CN115488485A - 减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法，包括：对钢轨进行闪光焊接；利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；其中，闪光焊接过程包括以下阶段：预闪光阶段、闪光阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段以及锻造阶段；在所述闪光阶段，低压时间为80s～140s，低电压为320V～390V，闪光速度为0.1mm/s～0.6mm/s；在所述顶锻阶段，顶锻量为5.0mm～18.0mm。本发明能够减小过共析钢轨接头退火区宽度，有利于提高接头质量。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法。
背景技术
钢轨焊接接头伤损在国内外重载线路伤损总数中占有很大的比重，是铁路线路关注的焦点。为满足重载钢轨耐磨损、耐剥离及耐疲劳性能的提升需求，目前广泛使用的珠光体型钢轨的性能主要是通过添加合金元素以及利用在线热处理工艺两种手段来改善，具体用于优化钢轨的显微组织，如控制珠光体团大小、降低珠光体片层间距等，可使共析珠光体型钢轨获得硬度为370HB、抗拉强度为1280MPa的极限力学性能，这一力学性能虽然满足大部分重载线路需求，但并不能满足目前超大载重量、行车密度高且小半径线路的需求。要使得钢轨力学性能进一步提高，需降低等温温度或提升冷却速度，这容易使马氏体和贝氏体等一场组织出现，钢轨硬度虽然得以提高，但脆性大幅增加，极易发生断裂，严重危害行车安全。经过多年研究，技术人员采用通过增加基体中渗碳体片厚度和渗碳体密度来提升钢轨的硬度与耐磨性，即提高碳含量以获得更高的硬度。一般而言，钢中碳含量超过0.77％且基体组织中渗碳体的比例超过12％时的钢统称为过共析钢。但在钢轨生产领域，通常将碳含量超过0.90％的钢轨称之为过共析钢轨。
在钢轨焊接接头的上道服役过程中，钢轨接头的结合强度决定了钢轨接头是否容易发生疲劳或脆性断裂；钢轨接头的纵断面硬度决定了接头不同微区的平顺性。目前，钢轨主流的焊接方法是闪光焊接。钢轨闪光焊接是利用电流通过钢轨端部接触面上细小接触点的电阻及电弧产生的热量，将钢轨待焊端部加热，在适当的时间后对接头施加压力，使钢轨对接表面整个区域同时牢固结合起来的电阻焊方法。其自动化程度高、焊接质量稳定，是国内外无缝线路现场施工焊接的主要方法。按其生产方式主要分为固定式闪光焊和移动式闪光焊两种。固定式闪光焊通常将焊接设备固定与厂房内，故通常也被称为厂焊或基地焊接。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。在钢轨焊接领域，不同国家及地区对钢轨接头的性能评估方法均有详细规定。国际上主流的钢轨闪光焊接标准主要有中国铁道行业标准系列标准TB/T 1632.2《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》、美国铁路工程协会手册AMERICAN RARILWAY ENGINEERING AND MAINTENANCE-OF-WAYASSOCIATION(AREMA)、欧标BS EN 14587-3:2012,Rail way applications-Track-Flashbutt welding of rails.Part 3:Welding in association with crossingconstruction以及澳标AS1085.20-2012,Railway track material Part20：Welding ofsteel rail。所有现行适用于珠光体和过共析钢轨闪光焊接标准和企业技术条件中，对钢轨闪光焊接头质量评估的项目、方法及要求均做出详细规定。中国铁标TB/T1632中规定的检验项目包括探伤、落锤、静弯、疲劳、硬度、宏观低倍、显微组织、冲击和拉伸性能等。国外标准和企业技术条件对接头的检验项目类别相差不大，仅在检验方法和技术要求上有差别。但与国内相比无落锤、冲击和拉伸性能。
钢轨闪光焊接头退火区是指钢轨焊接接头母材中受焊接热循环发生退火的区域，该区域通常硬度较低，明显低于母材的区域，故又被称为软化区。与接头再奥氏体化区域硬度低于母材不同，加热过程中软化区的金属未发生奥氏体转变，其温度区间通常处于金属热处理学上的退火区间。因钢轨材质退火后通常为颗粒状的珠光体组织，故软化区又被称为球化退火区。一般情况下，接头软化区的拉伸、冲击性能较差，是钢轨接头的薄弱环节。因钢轨焊接主要是对钢轨端部进行局部加热，加热部位与未加热的母材间总会存在过渡区，该过渡区中硬度较低的区域就是退火区。退火区是钢轨焊接接头中一直存在的区域，无法彻底消除。相同焊接及焊后处理方法的条件下，不同化学成分及供货状态的钢轨接头的软化区不相同，澳标AS标准中规定了不同材质钢轨的软化区宽度从20mm到40mm不等。通常情况下，软化区越窄约有利于接头的服役性能。因此，减小钢轨接头的软化区宽度是提高接头质量的有利途径。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法，以保证钢轨闪光焊接头退火区宽度满足标准要求。
根据本发明的一个方面，提出一种减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法，其特征在于，包括：对钢轨进行闪光焊接；利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；其中，闪光焊接过程包括以下阶段：预闪光阶段、闪光阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段以及锻造阶段；在所述闪光阶段，低压时间为80s～140s，低电压为320V～390V，闪光速度为0.1mm/s～0.6mm/s；在所述顶锻阶段，顶锻量为5.0mm～18.0mm。
根据本发明的一个实施例，在所述预闪光阶段，高压时间为45s～65s，高电压为370V～440V，预闪光距离为2mm～10mm，闪光速度为0.1mm/s～0.6mm/s。
根据本发明的一个实施例，在所述加速烧化阶段，加速烧化电压为380V～450V，加速速度为0.5mm/s～2.0mm/s。
根据本发明的一个实施例，在所述锻造阶段，钢轨消耗量为2.0mm～4.0mm，锻造时间为1.5s～3.0s。
根据本发明的一个实施例，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括导轨以及能够沿所述导轨移动的主体单元，所述导轨的延伸方向与钢轨的移动方向相同，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：使得所述主体单元跟随钢轨移动，并在钢轨移动过程中对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
根据本发明的一个实施例，钢轨的移动速度为0.1m/s～0.6m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～20m。
根据本发明的一个实施例，使得所述主体单元的出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～35mm；和/或所述气体为压缩空气，所述压缩空气进入所述淬火装置前的压力值为100kPa～350kPa。
根据本发明的一个实施例，所述主体单元包括：第一送风部、第二送风部和第三送风部，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度方向与钢轨的移动方向相同，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔；所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部分别设于钢轨的轨头顶面外侧、轨头侧面外侧和轨头下颚部外侧。
