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。     

热处理对高强度铝-锂合金焊接接头耐蚀性能的影响

业已确定,在对工件焊接后进行充分热处理(淬火——人工时效)的条件下才能使其获得最高的强度性能。由摩擦搅拌焊方法焊成的工件焊接接头的热处理可使不均匀组织得以减少,并可消除热影响区的软化现象。焊后的热处理规范事实上对非金属无机涂层的保护性能不产生影响。也不存在涂覆有阳极氧化以及化学氧化涂层的焊接接头的晶间腐蚀倾向。     

U71MnH钢轨接头焊后热处理硬度和组织不合格原因分析

钢轨闪光焊后需要对接头进行焊后热处理,提高接头韧性。目前,国内焊轨基地焊后热处理均采用固定风压和喷风距离来降温,通过喷风时间控制接头硬度和组织,环境温度、湿度对接头的硬度及组织影响较大。环境温度低、湿度较大时,有可能出现马氏体组织,反之,又可能造成接头硬度不够。通过控制焊后热处理喷风终冷温度,可避免环境温度、湿度等波动对接头性能的影响,保证接头硬度和组织满足标准要求。     

各种表面处理与高频感应加热的复合处理

用于机械零件的各种表面处理是改变材料表面特性或赋予表面新功能、提高零件综合机械性能如降低摩擦、磨损以及改善疲劳强度的方法。而高频感应加热淬火是对工件一定深度的表面进行强化,可使其获得高强度、高耐磨性和高韧性的综合性能。如工件表层上可形成马氏体致密金属组织,产生压缩残余应力而获得表面强化。若单独使用上述两种方法进行处理,则在功能的提高上有一定局限。为进一步提高功能、赋予材料高附加价值,组合表面处理与高频淬火等的复合处理是一种可期待的热处理新技术。文章例举了几种表面处理或表面改性与高频淬火的复合处理的原理和应用效果。     

新型高频淬火及表面强化技术与应用

高频淬火是利用高频电流快速加热工件表面并实施迅速淬火的金属热处理工艺,将快速加热与淬火冷却相结合,只对距工件表面一定深度的部位进行强化,工件中央部位基本上保持处理前的组织和性能,从而获得高强度、良好耐磨损性及高韧性的综合性能。研究人员已在铁道车辆车轴、汽车齿轮及曲轴等零部件上成功应用这一工艺,取得了显著的经济及技术效益。研究表明,高频淬火是一项值得借鉴并推广的高效、环保的热处理工艺。介绍了新型高频淬火工艺的原理,提高工件疲劳强度的机理和具体方法,以及对曲轴和转向小齿轮等部件进行表面强化的应用实例。     

机车柴油机凸轮轴表面激光强化工艺研究

对机车柴油机凸轮轴的表面激光强化工艺进行了研究,总结出从激光数控装置、工件材料、工件表面状态、激光扫描轨迹等方面入手来提高激光表面强化效果的经验。并经台架试验证明,只需用1.5 kW中小型CO_2激光加工机,就能在球墨铸铁材料凸轮轴上,使其激光表面的硬化层深度达到1.18 mm、硬度达HRC58-62以上,消除了过去使用20Cr等金属钢凸轮轴时经常出现的早期蚀点、划伤等现象。     

不锈钢车体板材搭接与对接激光焊接接头的拉伸断裂行为研究

用1.5mm厚、牌号为301L-DLT、301L-HT的不锈钢冷轧板分别制备搭接部分熔透、无填料对接的激光焊接试件以研究焊缝结构对断裂行为和机械性能的影响。试件激光焊缝的金属柱状晶直径为10~20μm,金相组织为γ奥氏体和少量δ铁素体;焊缝平均硬度为HV 215。实验结果显示:试件的热影响区很窄,晶粒尺寸为20~30μm;301L-HT板材的搭接接头断裂模式为外板拉伸断裂,对接接头为焊缝断裂,2种接头的断裂变形都较小;301L-DLT板材的搭接接头表现为焊缝拉-剪断裂,对接接头为板断裂,2种接头的断裂变形都很大;301LDLT板材焊件的断裂强度略高于301L-HT板材的同类焊件,同一板材的对接接头断裂强度高于搭接接头;301L板材的激光焊缝柱状晶金属的抗弯性能优异,抗拉强度超过800MPa。     

对欧洲和我国钢轨闪光焊标准中主要指标的分析与研究(上)

在介绍国内外钢轨闪光焊现状的基础上,从宏观形貌、微观组织和力学方面比较钢轨焊态接头和正火热处理接头性能。从焊态接头静弯试验、宏观、微观3个方面,介绍EN 14587 (所有部分)《铁路应用轨道钢轨的闪光对接焊》对接头的检验要求。从正火热处理接头落锤试验、宏观、微观3个方面,介绍TB/T 1632.2—2014《钢轨焊接第2部分:闪光焊接》对接头的检验要求。通过对2项标准的分析对比认为,欧洲标准中的静弯试验检验方法和指标制定得较为合理,但试验时需要设定温度范围,才能保证试验结果可靠;我国标准中的落锤试验检验结果与试件温度关系密切,试验时达到上限温度,试验结果更容易通过;我国标准中的静弯指标偏低,应适当调整;欧洲标准要求R350HT焊接接头不允许存在马氏体,实际很难避免,建议通过限制马氏体数量来控制接头质量;我国标准中的微观组织检验方法和指标建立在热处理接头条件下,出现马氏体的概率很低,制定得较为合理。     

对欧洲和我国钢轨闪光焊标准中主要指标的分析与研究(下)

