采用通用焊接工藝參數焊接不同鋼種鋼軌的試驗研究

■ 倪崢嶸　高文會

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采用通用焊接工藝參數焊接不同鋼種鋼軌的試驗研究

■ 倪崢嶸高文會

摘 要：選用3種不同鋼種、不同強度級別的鋼軌，提出焊接和試驗方案；通過落錘試驗和斷口分析，研究焊接接頭的綜合性能和缺陷，分析采用通用焊接工藝參數焊接不同鋼種鋼軌可行性及其工藝特點。采用通用焊接工藝參數焊接不同鋼種、不同強度級別的鋼軌時，建議按照《不同鋼種鋼軌焊接暫行技術要求》執行。

關鍵詞：通用焊接工藝參數；焊接；鋼種；鋼軌；落錘試驗；斷口分析

1　概述

為了實現鋼軌的等壽命匹配，降低線路維護成本，需要根據線路的具體情況鋪設相應強度等級的鋼軌。雖然在曲線地段鋪設了耐磨鋼軌，但在曲線與直線交界的地方采用鋁熱焊方法焊接不同鋼種的鋼軌。調查表明，鋁熱焊接頭的斷軌率和重傷率均高于閃光焊。為了降低鋁熱焊接頭折斷的風險，在直線、曲線、坡道地段只好鋪設相同鋼種的鋼軌。近年來我國鐵路鋼軌基地的焊接技術取得了很大進步，焊接相同鋼種鋼軌的焊接質量非常穩定，斷軌率在0.000 7%以下。研究在焊軌基地采用閃光焊接，實現不同鋼種鋼軌的焊接，對于提高我國鐵路鋼軌的使用水平具有重要意義。

在此提出一種新的焊接和鋪設鋼軌方法。根據線路的直線或曲線情況在焊軌基地配軌，為直線和曲線地段選用不同強度等級的鋼軌，配軌表示例見表1，①—⑤分別代表500 m焊接長鋼軌的首端或尾端，每根500 m的焊接長鋼軌由5根百米定尺鋼軌焊接而成，百米定尺鋼軌以A或B表示，分別代表兩個不同強度級別的鋼軌。由表1可見，在焊軌基地完成了A+A、A+B、B+B的焊接，然后按照配軌表的順序對500 m焊接長鋼軌進行裝車和鋪設。長鋼軌裝車和卸車對應線路上的直線或曲線，兩根500 m長鋼軌之間的焊接由現場移動閃光焊完成，即①+①、②+②、③+③、④+④和⑤+⑤，現場焊接的接頭都是同種鋼軌間的焊接。這樣就實現了根據線路情況鋪設相應強度等級的鋼軌，不同鋼種鋼軌間的焊接在焊軌基地完成，線路上全部都是閃光焊接頭，可實現直線、曲線地段的鋼軌等壽命匹配。

2　不同鋼種鋼軌的焊接及試驗方案

2.1鋼軌選用方案

選用包頭鋼鐵（集團）有限責任公司的3種不同鋼種、不同強度級別的鋼軌。

表1　焊軌基地配軌表示例

（1）60 kg/m U71MnG鋼軌，880 MPa級；

（2）60 kg/m U75V鋼軌，980 MPa級；

（3）包鋼60 kg/m U76CrRE鋼軌，1 080 MPa級。

2.2焊接方案

（1）焊接設備：GAAS80/580型焊機，控制系統為SWEP06。

（2）焊接參數：通用焊接工藝參數（具體參數略）。

（3）試焊的6種鋼軌組合：U71MnG+U71MnG；U75V+U75V；U76CrRE+U76CrRE；U71MnG+U75V；U75V+U76CrRE；U71MnG+U76CrRE。

2.3試驗方案

氣隙磁場箝位效應本是直流電動機獨有的磁場特征，同步電動機是沒有氣隙磁場箝位效應的。作為交流電動機的電機本體，與自控逆變器組成電動機系統之后亦存在氣隙磁場箝位效應，表明這個電動機系統也屬于直流電動機類型，即為廣義直流電動機。

對每種鋼軌組合進行25個接頭的落錘試驗和斷口檢驗。此外，對部分鋼軌組合進行參數范圍試驗，共焊接試驗165個接頭。落錘試驗前，部分接頭未進行熱處理及部分接頭未進行打磨，全部接頭都未進行超聲波探傷挑選。

