钢轨移动闪光焊感应热处理装置及工艺研究

采用中频IGBT电源,结合钢轨特殊断面热处理要求,设计可开合式双匝单股仿型感应线圈对现场移动闪光焊焊接接头进行热处理,感应加热线圈采用水冷,各附件温升合理。本套感应加热装置体积小,结构紧凑,可装置于四轴移动闪光焊机机头,装配出移动闪光焊机与焊后热处理一体机。本一体机可实现钢轨一次夹持完成焊接、焊后热处理两道工序,不仅有效减少现行设备体积,提高钢轨焊接工作效率,而且可实现钢轨全断面均匀加热,轨头和轨脚温差小于50℃。对焊后热处理接头进行试验结果表明,经该套中频感应正火处理装置热处理后的焊缝硬度和金相显微组织与母材匹配良好,有效细化钢轨焊接接头金相显微组织,提高了钢轨焊接接头的冲击吸收功。经热处理后的焊接接头力学性能指标符合标准要求。     

钢轨电渣焊接方法及工艺研究

分析总结钢轨电渣焊接应用情况、技术特点、基本工艺参数及焊接难点。制定和完善钢轨电渣焊接技术方案,并进行焊接试验和接头取样力学性能分析。研究结果表明:采用双管熔化极电渣焊和仿钢轨截面的水冷铜模具,并通过摆动保证轨底两侧熔宽,导致轨腰轨头无弧过程非常稳定,可稳定实现钢轨全断面一次成型焊接;钢轨电渣焊接头冲击功和拉伸性能都能达到TB/T 1632—2014《钢轨焊接接头技术条件》中闪光焊接头的冲击性能要求,但是略低于闪光焊接头,明显高于铝热焊接头;接头焊缝中心硬度略偏高,焊缝中心组织粗大;在两侧热影响区有2 mm左右的软化区。     

重载铁路钢轨焊接接头磨耗特征研究

本文对重载线路钢轨焊接接头与母材相对磨耗进行了测量与分析,测量结果分析表明,热处理钢轨焊接接头相对磨耗明显大于热轧钢轨,且钢轨强度越高,磨耗越严重;铝热焊接头磨耗明显大于闪光焊.影响焊接接头不均匀磨耗的主要因素是接头部位的硬度;对接头磨耗与硬度关系的分析表明,钢轨焊接接头(含软化区)平均硬度与母材接近相等时,接头与母材磨耗量也大致相当,此时,接头热处理区(或焊缝及热影响区)硬度约为母材的1.05倍.建议在重载铁路条件下,对于高强度热处理钢轨的焊接应分情况处理:铝热焊应进一步提高焊缝硬度,闪光焊应进一步优化接头热处理工艺.     

钢轨闪光焊接轨头焊缝缺陷分析

通过对钢轨闪光焊接头样品的超声波探伤检查和钢轨接头轨头受拉静弯试验,分析断口微观形貌和疲劳源区能谱、剖面显微组织和剖面形貌及能谱,提出钢轨接头焊缝未焊合缺陷构成疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展产生钢轨接头大面积核伤和钢轨闪光焊接头轨顶面下10～15mm附近容易出现焊缝未焊合缺陷等结论;提出铺设前对新焊接钢轨接头焊缝进行全断面超声波探伤检查、研究开发现场焊接接头热处理中频感应加热方式、优化焊接工艺参数和调整检验规则等建议。     

U75V钢轨移动闪光焊焊后热处理工艺研究

钢轨经闪光焊焊接以后,焊缝区域脆性增大,影响到无缝线路的使用性能和寿命,因而需进行焊后热处理。针对U75V钢轨采用连铸技术后与以往模铸生产时性能的差别,对其接头焊后热处理工艺进行了研究,提出了最佳工艺参数:感应加热温度(880±20)℃,加热时间>120 s,喷风压力0.12～0.15MPa,喷风时间150 s。此时接头全断面平均冲击功23.5 J,接头轨面硬度与母材的比值为0.975,轨底侧晶粒度9级,焊接接头的性能得到了全面的提高。     

