【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢轨焊接领域，具体地，涉及一种提升钢轨闪光焊接接头软化区服役性能的方法。
技术介绍
1、近年来，随着铁路运输的快速发展，特别是重载铁路的运量、轴重和单列最大载重不断增加，钢轨及其焊接接头的磨耗和伤损问题日益严重。无论是铝热焊还是闪光焊，焊接接头在焊接热影响下，尤其是接头软化区的轨面硬度低于母材，其拉伸强度、硬度、疲劳强度等力学性能均有所降低。在大运量条件下，焊接接头软化区的磨损更快，低塌现象十分严重，导致接头寿命低于钢轨母材。
2、研究表明，焊接接头软化区的低塌和冲击磨损、滚动接触造成的疲劳磨损是导致焊接接头伤损的重要原因。钢轨闪光焊接头软化区是指焊接接头硬度明显低于母材的区域，该区域的金属在加热过程中未发生奥氏体转变，而是处于热处理学上的退火区间，因此也被称为退火区或球化退火区。由于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之间总会存在过渡区，该过渡区中硬度较低的区域即为软化区。软化区的存在使得焊接接头的拉伸、冲击性能较差，成为钢轨接头的薄弱环节。
3、目前，钢轨焊接主要采用闪光焊和铝热焊两种方法。铝热焊接头的综合机械力学性能较母材大幅降低，焊缝强度和钢轨使用寿命通常只能达到母材的三分之一至四分之三。而钢轨闪光焊采用移动式闪光焊机完成，自动化程度高、工艺稳定、焊接质量优良，其焊接接头为致密锻造组织，力学性能接近钢轨母材，是目前钢轨焊接最实用、焊接精度最高、焊接质量最好的方法。然而，即使采用闪光焊，焊接接头软化区的性能仍然无法满足大运量和重载铁路的需求。
4、为
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提供一种提升钢轨闪光焊接头软化区服役性能的方法，通过优化加热和冷却工艺，大幅减小接头软化区宽度，并显著提升软化区的综合服役性能，至少能够解决现有的钢轨闪光焊接头软化区服役性能较低的技术问题。
2、本专利技术提出的一种提升钢轨闪光焊接接头软化区服役性能的方法包括：
3、对焊后冷却至一定温度的钢轨闪光焊接接头进行二次加热，加热过程包括普通加热阶段和特殊加热阶段。在普通加热阶段，采用单一加热装置对钢轨闪光焊接接头全断面进行加热；在特殊加热阶段，继续采用单一加热装置对钢轨闪光焊接接头全断面进行加热，同时采用辅助加热装置对单一加热装置覆盖区域两端的轨头进行辅助加热；
4、在钢轨闪光焊接接头加热到预设温度后，立即将单一加热装置和辅助加热装置移开，并采用冷却装置对加热到预设温度的钢轨闪光焊接接头处于熔合线两侧的局部区域进行加速冷却。
5、在一些实施例中，整个加热过程的起始温度＜300℃，整个加热过程的终止温度为900℃～1100℃。预设温度为整个加热过程的终止温度。
6、在一些实施例中，普通加热阶段的起始温度＜300℃，普通加热阶段的终止温度为500℃～600℃，持续时间≤100s。
7、在一些实施例中，在特殊加热阶段，辅助加热装置工作的起始温度与普通加热阶段的终止温度间温度差值≤20℃，直至达到整个加热过程的终止温度而终止。
8、在一些实施例中，单一加热装置采用仿钢轨廓形的电感应线圈，仿钢轨廓形的电感应线圈距钢轨表面的距离为5mm～50mm，加热区域覆盖整个焊接接头区域。加热装置沿钢轨延伸方向的长度为60mm～150mm；普通加热阶段中，单一加热装置控制钢轨闪光焊接接头全断面的温升速率为1.0℃/s～20.0℃/s。
9、在一些实施例中，在特殊加热阶段，辅助加热装置辅助加热的区域处于焊接接头区域的两端，并且为包括轨顶面、轨头圆角和轨头侧面在内的轨头工作区域。
10、在一些实施例中，辅助加热装置沿所述钢轨延伸方向的长度为20mm～30mm，辅助加热装置覆盖区域的中心线与单一加热装置覆盖的边缘重合，辅助加热的持续时间＜40s。
11、在一些实施例中，加速冷却的平均冷却速度为5℃/s～35℃/s，加速冷却的终止温度为200℃～400℃。
12、在一些实施例中，冷却装置冷却的局部区域包括加热过程中加热区域与未加热的接头母材区域之间的过渡区域，当加热到整个加热过程的终止温度时，局部区域的温度为400℃～600℃。
13、在一些实施例中，冷却装置为仿钢轨廓形的接触式导热装置，冷却装置为中空结构，内部通过冷却介质进行热交换，冷却装置与钢轨接触面采用柔性导热材料耦合。
14、在一些实施例中，冷却装置包括与钢轨的轨头顶面接触的第一冷却部，以及与轨头圆角和轨头侧面接触的第二冷却部，第一冷却部和第二冷却部的厚度为15mm～30mm，沿钢轨延伸方向的长度为20mm～40mm。
