采用通用焊接工艺参数焊接不同钢种钢轨的试验研究

2016-05-26倪峥嵘高文会

铁路技术创新 2016年2期

■ 倪峥嵘　高文会

■ 倪峥嵘高文会

摘要：选用3种不同钢种、不同强度级别的钢轨，提出焊接和试验方案；通过落锤试验和断口分析，研究焊接接头的综合性能和缺陷，分析采用通用焊接工艺参数焊接不同钢种钢轨可行性及其工艺特点。采用通用焊接工艺参数焊接不同钢种、不同强度级别的钢轨时，建议按照《不同钢种钢轨焊接暂行技术要求》执行。

关键词：通用焊接工艺参数；焊接；钢种；钢轨；落锤试验；断口分析

1　概述

为了实现钢轨的等寿命匹配，降低线路维护成本，需要根据线路的具体情况铺设相应强度等级的钢轨。虽然在曲线地段铺设了耐磨钢轨，但在曲线与直线交界的地方采用铝热焊方法焊接不同钢种的钢轨。调查表明，铝热焊接头的断轨率和重伤率均高于闪光焊。为了降低铝热焊接头折断的风险，在直线、曲线、坡道地段只好铺设相同钢种的钢轨。近年来我国铁路钢轨基地的焊接技术取得了很大进步，焊接相同钢种钢轨的焊接质量非常稳定，断轨率在0.000 7%以下。研究在焊轨基地采用闪光焊接，实现不同钢种钢轨的焊接，对于提高我国铁路钢轨的使用水平具有重要意义。

在此提出一种新的焊接和铺设钢轨方法。根据线路的直线或曲线情况在焊轨基地配轨，为直线和曲线地段选用不同强度等级的钢轨，配轨表示例见表1，①—⑤分别代表500 m焊接长钢轨的首端或尾端，每根500 m的焊接长钢轨由5根百米定尺钢轨焊接而成，百米定尺钢轨以A或B表示，分别代表两个不同强度级别的钢轨。由表1可见，在焊轨基地完成了A+A、A+B、B+B的焊接，然后按照配轨表的顺序对500 m焊接长钢轨进行装车和铺设。长钢轨装车和卸车对应线路上的直线或曲线，两根500 m长钢轨之间的焊接由现场移动闪光焊完成，即①+①、②+②、③+③、④+④和⑤+⑤，现场焊接的接头都是同种钢轨间的焊接。这样就实现了根据线路情况铺设相应强度等级的钢轨，不同钢种钢轨间的焊接在焊轨基地完成，线路上全部都是闪光焊接头，可实现直线、曲线地段的钢轨等寿命匹配。

2　不同钢种钢轨的焊接及试验方案

2.1钢轨选用方案

选用包头钢铁（集团）有限责任公司的3种不同钢种、不同强度级别的钢轨。

表1　焊轨基地配轨表示例

（1）60 kg/m U71MnG钢轨，880 MPa级；

（2）60 kg/m U75V钢轨，980 MPa级；

（3）包钢60 kg/m U76CrRE钢轨，1 080 MPa级。

2.2焊接方案

（1）焊接设备：GAAS80/580型焊机，控制系统为SWEP06。

（2）焊接参数：通用焊接工艺参数（具体参数略）。

（3）试焊的6种钢轨组合：U71MnG+U71MnG；U75V+U75V；U76CrRE+U76CrRE；U71MnG+U75V；U75V+U76CrRE；U71MnG+U76CrRE。

2.3试验方案

气隙磁场箝位效应本是直流电动机独有的磁场特征，同步电动机是没有气隙磁场箝位效应的。作为交流电动机的电机本体，与自控逆变器组成电动机系统之后亦存在气隙磁场箝位效应，表明这个电动机系统也属于直流电动机类型，即为广义直流电动机。

对每种钢轨组合进行25个接头的落锤试验和断口检验。此外，对部分钢轨组合进行参数范围试验，共焊接试验165个接头。落锤试验前，部分接头未进行热处理及部分接头未进行打磨，全部接头都未进行超声波探伤挑选。