在介绍国内外钢轨闪光焊现状的基础上,从宏观形貌、微观组织和力学方面比较钢轨焊态接头和正火热处理接头性能。从焊态接头静弯试验、宏观、微观3个方面,介绍EN 14587(所有部分)《铁路应用轨道钢轨的闪光对接焊》对接头的检验要求。从正火热处理接头落锤试验、宏观、微观3个方面,介绍TB/T 1632.2—2014《钢轨焊接第2部分:闪光焊接》对接头的检验要求。通过对2项标准的分析对比认为,欧洲标准中的静弯试验检验方法和指标制定得较为合理,但试验时需要设定温度范围,才能保证试验结果可靠;我国标准中的落锤试验检验结果与试件温度关系密切,试验时达到上限温度,试验结果更容易通过;我国标准中的静弯指标偏低,应适当调整;欧洲标准要求R350HT焊接接头不允许存在马氏体,实际很难避免,建议通过限制马氏体数量来控制接头质量;我国标准中的微观组织检验方法和指标建立在热处理接头条件下,出现马氏体的概率很低,制定得较为合理。     

机车车辆热处理工艺（待续）

1什么是高频和中频淬火?有何特点与用途? 感应加热时,在工件内产生的涡流分布是不均匀的,主要集中在表面层.频率越高,涡流集中的表面层越薄,这种现象称为"集肤效应".把工件放入相应的感应器中,当感应器接通适当频率的电流时,则工件表面产生感应电流,并被快速加热.达到淬火温度后,立即冷却,工件表面层即被淬火,获得细针(或稳针)状马氏体组织.这种方法称作感应加热表面淬火.     

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。     

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。     

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%。     

球墨铸铁QT500-7电弧冷焊工艺研究

利用火焰喷焊和手工涂敷两种方法在球墨铸铁表面预置镍基合金过渡层,后采用镍铁焊条大电流连续焊接。分析了镍基合金过渡层与母材的结合情况和焊接接头的金相组织及硬度分布,结果表明:过渡层与母材结合良好,喷焊过渡层的焊接接头热影响区基本无白口及淬硬组织,接头宏观硬度低于HB210,可满足机加工要求,喷敷镍基合金过渡层是一种可行的焊补铸铁的方法。     

监控热处理工艺以改进焊接质量

对焊前和焊后的热处理加以控制可显著影响焊缝金属组织的特性.焊接较之其他制造工艺方法,更是将零件置于温度快速极端变化的环境之下.因此,在焊接时会导致裂纹的产生.本文将讨论裂纹产生的原因、所使用的防止裂纹产生的方法以及在各种不同的条件下怎样才能生产出满意的无裂纹焊接接头的方法要点.     

激光相变硬化道岔直护轨的试制和铺设

采用激光相变工艺,可在钢轨表面形成0.8 mm 的激光相变硬化层,表面硬度约为基体硬度的3倍;激光相变硬化层由面层到基体分为表面过热区、均匀相变区和过渡区,显微组织多为细晶马氏体结构;激光相变硬化摩擦试件有较低的摩擦系数和较好的耐磨性.本文介绍了3组激光相变硬化道岔直护轨的试制和铺设情况,经连续16个月的观测,运行状态良好,维修方便,耐磨性好,比普通护轨使用寿命延长一倍.     

超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

为提高转向架焊接构架焊接接头的超高周疲劳性能,分别采用不同冲击参数和冲击方式下的超声冲击和机械打磨,处理动车组转向架用SMA490BW钢的焊接接头,并利用超声疲劳试验系统测试处理前后焊接接头的超高周疲劳性能。通过残余应力测试、金相组织和断口形貌观察,分析用超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明:在330 MPa应力条件下原始焊态接头的平均疲劳寿命约为0.252×107周次,经机械打磨后疲劳寿命可提高至1.232×107周次,提高约5倍;在2.0A冲击电流下对焊趾及焊根处进行20min的局部超声冲击后,其疲劳寿命可达4.978×107周次,提高约20倍;残余压应力的引入、表层晶粒的细化和焊趾外形的修整是焊接接头疲劳性能得到提高的主要原因;焊接接头经过超声冲击强化后,疲劳裂纹的萌生位置可能从焊趾或焊根处转移到材料表面其他缺陷处。     

钢轨闪光焊接头重伤原因分析

针对线路出现的一起钢轨闪光焊接头重伤,采用超声波探伤、扫描电镜、金相分析等方法,分析该接头重伤原因。分析结果表明:在距轨头颚部表面约3 mm处焊缝两侧存在多处不规则微裂纹,其产生原因与推凸过程中温度过低,推凸时受到的表层金属阻力过大有关;热影响区轨头外部晶粒明显粗于轨头心部,接头焊后热处理时轨头心部温度未达到(900±20)℃,焊缝晶粒没有得到进一步细化。     

基于焊接的UIC900A及U75V钢轨钢的连续冷却特性

模拟钢轨焊接及焊后热处理工况,采用热膨胀方法分别测定UIC900A及U75V钢轨钢的连续冷转变曲线(CCT曲线)。通过对UIC900A及U75V钢轨钢连续冷却特性的分析和比较,结果表明:当模拟焊接的奥氏体化温度为1 300℃和冷却速度小于1.5℃.s-1时,这2种钢轨钢的组织均为珠光体,并且在正常情况下焊接后直接空冷也都不会出现马氏体组织,这时UIC900A和U75V钢轨钢的硬度分别达到329 HV和354 HV;当模拟焊后热处理的奥氏体化温度为900℃和冷却速度为0.5℃.s-1时,这2种钢轨钢的硬度均为300 HV左右。UIC900A钢轨钢可直接空冷,U75V钢轨钢则需用冷却速度为1~2℃.s-1的喷风软淬火,以使其硬度达到320~350 HV左右。     

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。