CN118023679A - 一种美标115re断面低合金高强钢轨闪光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法，焊接工艺如下：(1)除锈打磨；(2)采用GAAS80/580固定闪光焊机进行钢轨焊接；(3)接头固定闪光焊接工艺；(4)将高温的焊态接头空冷至200℃以下，保证接头每个位置都完全相变，接头温度小于300℃时可以适当的加速冷却；不同的接头热处理工艺。使用本发明的闪光焊接工艺后，可以保证高强度钢轨固定闪光焊接头均为正常的珠光体组织，不存在贝氏体、马氏体及二次渗碳体等异常组织；本发明解决了高强度、高硬度钢轨接头硬度偏低、接头落锤性能不合及接头低塌的难题，可有效的改善钢轨接头与母材的性能匹配，提高接头综合力学性能和接触疲劳性能。
Description
技术领域
本发明涉及钢轨焊接技术领域，尤其涉及一种美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法。
背景技术
钢轨闪光焊焊接工艺和接头热处理工艺直接影响接头组织性能和服役状态。闪光焊接工艺不当会造成接头过烧、未焊合、灰斑超标、液化裂纹等缺陷，接头性能很差。对焊态接头进行正火热处理，焊缝显微组织明显细化，晶粒度从1级提高到8级以上，很好的改善了闪光焊接接头的韧性，但焊缝热处理工艺不当，如加热温度高低、加热速度快慢、高温停留时间长短、温度分布不均匀及在空冷条件下连续冷却等特点，在接头尤其是热影响区容易出现组织粗大，甚至易形成马氏体等有害组织，使接头处出现硬化、脆化等现象，线路服役过程中在轮轨应力作用下，接头极易发生断裂，成为线路运营的薄弱环节。
钢轨焊接具有加热温度高、加热速度快、高温停留时间短、温度分布不均匀及在空冷条件下连续冷却等特点，在热影响区容易出现组织粗大，晶粒度在1～2级左右，而且还伴随着马氏体、贝氏体等有害组织的产生，导致钢轨接头处出现硬化、脆化等现象；同时焊后接头产生内部应力，在复杂的外部应力作用下，极易发生断裂，成为线路运营的薄弱环节。因此需对钢轨的焊接接头进行热处理，细化焊缝的显微组织，提高钢轨的晶粒度，从而改善了钢轨焊接接头韧性。
公开号为CN201810708260.9的专利，公开了钢轨闪光焊接头的热处理方法，该方法为高硬度钢轨和共析钢轨的异种钢轨焊接接头，焊接后直接对高温焊态的接头进行三个阶段的控制冷却，第一冷却阶段由1000～1400℃温度降至650～720℃，第二冷却阶段温度降至350～410℃，第三冷却阶段温度降至10～30℃。该专利针对钢轨移动闪光焊机焊接而进行的发明，且冷却介质可以为水雾混合气，根据TB/T 1632.2标准的要求，移动闪光焊接头落锤要求为连续15支不断，且接头冷却处理只能使用压缩空气，不满足标准对接头热处理工艺的要求，且该发明也不满足固定闪光焊接头连续25支不断的要求。
公开号为CN202010886023.2的专利，公开了一种1300MPa级低合金热处理钢轨焊后热处理方法，该方法将焊态接头形成的余温为900～1100℃的钢轨焊接接头进行三阶段冷却,第一阶段自然冷却至650～720℃,第二阶段控制冷却至480～550℃，第二阶段控制冷却至10～30℃。该专利针对钢轨移动闪光焊机焊接而进行的发明，冷却介质可以为水雾混合气，且接头硬度采用维氏硬度检测，不满足TB/T 1632.2标准对固定闪光焊接头的热处理工艺和性能检验要求。且该发明接头出现了一定比例的点状马氏体异常组织，不满足标准要求的同时严重影响接头线路运行安全。
公开号为CN201510319185.7的专利，公开了高硬度钢轨焊接接头焊后热处理的方法，该方法为高硬度钢轨闪光焊接头或气压焊接头采用中频或氧乙炔火焰快速加热焊缝区域至900～920℃后,接头2.2～2.8℃/s的冷速冷却到430～450℃后，空气中冷却至室温。该专利全断面焊缝冲击功Aku≥9J，虽然满足标准≥6.5J的要求，但是相对于母材冲击性能指标较低；热处理后接头硬度达到母材的105％,高硬度钢轨焊接接头硬度过高，必然导致接头出现异常组织，接头高硬度、低韧性，严重影响接头服役性能和线路运行安全。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法，焊接工艺如下：
(1)将轧制生产的115RE断面高强钢轨端面打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；
(2)采用GAAS80/580固定闪光焊机进行钢轨焊接；焊机油温控制在50℃左右，水温控制在28-32℃，电网电压在400～420V之间；
(3)接头固定闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在10～12mm之间，起拱量控制在0.30～0.60mm之间，闪光焊接预热次数在9～12次之间，二次预热电流控制在60～68KA之间，闪光焊接顶锻量控制在10～13mm之间，顶锻力控制在560～700KN之间，焊接时间控制在120～130s之间，熔化末速度控制在2.20～2.60mm/s之间；