热处理冷却工艺对U78CrV钢轨焊接质量的影响

为分析U78CrV钢轨闪光焊接接头的缺陷成因,设计4组不同的热处理冷却工艺,对每组工艺接头进行超声波探伤、磁粉探伤、显微组织分析、电镜分析、纵断面硬度测试及软化区宽度检验。结果表明:在接头热处理冷却工艺中,冷却速度过快容易导致出现马氏体组织和裂纹缺陷;喷风使接头全断面温度降至200℃以下后,接头遇水不会产生裂纹缺陷。焊轨基地冬季焊接U78CrV钢轨时,应当特别关注接头热处理后可能接触的环境温度。     

重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究

通过对重载铁路钢轨伤损的现场调查分析,确定出钢轨伤损的主要类型和规律,在此基础上提出了预防对策措施并进行了试验验证。结果表明:①在半径小于1 200 m的曲线上铺设轨面硬度大于370 HB的含铬热处理钢轨(U77 MnCr和PG4)、采用每天1次固体润滑并设置欠超高,可以减少钢轨的严重侧磨;②热塑性弹性体垫板可以增加轨道弹性,减少轨道动应力和钢轨的疲劳核伤;③在减少所用钢轨表面脱碳层深度和钢中夹杂物的基础上及时进行钢轨打磨,可有效抑制钢轨轨距角剥离掉块伤损的发展;④虽然热轧轨出现的剥离掉块深度较浅,但会在轨面外侧出现严重的深层肥边掉块,影响钢轨的安全使用,因此,重载铁路曲线下股仍应铺设高强度的热处理钢轨;⑤在优化焊接工艺和提高接头内部质量的基础上,对焊接接头采用焊后再淬火,以提高接头轨面的硬度,从而明显减少焊接接头轨面的低塌和焊接接头的伤损。     

高温电加热处理对贝氏体钢与U75V钢闪光对焊接头组织与性能的影响

通过静弯、拉伸、冲击、金相和硬度试验,对高温电加热处理前后贝氏体钢辙叉与U75V钢轨闪光对焊接头的组织和性能进行了研究。研究结果表明:高温电加热处理对焊接接头组织和硬度均匀化有良好的作用,且经过热处理后焊接接头的拉伸和冲击性能均得到一定程度改善,满足标准要求,特别是冲击性能得到了显著提高。     

U76NbRE微合金钢轨在小半径曲线上的铺设使用研究

为了考核微合金钢轨在小半经曲线上的使用性能,对60kg/mU76NbRE热轧及热处理钢轨,通过厂内闪光焊和现场气压焊后,于1995年结合线路大修,在京包上行线K466～K470铺设无缝线路试验段。试验结果表明,抗拉强度达到1060MPa及以上的U76NbRE热轧钢轨,在约450m半径曲线的外股上使用可通过总重2.2亿t以上,其使用寿命比U74热轧轨提高近1倍;轨头硬度为38HRC～40HRC的U76NbRE热处理钢轨,其使用寿命比U74热轧轨可提高4倍以上,可望超过一个大修周期(通过总重达到7亿t);经过焊后再淬火的闪光焊接头,使用中未出现接头低陷,而未经过焊后再淬火的气压焊接头,当通过总重4.2亿t时,出现1.3mm～1.5mm的低陷。综合考虑U76NbRE钢轨的焊接、热处理性能以及使用要求,建议其化学成分的质量分数调整为:C0.72%～0.80%,Si0.60%～0.90%,Mn1.00%～1.30%,Nb、RE0.02%～0.05%,P、S≤0.030%。     