根据本发明的一个实施例，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度均大于等于120mm；和/或所述第一送风部为盒状，所述第一送风部的宽度大于等于72mm；和/或所述第二送风部和所述第三送风部为管状，所述第二送风部和所述第三送风部的内直径为30mm～35mm；和/或所述出气孔的直径为1mm～3mm，相邻出气孔之间的距离为6mm～12mm。
根据本发明的一个实施例，所述钢轨中碳的质量分数处于0.90％～1.20％、硅的质量分数处于0.10％～1.00％、锰的质量分数处于0.60％～1.50％、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％；所述钢轨的最小抗拉强度为1200MPa，轨头最小硬度为400HB。
在根据本发明实施例的减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法中，通过将闪光焊接过程设计为包括预闪光阶段、闪光阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段以及锻造阶段，并改进闪光焊接过程的参数，特别是闪光阶段和顶锻阶段的参数，能够合理控制焊接过程的热量输入、热传导时间以及高温钢轨消耗量，同时结合焊接后淬火处理工序，总体上有利于减小焊接头退火区宽度。
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示出根据本发明实施例的减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法的流程图；
图2示出在根据本发明实施例的减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法中使用的淬火装置的示意图；
图3示出图2的淬火装置的另一示意图；
图4示出利用本发明实施例的减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法获得的钢轨闪光焊接头退火区宽度测量示意图。
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。
本发明提出一种减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法，包括：
对钢轨进行闪光焊接；
利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；
其中，闪光焊接过程包括以下阶段：预闪光阶段、闪光阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段以及锻造阶段；闪光焊接过程可以采用钢轨移动式闪光焊机实现；
在所述闪光阶段，低压时间为80s～140s，低电压为320V～390V，闪光速度为0.1mm/s～0.6mm/s；
在所述顶锻阶段，顶锻量为5.0mm～18.0mm。
本申请的发明人意识到，为达到减小过共析钢轨接头退火区宽度的目的，需严格控制焊接过程各阶段的热量输入、热传导时间以及高温钢轨消耗量，并且在焊接完成后对接头进行空气淬火处理。本发明通过设计如上所述的闪光阶段和顶锻阶段的参数、如下将要描述的焊接过程其他阶段的参数以及淬火过程的相关技术手段和参数来控制焊接过程的热量输入、热传导时间和高温钢轨消耗量以及淬火过程的冷却速率，进而实现减小过共析钢轨闪光焊接头退火区宽度。
在闪光阶段，为达到控制热量和热传导时间的目的，主要需要控制该阶段低压时间、低电压和闪光速度。如上所述，本发明设置了闪光阶段的低压时间、低电压和闪光速度的合理数值范围。其中低压时间是指低电压状态所持续的时间。
顶锻阶段的主要作用是使得处于高温塑性状态的待焊钢轨产生原子间结合。为达到控制钢轨消耗的目的，主要需要控制该阶段的顶锻量。如上所述，本发明设置了顶锻阶段的顶锻量的合理数值范围。
除此之外，预闪光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，为后续的闪光提供相对均匀平整的有利条件和基础热量。为达到控制热量、热传导时间以及高温钢轨消耗量的目的，主要需要控制该阶段高压时间、高电压、预闪光距离为和闪光速度。在本发明的实施例中，在所述预闪光阶段，高压时间为45s～65s，高电压为370V～440V，预闪光距离为2mm～10mm，闪光速度为0.1mm/s～0.6mm/s。其中高压时间是指高电压状态所持续的时间。
加速烧化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。为达到控制热量和热传导时间的目的，主要需要控制该阶段加速烧化电压和闪光加速速度。在本发明的实施例中，在所述加速烧化阶段，加速烧化电压为380V～450V，加速速度为0.5mm/s～2.0mm/s。
锻造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。为达到控制钢轨消耗以进一步减小高强过共析钢轨接头软化区宽度的目的，主要需要控制该阶段的钢轨消耗量和锻造时间。在本发明的实施例中，在所述锻造阶段，钢轨消耗量为2.0mm～4.0mm，锻造时间为1.5s～3.0s。
本发明采用连续闪光焊接方式，总体的闪光过程主要通过预闪光、闪光、加速烧化实现，闪光过程平稳连续无中断。
在本发明的实施例中，所述钢轨中碳的质量分数处于0.90％～1.20％、硅的质量分数处于0.10％～1.00％、锰的质量分数处于0.60％～1.50％、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％。所述钢轨的最小抗拉强度为1200MPa，轨头最小硬度为400HB。
图1示出根据本发明实施例的减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法的流程图。如图1所示，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括导轨以及能够沿所述导轨移动的主体单元10，所述导轨的延伸方向与钢轨的移动方向相同，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：
使得主体单元10跟随钢轨移动，并在钢轨移动过程中对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
钢轨可以沿生产线辊道移动，在移动过程中依次经过前端工序、焊接工序、淬火工序和后端工序。通过在钢轨移动过程中利用主体单元10跟随接头移动对其进行冷却，可以保证钢轨的整个焊接及后续处理过程持续进行，避免影响生产效率。通过对钢轨进行淬火处理，有利于调节过共析钢轨闪光焊接头退火区宽度。轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部是开展钢轨性能检测的主要部位，本发明着重对这些部位进行冷却，可以在保证钢轨性能合格的基础上节约能源和成本。
所述导轨的第一端靠近焊机设置，第二端远离焊机。主体单元10从所述导轨的第一端向第二端移动，移动至第二端后再回到第一端。移动过程中，主体单元10运行方向和速度与钢轨保持一致，其中心位置与钢轨闪光焊接头中心重合。
在本发明的实施例中，钢轨的移动速度为0.1m/s～0.6m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～20m。有效喷风总长度可以由主体单元10自身的喷风长度及其移动距离确定。结合以上限定的速度值以及有效喷风总长度值，可以限定合理的冷却时间。
在一些实施例中，使得主体单元10的出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～35mm(例如，图中a1可以为20mm～35mm，a2可以为30mm)；和/或所述气体为压缩空气，所述压缩空气进入所述淬火装置前的压力值为100kPa～350kPa。从而保证合适的气体吹送强度，进而保证合适的冷却速率。