(4)将高温的焊态接头空冷至200℃以下，保证接头每个位置都完全相变，接头温度小于300℃时可以适当的加速冷却；
(5)接头热处理工艺：使用接头双频正火机感应加热处理，首先进行接头低频感应加热：选用50～65kW低频功率加热80～100s，将接头由0～200℃加热到800～850℃；
(6)接头热处理工艺：接头到达目标温度后，立即对接头进行高频感应加热：正火机调至50～60kW高频功率加热80～100s，将接头由800～850℃加热到880～920℃；高频加热保证钢轨轨头踏面下0-15mm范围内温度能加热到目标温度，接头加热总时间控制在160～190s之间；
(7)接头热处理工艺：接头到达880～920℃目标温度后，停止加热，立即对接头、轨腰、轨底进行喷风加速冷却处理，所述喷风冷却的喷风口距离轨顶面20～30mm，距离轨头侧面40～50mm，距离轨腰50～60mm，距离轨底50～60mm；喷风风压为0.30～0.40MPa，喷风时间110～140s；接头喷风终冷温度应控制在460～520℃之间，随后停止喷风冷却，接头自然冷却至室温。
进一步的，闪光焊接的所述低合金高强钢轨以C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Cu、Al为主要合金元素，钢轨化学成分的重量百分比为C：0.72～0.82％，Si：0.10～1.00％，Mn：0.70～1.25％，Cr：0.40～0.70％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ni≤0.15％，Mo≤0.05％，V≤0.01％，Mo≤0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，经冶炼、连铸、钢坯缓冷、轧制、热处理进行钢轨生产；钢轨连铸坯尺寸280mm×380mm，轧制断面为115RE，钢轨的轧制压缩比大于等于11：1，钢轨的终轧温度不应高于940℃，钢轨的在线热处理终冷温度不应高于520℃，从而保证钢轨晶粒度及珠光体组织片间距。
进一步的，焊接后的钢轨满足如下要求：接头抗拉强度Rm≥1180MPa，接头延伸A≥10％，接头冲击KU2≥15J，接头实物疲劳载荷循环2×106次未断。
进一步的，焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体、贝氏体或二次渗碳体有害组织。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
使用本发明的闪光焊接工艺后，可以保证高强度钢轨固定闪光焊接头均为正常的珠光体组织，不存在贝氏体、马氏体及二次渗碳体等异常组织；本发明解决了高强度、高硬度钢轨接头硬度偏低、接头落锤性能不合及接头低塌的难题，可有效的改善钢轨接头与母材的性能匹配，提高接头综合力学性能和接触疲劳性能，从而有效的提高接头服役性能。
满足如下技术要求：接头抗拉强度Rm≥1180MPa，接头延伸A≥10％，接头冲击KU2≥15J，接头实物疲劳载荷循环2×106次未断。
焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体、贝氏体或二次渗碳体有害组织。
具体实施方式
一种美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法，钢轨采用轧制成型的美标115RE断面低合金高强热处理钢轨进行闪光焊接，焊接工艺如下：
(1)将轧制生产的115RE断面高强钢轨端面打磨除锈及电极夹持端除锈打磨。
(2)采用GAAS80/580固定闪光焊机进行钢轨焊接。焊机油温控制在50℃左右，水温控制在30℃左右，电网电压415V之间。
(3)接头固定闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在11mm，起拱量控制0.46mm，闪光焊接预热次数11次，二次预热电流控制在65KA，闪光焊接顶锻量控制12mm之间，顶锻力控制在580KN，焊接时间控制在126s，熔化末速度控制在2.35mm/s。本焊接工艺可以保证115RE高硬度钢轨固定闪光接头不会出现过烧、未焊合、灰斑超标、液化裂纹等焊接缺陷，接头内部质量及外部质量良好。
(4)将高温的焊态接头空冷至168℃，保证接头每个位置都完全相变。
(5)接头热处理工艺：使用接头双频正火机感应加热处理，首先进行接头低频感应加热：选用56kW低频功率加热92s，将接头由168℃加热到835℃。选用低频加热保证钢轨轨头心部能加热到所需的温度。