落錘和斷口檢驗按TB/T 1632.1—2014的規定進行，落錘高度為5.2 m。

3　落錘及斷口檢驗結果

3.1落錘情況

對采用通用焊接工藝參數焊接的6種鋼軌組合（165個接頭）進行了焊接接頭落錘試驗，落錘試驗結果見表2，共有10個接頭被砸斷。

3.2斷口情況

對落錘試驗的所有接頭進行斷口檢驗，沒有發現冷焊口，其中85個接頭斷口沒有可見灰斑，通用焊接工藝參數焊接接頭斷口灰斑面積結果見表3，U71MnG+U76CrRE接頭斷口見圖1，U76CrRE+U76CrRE接頭斷口見圖2。

表2　落錘試驗結果　個

表3　通用焊接工藝參數焊接接頭斷口灰斑面積結果

圖1　U71MnG+U76CrRE接頭斷口

圖2　U76CrRE+U76CrRE接頭斷口

3.3小結

采用通用焊接工藝參數焊接165個接頭，包括3種鋼軌的6種組合，全部進行了落錘試驗，有10個接頭被砸斷，全部焊接接頭的斷口沒有冷焊口。試驗結果表明，盡管U71MnG、U75V和U76CrRE 3種鋼軌的化學成分不同，采用通用參數對3種鋼軌進行混合焊接，落錘試驗和斷口灰斑情況總體良好。

4　通用焊接工藝參數特點

（1）U71MnG+U71MnG鋼軌。典型的焊接工藝曲線見圖3。焊接加熱時間82～84 s；平均頂鍛量為11.0 mm，最小9.8 mm，最大12.0 mm。

（2）U75V+U75V鋼軌。典型的焊接工藝曲線見圖4。焊接加熱時間82～84 s；平均頂鍛量為8.3 mm，最小7.8 mm，最大8.7 mm。

（3）U76CrRE+U76CrRE鋼軌。典型的焊接工藝曲線見圖5。焊接加熱時間82～84 s；平均頂鍛量為8.2 mm，最小8.0 mm，最大8.6 mm。

（4）U71MnG+U75V鋼軌。典型的焊接工藝曲線見圖6。焊接加熱時間84～86 s；平均頂鍛量為9.5 mm，最小8.9 mm，最大10.5 mm。

（5）U75V+U76CrRE鋼軌。典型的焊接工藝曲線見圖7。焊接加熱時間83～85 s；平均頂鍛量為8.0 mm，最小7.0 mm，最大8.8 mm。

（6）U71MnG+U76CrRE鋼軌。典型的焊接工藝曲線見圖8。焊接加熱時間84～85 s；平均頂鍛量為9.1 mm，最小8.2 mm，最大10.1 mm。

圖3　U71MnG+U71MnG鋼軌焊接工藝曲線

圖4　U75V+U75V鋼軌焊接工藝曲線

圖5　U76CrRE+U76CrRE鋼軌焊接工藝曲線

圖6　U71MnG+U75V鋼軌焊接工藝曲線

圖7　U75V+U76CrRE鋼軌焊接工藝曲線

圖8　U71MnG+U76CrRE鋼軌焊接工藝曲線

4.1頂鍛量統計

通用焊接工藝參數焊接6種鋼軌組合的頂鍛量統計見表4。

4.2小結

采用通用焊接工藝參數焊接不同鋼種的鋼軌，其工藝特點如下。

（1）焊接時間相同，頂鍛前的閃光加熱時間是80～85 s，明顯短于目前焊軌基地焊接工藝參數的加熱時間，斷口未見冷焊口，說明通用焊接工藝參數具有較高的加熱效率。

（2）鋼軌不同，頂鍛量不同；隨著鋼軌強度級別的提高，頂鍛量減小。

（3）任何鋼軌組合的頂鍛量在1～2 mm范圍變化，對焊接質量沒有顯著影響。

表4　6種鋼軌組合的頂鍛量統計

5　結束語

為了實現線路直線與曲線鋼軌的等壽命匹配，需要分別在直線與曲線地段鋪設不同鋼種、不同強度級別的鋼軌，因此增加了鋼軌焊接的復雜性，焊接工藝必須適應鋼軌組合的多樣性；采用通用焊接工藝參數，可保證質量，便于焊接生產管理。通用焊接工藝參數的特點是適應性好，對鋼軌化學成分的變化不敏感，能夠有效控制焊接缺陷。為可靠控制焊接質量，采用通用焊接工藝參數焊接不同鋼種、不同強度級別的鋼軌時，建議按照《不同鋼種鋼軌焊接暫行技術要求》執行。

6　參考文獻

[1] TB/T 1632.2—2014 鋼軌焊接 第2部分：閃光焊接[S].

倪崢嶸：中國鐵道科學研究院，碩士研究生，北京，100081

高文會：中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，研究員，北京，100081

責任編輯 盧敏

基金項目：中國鐵路總公司科技研究開發計劃項目（2014G002-G）。

中圖分類號：TG47

文獻標識碼：A

文章編號：1672-061X（2016）02-0062-04