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CN107520529B - 136re+ss热处理钢轨移动闪光焊接的方法 - Google Patents

136re+ss热处理钢轨移动闪光焊接的方法 Download PDF

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CN107520529B CN201710771298.XA CN201710771298A CN107520529B CN 107520529 B CN107520529 B CN 107520529B CN 201710771298 A CN201710771298 A CN 201710771298A CN 107520529 B CN107520529 B CN 107520529B
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Abstract

本发明公开了一种136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法，特别是一种涉及钢轨焊接技术领域的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法。本发明的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法，包括闪平阶段、脉动阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段和保压阶段，焊接过程中焊接的总热输入量为7.1MJ‑10.0MJ，焊接的总持续时间为110s‑135s，焊接顶锻量为12.8mm‑16.7mm。本申请的方法，能够成功将136RE+SS热处理钢轨进行移动闪光焊接，钢轨接头的内部缺陷少，焊接质量稳定，可以通过疲劳试验、拉伸试验以及静弯试验的测试满足要求；钢轨接头能够连续通过15支闪光焊接头落锤检验，具有较好的稳定性。

Description

136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法
技术领域
本发明涉及一种136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法，特别是一种涉及钢轨焊接技术领域的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法。
背景技术
随着各国对铁路重载要求的日益严格，铁路轴重不断提高，要求钢轨具有更强的耐磨性，也就是更高的硬度要求。北美铁路工程和维修协会手册是北美铁路工程和维修协会主编的用于指导铁路结构及部件设计、养护、维修的行业标准(以下简称AREMA)。AREMA自1905年第一版发行以来，不断更新完善，成为北美地区乃至全球范围内有影响力的行业标准。136RE+SS热处理钢轨作为AREMA标准强度钢轨，属于高碳含Cr钢，在钢中Cr和Fe形成连续固溶体，与碳形成多种碳化物，可提高钢的强度和耐磨性，增加淬透性，改善抗氧化和抗腐蚀能力此钢轨踏面硬度高于U71Mn钢轨，而U71Mn中Cr是残余元素，其含量不得超过0.15％。SS热处理钢轨的抗拉强度高(1000～1200MPa左右)，硬度高(390～410HV左右)，在进行移动闪光焊接过程中，焊接工艺参数不合适，接头质量很难保证，很难通过落锤试验。如果焊接参数不合适，很容易造成接头热影响区过宽，导致软化区超标或者产生马氏体组织，严重影响接头性能。因此现有技术中还没有通过控制焊接热输入量和焊接时间来提高钢轨焊接质量的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接方法。
发明内容
本发明提供了一种可以有效避免钢轨接头的内部缺陷少，显著提高焊接质量稳定性的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法。
本发明为解决上述问题所采用的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法，包括闪平阶段、脉动阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段和保压阶段，焊接过程中焊接的总热输入量为7.1MJ-10.0MJ，焊接的总持续时间为110s-135s，焊接顶锻量为12.8mm-16.7mm，其中闪平阶段的焊接热输入量为1.9MJ-2.2MJ，钢轨位移量为0.1mm-1.2mm，持续时间为22.5-25s；脉动阶段的焊接热输入量为5.0MJ-6.0MJ，钢轨位移量为1.0mm-5.0mm，持续时间为48.0s-52.0s；加速烧化阶段的焊接热输入量为0.3MJ-1.2MJ，钢轨位移量为13.1mm-15.2mm，持续时间为29.5s-32.0s；顶锻阶段的焊接热输入量为0.1MJ-0.3MJ，钢轨位移量为13.7mm-16.0mm，持续时间为2.0s-9.9s；保压阶段的持续时间为12.8s-14.5s。
进一步的是，顶锻阶段的保压压力为25t-35t。
进一步的是，焊接完成后对钢轨焊接接头进行热处理。
进一步的是，热处理时将焊接得到的待冷却的钢轨焊接接头进行第一次冷却至400℃以下，将第一次冷却后的钢轨焊接接头加热至860-940℃，然后进行第二次冷却至钢轨焊接接头的踏面温度为410-450℃。
