[發明專利]一種75kg/m、1380MPa級貝氏體鋼軌的閃光焊接工藝

在審

• 申請號: 202110659299.1
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113305407A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 高文會;趙智聰;涂占寬;王東;倪崢嶸;代韜
• 申請（專利權）人: 中國鐵道科學研究院集團有限公司金屬及化學研究所;北京中鐵科新材料技術有限公司;中國鐵道科學研究院集團有限公司
• 主分類號: B23K11/04
• 分類號: B23K11/04;B23K103/04
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 李琰

本發明提供一種75kg/m、1380MPa級貝氏體鋼軌的閃光焊接工藝，所述閃光焊包括連續的閃平階段、預熱階段、燒化階段和頂煅階段；各階段的工藝參數設置為：閃平階段和預熱階段控制時間參數，兩個階段時間合計70s±5s；所述燒化階段包括連續的初期燒化階段和加速燒化階段，控制位移參數；其中，所述初期燒化階段包括連續的四步，每步鋼軌位移2mm?2.2mm，所述加速燒化階段鋼軌位移4mm?4.8mm；所述頂煅階段控制位移參數，鋼軌位移10mm±1mm。應用本發明提供的貝氏體鋼軌的閃光焊接工藝參數焊接的接頭，能夠實現15個以上連續落錘試驗合格，接頭各項力學性能滿足上道鋪設要求。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，特別是閃光焊技術領域，具體涉及一種高抗拉強度貝氏體鋼軌的閃光焊接工藝。

背景技術

貝氏體鋼具有良好的耐磨性和抗剝離性能，從理論上講，如果用于鐵路軌道，可以提高重載鐵路鋼軌的使用壽命。但是貝氏體鋼軌在國內外僅作為無需焊接的道岔部件應用。因為沒有解決貝氏體鋼軌焊接難題，所以迄今還沒有貝氏體鋼軌無縫線路投入商業運營。

我國鐵路焊接鋼軌主要采用閃光焊接方法，在閃光焊機中完成。焊接時，兩條對接鋼軌做緩慢的相向運動，同時使電流通過兩條鋼軌的接觸表面，兩個接觸表面上細小的接觸點的電阻及其接觸表面的電弧產生熱量，將對接表面加熱，在適當時間后，對接頭施加壓力，使兩個對接表面的整個區域同時牢固結合起來。

由于表面氧化物與其他雜質成為四濺的火花被清除，不致混入焊縫內，閃光焊焊縫的可靠性高。閃光焊一般分為閃平階段、預熱階段、燒化階段和頂煅階段四個連續階段，其中燒化階段又可分為前期燒化階段和加速燒化階段。閃平階段，常溫鋼軌端面剛接通電流而被加熱，表面氧化物成為四濺的火花；預熱階段，鋼軌端面繼續被加熱；燒化階段，鋼軌端面由于高溫而被燒蝕，固態的鋼在端面部分軟化，具有一定流動性；頂煅階段，對已經完全接觸的兩個端面施加相向的壓力，使兩個對接表面的整個區域同時牢固結合起來。閃光焊一般借助閃光焊機進行。焊接時，一般一根鋼軌被焊機的固定端夾持固定，另一根鋼軌被焊機的移動端夾持；焊接過程中，焊機的移動端夾持鋼軌可以沿著鋼軌長度方向運動，實現鋼軌端面閃光加熱和頂鍛。通常，對閃平階段、預熱階段和燒化階段的工藝都僅控制時間。

我國的“高Si-高Mn”和“中Si-高Mn”貝氏體鋼軌由于合金含量高，焊接性并不理想，主要表現為以下3方面：①焊接過熱區缺陷較多。閃光焊的過熱區存在沿奧氏體晶界的成分偏析，不僅顯微組織改變，脆性增加，嚴重的區域甚至出現夾雜物或液化裂紋。②閃光焊接頭內部的焊接殘余應力高并且分布不均勻。③焊縫的韌性劇烈下降；一般情況下焊縫與母材相比韌性至少下降1倍以上，韌性優勢損失相當嚴重。因此，我國兩種貝氏體鋼軌閃光焊接頭很難達到15個接頭連續落錘試驗合格的要求。

國內對貝氏體鋼軌焊接工藝的研究主要集中在焊后回火熱處理工藝。如丁韋等認為完善回火工藝可大幅度降低焊縫水平裂紋的出現(丁韋，等.貝氏體鋼軌閃光焊接技術的研究[J].鐵道建筑，2019，59(12)：142-146)。當焊接設備一定時，控制焊接缺陷主要依靠優化焊接工藝。但是這方面的報道和披露都很少。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種75kg/m、1380MPa級貝氏體鋼軌的閃光焊接工藝。通過本發明的閃光焊接工藝，實現了連續15個接頭連續落錘試驗成功，使焊接缺陷得到有效控制，焊接接頭各項性能滿足上道鋪設的要求。

為此，本發明采用了如下的技術方案：

一種75kg/m、1380MPa級貝氏體鋼軌的閃光焊接工藝，待焊接的兩根貝氏體鋼軌采用閃光焊機，一根固定，另一根沿著鋼軌長度方向運動；所述閃光焊包括連續的閃平階段、預熱階段、燒化階段和頂煅階段；各階段的工藝參數設置為：

閃平階段和預熱階段控制時間參數，兩個階段時間合計70s±5s；