[發明專利]鋼軌鋼的閃光對焊方法

有效

• 申請號: 201080048430.0
• 申請日: 2010-10-26
• 公開（公告）號: CN102665994A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 才田健二;福地弘;堤泰伸
• 申請（專利權）人: 新日本制鐵株式會社
• 主分類號: B23K11/04
• 分類號: B23K11/04;B23K11/16;E01B11/50;E01B29/44;B23K101/26;B23K103/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張楠;陳建全

技術領域

本發明涉及鋼軌鋼的閃光對焊方法。特別是本發明涉及能夠減小高碳過共析鋼軌鋼焊接部的熱影響部、降低鋼軌的不均勻磨損及表面損傷的鋼軌鋼的閃光對焊方法。

本申請基于2009年10月30日在日本提出申請的特愿2009-251071號并主張其優先權，這里引用其內容。

背景技術

閃光對焊作為鋼鐵材料的焊接方法已廣泛普及。作為其特征，可列舉出具有可自動化、品質穩定性高、焊接時間短等優點。

采用圖1A～圖1D對閃光對焊方法的原理進行說明。

首先，如圖1A所示，分別對對置設置的作為被焊接材料的一對鋼軌鋼1A、1B，從電源3通過電極2施加電壓。與此同時，使鋼軌鋼1A沿箭頭4方向移動，使鋼軌鋼1A、1B的成為焊接面的相互的端面逐漸接近。這樣一來，局部地流通短路電流，通過電阻發熱急速地進行加熱，以至熔融。其結果是，一對鋼軌鋼1A、1B間通過熔融金屬被橋接。在該橋接部，如圖1B所示，產生電弧，熔融金屬的一部分飛濺(閃光)。另外，在產生閃光的同時通過電阻發熱和電弧發熱將端面加熱，連續地重復上述過程。將上述過程稱為閃光工序。

此外，圖1C所示的工序是在以短時間對上述閃光工序中的鋼軌鋼1A、1B的端面整面進行熱量輸入為目的的工序，稱為預熱工序。在預熱工序中，首先在使一對鋼軌鋼1A、1B強制地接觸的狀態下使大電流流通一定時間，利用電阻發熱將端面附近加熱。然后，多次重復拉開一對鋼軌鋼1A、1B的過程。

預熱工序為了有效地進行對焊接面的熱量輸入，得到縮短焊接時間的效果，采用與閃光工序組合的焊接方法。此外，由于閃光對焊在大氣氣氛下進行，因而在形成的熔融金屬部生成大量氧化物。

將閃光工序中使一對鋼軌鋼相互接近的速度稱為閃光速度。此外將閃光工序中因鋼軌鋼接近，熔融金屬飛濺而將被熔融物除去所形成的熔損量稱為閃光留量。如果在對焊接面的熱量輸入不充分的狀態下閃光速度變得過大，則不會產生電弧及熔融金屬的飛濺，接觸面積一下子增大，出現流通大電流，不連續地生成閃光的稱為冷結(freezing)的現象。該冷結生成成為阻礙彎曲性能的要因的氧化物，因此需要盡可能地回避。為了不產生冷結，對焊接面的適當的熱量輸入與閃光速度的平衡是重要的。

在通過閃光工序最終使焊接面的整面形成熔融狀態后，如圖1D所示，以大的加壓力使鋼軌鋼1A、1B的焊接面相互間急速密合，將焊接面的大部分熔融金屬排除到外部，對焊接面后方的被加熱到高溫的部分施加加壓及變形，形成接合部。將上述過程稱為頂鍛工序。

此時，焊接中生成的氧化物在被排出的同時被微細分散化，因而可降低作為阻礙彎曲性能的缺陷殘留在接合面的可能性。

通過頂鍛工序被排出到接合面外的氧化物(焊道部)在后續工序中通過熱剪切等被除去。

如此的閃光對焊由于各焊接工序可自動化、總焊接工序的合計焊接時間短到1.5～4分鐘，焊接效率高，因此在鋼軌領域作為工廠焊接法也被較多地采用。此外，通過使焊接裝置緊湊化，還被用作軌道上的現場焊接。

如上所述，閃光對焊是在通過加熱將一對鋼材端面熔化后，通過使端面相互間加壓密合來接合一對鋼材的技術。這里，閃光對焊中的被焊接材即鋼材經過從室溫加熱到熔點的升溫過程和其后的冷卻過程，因而金屬組織中產生變化。將如此的伴隨著焊接的被焊接材的組織及硬度等機械性質的變質區稱為熱影響部(HAZ)。

在求出該HAZ的范圍時，機械性質的變質區的確認需要硬度測定等費事的工序，因此多將通過微觀及宏觀觀察可比較簡易地識別為母材的范圍稱為HAZ(非專利文獻1)。在本說明書中將通過后述的微觀及宏觀觀察可識別為母材的范圍稱為HAZ。

采用高碳過共析鋼的鋼軌鋼含有0.85～1.20％的C，呈現珠光體組織。珠光體組織呈現將幾乎不含碳的稱為鐵素體的純鐵相和稱為滲碳體的碳化鐵(Fe3C)的層交替且致密地相互重疊而成的層狀結構。在生成珠光體的過程中，相變能轉換為鐵素體和滲碳體的界面能，因而形成如此的層狀組織。

這里，呈現珠光體組織的鋼軌鋼的升溫過程中的組織變化如下所述。

(1)從室溫到500℃珠光體組織未變化。

(2)超過550℃時，開始降低層狀組織的界面能的方向的結構的變化，即滲碳體的分割、球狀化。此時溫度越上升，滲碳體的球狀化越進展。

(3)珠光體組織開始從Ac1相變點的720℃附近向奧氏體組織的相變。其結果是，金屬中存在鐵素體、球狀化了的滲碳體(球狀化滲碳體)、奧氏體三相共存的溫度區。