钢轨固定式闪光焊接头静弯试验及与落锤试验相关性分析

为研究我国钢轨固定式闪光焊接头静弯试验的极限破断载荷及挠度水平,参考欧洲相关标准,分析了128个焊态接头的静弯试验结果;同时进行了160个接头的落锤试验,分析了静弯和落锤试验结果的相关性。试验结果表明:参考欧洲标准,96.9%的接头正压载荷1 600 k N不断,挠度全部20 mm;96.9%的接头反压载荷1 500 k N不断;相同条件下的钢轨焊接接头落锤和静弯试验结果相关性不明显;灰斑是导致接头静弯性能降低的主要原因;顶锻量11.5 mm的接头其静弯性能很好,而落锤性能较差;U71Mn轨出现灰斑的概率远大于U75V轨,但U75V轨的灰斑面积通常更大。     

钢轨焊后感应正火热处理工艺研究

针对钢轨焊接接头感应正火工艺中出现焊接接头硬度不均匀现象,通过对焊接接头硬度数据分析,改进热处理设备的喷风结构,控制加热温度与喷风冷却时间,制定了线上U71Mn钢轨的闪光焊焊后正火工艺.重点对正火工艺中难于满足的硬度要求进行了试验验证,试验结果表明,该正火工艺大幅提高了闪光焊焊接接头的硬度和韧塑性能,满足了无缝线路钢轨的使用要求.     

过共析钢轨使用性能研究

对铺设在郑州铁路局直线上和半径600~1 000 m曲线上的在线热处理过共析钢轨的使用情况进行跟踪观测。结果表明:过共析钢轨硬度高,耐磨性能好。使用1年后,铺设在直线和半径1 000 m曲线上的钢轨表面光洁,基本无伤损,铺设在半径600 m曲线上的钢轨出现鱼鳞伤和剥离掉块。钢轨闪光焊接头硬度基本满足标准要求,铝热焊接头硬度低于标准要求,使用后个别焊接接头存在低塌现象。过共析钢轨耐磨性能明显优于U75V热处理钢轨,预防性打磨可以提高钢轨在小半径曲线上的使用寿命。     

新型钢轨固定式闪光焊接头焊后热处理设备及监控系统

新型钢轨固定式闪光焊接头焊后热处理设备及配套的监控系统采用了对开式分体加热线圈、激光测距焊缝自动对中技术、自动控制温度偏差技术、质量监控系统等设计,实现了钢轨焊接接头焊后热处理过程的全自动化操作和工艺数据的监控、显示、存储和查询功能,解决了现有焊后热处理设备自动化程度低、钢轨容易磕碰加热线圈、温度测量偏差大、焊后热处理工艺参数不易追溯等问题。新型焊后热处理设备及监控系统的改进为提高焊接接头的质量提供了保障。     

槽型钢轨闪光焊接头与铝热焊接头的性能试验研究

通过试验对使用闪光焊接及铝热焊接两种方法焊接槽型钢轨焊接接头的静弯性能、疲劳性能、拉伸性能、硬度、金相显微组织等进行了测试与分析.研究结果表明:在轨头受压条件下闪光焊接头的抗压能力高于铝热焊接头;闪光焊接头在较高疲劳荷载下能经历频率5 Hz,2×106次疲劳试验仍不断裂;闪光焊接头的屈服强度及断后伸长率均高于铝热焊;闪光焊接头硬度比铝热焊更接近母材,闪光焊和铝热焊接头的软化区宽度均≤20 mm;两种焊接方法的焊缝和热影响区的显微组织未见异常,闪光焊接头的晶粒组织要细于铝热焊接头组织.闪光焊接头性能优于铝热焊,建议在城市有轨电车的建设项目中应尽可能使用闪光焊焊接槽型钢轨.     