本发明的有益效果是：本发明的方法通过控制焊接热总输入量，闪平、脉动、加速烧化、顶锻四个阶段的焊接热输入量和每个阶段的持续时间，来改善钢轨焊接的质量。采用本发明的方法，能够成功将136RE+SS热处理钢轨进行移动闪光焊接，钢轨接头的内部缺陷少，焊接质量稳定，可以通过疲劳试验、拉伸试验以及静弯试验的测试满足要求；钢轨接头能够连续通过15支闪光焊接头落锤检验，具有较好的稳定性。
附图说明
图1是本实施例中的钢轨焊接接头空冷的纵断面低倍样；
图2是本实施例中钢轨焊接接头空冷后的踏面5.0mm处纵断面硬度分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法，包括闪平阶段、脉动阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段和保压阶段，焊接过程中焊接的总热输入量为7.1MJ-10.0MJ，焊接的总持续时间为110s-135s，焊接顶锻量为12.8mm-16.7mm，其中闪平阶段的焊接热输入量为1.9MJ-2.2MJ，钢轨位移量为0.1mm-1.2mm，持续时间为22.5-25s；脉动阶段的焊接热输入量为5.0MJ-6.0MJ，钢轨位移量为1.0mm-5.0mm，持续时间为48.0s-52.0s；加速烧化阶段的焊接热输入量为0.3MJ-1.2MJ，钢轨位移量为13.1mm-15.2mm，持续时间为29.5s-32.0s；顶锻阶段的焊接热输入量为0.1MJ-0.3MJ，钢轨位移量为13.7mm-16.0mm，持续时间为2.0s-9.9s；保压阶段的持续时间为12.8s-14.5s。本发明的方法通过控制焊接热总输入量，闪平、脉动、加速烧化、顶锻四个阶段的焊接热输入量和每个阶段的持续时间，来改善钢轨焊接的质量。采用本发明的方法，能够成功将136RE+SS热处理钢轨进行移动闪光焊接，钢轨接头的内部缺陷少，焊接质量稳定，可以通过疲劳试验、拉伸试验以及静弯试验的测试满足要求；钢轨接头能够连续通过15支闪光焊接头落锤检验，具有较好的稳定性。
图1是本实施例中的钢轨焊接接头空冷的纵断面低倍样，图2是本实施例中钢轨焊接接头空冷后的踏面5.0mm处纵断面硬度分布图。硬度分布图采用布维硬度计以2mm为间隔进行测试，得到的数据使用EXCLE作图。
从图2中可以看出，以焊缝的中心为基准，136RE+SS热处理钢轨接头左侧软化区宽度为10.0mm，右侧软化区宽度为11.5mm，满足澳标中软化区宽度小于30mm的要求。
保压阶段的保压压力为25t-35t。对保压阶段的保压压力进行控制，使其位于25t-35t的范围内，可以进一步提高焊接质量的稳定性。
焊接完成后对钢轨焊接接头还可以进行热处理。对焊接接头进行热处理，可以避免钢轨出现高淬硬性的马氏体组织。
热处理时将焊接得到的待冷却的钢轨焊接接头进行第一次冷却至400℃以下，将第一次冷却后的钢轨焊接接头加热至860-940℃，然后进行第二次冷却至钢轨焊接接头的踏面温度为410-450℃。采用前述热处理方法可以消除焊接应力，提高钢轨焊接接头的质量。
实施例：以下为采用本发明的方法进行136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的实施例。
实施例1
136RE+SS热处理钢轨在采用移动钢轨闪光焊机的焊接时，第一阶段闪平的焊接热输入量在2.1MJ，位移量在1.3mm，持续时间在25.0s范围内控制。第二阶段脉动的焊接热输入量在6.2MJ以内，位移量在6.0mm，持续时间65.0s范围内。第三阶段加速烧化的焊接热输入量在0.4MJ以内，位移量在12.5mm，持续时间26.0s范围内。第四阶段顶锻的焊接热输入量在0.1MJ以内，位移量在16.3mm，带电顶锻时间在0.6s，持续时间在2.3s范围内。第五阶段保压的保压压力在29.8t，持续时间14.5s范围内。总的控制焊接总热输入量在8.8MJ，总钢轨位移量为36.1mm和总焊接持续时间控制在132.8s范围内的方法，达到控制焊接质量的目的。具体数据列于表1中。
在顶锻和推凸完成后，将上述焊接得到的钢轨焊接接头进行焊后热处理。首先钢轨焊接接头由1400℃自然冷却至100℃，采用中频电源全断面加热焊接接头至轨头焊缝踏面峰值温度为930℃，红外测温仪自动采集踏面温度到温后的信号并立即自动关闭加热电源开关。然后再840℃开始对踏面喷风冷却，采用喷风装置加速风冷加热到温后的焊接接头踏面加热区域，喷风口距离踏面45mm，喷风风压0.19MPa。采用红外测温仪自动采集和监控踏面温度，当焊缝踏面温度风冷降至终冷温度为410℃时，自动关闭风冷装置，避免钢轨出现高淬硬性的马氏体组织，随后焊接接头进行自然冷却至室温。
图1是本实施例中钢轨焊接接头空冷的踏面5.0mm处纵断面硬度分布图。硬度分布图采用布维硬度计以2mm为间隔进行测试，得到的数据使用EXCLE作图。
从图2中可以看出，以焊缝的中心为基准，136RE+SS热处理钢轨接头左侧软化区宽度为10.0mm，右侧软化区宽度为11.5mm，满足澳标中软化区宽度的要求。
本实施例得到的焊接后的钢轨可以达到铁标的连续15支移动闪光焊接接头通过落锤检验的最终目的。其中，第1锤不断的挠度为7.9mm，第2锤不断的挠度为15.9mm。
钢轨焊接接头的疲劳试验、拉伸试验、静弯试验的结果分别于表2、表3和表4中。
表1焊接控制参数
实施例2