落锤和断口检验按TB/T 1632.1—2014的规定进行，落锤高度为5.2 m。

3　落锤及断口检验结果

3.1落锤情况

对采用通用焊接工艺参数焊接的6种钢轨组合（165个接头）进行了焊接接头落锤试验，落锤试验结果见表2，共有10个接头被砸断。

3.2断口情况

对落锤试验的所有接头进行断口检验，没有发现冷焊口，其中85个接头断口没有可见灰斑，通用焊接工艺参数焊接接头断口灰斑面积结果见表3，U71MnG+U76CrRE接头断口见图1，U76CrRE+U76CrRE接头断口见图2。

表2　落锤试验结果　个

表3　通用焊接工艺参数焊接接头断口灰斑面积结果

图1　U71MnG+U76CrRE接头断口

图2　U76CrRE+U76CrRE接头断口

3.3小结

采用通用焊接工艺参数焊接165个接头，包括3种钢轨的6种组合，全部进行了落锤试验，有10个接头被砸断，全部焊接接头的断口没有冷焊口。试验结果表明，尽管U71MnG、U75V和U76CrRE 3种钢轨的化学成分不同，采用通用参数对3种钢轨进行混合焊接，落锤试验和断口灰斑情况总体良好。

4　通用焊接工艺参数特点

（1）U71MnG+U71MnG钢轨。典型的焊接工艺曲线见图3。焊接加热时间82～84 s；平均顶锻量为11.0 mm，最小9.8 mm，最大12.0 mm。

（2）U75V+U75V钢轨。典型的焊接工艺曲线见图4。焊接加热时间82～84 s；平均顶锻量为8.3 mm，最小7.8 mm，最大8.7 mm。

（3）U76CrRE+U76CrRE钢轨。典型的焊接工艺曲线见图5。焊接加热时间82～84 s；平均顶锻量为8.2 mm，最小8.0 mm，最大8.6 mm。

（4）U71MnG+U75V钢轨。典型的焊接工艺曲线见图6。焊接加热时间84～86 s；平均顶锻量为9.5 mm，最小8.9 mm，最大10.5 mm。

（5）U75V+U76CrRE钢轨。典型的焊接工艺曲线见图7。焊接加热时间83～85 s；平均顶锻量为8.0 mm，最小7.0 mm，最大8.8 mm。

（6）U71MnG+U76CrRE钢轨。典型的焊接工艺曲线见图8。焊接加热时间84～85 s；平均顶锻量为9.1 mm，最小8.2 mm，最大10.1 mm。

图3　U71MnG+U71MnG钢轨焊接工艺曲线

图4　U75V+U75V钢轨焊接工艺曲线

图5　U76CrRE+U76CrRE钢轨焊接工艺曲线

图6　U71MnG+U75V钢轨焊接工艺曲线

图7　U75V+U76CrRE钢轨焊接工艺曲线

图8　U71MnG+U76CrRE钢轨焊接工艺曲线

4.1顶锻量统计

通用焊接工艺参数焊接6种钢轨组合的顶锻量统计见表4。

4.2小结

采用通用焊接工艺参数焊接不同钢种的钢轨，其工艺特点如下。

（1）焊接时间相同，顶锻前的闪光加热时间是80～85 s，明显短于目前焊轨基地焊接工艺参数的加热时间，断口未见冷焊口，说明通用焊接工艺参数具有较高的加热效率。

（2）钢轨不同，顶锻量不同；随着钢轨强度级别的提高，顶锻量减小。

（3）任何钢轨组合的顶锻量在1～2 mm范围变化，对焊接质量没有显著影响。

表4　6种钢轨组合的顶锻量统计

5　结束语

为了实现线路直线与曲线钢轨的等寿命匹配，需要分别在直线与曲线地段铺设不同钢种、不同强度级别的钢轨，因此增加了钢轨焊接的复杂性，焊接工艺必须适应钢轨组合的多样性；采用通用焊接工艺参数，可保证质量，便于焊接生产管理。通用焊接工艺参数的特点是适应性好，对钢轨化学成分的变化不敏感，能够有效控制焊接缺陷。为可靠控制焊接质量，采用通用焊接工艺参数焊接不同钢种、不同强度级别的钢轨时，建议按照《不同钢种钢轨焊接暂行技术要求》执行。