一种钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法及其应用，属于铁路钢轨养护领域。其中，该方法为：将钢轨焊接接头的热影响区和/或焊缝区中预设深度的钢轨结构去除，以形成凹槽型的待填补区；在所述待填补区熔覆与钢轨基材耐磨性一致的强化层，填充满所述待填补区；机加工使钢轨焊接接头与钢轨原有形貌基本相同，以此完成钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理。本发明专利技术将部分钢轨结构去掉形成待填补区，然后熔覆与钢轨基材耐磨性相同或基本相同的强化层，能够保证钢轨焊接接头热影响区与钢轨基材耐磨性差值满足需求，以达到接头区域与钢轨母材同步磨损的目的，从而显著降低钢轨焊接接头的断头率，延长钢轨服役寿命，提升铁路资源的利用率。源的利用率。源的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法及其应用


[0001]本专利技术属于铁路钢轨养护领域，更具体地，涉及一种钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着铁路轨道交通不断向高密度、重载荷以及高速度方向发展，钢轨表面的损伤问题越来越突出。焊接接头作为铁道线路三大薄弱环节之一，已成为威胁钢轨安全的主要病害之一。特别是随着高速铁路和重载铁路快速发展，传统的鱼尾板连接钢轨的方式已经无法满足运输需求，取而代之的是通过焊接技术由标准长度钢轨连接成的无缝钢轨。无缝钢轨的出现，不仅缓和了轮轨的相互冲击，延长了轮轨服役寿命，而且提高了轨道的平稳性、舒适性、可靠性，使火车能够以更高的速度运行。
[0003]目前，钢轨之间的主要连接工艺包括闪光焊、气压焊、铝热焊以及电弧焊等。以闪光焊为例，由于焊接时热输入较大，导致接头中焊缝区和热影响区的内在组织与钢轨母材存在明显差异，具体体现在各区的硬度和耐磨性同母材之间存在较大差别。其中，热影响区尤为明显，其硬度远低于基材，使得钢轨焊接接头中存在软化区，其耐磨性低于钢轨基体。随着服役时间的不断延长，接头外观上会出现类似“马鞍”形磨耗(俗称钢轨低接头)。若不及时采取补救措施，会使得轮轨冲击日趋明显并加剧轮轨破损，严重的甚至可能导致钢轨焊接接头处断裂，发生灾难性事故。
[0004]根据2004年铁道科学研究院金属及化学研究对2000年全国铁路焊接接头数量及断头数统计结果，在线钢轨焊接接头总量中闪光焊、气压焊、铝热焊接头数量占比86.75％、9.13％、4.12％，对应的断头率分别为0.0073％、0.1421％、0.4177％。2020年8月我国铁路营业里程达到14.14万公里，如果按照100米标准长度焊接，接头数量达到283万之巨，钢轨焊接接头潜在断头数量达到1000余个。这些危险的接头“潜伏”在铁路网上，一旦因为种种原因导致钢轨最后断裂，则会产生车毁人亡的重大事故，给我国国民经济和人民生活带来灾难性的影响。因此，对于安全重于泰山的铁路运营而言，克服钢轨低接头问题刻不容缓。
[0005]当前对于无缝钢轨焊接接头处“马鞍”形磨耗处理常见方式有两种：一种是采用大型打磨车(如GMC
‑
96x)整体维护性打磨，虽然可以消除接头塌陷，但是为了保证钢轨的平顺性，在打磨接头塌陷区域的同时，也会对钢轨其它部位产生很大的消耗，并因此显著降低了线路上钢轨的服役年限；另一种式则是对接头处磨耗严重的钢轨进行更换。该方法简单快速，但存在巨大的资源浪费。因此，如果能够通过技术手段消除钢轨焊接接头软化区，使得钢轨焊接接头的服役寿命与钢轨正常部位相同，无疑将节省一大笔铁路运营成本，并且有效提升铁路线的运能。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法及其应用，旨在解决现有钢轨焊接接头处理方法损耗大、严重降低钢轨服役年限的
难题。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供了一种钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法，该方法具体为：
[0008]S1将钢轨焊接接头的热影响区和/或焊缝区中预设深度的钢轨结构去除，以形成凹槽型的待填补区；
[0009]S2在所述待填补区熔覆与钢轨基材耐磨性一致的强化层，填充满所述待填补区；
[0010]S3机加工使钢轨焊接接头与钢轨原有形貌基本相同，以此完成钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理。
[0011]作为进一步优选的，步骤S2中的熔覆采用激光熔覆，等离子熔覆，感应熔覆，激光
‑
感应复合熔覆，或激光
‑
等离子复合熔覆。
[0012]作为进一步优选的，当焊缝区与钢轨基材的硬度值的差值在预设值以内时待填补区只包括热影响区；所述预设值通常为0～3HRC。