图2示出在根据本发明实施例的减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法中使用的淬火装置的示意图；图3示出图2的淬火装置的另一示意图，图3可以为截面图，图4可以为第一送风部30和第二送风部40的俯视图。图3中示出钢轨1和轨头2，除轨头2之外，钢轨1还包括轨腰和轨底。
结合图2和图3，主体单元10包括：第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50的长度方向与钢轨的移动方向相同，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔60；第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50分别设于钢轨的轨头顶面外侧、轨头侧面外侧和轨头下颚部外侧。
在一些实施例中，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50的长度a3均大于等于120mm；和/或第一送风部30为盒状，第一送风部30的宽度a4大于等于72mm；和/或第二送风部40和第三送风部50为管状，第二送风部40和第三送风部50的内直径为30mm～35mm；和/或出气孔60的直径为1mm～3mm，相邻出气孔60之间的距离a5为6mm～12mm。通过对主体单元10的这些结构参数进行设计，可以保证合适的冷却效果。
图4示出利用本发明上述方法获得的钢轨闪光焊接头退火区宽度测量示意图，如图4所示，采用本发明的上述方法，能够实现重载铁路用高强过共析钢轨接头退火区宽度处于4mm～8mm的较好水平，且熔合线两侧退火区宽度相差为1mm～2mm，大大满足标准规定的技术指标要求。
本发明实施例中的钢轨可以为重载钢轨。与普通线路或高速铁路线路相比，重载铁路线路的主要特点为轴重大。目前研究表明，轴重是对钢轨上道服役表现影响最大的因素，钢轨母材及接头的磨耗、滚动接触疲劳伤损、冲击动载以及脆性断裂等伤损均随着轴重的的增大而严重。为提升重载线路钢轨最需要的磨耗性能，重载钢轨的强度和硬度均较高。钢轨的强度和硬度越高，钢轨的焊接性能越差，而焊接接头是铁路线路上的薄弱环节，采用本发明的方法，有利于优化重载钢轨焊接接头性能。
下面根据具体的实施例和对比例进行说明。
实施例1
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.67％、锰的质量分数为1.23％、钢轨的抗拉强度为1280MPa～1400MPa，轨头硬度为405HB～415HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为45s，高电压为370V，预闪光距离为2mm，闪光速度为0.6mm/s；闪光阶段的低压时间为80s，低电压为320V，闪光速度为0.6mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为380V，加速速度为2.0mm/s；顶锻阶段的顶锻量为18.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为4.0mm，锻造时间为3.0s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.6m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为10m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ1mm，出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为100kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为6mm和4mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为2mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例2
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380MPa～1420MPa，轨头硬度为410HB～425HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为46s，高电压为375V，预闪光距离为3mm，闪光速度为0.5mm/s；闪光阶段的低压时间为81s，低电压为322V，闪光速度为0.5mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为383V，加速速度为1.8mm/s；顶锻阶段的顶锻量为15.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为3.5mm，锻造时间为2.5s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.1m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为20m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ35mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ3mm，出气孔间距为6mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为350kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为5mm和5mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例3
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380MPa～1420MPa，轨头硬度为410HB～425HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为65s，高电压为440V，预闪光距离为2mm，闪光速度为0.1mm/s；闪光阶段的低压时间为140s，低电压为390V，闪光速度为0.6mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为450V，加速速度为0.5mm/s；顶锻阶段的顶锻量为5.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为2.0mm，锻造时间为1.5s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.6m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为10m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ1mm，出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为100kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为7mm和8mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为1mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例4
