钢轨闪光焊接工艺研究

Ａ汽车ｓ轨道交通　ｆ１　ｕｔｏｍｏｂｉｌｅ＆Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　钢轨闪光焊接工艺研究　北车（北京）轨道装备有限公司　（１０２２０２）　姜丽丽智学元洪保麒　１．概述　钢轨闪光焊接作为一项技术含量高、工艺难度　大的铁路道岔制造专有工艺，直接体现着道岔生产　厂家的加工水平。公司本着技术发展的需要，展开　了Ｕ７５Ｖ　６０ｋｇ／ｍ钢轨闪光焊接工艺研究。通过工艺　试验研究，完成Ｕ７５Ｖ材质的６０ｋｇ／ｍ钢轨闪光对焊　的形式试验，焊接出符合ＴＢ／Ｔ　１６３２－－２００５《钢轨焊　接》要求的６０ｋｇ／ＩＴＩ钢轨焊头，为制定Ｕ７５Ｖ材质的　６０ｋｇ／Ｉｌｌ钢轨闪光对焊工艺和接头正火工艺提供可靠　依据。　２．试验研究过程　（１）研究内容进行Ｕ７５Ｖ材质的６０ｋｇ／ｍ钢　轨形式试验；研究各焊接参数对接头质量的影响；　研究热处理工艺及热处理设备对接头质量的影响，　并确定正火工艺；研究喷风冷却工艺参数对接头　质量的影响，并确定喷风参数；验证焊接设备、　辅助设备、检验设备及工装对钢轨焊接及检验的　可靠性。　（２）依据标准ＴＢ／Ｔ　１６３２．１＿２０Ｏ５《钢轨焊　接》第１部分的通用技术条件；ＴＢ／Ｔ　１６３２．２＿２００５　《钢轨焊接》第２部分的闪光焊接。　（３）试验过程　首先，试验材料为包钢产　６０ｋｇ／ｍ钢轨，材质为Ｕ７５Ｖ，钢轨质量符合ＴＢ／Ｔ　２３４４（４３～７５ｋｇ／ｍ热轧钢轨订货技术条件》的　要求。　其次，焊接采用ＧＡＡ１００／５８０闪光对焊机；热　处理采用中频感应加热器；主要检测设备有：智能　型电液伺服３０００ｋＮ钢轨静弯试验机、１５ｍ落锤试　验机和弯曲疲劳试验机、钢轨焊接接头超声波探　伤仪。　最后，进行设备验证、调试焊接参数、试件焊　接、焊缝区清理打磨、正火试验、探伤及力学性能　４４　磊　工　检测等工序。　３．试验研究结果及分析　按ＴＢ／Ｔ　１６３２．２的规定进行试验要求的各种　检测。　（１）外观经钢轨接头静弯和疲劳试件外观检　测，轨顶面及轨头侧面的平直度分别≤０．２ｒａｍ、　０．３ｍｍ，轨底面的平直度均≤１．０ｍｍ，轨头和轨底上　下圆角及轨颚部位均打磨圆顺，母材打磨深度　≤０．５ｍｍ，满足技术条件的要求。　（２）探伤经超声波探伤检测，所检焊接接头　都未出现未焊透、过烧、裂纹和夹渣等缺陷，符合　标准要求。　（３）力学性能试验第一，弯曲试验在智能型　电液伺服３０００ｋＮ钢轨静弯试验机上进行，支座间距　ｌｍ。共做了１５根试件静弯试验，结果如表１所示。　从中可以看出焊接接头承受静弯能力完全满足标准　要求，并有较大的富裕量。　表１静弯试验结果　受力　标准要求　试件　破断载荷　挠度　断口　状态　／ｋＮ　编号　／ｋＮ　情况　４．２Ｏ一５　１８９６　４５．１　未断　４．２４一ｌ　１８７５　５Ｏ．０　未断　４．２４—２　ｌ８７３　５０．１　未断　４．２４—３　１８９６　５Ｏ．０　未断　４．２４—４　１８７７　５Ｏ．２　未断　轨头　４．２４—５　１８８０　５０．１　未断　≥１４５０　受压　４．２４—６　１８９６　５０．