压力设置值2为516kN，相位控制参数2为0‰，位移极限为38mm。
焊接过程结束后，闪平阶段的平均电流为26.8kA，短路预热阶段的电流为57.7kA～67.5kA，烧化闪光阶段的平均电流为11.8kA。整个焊接过程的时间为152s，实际顶锻量为18.5mm。
本对比例中所述钢轨闪光焊接头三点静弯的载荷为2045kN时的最大挠度为12.5mm，且发生断裂，不满足标准要求。通过观察断口发现，钢轨轨底三角区区域有4mm×1mm圆形灰斑缺陷。
需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种短路预热的闪光焊接方法，其特征在于，包括前期闪平阶段、短路预热阶段、烧化闪光阶段、顶锻阶段和保压后热阶段；其中，所述短路预热阶段为在钢轨两端连续多次的施加短路电流，利用电阻热将钢轨加热，在钢轨纵向形成温度梯度。
2.根据权利要求1所述的闪光焊接方法，其特征在于，所述短路预热阶段中：预热循环次数为7～12次，每次加热的时间为4.5s～5.1s，每次施加的压力为100.0kN～240.0kN，电压的相位控制参数为450‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.0s～1.6s。
3.根据权利要求1所述的闪光焊接方法，其特征在于，所述前期闪平阶段采用1～2个分阶段进行分段控制，对于每个分阶段：位移极限为5.0mm～6.0mm，电压的相位控制参数为800‰～850‰，闪光电流为10.0kA～11.0kA，最大闪光速度为3.0mm/s～6.0mm/s。
4.根据权利要求1所述的闪光焊接方法，其特征在于，所述烧化闪光阶段采用3～5个分阶段进行分段控制，对于每个分阶段：位移极限为8.0mm～19.0mm，电压的相位控制参数为750‰～900‰，闪光电流为9.0kA～244.1kA，最大闪光速度为0.5mm/s～2.7mm/s。
5.根据权利要求1所述的闪光焊接方法，其特征在于，所述顶锻阶段包括先后进行的第一顶锻阶段和第二顶锻阶段，其中，
在所述第一顶锻阶段：顶锻时间极限为0.2s～0.5s，顶锻位移极限为20.0mm～25.0mm，电压的相位控制参数为260‰～275‰；
在所述第二顶锻阶段：顶锻速度极限为2.6mm/s～3.0mm/s，顶锻时间极限为0.1s～0.6s，顶锻位移极限为30.0mm～38.0mm，顶锻压力为480.0kN～520.0kN，顶锻电流为30.0kA～32.0kA。
6.根据权利要求1所述的闪光焊接方法，其特征在于，所述保压后热阶段采用1～2个分阶段进行分段控制，对于每个分阶段：加热时间为0.3s～1.0s，所施加压力为420kN～520kN，电压的相位控制参数为0‰～275‰，位移极限为30.0mm～38.0mm。
7.根据权利要求1所述的闪光焊接方法，其特征在于，在所述短路预热阶段，预热循环次数为11～12次，每次加热的时间为4.7s～5.1s，每次施加的压力为108.0kN～140.0kN，电压的相位控制参数为470‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.3s～1.6s；或者，
在所述短路预热阶段，预热循环次数为7～9次，每次加热的时间为4.7s～5.0s，每次施加的压力为140.0kN～240.0kN，电压的相位控制参数为450‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.3s～1.6s；或者，
在所述短路预热阶段，预热循环次数为10～12次，每次加热的时间为4.5s～5.0s，每次施加的压力为100.0kN～120.0kN，电压的相位控制参数为450‰～510‰，每次分开以进行热传导的时间为1.2s～1.5s。
8.根据权利要求1所述的闪光焊接方法，其特征在于，在所述短路预热阶段：每次的变形极限为0.8mm～1.2mm，和/或每次分开的距离为2.4mm～3.5mm；和/或，
在所述前期闪平阶段之后，使得待焊接的一对钢轨分开1.0s～1.2s，之后再进行所述短路预热阶段的第一次接触。
9.根据权利要求1所述的闪光焊接方法，其特征在于，所述保压后热阶段结束之后，直接将焊接接头置于空气中自然冷却至室温。
10.根据权利要求1所述的闪光焊接方法，其特征在于，焊接过程结束后，所述前期闪平阶段的平均电流为23.0kA～41.0kA，所述短路预热阶段的电流为46.0kA～68.0kA，所述烧化闪光阶段的平均电流为10.0kA～17.0kA；和/或，
整个焊接过程的时间为98s～155s，实际顶锻量为9.0mm～20.0mm。
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