136RE+SS热处理钢轨在采用移动钢轨闪光焊机的焊接时，第一阶段闪平的焊接热输入量在2.2MJ，位移量在0.7mm，持续时间在24.8s范围内控制。第二阶段脉动的焊接热输入量在6.1MJ以内，位移量在4.0mm，持续时间60.0s范围内。第三阶段加速烧化的焊接热输入量在0.6MJ以内，位移量在12.0mm，持续时间26.0s范围内。第四阶段顶锻的焊接热输入量在0.1MJ以内，位移量在16.3mm，带电顶锻时间在0.4s，持续时间在9.3s范围内。第五阶段保压的保压压力在30.5t，持续时间14.5s范围内。总的控制焊接总热输入量在9.0MJ、总钢轨位移量为33mm和总焊接持续时间控制在134.6s范围内的方法，达到控制焊接质量的目的。
在顶锻和推凸完成后，将上述焊接得到的钢轨焊接接头进行焊后热处理。首先钢轨焊接接头由1420℃自然冷却至120℃，采用中频电源全断面加热焊接接头至轨头焊缝踏面峰值温度为920℃，红外测温仪自动采集踏面温度到温后的信号并立即自动关闭加热电源开关。然后再810℃开始对踏面喷风冷却，采用喷风装置加速风冷加热到温后的焊接接头踏面加热区域，喷风口距离踏面45mm，喷风风压0.23MPa。采用红外测温仪自动采集和监控踏面温度，当焊缝踏面温度风冷降至终冷温度为420℃时，自动关闭风冷装置，避免钢轨出现高淬硬性的马氏体组织，随后焊接接头进行自然冷却至室温。
本实施例得到的钢轨焊接接头质量稳定，接头踏面下5mm处的纵断面硬度达到90％以上136RE+SS热处理钢轨母材性能，单侧软化区宽度均控制在20mm以内。焊接后的钢轨可以达到铁标要求的连续15支移动闪光焊接头通过落锤检验的最终目的。
钢轨焊接接头的疲劳试验、静弯试验的结果分别列于表2和表4中。
实施例3
136RE+SS热处理钢轨在采用移动钢轨闪光焊机的焊接时，第一阶段闪平的焊接热输入量在2.2MJ，位移量在0.9mm，持续时间在24.8s范围内控制。第二阶段脉动的焊接热输入量在5.8MJ以内，位移量在5.6mm，持续时间60.0s范围内。第三阶段加速烧化的焊接热输入量在0.5MJ以内，位移量在12.5mm，持续时间26.0s范围内。第四阶段顶锻的焊接热输入量在0.1MJ以内，位移量在16.4mm，带电顶锻时间在0.4s，持续时间在7.5s范围内。第五阶段保压的保压压力在30.1t，持续时间14.3s范围内。总的控制焊接总热输入量在8.6MJ、总钢轨位移量为35.4mm和总焊接持续时间控制在132.6s范围内的方法，达到控制焊接质量的目的。
在顶锻和推凸完成后，将上述焊接得到的钢轨焊接接头进行焊后热处理。首先钢轨焊接接头由1380℃自然冷却至室温，采用中频电源全断面加热焊接接头至轨头焊缝踏面峰值温度为900℃，红外测温仪自动采集踏面温度到温后的信号并立即自动关闭加热电源开关。然后再830℃开始对踏面喷风冷却，采用喷风装置加速风冷加热到温后的焊接接头踏面加热区域，喷风口距离踏面50mm，喷风风压0.25MPa。采用红外测温仪自动采集和监控踏面温度，当焊缝踏面温度风冷降至终冷温度为440℃时，自动关闭风冷装置，避免钢轨出现高淬硬性的马氏体组织，随后焊接接头进行自然冷却至室温。
本实施例得到的钢轨焊接接头质量稳定，接头踏面下5mm处的纵断面硬度达到90％以上136RE+SS热处理钢轨母材性能，单侧软化区宽度均控制在20mm以内。焊接后的钢轨可以达到铁标要求的连续15支移动闪光焊接头通过落锤检验的最终目的。
钢轨焊接接头的疲劳试验、静弯试验的结果分别列于表2和表4中。
实施例4
136RE+SS热处理钢轨在采用移动钢轨闪光焊机的焊接时，第一阶段闪平的焊接热输入量在2.1MJ，位移量在1.4mm，持续时间在24.9s范围内控制。第二阶段脉动的焊接热输入量在5.9MJ以内，位移量在6.2mm，持续时间59.9s范围内。第三阶段加速烧化的焊接热输入量在0.6MJ以内，位移量在10.5mm，持续时间26.1s范围内。第四阶段顶锻的焊接热输入量在0.1MJ以内，位移量在16.7mm，带电顶锻时间在0.4s，持续时间在4.2s范围内。第五阶段保压的保压压力在28.0t，持续时间14.4s范围内。总的控制焊接总热输入量在8.7MJ、总钢轨位移量为34.8mm和总焊接持续时间控制在129.5s范围内的方法，达到控制焊接质量的目的。
在顶锻和推凸完成后，将上述焊接得到的钢轨焊接接头进行焊后热处理。首先钢轨焊接接头由1500℃自然冷却至200℃，采用中频电源全断面加热焊接接头至轨头焊缝踏面峰值温度为910℃，红外测温仪自动采集踏面温度到温后的信号并立即自动关闭加热电源开关。然后再800℃开始对踏面喷风冷却，采用喷风装置加速风冷加热到温后的焊接接头踏面加热区域，喷风口距离踏面30mm，喷风风压0.10MPa。采用红外测温仪自动采集和监控踏面温度，当焊缝踏面温度风冷降至终冷温度为420℃时，自动关闭风冷装置，避免钢轨出现高淬硬性的马氏体组织，随后焊接接头进行自然冷却至室温。
本实施例得到的钢轨焊接接头质量稳定，接头踏面下5mm处的纵断面硬度达到90％以上136RE+SS热处理钢轨母材性能，单侧软化区宽度均控制在20mm以内。焊接后的钢轨可以达到铁标要求的连续15支移动闪光焊接头通过落锤检验的最终目的。
钢轨焊接接头的静弯试验的结果列于表4中。
表2疲劳试验结果
表3拉伸试验结果
表4静弯试验结果
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
第一锤不断挠度/mm 7.9 8.8 8.5 8.0
第二锤不断挠度/mm 15.9 17.0 17.0 16.4
疲劳次数/万次 >201.2 >201.1 >201.2 /