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380MPa～1420MPa，轨头硬度为410HB～425HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为45s～65s，高电压为370V～440V，预闪光距离为2mm～10mm，闪光速度为0.1mm/s～0.6mm/s；闪光阶段的低压时间为80s～140s，低电压为320V～390V，闪光速度为0.1mm/s～0.6mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为380V～450V，加速速度为0.5mm/s～2.0mm/s；顶锻阶段的顶锻量为5.0mm～18.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为2.0mm～4.0mm，锻造时间为1.5s～3.0s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.2m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为18m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ32mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为22mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ1mm，出气孔间距为7mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为320kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为5mm和4mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为1mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例5
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.17％、硅的质量分数为于0.31％、锰的质量分数为0.62％、钢轨的抗拉强度为1420MPa～1480MPa，轨头硬度为420HB～435HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为45s，高电压为370V，预闪光距离为2mm，闪光速度为0.6mm/s；闪光阶段的低压时间为80s，低电压为320V，闪光速度为0.6mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为380V，加速速度为2.0mm/s；顶锻阶段的顶锻量为18.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为4.0mm，锻造时间为3.0s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.6m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为10m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ1mm，出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为100kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为6mm和6mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例6
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.17％、硅的质量分数为于0.31％、锰的质量分数为0.62％、钢轨的抗拉强度为1420MPa～1480MPa，轨头硬度为420HB～435HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为47s，高电压为380V，预闪光距离为3mm，闪光速度为0.4mm/s；闪光阶段的低压时间为85s，低电压为330V，闪光速度为0.5mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为385V，加速速度为1.8mm/s；顶锻阶段的顶锻量为17.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为3.5mm，锻造时间为2.6s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.1m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为20m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ35mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ3mm，出气孔间距为7mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为340kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为4mm和4mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例7
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.17％、硅的质量分数为于0.31％、锰的质量分数为0.62％、钢轨的抗拉强度为1420MPa～1480MPa，轨头硬度为420HB～435HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为65s，高电压为440V，预闪光距离为2mm，闪光速度为0.1mm/s；闪光阶段的低压时间为140s，低电压为390V，闪光速度为0.6mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为450V，加速速度为0.5mm/s；顶锻阶段的顶锻量为5.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为2.0mm，锻造时间为1.5s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.5m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为12m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ32mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为32mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ1mm，出气孔间距为11mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为10kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为7mm和7mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例8
