一种高原地区用高速钢轨固定闪光焊接和接头热处理的方法技术

本发明专利技术公开一种高原地区用高速钢轨固定闪光焊接和接头热处理的方法，其中高原地区用高速钢轨的化学成分按质量百分比计为：C：0.55

【技术实现步骤摘要】
一种高原地区用高速钢轨固定闪光焊接和接头热处理的方法


[0001]本专利技术属于钢轨焊接
，具体涉及一种高原地区用高速钢轨固定闪光焊接和接头热处理的方法。

技术介绍

[0002]随着我国铁路的快速发展，国内铁路网已延伸至青藏、新疆等高原地区，高原地区时速超过200km/h的高速铁路网也部分开通或正在筹划建设中。固定闪光焊接作为钢轨重要连接方式之一，被广泛应用于500米长轨条生产中。百米钢轨的焊接性能主要受钢材化学成分的影响，我国珠光体钢轨的研发都属于“高碳、低硅、中锰”，为主要元素，并且根据强度、硬度要求不同，增加铬和矾等合金强化元素。
[0003]高原铁路地形地质和气候条件复杂、环境脆弱敏感、海拔落差大、昼夜温差大、无人区长、桥隧比大、腐蚀性环境多等，对高速钢轨提出了非常严苛的技术要求，因此针对高原地区研发的高速钢轨具有较高的耐磨性、强韧性、低温韧性、耐腐蚀性。由于研发的新品种珠光体钢轨合金含量高、生产工艺复杂、综合性能要求复杂，使其焊接性能较差，主要表现为：
①
接头过热区异常组织及缺陷较多，闪光焊的过热区存在沿奥氏体晶界的合金元素偏析，易造成过冷状态下接头出现贝氏体或马氏体等异常显微组织和液化裂纹，使接头脆性增加。
②
由于焊接热影响区的循环加热，使其晶粒度明显增加，且接头快速加热和冷却的非平衡过程，导致闪光焊接头韧性的降低，接头冲击仅为母材的50％左右，钢轨线路服役时易在接头处发生断轨的风险。
③
由于焊接过程中碳及合金的烧损，接头力学性能降低明显，接头无法达到与母材相匹配的强度、硬度及韧性，特别是接头硬度明显降低，无法达到标准要求，线路服役过程中接头会出现鞍型磨耗和接头剥离掉块的现象，严重影响无缝线路的平顺性。
[0004]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。
[0005]专利文献CN201810708275.9公开一种钢轨闪光焊接头的热处理方法，该方法为过共析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
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1400℃温度降至650
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720℃，第二冷却阶段温度降至350
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410℃，第三冷却阶段温度降至10
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30℃。该专利文献针对钢轨移动闪光焊机焊接而进行的专利技术，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，且该专利技术也不满足固定闪光焊接头连续25支不断的要求。
[0006]专利文献CN201510319185.7公开一种过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，该方法为过共析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
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920℃后,接头2.2
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2.8℃/s的冷速冷却到430
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450℃后，空气中冷却至室温。该专利文献全断面焊缝冲击功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，且该热处理后接头硬度达到母材的105％，过共析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。
[0007]专利文献CN202210912903.1公开一种U71MnG高速钢轨焊接接头的焊后热处理方法，该方法为接头加热至880
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910℃后停止加热，采用喷风冷却，待钢轨接头踏面温度降至410
‑
455℃后停止喷风冷却。该专利文献是针对U71MnG高速钢轨的专利技术，且其只提供了硬度指标，未对接头拉伸、冲击、金相组织及晶粒度等关键指标进行说明。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种高原地区用高速钢轨固定闪光焊接和接头热处理的方法，其解决了高原地区用高速钢轨闪光焊接头硬度偏低、接头低塌、接头异常组织及热影响区液化裂纹等难题。本专利技术热处理方法生产的固定闪光焊接头强度、硬度、韧性，均与母材性能相匹配，可以满足高原地区高速铁路对钢轨接头平顺性的要求，改善钢轨接头在线路服役过程中，焊接区域硬度过低而造成的接头低塌及接头微观异常组织而导致的接头断轨风险，保证闪光焊接头满足高原地区高速铁路的运行安全。
[0009]本专利技术提供一种高原地区用高速钢轨固定闪光焊接和接头热处理的方法，其中所述高原地区用高速钢轨的化学成分按质量百分比计为：C：0.55
‑
0.70％，Si：0.40
‑
0.70％，Mn：0.70
‑
1.10％，Cu：0.30
‑
0.45％，Cr：0.20
‑
0.50％，Ni：0.15
‑
0.35％，Nb：0.01
‑
0.03％，RE：0.0005
‑
0.0020％，P≤0.025％，S≤0.0.025％，Al≤0.004％，其余为Fe及不可避免夹杂；
[0010]所述固定闪光焊接和接头热处理的方法包括以下操作：
[0011]1)将所述高原地区用高速钢轨(例如60kg/m(60、60N))轧制断面的端面进行打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；
[0012]2)采用固定闪光焊机进行钢轨焊接；焊机油温控制在35
‑
45℃，水温控制在18
‑
22℃，电网电压在420
‑
422V之间；
[0013]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0.35
‑
0.55mm之间，闪光焊接预热次数控制在10
‑
12次之间，二次预热电流控制在62
‑
65kA之间，闪光焊接顶锻量控制在13
‑
14mm之间，顶锻力控制在430
‑
480kN之间，焊接时间控制在115
‑
125s之间，熔化末速度控制在2.35
‑
2.40mm/s之间；本焊接工艺可以保证高原地区用高速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；
[0014]4)将高温焊态下的接头空冷至200℃以下，保证接头内部组织都完全相变，接头温度低于300℃时可以适当的加速冷却；
[0015]5)接头热处理工艺：使用双频正火机对焊态接头感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高原地区用高速钢轨固定闪光焊接和接头热处理的方法，其特征在于，所述高原地区用高速钢轨的化学成分按质量百分比计为：C：0.55
‑
0.70％，Si：0.40
‑
0.70％，Mn：0.70
‑
1.10％，Cu：0.30
‑
0.45％，Cr：0.20
‑
0.50％，Ni：0.15
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0.35％，Nb：0.01
‑
0.03％，RE：0.0005
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0.0020％，P≤0.025％，S≤0.0.025％，Al≤0.004％，其余为Fe及不可避免夹杂；所述固定闪光焊接和接头热处理的方法包括以下操作：1)将所述高原地区用高速钢轨轧制断面的端面进行打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；2)采用固定闪光焊机进行钢轨焊接；焊机油温控制在35
‑
45℃，水温控制在18
‑
22℃，电网电压在420
‑
422V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0.35
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0.55mm之间，闪光焊接预热次数控制在10
‑
12次之间，二次预热电流控制在62
‑
65kA之间，闪光焊接顶锻量控制在13
‑
14mm之间，顶锻力控制在430
‑
480kN之间，焊接时间控制在115
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125s之间，熔化末速度控制在2.35
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2.40mm/s之间；4)将高温焊态下的接头空冷至200℃以下，保证接头内部组织都完全相变；5)接头热处理工艺：使用双频正火机对焊态接头感应加热处理，首先采用低频感应加热处理接头：选用58
‑
63kW低频功率，感应加热85
‑
91s，将接头由0
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200℃加热到830
‑
850℃，低频感应加热可保证钢轨轨头心部能加热到所需的温度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤明，梁正伟，田利明，郑瑞，王婷，江晓伟，
申请(专利权)人：包头钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：