提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法。所述方法包括：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，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。本发明专利技术能够提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度。过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度。过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度。

【技术实现步骤摘要】
提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，具体涉及一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法。

技术介绍

[0002]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。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
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OF
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WAY ASSOCIATION(AREMA)、欧标BS EN 14587
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3:2012,Rail way applications
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Track
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Flash butt welding of rails.Part 3:Welding in association with crossing construction以及澳标AS1085.20
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2012,Railway track material Part20：Welding of steel 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/T 1632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。
[0003]为满足重载钢轨耐磨损、耐剥离及耐疲劳性能的提升，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，来优化其显微组织，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，需降低等温温度火提升冷却速度，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。
[0004]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。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。
[0005]钢轨闪光焊接头正火区是指焊接加热及冷却过程中相变规律与热处理正火过程相同的区域，因其通常经过再次奥氏体化，故该区域也被称为再奥氏体化区。通常情况下，钢轨闪光焊接正火区的显微组织、拉伸以及冲击性能会优于母材。但不同化学成分和供货状态的钢轨，其闪光焊接头再奥氏体化区域的硬度指标与母材相比会有不同的状态。一般而言，钢轨的硬度主要由冷却速率决定，同样起始温度的钢轨材质金属，冷却过程中的冷却速率越大，硬度越高。热轧供货状态的钢轨，轧制完成后为空气中自然冷却，因整支钢轨均处于高温状态，其冷却速率通常较慢；热处理供货状态的热处理钢轨，轧制完成后经过一定的工艺加速冷却，其冷却速率通常较快。同样化学成分的钢轨，热处理态钢轨的硬度比热轧钢态钢轨的硬度高。如果焊接后再奥氏体化区的冷却速率大于母材的冷却速率，则再奥氏体化区的硬度将高于母材；如果焊接后再奥氏体化区的冷却速率小于母材的冷却速率，则再奥氏体化区的硬度将低于母材，再奥氏体区化硬度与钢轨母材相比，过高或过低均对接头服役过程中的平顺性造成影响。综上所述，为获得质量优良、服役性能好的钢轨接头，需要将钢轨闪光焊接再奥氏体化区硬度控制在与母材硬度相当的范围内，即与母材硬度的比值等于1为最优，且无马氏体、贝氏体等异常有害组织。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法，以解决重载铁路用高强过共析钢轨固定闪光焊接头正火区硬度过低无法满足标准要求的问题。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提出一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法，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，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；或者其中，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括沿钢轨移动方向排列的多个淬火单元，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：在钢轨移动过程中，使得钢轨接头依次通过多个所述淬火单元，并使得多个所述淬火单元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。
[0008]根据本专利技术的一个实施例，闪光焊接过程包括以下阶段：闪平阶段、预热阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段、锻造阶段以及后热保压阶段；在所述闪平阶段，相位控制参数为700
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～810
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，闪光电流设定为8.0kA～11.0kA；在所述顶锻阶段，顶锻位移极限为28.0mm～35.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN～660.0kN。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，在所述预热阶段，加热时间为4.0s～5.0s，相位控制参数为440
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～500
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，热传导时间为1.0s～1.5s，预热循环次数为8～12次；和/或在所述加速烧化阶段，相位控制参数为680
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～990
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，闪光电流设定为8.0kA～240.0kA；和/或在所述锻造阶段，位移极限为5.0mm～10.0mm，锻造时间极限为1.0s～2.5s，锻造平均速度为0.50mm/s～2.0mm/s；和/或在所述后热保压阶段，加热时间为0.3s～1.0s，相位控制参数为0
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～275
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。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法，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，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；或者其中，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括沿钢轨移动方向排列的多个淬火单元，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：在钢轨移动过程中，使得钢轨接头依次通过多个所述淬火单元，并使得多个所述淬火单元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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，闪光焊接过程包括以下阶段：闪平阶段、预热阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段、锻造阶段以及后热保压阶段；在所述闪平阶段，相位控制参数为700
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～810
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，闪光电流设定为8.0kA～11.0kA；在所述顶锻阶段，顶锻位移极限为28.0mm～35.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN～660.0kN。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述预热阶段，加热时间为4.0s～5.0s，相位控制参数为440
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～500
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，热传导时间为1.0s～1.5s，预热循环次数为8～12次；和/或在所述加速烧化阶段，相位控制参数为680
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，闪光电流设定为8.0kA～240.0kA；和/或在所述锻造阶段，位移极限为5.0mm～10.0mm，锻造时间极限为1.0s～2.5s，锻造平均速度为0.50mm/s～2.0mm/s；和/或在所述后热保压阶段，加热时间为0.3s～1.0s，相位控制参数为0
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。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述淬火装置包括所述导轨和所述主体单元时，钢轨的移动速度为0.08m/s～1.0m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～50m；当所述淬火装置包括多个所述淬火单元时，钢轨的移动速度为0.2m/s～2.5m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～50m。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使得所述主体单元或所述淬火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～40mm；和/或所述气体为压缩空气，所述压缩空气进入所述淬火...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆鑫，李大东，王若愚，董雪娇，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：