高强韧性贝氏体钢轨接触焊工艺优化试验分析

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1、人选交通人学Ii科硕十学何论史极限，耐磨性很难有质的提高。但是铁路运输事业的发展和人们对生活质量要求的提高，又要求向更高的领域发展，早同生产出高质量的新一代钢轨。贝氏体钢轨就是在这种背景下研制出的新钢种，它是根据显微组织状态命名的。贝氏体钢具有良好的强韧性、耐磨性和使用寿命长等优点。经试验检验，贝氏体钢轨比珠光体钢轨的使用寿命延长几倍，各项机械性能指标更优秀。为此，世界各国近几年来一直致力于强韧性、耐磨性好的贝氏体钢轨研究探索，力求实现钢轨的更新换代，以率先取得全球范围的市场。英国、德国、印度等国家

2、在实验室相继取得了一些突破。由于是尖端科研项目，各国对此项目的技术资料高度保密。鞍钢与铁道部铁科院合作，在我国率先启动了“高强韧性贝氏体钢轨”研究项目，开发出这一新产品并实现批量生产。它将我国以往铁路路轨抗压强度，由900MPa提高到了1lOOMPa。该钢轨批量生产后，需要上线试验，因此其焊接性能和焊后热处理效果的好坏，直接影响到此特种钢轨的使用和推广。当前国内焊轨厂主要采用闪光焊(接触焊)方法，线上主要采用气压焊和铝热焊。由于铝热焊焊剂研制周期长，采用厂内接触焊和线上气压焊较为合适，因此研究开发此

3、钢轨的接触焊接工艺成为其能否上线试验的关键I¨。2．提高钢轨性能的有效途径根据世界各国的经验，提高钢轨性能，增强其强韧性有两个过程：(1)合金化。如英国钢铁公司加入合金元素Cr(1％)的钢轨，澳大利亚铁路含Cr—Nb—V，Cr-Mo钢轨等，通过在标准碳素钢的钢轨中添加合金元素，提高钢轨强度，增加抗磨性能，延长使用寿命12J。尽管钢轨合金化可以大幅度提高钢轨的强度，但韧性难以提高，焊接性能降低，且成本高，现在世界各国合金钢轨的应用范围越来越少17j。(2)钢轨全长热处理是近年来各国公认的提高钢轨耐磨耗

4、、抗压溃、抗剥离、抗疲劳、耐冲击等提高线路质量最有效、最经济的方法IIOl,我国铁路要求弯道半径≤1000m和重载运输线路60Kg／m及以上的钢轨尽可能实现全长热处理，而直线段则由于成本较高而采用素轨181。铁路高速重载的迅速发展，需要超高强度钢轨，即抗拉强度≥1300ⅣlPa的钢轨，我国进行全长热处理的U74、U71Mn、U75V、U76NbRe钢轨中，钢轨热处理后，U74、U7lMn的抗拉强度≥1078～lPa，U75V、PD2、U76NbRe的抗拉强度≥l176MPa，满足不了特殊地段线路的需

5、要。发展超高强度的钢轨有两个途径，一是合金化，二是微合金化加热处理12引。根据我国铁路目前状况和资源状况，借鉴外国铁路高速重载的先进经验，发展微合会化加热处理钢轨是首选。对于超高强度钢轨，利用目前使用的钢轨获得细片状珠光体贝氏体组织，来获得超高强度钢轨，如前苏联研制的高碳热处理钢轨，含碳量为0．86％---0．88％，抗拉强度达到1400MPa以上。含硼一钒的贝氏体钢轨硬度可达到450HB，抗拉强绪论度达到1619MPa，美国研究的含硅、钼贝氏体组织钢轨，硬度可达到390---460HB，抗拉强度达

6、1300---1500MPa，英国也开始研究含锰、钼元素的钢轨，其中还加入铌和铬。可见，贝氏体钢轨钢具体超高的强度和韧性，是高强度高韧性钢轨发展的方向【11】f14J。3．无缝线路的钢轨焊接技术我国铁路无缝线路发展速度较快，既有线路换轨大修基本上都采用无缝线路。秦沈客运专线，率先在新线建设时就采用无缝线路，今后将有更多的新线采用无缝线路。我国无缝线路的钢轨焊接方式主要有闪光焊(又称接触焊)，铝热焊主要采用法国、德国的铝热焊设备和焊剂，少量为国产铝热焊设备。气压焊设备主要为国产设备，目前已研制出数控技

7、术，基本消除了人为因素的影响，可使焊接质量显著提高，这三种焊接方法，由于其自身的特点，被应用于不同的场合。(1)预热闪光焊以Shllater公司的GAAS80焊机为主流机型，焊接过程中采用大功率的次级整流电源技术，恒值烧化、恒压项锻等多种闭环反馈控制方法，使钢轨以长时间短路、断路、间断式电阻预热方式来提高钢轨焊接端面的加热效率，节约能源并使钢轨焊接端面受热均匀。近年来，随着计算机控制技术和传感测试技术的发展，参数检测与质量判断技术不断完善。其过程控制主要有：恒烧化、恒顶锻、恒压力、恒速送进、恒电压、

8、恒电流等多种组合控制与质量判断技术。美国、法国拉萨公司最新开发由计算机控制的钢轨焊接检测系统，能够检测和记录钢轨焊接工作质量14J。(2)脉冲闪光焊以乌克兰巴顿电焊所研制的K型焊机为主流机型，该焊机是90年代在连续闪光焊基础上由巴顿电焊所开发出来的，没有明显短路一断路预热过程的新工艺焊机。主要采用特殊结构设计，降低三次网路阻抗，高精度、高灵敏度的液压伺服阀等新技术，按输出功率最大化控制要求，由计算机控制、柔性调节闪光全过程，适用60"--75kg／m大截面的重型钢轨焊