Claims (4)

1.136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法，其特征在于：包括闪平阶段、脉动阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段和保压阶段，焊接过程中焊接的总热输入量为9.0MJ，焊接的总持续时间为134.6s，总钢轨位移量为33mm，其中闪平阶段的焊接热输入量为2.2MJ，钢轨位移量为0.7mm，持续时间为24.8s；脉动阶段的焊接热输入量为6.1MJ，钢轨位移量为4.0mm，持续时间为60s；加速烧化阶段的焊接热输入量为0.6MJ，钢轨位移量为12.0mm，持续时间为26.0s；顶锻阶段的焊接热输入量为0.1MJ，钢轨位移量为16.3mm，持续时间为9.3s；保压阶段的持续时间为14.5s。
2.如权利要求1所述的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法，其特征在于：保压阶段的保压压力为25t-35t。
3.如权利要求1所述的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法，其特征在于：焊接完成后对钢轨焊接接头进行热处理。
4.如权利要求3所述的136RE+SS热处理钢轨移动闪光焊接的方法，其特征在于：热处理时将焊接得到的待冷却的钢轨焊接接头进行第一次冷却至400℃以下，将第一次冷却后的钢轨焊接接头加热至860℃-940℃，然后进行第二次冷却至钢轨焊接接头的踏面温度为410℃-450℃。
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