０　未断　５．６—１　１８０３　５０．１　未断　５．６—２　１８７６　５Ｏ．Ｏ　未断　５．６—３　ｌ８２０　５０．Ｏ　未断　５．６—４　ｌ８９４　５０．１　未断　５．６—５　１８５５　５０．０　未断　广１　Ａ汽车ｓ轨道交通　ｕｔｏｍｏｂＵｅ＆Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　册１，　（续）　受力　标准要求　状态　／ｋＮ　验机上进行的。试验采用三点弯曲加载方法对试件　进行疲劳试验。试件长１．６０ｍ，轨头向上，加载点在　焊缝处，轨底受拉，载荷比为０．２，加载频率为　５Ｈｚ，疲劳次数达２００万次，３个试件的焊接接头均　完好无损。　表２冲击试验结果　类别　接头正火喷风冷却　母材　试件　编号　４．２Ｏ一６　破断载荷　／ｋＮ　１５９７　挠度　断口　情况　２６．Ｏ　未断　轨头　受拉　≥ｌ３００　５．６—６　５．１８—６　１５９７　ｌ５９８　２７．０　２６．５　未断　未断　第二，冲击试验，落锤高度为３．１ｍ，锤重　１０００ｋｇ，支座间距１ｍ，每个试件锤击两次，达到了　２５个试件连续不断的要求。锤击两次后的最小挠度　２２ｍｍ，最大挠度２５ｍｍ。本次试验仅有５个试件锤　击三次断裂，其余２Ｏ个试件锤击三次均无断裂，还　有１６个试件增加５．２ｍ锤击两次仍未断裂，显示出　接头具有较好的韧性储备。断口均无肉眼可见的裂　取样部位　试样编号　常温Ａ　／Ｊ　试样编号　常温Ａ　／Ｊ　１　２　２ｌ　２２　２ｌ　２２　２１　ｌ５　轨头　３　４　５　６　１６　１７　９　９　２３　２４　２５　２６　１５　２３　１１　１０　纹、过烧、未熔透、气孔及夹渣等缺陷，仅个别试　件有少量不超标的灰斑，所检断Ｉ＝１均为合格。　轨腰　７　８　９　１０　６　１９　２１　１６　１５　２７　２８　２９　３０　３Ｉ　８　１８　１２　１２　１１　除此之外，进行另一冲击试验，结果如表２所示。　冲击试验结果表明，接头正火喷风冷却的焊缝平　均冲击吸收能量为１６．２Ｊ，与母材平均冲击吸收能量　１４．２Ｊ相比，提高了１４．１％，更是达到了标准规定　（／＞６．５Ｊ）的２１８．５％。这是由于接头经正火处理后，　平均值　轨底　１１　１２　２３　３２　１４　１６．２　１４．２　组织得到了细化，使焊缝的韧性得到了显著提高。　第三，疲劳试验是委托中国铁道科学研究院金　属及化学研究所在ＰＭＳ－－５００屏显式液压脉动疲劳试　第四，硬度试验采用了焊接接头正火喷风冷却　方式，其轨顶面硬度和纵断面硬度检测结果如表３、　图１、图２所示。　表３硬度测试结果　日　件号　３．２１—１４　部位　轨顶面　轨头　３．２１一ｌ５　纵断面　轨腰　Ｈｌ　Ｈｌ／Ｈ　ｎｊＩ／Ｈｐ　ＨＲＡ　最高硬度　Ｗ／ｍｍ　ＨＢＷ　冷却方式　ＨＲＡ　ＨＲＡ　接头　正火　喷风　３０１．Ｏ　３０．２　２９．１　３１１．９　３１．１　２８．９　１．０３６　１．０３０　０．９９２　０．８９４　０．８９３　２７．Ｏ　２６，Ｏ　Ｏ　５　５　３３１　３６．５　３２．５　轨底　标准　冷却　３１．５　３２．４　１．０２８　０．８８２　２７．８　１Ｏ　３６．５　速度＞２００ｋｍ／ｈ的线路：１．