100m定尺钢轨闪光焊方案分析

客运专线钢轨焊接采用基地焊(或厂焊),钢轨矫直、对中、精磨等手段齐全,可以有效保证焊接接头质量。25~100 m定尺轨在线上直接采用移动式闪光焊与基地固定式闪光焊比较,质量有一定差距。线上长轨条焊接可采用铝热焊、气压焊或移动式闪光焊(焊机带保压推凸功能)。100 m定尺钢轨焊接生产线应采用U形串列式布局,降低生产线长度,将生产线总长度缩短到1 000 m以内。     

火焰正火对钢轨焊接接头金相组织及力学性能的影响

对钢轨闪光焊、气压焊和铝热焊进行火焰正火处理，并进行正火、未正火接头和钢轨母材的金相组织以及力学性能的对比。结果：火争正火处理明显细化原奥氏体晶粒，闪光焊、气压焊和铝热焊接头延伸率和冲击功提高，铝热焊接头抗拉强度明显提高。经火焰正火闪光焊和气压焊接头力学性能可以达到TB／T1632－1991的要求。     

钢轨闪光焊焊接接头轨面横向裂纹成因分析

针对秦沈线17处钢轨闪光焊焊接接头轨面产生的横向裂纹,通过在伤损部位取样,分别进行洛氏硬度、金相组织和显微硬度等试验,结合焊轨生产的实际,分析裂纹形成原因。认为所检闪光焊焊接接头的裂纹起源于钢轨表面的白亮层马氏体组织,并在外力作用下扩展进入正常的珠光体组织区域,裂纹深度达到5mm。研究钢轨精磨方式与焊缝凸起之间的关系,得出:对矫直后具有明显焊缝凸起的焊接接头进行精磨时有可能因打磨中进刀量过大,引起钢轨局部机械热损伤,造成局部金属的急速高温和急速冷却,形成高硬度的脆性白亮层马氏体组织,是导致焊接接头轨面产生裂纹的根本原因。建议进一步研究钢轨焊接生产打磨工艺规范以及客运专线铁路钢轨的预打磨规范,避免钢轨及焊接接头出现马氏体组织。     

不同钢种钢轨焊接接头的力学性能研究

论述选用4种不同钢种、不同强度级别的钢轨,以及焊接方案和试验安排。对4种不同钢种钢轨焊接的闪光焊接头,按照铁道行业标准要求,采用通用焊接工艺参数对不同钢种钢轨组合的钢轨进行焊接,开展静弯、疲劳、拉伸、冲击、硬度、显微组织和晶粒度检验。检验结果表明,焊接接头全部符合铁道行业标准要求,技术上可行,有利于提高全路钢轨的使用水平。     

国内外铁路钢轨焊接标准接头力学性能检验方法对比分析

对国内外钢轨焊接标准接头力学性能:落锤、静弯、疲劳、硬度、冲击和拉伸等指标进行了分析,提出改进建议:闪光焊、气压焊接头落锤检验保留,试验温度范围提高;静弯试验加载速度上限应加以限制;疲劳试验应朝四点弯曲方向发展;冲击和拉伸检验设底线值。     

朔黄铁路曲线下股热处理钢轨剥离伤损成因分析

对朔黄铁路的5段75 kg·m^-1的U75V钢轨性能进行检验,分析伤损钢轨裂纹附近的性能。分析表明：U75V热轧钢轨母材的组织和硬度均合格,但U75V热处理钢轨的淬火层深度及横断面硬度均未满足TB/T 2635—2004的要求;显微硬度数据显示,在钢轨横断面存在较薄的硬化层;曲线下股钢轨踏面中心裂纹的深度在1.3 mm左右,并呈现不同程度的剥离掉块,与钢轨硬度分布特征有关;裂纹萌生于钢轨轨头表面塑性流变层内,裂纹起始的发展与列车运行方向成一定的锐角,出流变层后基本以垂直方向朝轨头内部扩展,到一定程度后,裂纹呈鱼钩状,以大致与列车运行的相反方向朝轨顶面扩展,最终导致剥离掉块。建议使用符合标准的热处理钢轨;对曲线钢轨及时进行大机打磨;采取措施,降低纵横向蠕滑力。