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.17％、硅的质量分数为于0.31％、锰的质量分数为0.62％、钢轨的抗拉强度为1420MPa～1480MPa，轨头硬度为420HB～435HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为60s，高电压为396V，预闪光距离为3mm，闪光速度为0.2mm/s；闪光阶段的低压时间为135s，低电压为380V，闪光速度为0.3mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为410V，加速速度为0.7mm/s；顶锻阶段的顶锻量为6.5mm；锻造阶段钢轨消耗量为2.2mm，锻造时间为1.7s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.1m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为18m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ34mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为22mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ3mm，出气孔间距为7mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为330kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为5mm和4mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为1mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例9
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为65s，高电压为440V，预闪光距离为2mm，闪光速度为0.1mm/s；闪光阶段的低压时间为140s，低电压为390V，闪光速度为0.6mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为450V，加速速度为0.5mm/s；顶锻阶段的顶锻量为5.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为2.0mm，锻造时间为1.5s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.1m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为20m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ35mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ3mm，出气孔间距为6mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为350kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为6mm和4mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为2mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例10
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为45s，高电压为370V，预闪光距离为2mm，闪光速度为0.6mm/s；闪光阶段的低压时间为80s，低电压为320V，闪光速度为0.6mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为380V，加速速度为2.0mm/s；顶锻阶段的顶锻量为18.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为4.0mm，锻造时间为3.0s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.6m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为10m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ1mm，出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为100kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为7mm和8mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为1mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例11
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为61s，高电压为400V，预闪光距离为3mm，闪光速度为0.2mm/s；闪光阶段的低压时间为135s，低电压为420V，闪光速度为0.2mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为440V，加速速度为0.5mm/s；顶锻阶段的顶锻量为5.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为2.3mm，锻造时间为2.8s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.5m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为10m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为33mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ1mm，出气孔间距为11mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为100kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为8mm和6mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为2mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例12
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为46s，高电压为373V，预闪光距离为9mm，闪光速度为0.5mm/s；闪光阶段的低压时间为138s，低电压为322V，闪光速度为0.5mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为382V，加速速度为1.8mm/s；顶锻阶段的顶锻量为17.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为3.8mm，锻造时间为1.6s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.1m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为20m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ35mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ3mm，出气孔间距为6mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为350kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为5mm和4mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为1mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