[0013]作为进一步优选的，步骤S1中，所述待填补区的最大深度为1.5mm～25mm，所述待填补区左右两侧斜边与底边的夹角β的取值范围为90
°
＜β＜170
°
。
[0014]作为进一步优选的，步骤S1中，保证所述待填补区顶面的长度大于30mm。
[0015]作为进一步优选的，步骤S1中，采用铣削或者打磨的方式形成待填补区。
[0016]按照本专利技术的另一方面，提供了上述熔覆强韧化处理方法在钢轨养护中的应用
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0018]1.本专利技术考虑到焊缝区和热影响区与钢轨基材的硬度不同，提出将钢轨焊接接头踏面以下部分钢轨结构去掉形成待填补区，然后熔覆与钢轨基材耐磨性一致的修复层，从而保证钢轨焊接接头与钢轨基材具有等耐磨性，以达到接头区域与钢轨母材同步磨损的目的，从而根治焊接接头常见的低接头现象，显著降低钢轨焊接接头的断头率，延长钢轨的服役寿命，提升铁路资源的利用率；
[0019]2.尤其是，当焊缝区与钢轨基材的硬度值相差不大时(通常是小于等于3HRC)，可以不对焊缝区进行强化处理，可进一步提高加工效率，降低加工成本；
[0020]3.本专利技术通过对待填补区的深度、长度以及凹槽的角度进行优化，能够保证熔覆层完全覆盖热影响区和/或焊缝区，规避潜在的低塌风险，同时保证熔覆层具有较好的工作强度，提高钢轨的服役寿命。
附图说明
[0021]图1是本专利技术优选实施例提供的钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理三维示意图；
[0022]图2是本专利技术优选实施例提供的钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理二维示意图；
[0023]图3是本专利技术优选实施例中U75V钢轨闪光焊接头组织及硬度曲线，其中
①
为母材(钢轨基材)区的组织图，
②
为热影响区的组织图，
③
为焊缝区的组织图，
④
为焊缝区的组织图；
[0024]图4是本专利技术优选实施例中U75V钢轨闪光焊接接头中待填补区的示意图(闪光焊：焊缝区+热影响区)；
[0025]图5是本专利技术优选实施例中U75V钢轨闪光焊接接头熔覆强化的示意图(闪光焊：焊
缝区+热影响区)；
[0026]图6是本专利技术优选实施例中U75V钢轨铝热焊接接头组织及硬度曲线(铝热焊)，其中
①
为母材区的组织图，
②
为热影响区的组织图，
③
为焊缝区的组织图；
[0027]图7是本专利技术优选实施例中U75V钢轨铝热焊接接头中待填补区的示意图(铝热焊：焊缝区+热影响区)；
[0028]图8是本专利技术优选实施例中U75V钢轨铝热焊接接头激光熔覆强化的示意图(铝热焊：焊缝区+热影响区)；
[0029]图9是本专利技术优选实施例提供的钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理热影响区的三维示意图；
[0030]图10是本专利技术优选实施例提供的钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理热影响区的二维示意图；
[0031]图11是本专利技术优选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法，其特征在于，该方法具体为：S1将钢轨焊接接头的热影响区和/或焊缝区中预设深度的钢轨结构去除，以形成凹槽型的待填补区；S2在所述待填补区熔覆与钢轨基材耐磨性一致的强化层，填充满所述待填补区；S3机加工使钢轨焊接接头与钢轨原有形貌基本相同，以此完成钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理。2.如权利要求1所述的钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法，其特征在于，步骤S2中的熔覆采用激光熔覆，等离子熔覆，感应熔覆，激光
‑
感应复合熔覆，或激光
‑
等离子复合熔覆。3.如权利要求1所述的钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法，其特征在于，当焊缝区与钢轨基材硬度值的差值在预设值以内时，所述待填补区只包括热影响区。4.如权利要求1、2或3所述的钢轨焊接接头的熔覆强韧化处理方法，其特征在于，步骤S1中，所述待填补区的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晓雁，刘旭，胡乾午，孟丽，王邓志，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：