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        采用通用焊接工藝參數(shù)焊接不同鋼種鋼軌的試驗(yàn)研究

        2016-05-26 10:03:33倪崢嶸高文會
        鐵路技術(shù)創(chuàng)新 2016年2期
        關(guān)鍵詞:鋼種焊接鋼軌

        ■ 倪崢嶸 高文會

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        采用通用焊接工藝參數(shù)焊接不同鋼種鋼軌的試驗(yàn)研究

        ■ 倪崢嶸高文會

        摘 要:選用3種不同鋼種、不同強(qiáng)度級別的鋼軌,提出焊接和試驗(yàn)方案;通過落錘試驗(yàn)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(shù)焊接不同鋼種鋼軌可行性及其工藝特點(diǎn)。采用通用焊接工藝參數(shù)焊接不同鋼種、不同強(qiáng)度級別的鋼軌時(shí),建議按照《不同鋼種鋼軌焊接暫行技術(shù)要求》執(zhí)行。

        關(guān)鍵詞:通用焊接工藝參數(shù);焊接;鋼種;鋼軌;落錘試驗(yàn);斷口分析

        1 概述

        為了實(shí)現(xiàn)鋼軌的等壽命匹配,降低線路維護(hù)成本,需要根據(jù)線路的具體情況鋪設(shè)相應(yīng)強(qiáng)度等級的鋼軌。雖然在曲線地段鋪設(shè)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(diào)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(fēng)險(xiǎn),在直線、曲線、坡道地段只好鋪設(shè)相同鋼種的鋼軌。近年來我國鐵路鋼軌基地的焊接技術(shù)取得了很大進(jìn)步,焊接相同鋼種鋼軌的焊接質(zhì)量非常穩(wěn)定,斷軌率在0.000 7%以下。研究在焊軌基地采用閃光焊接,實(shí)現(xiàn)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(shè)鋼軌方法。根據(jù)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(qiáng)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(gè)不同強(qiáng)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?qū)?00 m焊接長鋼軌進(jìn)行裝車和鋪設(shè)。長鋼軌裝車和卸車對應(yīng)線路上的直線或曲線,兩根500 m長鋼軌之間的焊接由現(xiàn)場移動閃光焊完成,即①+①、②+②、③+③、④+④和⑤+⑤,現(xiàn)場焊接的接頭都是同種鋼軌間的焊接。這樣就實(shí)現(xiàn)了根據(jù)線路情況鋪設(shè)相應(yīng)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)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(yàn)方案

        2.1鋼軌選用方案

        選用包頭鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司的3種不同鋼種、不同強(qiáng)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(shè)備:GAAS80/580型焊機(jī),控制系統(tǒng)為SWEP06。

        (2)焊接參數(shù):通用焊接工藝參數(shù)(具體參數(shù)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(yàn)方案

        氣隙磁場箝位效應(yīng)本是直流電動機(jī)獨(dú)有的磁場特征,同步電動機(jī)是沒有氣隙磁場箝位效應(yīng)的。作為交流電動機(jī)的電機(jī)本體,與自控逆變器組成電動機(jī)系統(tǒng)之后亦存在氣隙磁場箝位效應(yīng),表明這個(gè)電動機(jī)系統(tǒng)也屬于直流電動機(jī)類型,即為廣義直流電動機(jī)。

        對每種鋼軌組合進(jìn)行25個(gè)接頭的落錘試驗(yàn)和斷口檢驗(yàn)。此外,對部分鋼軌組合進(jìn)行參數(shù)范圍試驗(yàn),共焊接試驗(yàn)165個(gè)接頭。落錘試驗(yàn)前,部分接頭未進(jìn)行熱處理及部分接頭未進(jìn)行打磨,全部接頭都未進(jìn)行超聲波探傷挑選。

        落錘和斷口檢驗(yàn)按TB/T 1632.1—2014的規(guī)定進(jìn)行,落錘高度為5.2 m。

        3 落錘及斷口檢驗(yàn)結(jié)果

        3.1落錘情況

        對采用通用焊接工藝參數(shù)焊接的6種鋼軌組合(165個(gè)接頭)進(jìn)行了焊接接頭落錘試驗(yàn),落錘試驗(yàn)結(jié)果見表2,共有10個(gè)接頭被砸斷。

        3.2斷口情況

        對落錘試驗(yàn)的所有接頭進(jìn)行斷口檢驗(yàn),沒有發(fā)現(xiàn)冷焊口,其中85個(gè)接頭斷口沒有可見灰斑,通用焊接工藝參數(shù)焊接接頭斷口灰斑面積結(jié)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(yàn)結(jié)果 個(gè)

        表3 通用焊接工藝參數(shù)焊接接頭斷口灰斑面積結(jié)果

        圖1 U71MnG+U76CrRE接頭斷口

        圖2 U76CrRE+U76CrRE接頭斷口

        3.3小結(jié)

        采用通用焊接工藝參數(shù)焊接165個(gè)接頭,包括3種鋼軌的6種組合,全部進(jìn)行了落錘試驗(yàn),有10個(gè)接頭被砸斷,全部焊接接頭的斷口沒有冷焊口。試驗(yàn)結(jié)果表明,盡管U71MnG、U75V和U76CrRE 3種鋼軌的化學(xué)成分不同,采用通用參數(shù)對3種鋼軌進(jìn)行混合焊接,落錘試驗(yàn)和斷口灰斑情況總體良好。

        4 通用焊接工藝參數(shù)特點(diǎn)

        (1)U71MnG+U71MnG鋼軌。典型的焊接工藝曲線見圖3。焊接加熱時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(tǒng)計(jì)

        通用焊接工藝參數(shù)焊接6種鋼軌組合的頂鍛量統(tǒng)計(jì)見表4。

        4.2小結(jié)

        采用通用焊接工藝參數(shù)焊接不同鋼種的鋼軌,其工藝特點(diǎn)如下。

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

        (2)鋼軌不同,頂鍛量不同;隨著鋼軌強(qiáng)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(zhì)量沒有顯著影響。

        表4 6種鋼軌組合的頂鍛量統(tǒng)計(jì)

        5 結(jié)束語

        為了實(shí)現(xiàn)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(shè)不同鋼種、不同強(qiáng)度級別的鋼軌,因此增加了鋼軌焊接的復(fù)雜性,焊接工藝必須適應(yīng)鋼軌組合的多樣性;采用通用焊接工藝參數(shù),可保證質(zhì)量,便于焊接生產(chǎn)管理。通用焊接工藝參數(shù)的特點(diǎn)是適應(yīng)性好,對鋼軌化學(xué)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(zhì)量,采用通用焊接工藝參數(shù)焊接不同鋼種、不同強(qiáng)度級別的鋼軌時(shí),建議按照《不同鋼種鋼軌焊接暫行技術(shù)要求》執(zhí)行。

        6 參考文獻(xiàn)

        [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(xué)研究院,碩士研究生,北京,100081

        高文會:中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所,研究員,北京,100081

        責(zé)任編輯 盧敏

        基金項(xiàng)目:中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2014G002-G)。

        中圖分類號:TG47

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        文章編號:1672-061X(2016)02-0062-04

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