实施例13
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为55s，高电压为385V，预闪光距离为7mm，闪光速度为0.5mm/s；闪光阶段的低压时间为100s，低电压为390V，闪光速度为0.6mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为400V，加速速度为1.8mm/s；顶锻阶段的顶锻量为11.3mm；锻造阶段钢轨消耗量为2.5mm，锻造时间为2.3s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.4m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为18m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ32mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为28mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ2mm，出气孔间距为8mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为250kPa。经检验，采用本实施例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为4mm和6mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为2mm，满足标准规定的技术指标要求，并且接头其余性能也均满足标准要求。
对比例1
本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380MPa～1420MPa，轨头硬度为410HB～425HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为38s，高电压为350V，预闪光距离为11mm，闪光速度为0.8mm/s；闪光阶段的低压时间为60s，低电压为300V，闪光速度为0.8mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为460V，加速速度为2.5mm/s；顶锻阶段的顶锻量22.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为5.0mm，锻造时间为5.0s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.1m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为40m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ40mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ2mm，出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为400kPa。经检验，采用本对比例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为4mm和4mm。接头在静弯试验过程中，当静弯载荷达到1200kN时发生断裂，不满足标准要求；接头标准检验位置有马氏体组织，不满足标准要求。本对比例与实施例1至实施例4的主要区别在于焊接和焊后空气淬火方法上。对比例采用低于本专利权利要求的高压时间、低压时间，连续闪光过程短，焊接热输入小；采用低于本专利权利要求的电压值，连续闪光过程不剧烈，焊接热输入小；采用高于本专利权利要求各阶段闪光速度，高温金属消耗快，产生的热量损耗快，焊接热输入小；采用高于本专利权利要求的顶锻量和锻造量及时间，钢轨高温消耗多，热量损失大，形成了“冷接头”，退火区虽然窄，但接头其余性能急剧下降；所采用的空气淬火装置和方法的相关参数超出本专利权利要求的范围，接头冷却速率过快，接头出现异常组织。在钢轨材质相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例2
本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.17％、硅的质量分数为于0.31％、锰的质量分数为0.62％、钢轨的抗拉强度为1420MPa～1480MPa，轨头硬度为420HB～435HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为80s，高电压为445V，预闪光距离为1mm，闪光速度为0.1mm/s；闪光阶段的低压时间为150s，低电压为400V，闪光速度为0.1mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为460V，加速速度为0.4mm/s；顶锻阶段的顶锻量为4.5mm；锻造阶段钢轨消耗量为1.3mm，锻造时间为5.0s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以1m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为5m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为60mm，风管内部直径为Φ20mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为50mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ1mm，出气孔间距为20mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为80kPa。经检验，采用本对比例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为11mm和8mm，且熔合线两侧退火区宽度相差为3mm。接头在静弯试验过程中，当静弯载荷达到1500kN时发生断裂，不满足标准要求。本对比例与实施例9至实施例13的主要区别在于焊接和焊后空气淬火方法上。对比例采用高于本专利权利要求的高压时间、低压时间，连续闪光过程长，焊接热输入大；采用高于本专利权利要求的电压值，连续闪光过程剧烈，焊接热输入大；采用低于本专利权利要求各阶段闪光速度，高温金属消耗少，产生的热量损耗少，焊接热输入大；采用低于本专利权利要求的顶锻量和锻造量及时间，钢轨高温消耗少，热量损失小；同时，因热输入与顶锻量未匹配，接头静弯性能下降；所采用的空气淬火装置和方法的相关参数超出本专利权利要求的范围，接头冷却速率过慢，接头退火区过宽。在钢轨材质相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例3