15、本专利技术的有益效果为：本专利技术通过对焊后冷却至一定温度的钢轨闪光焊接接头进行二次加热和加速冷却，显著提升焊接接头软化区的硬度和韧塑性，减少焊接接头的低塌现象，提升钢轨闪光焊接接头软化区服役性能。优化后的热处理工艺能够有效改善焊接接头的微观组织，减少马氏体等不利组织的出现，从而提高焊接接头的整体性能，延长焊接接头的使用寿命。且经过上述方法处理后的钢轨闪光焊接接头单侧软化区宽度可控制在5mm以下，相比传统工艺大幅减小。软化区平均硬度较焊后空冷接头提升95%以上，接近母材的硬度水平。
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1.一种提升钢轨闪光焊接接头软化区服役性能的方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述普通加热阶段的起始温度＜300℃，普通加热阶段的终止温度为500℃～600℃，持续时间≤100s。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在所述特殊加热阶段，辅助加热装置工作的起始温度与普通加热阶段的终止温度间温度差值≤20℃，直至达到整个加热过程的终止温度而终止。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述单一加热装置采用仿钢轨廓形的电感应线圈，所述仿钢轨廓形的电感应线圈距钢轨表面的距离为5mm～50mm，加热区域覆盖整个焊接接头区域；所述单一加热装置沿所述钢轨延伸方向的长度为60mm～150mm；普通加热阶段中，单一加热装置控制钢轨闪光焊接接头全断面的温升速率为1.0℃/s～20.0℃/s。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在所述特殊加热阶段，辅助加热装置辅助加热的区域处于所述焊接接头区域的两端，并且为包括轨顶面、轨头圆角和轨头侧面在内的轨头
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述辅助加热装置沿所述钢轨延伸方向的长度为20mm～30mm，辅助加热装置覆盖区域的中心线与单一加热装置覆盖的边缘重合，辅助加热的持续时间＜40s。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加速冷却的平均冷却速度为5℃/s～35℃/s，加速冷却的终止温度为200℃～400℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述冷却装置冷却的局部区域包括加热过程中加热区域与未加热的接头母材区域之间的过渡区域，当加热到整个加热过程的终止温度时，所述局部区域的温度为400℃～600℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述冷却装置为仿钢轨廓形的接触式导热装置，所述冷却装置为中空结构，内部通过冷却介质进行热交换，所述冷却装置与钢轨接触面采用柔性导热材料耦合。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述冷却装置包括与所述钢轨的轨头顶面接触的第一冷却部，以及与轨头圆角和轨头侧面接触的第二冷却部，所述第一冷却部和第二冷却部的厚度为15mm～30mm，沿所述钢轨延伸方向的长度为20mm～40mm。
...【技术特征摘要】
1.一种提升钢轨闪光焊接接头软化区服役性能的方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述普通加热阶段的起始温度＜300℃，普通加热阶段的终止温度为500℃～600℃，持续时间≤100s。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在所述特殊加热阶段，辅助加热装置工作的起始温度与普通加热阶段的终止温度间温度差值≤20℃，直至达到整个加热过程的终止温度而终止。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述单一加热装置采用仿钢轨廓形的电感应线圈，所述仿钢轨廓形的电感应线圈距钢轨表面的距离为5mm～50mm，加热区域覆盖整个焊接接头区域；所述单一加热装置沿所述钢轨延伸方向的长度为60mm～150mm；普通加热阶段中，单一加热装置控制钢轨闪光焊接接头全断面的温升速率为1.0℃/s～20.0℃/s。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在所述特殊加热阶段，辅助加热装置辅助加热的区域处于所述焊接接头区域的两端，并且为包括轨顶面、轨头圆角和轨头侧面在内的轨头工作区域。
...【专利技术属性】
技术研发人员：陆鑫，王小强，白威，邓健，
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：
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