(6)接头热处理工艺：接头到达目标温度后，立即对接头进行高频感应加热：正火机调至55kW高频功率加热96s，将接头由835℃加热到912℃。高频加热保证钢轨轨头踏面下0-15mm范围内温度能加热到目标温度，接头加热总时间控制在188s。
(7)接头热处理工艺：接头到达912℃目标温度后，停止加热，立即对接头、轨腰、轨底进行喷风加速冷却处理，所述喷风冷却的喷风口距离轨顶面25mm，距离轨头侧面45mm，距离轨腰55mm，距离轨底55mm。喷风风压为0.36MPa，喷风时间126s。接头喷风终冷温度应控制在508℃之间，随后停止喷风冷却，接头自然冷却至室温。
基于以上发明内容，接头抗拉强度Rm：1253MPa，接头延伸A：12％，接头冲击KU2：19J，接头实物疲劳载荷循环2×106次未断。焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体、贝氏体或二次渗碳体有害组织。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法，其特征在于：焊接工艺如下：
(1)将轧制生产的115RE断面高强钢轨端面打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；
(2)采用GAAS80/580固定闪光焊机进行钢轨焊接；焊机油温控制在50℃左右，水温控制在28-32℃，电网电压在400～420V之间；
(3)接头固定闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在10～12mm之间，起拱量控制在0.30～0.60mm之间，闪光焊接预热次数在9～12次之间，二次预热电流控制在60～68KA之间，闪光焊接顶锻量控制在10～13mm之间，顶锻力控制在560～700KN之间，焊接时间控制在120～130s之间，熔化末速度控制在2.20～2.60mm/s之间；
(4)将高温的焊态接头空冷至200℃以下，保证接头每个位置都完全相变，接头温度小于300℃时可以适当的加速冷却；
(5)接头热处理工艺：使用接头双频正火机感应加热处理，首先进行接头低频感应加热：选用50～65kW低频功率加热80～100s，将接头由0～200℃加热到800～850℃；
(6)接头热处理工艺：接头到达目标温度后，立即对接头进行高频感应加热：正火机调至50～60kW高频功率加热80～100s，将接头由800～850℃加热到880～920℃；高频加热保证钢轨轨头踏面下0-15mm范围内温度能加热到目标温度，接头加热总时间控制在160～190s之间；
(7)接头热处理工艺：接头到达880～920℃目标温度后，停止加热，立即对接头、轨腰、轨底进行喷风加速冷却处理，所述喷风冷却的喷风口距离轨顶面20～30mm，距离轨头侧面40～50mm，距离轨腰50～60mm，距离轨底50～60mm；喷风风压为0.30～0.40MPa，喷风时间110～140s；接头喷风终冷温度应控制在460～520℃之间，随后停止喷风冷却，接头自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法，其特征在于：闪光焊接的所述低合金高强钢轨以C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Cu、Al为主要合金元素，钢轨化学成分的重量百分比为C：0.72～0.82％，Si：0.10～1.00％，Mn：0.70～1.25％，Cr：0.40～0.70％，P≤0.02％，S≤0.02％，Ni≤0.15％，Mo≤0.05％，V≤0.01％，Mo≤0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法，其特征在于：经冶炼、连铸、钢坯缓冷、轧制、热处理进行钢轨生产；钢轨连铸坯尺寸280mm×380mm，轧制断面为115RE，钢轨的轧制压缩比大于等于11：1，钢轨的终轧温度不应高于940℃，钢轨的在线热处理终冷温度不应高于520℃，从而保证钢轨晶粒度及珠光体组织片间距。
4.根据权利要求1所述的美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法，其特征在于：焊接后的钢轨满足如下要求：接头抗拉强度Rm≥1180MPa，接头延伸A≥10％，接头冲击KU2≥15J，接头实物疲劳载荷循环2×106次未断。
5.根据权利要求1所述的美标115RE断面低合金高强钢轨闪光焊接方法，其特征在于：焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体、贝氏体或二次渗碳体有害组织。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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