本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为80s，高电压为445V，预闪光距离为1mm，闪光速度为0.1mm/s；闪光阶段的低压时间为150s，低电压为400V，闪光速度为0.1mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为460V，加速速度为0.4mm/s；顶锻阶段的顶锻量为4.5mm；锻造阶段钢轨消耗量为1.3mm，锻造时间为5.0s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以0.1m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为40m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为72mm，风管内部直径为Φ40mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ2mm，出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为400kPa。经检验，采用本对比例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为12mm和9mm；接头在静弯试验过程中，当静弯载荷达到1200kN时发生断裂，不满足标准要求；接头标准检验位置有马氏体组织，不满足标准要求。本对比例与实施例9至实施例13的主要区别在于焊接和焊后空气淬火方法上。对比例采用高于本专利权利要求的高压时间、低压时间，连续闪光过程长，焊接热输入大；采用高于本专利权利要求的电压值，连续闪光过程剧烈，焊接热输入大；采用低于本专利权利要求各阶段闪光速度，高温金属消耗少，产生的热量损耗少，焊接热输入大；采用低于本专利权利要求的顶锻量和锻造量及时间，钢轨高温消耗少，热量损失小；所采用的空气淬火装置和方法的相关参数超出本专利权利要求的范围，接头冷却速率过快，接头出现异常组织。在钢轨材质相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例4
本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。连续闪光焊接预闪光阶段的高压时间为38s，高电压为350V，预闪光距离为11mm，闪光速度为0.8mm/s；闪光阶段的低压时间为60s，低电压为300V，闪光速度为0.8mm/s；加速烧化阶段的加速烧化电压为460V，加速速度为2.5mm/s；顶锻阶段的顶锻量22.0mm；锻造阶段钢轨消耗量为5.0mm，锻造时间为5.0s。焊接过程结束后，对钢轨接头进行空气淬火处理，具体为，钢轨以1m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为5m，并由淬火装置主体单元和导轨构成；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元的风盒及风管的长度为120mm，轨顶面风盒的宽度为60mm，风管内部直径为Φ20mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为50mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ1mm，出气孔间距为20mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为80kPa。经检验，采用本对比例方法焊接的钢轨接头左右两侧退火区宽度分别为4mm和4mm。接头在静弯试验过程中，当静弯载荷达到1000kN时发生断裂，不满足标准要求。本对比例与实施例9至实施例13的主要区别在于焊接和焊后空气淬火方法上。对比例采用低于本专利权利要求的高压时间、低压时间，连续闪光过程短，焊接热输入小；采用低于本专利权利要求的电压值，连续闪光过程不剧烈，焊接热输入小；采用高于本专利权利要求各阶段闪光速度，高温金属消耗快，产生的热量损耗快，焊接热输入小；采用高于本专利权利要求的顶锻量和锻造量及时间，钢轨高温消耗多，热量损失大，形成了“冷接头”，退火区虽然窄，但接头其余性能急剧下降；所采用的空气淬火装置和方法的相关参数超出本专利权利要求的范围，接头冷却速率过慢，接头退火区过宽。在钢轨材质相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
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)
1.一种减小过共析钢轨接头退火区宽度的方法，其特征在于，包括：
对钢轨进行闪光焊接；
利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；
其中，闪光焊接过程包括以下阶段：预闪光阶段、闪光阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段以及锻造阶段；
在所述闪光阶段，低压时间为80s～140s，低电压为320V～390V，闪光速度为0.1mm/s～0.6mm/s；
在所述顶锻阶段，顶锻量为5.0mm～18.0mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述预闪光阶段，高压时间为45s～65s，高电压为370V～440V，预闪光距离为2mm～10mm，闪光速度为0.1mm/s～0.6mm/s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加速烧化阶段，加速烧化电压为380V～450V，加速速度为0.5mm/s～2.0mm/s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述锻造阶段，钢轨消耗量为2.0mm～4.0mm，锻造时间为1.5s～3.0s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括导轨以及能够沿所述导轨移动的主体单元，所述导轨的延伸方向与钢轨的移动方向相同，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：
使得所述主体单元跟随钢轨移动，并在钢轨移动过程中对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，钢轨的移动速度为0.1m/s～0.6m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～20m。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使得所述主体单元的出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～35mm；和/或
所述气体为压缩空气，所述压缩空气进入所述淬火装置前的压力值为100kPa～350kPa。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述主体单元包括：第一送风部、第二送风部和第三送风部，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度方向与钢轨的移动方向相同，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔；所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部分别设于钢轨的轨头顶面外侧、轨头侧面外侧和轨头下颚部外侧。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度均大于等于120mm；和/或
所述第一送风部为盒状，所述第一送风部的宽度大于等于72mm；和/或
所述第二送风部和所述第三送风部为管状，所述第二送风部和所述第三送风部的内直径为30mm～35mm；和/或
所述出气孔的直径为1mm～3mm，相邻出气孔之间的距离为6mm～12mm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢轨中碳的质量分数处于0.90％～1.20％、硅的质量分数处于0.10％～1.00％、锰的质量分数处于0.60％～1.50％、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％；所述钢轨的最小抗拉强度为1200MPa，轨头最小硬度为400HB。
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