０５≥ｎｊ／ＨＰ＞－０．９５，ｎｊ１／Ｈ，ｉ＞０．８　要求　速度￣＜２００ｋｍ／ｈ的线路：　／　／＞０．９，　。／Ｇｉ＞０．８　注：Ｈ　为母材硬度平均值；／４，为接头硬度平均值；　。为接头软点硬度平均值；Ｗ为软化区宽度。　从表３可看出，焊接接头经加热喷风冷却后，　轨顶面和纵断面各部位的硬度指标均达到了标准　要求。　图１　轨顶面硬度试块形貌　图２断面硬度试块形貌　参霭　工　热加　驾篓复　．　至要磊　竺　Ａ汽车ｓ轨道交通　１　ｕｔｏｍｏｂＵｅ＆Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　ｌｎｄｕｓｔｒｙ　第五，拉伸试验结果如表４所示。　表４拉伸试验结果　取样部位　试样编号　１１　Ｒ　／ｌＰａ　１０２０　Ａ　ｆ％、　１３　取样部位　试样编号　１　Ｒ　／ＭＰａ　１２００　Ａ　ｆ％）　７．５　母材／轨头　１２　１３　１４　１０５０　１０４０　９５０　１２．５　１３　ｌ３　喷风冷却／轨头　２　３　４　１０７０　１０８０　９６５　１４　１０　６　母材／轨腰　ｌ５　１６　ｌ７　９７０　９４５　１０４０　１２．５　１３　１２．５　喷风冷却／轨腰　５　６　７　９５０　９６５　ｌ１００　７．５　８　１０　母材／轨底　１８　１９　１０５０　１０３０　ｌ２　１３　喷风冷却／轨底　８　９　１１１０　１０８０　７　１１　平均值　标准要求　１０１１　≥９８０　１２．７　≥９　平均值　标准要求　１０５８　≥８８０　９　≥６　表４显示，接头经加热喷风冷却后，接头的抗　符合标准要求。　４．结语　拉强度Ｒ　平均值为１０５８ＭＰａ，断后伸长率Ａ平均值　为９．０％；与母材相比，强度略有提高，塑性略有下　本次焊接工艺试验确定的焊接参数稳定可靠，　焊接接头各项技术性能均达到了ＴＢ／Ｔ　１６３２．２的要　求，可按试验确定的焊接参数进行产品的批量　生产。ＭＷ　（２０１２０２２３）　电Ｇ乜雷乜雷　降。经加热喷风冷却后，接头的抗拉强度　平均值　和断后伸长率Ａ平均值分别超过标准规定２０．２％和　５０％，显示出接头的强塑性有较多的储备。　第六，显微组织检测。焊缝和焊接热影响区的　显微组织皆为细片状珠光体加少量网块状铁素体　（见图３、４），均未出现马氏体、贝氏体和魏氏组织，　ＡＢＢ机器人为阿斯顿・马丁　“增光添彩”　４台挂壁式ＡＢＢ　ＩＲＢ　５５００机器人进驻阿斯顿・马　丁，承担起面漆和罩光漆喷涂任务，力助该品牌提升　车辆涂装品质。这批机器人工作范围广，适合整车涂　装，喷涂范围涵盖底盘和前后保险杠。　图３焊缝区金相组织　“ＩＲＢ　５５００是整车喷涂的理想机型。”ＡＢＢ机器人　英国分部客户经理Ｒｏｂｅｒｔ　Ｌｏｗ介绍说，“在同类机器人　中，ＩＲＢ　５５００的工作范围最长，配合完美的高精度路　径和ＡＢＢ静电式旋杯雾化器，实现了整车表面的均匀　涂覆，达到了稳定一致的高涂装品质，并最大限度地　降低了涂料消耗。”　ＡＢＢ集成工艺系统，即闭环过程系统ＩＰＳ实现了　机器人动作与喷涂过程控制两者间的精准协调，进一　步确保涂装质量的最优化。　图４热影响区金相组织　（ＡＢＢ公司）　４６　荔荔　参磊　…