（蘭州鐵路局蘭州工務(wù)機(jī)械段，甘肅蘭州730030）

0 前言

鐵路的施工建設(shè)離不開鋼軌焊接技術(shù)的發(fā)展。目前我國(guó)鐵路鋪設(shè)無(wú)縫線路的長(zhǎng)軌條，要經(jīng)過(guò)基地焊接、線下焊、鎖定焊和合攏鎖定焊等步驟[1]?；睾附硬捎霉潭ㄊ介W光焊，現(xiàn)場(chǎng)線下焊接多采用移動(dòng)式閃光焊。近兩年隨著我國(guó)自主研發(fā)的YHGQ-1200型氣壓焊軌車的推廣[2]，移動(dòng)式氣壓焊已被用于現(xiàn)場(chǎng)線下焊，同時(shí)逐漸取代鋁熱焊進(jìn)行鎖定焊、合攏鎖定焊以及傷損接頭焊復(fù)。

隨著我國(guó)列車運(yùn)行速度的提高，對(duì)鋼軌焊接接頭質(zhì)量，包括焊縫的強(qiáng)度、接頭的平直度、焊縫質(zhì)量的均勻性和一致性等要求也進(jìn)一步提高。由于中海拔地區(qū)相比平原地區(qū)氣候有所變化，為了解中海拔地區(qū)基地焊接、移動(dòng)式閃光焊、移動(dòng)式氣壓焊及鋁熱焊接頭性能的差異，對(duì)比研究了蘭州鐵路局4種焊接方式焊接的包鋼U75V熱處理鋼軌接頭的型式檢驗(yàn)結(jié)果。

1 焊接工藝

基地焊接和移動(dòng)式閃光焊分別采用GAAS80/580焊機(jī)和LR1200型焊機(jī)，其焊接階段主要工藝參數(shù)如表1、表2所示。

基地焊接接頭和移動(dòng)式閃光焊接頭均采用雙頻感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行正火，其工藝參數(shù)見表3、表4。

YHGQ-1200型氣壓焊軌車采用GPW-1200型氣壓焊軌機(jī)，焊接、熱處理一機(jī)化作業(yè)，其主要焊接和正火參數(shù)如表5、表6所示。

2 焊接質(zhì)量對(duì)比

為比較四種焊接方式的質(zhì)量情況，研究不同焊接接頭的型式檢驗(yàn)報(bào)告，根據(jù)硬度、拉伸、沖擊等數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比分析接頭性能。

表1 基地焊接包鋼U75V淬火軌焊接階段主要工藝參數(shù)

表2 移動(dòng)式閃光焊包鋼U75V淬火軌頂鍛階段主要工藝參數(shù)

表3 基地焊接包鋼U75V淬火軌雙頻感應(yīng)正火主要工藝參數(shù)

表4 移動(dòng)式閃光焊包鋼U75V淬火軌雙頻感應(yīng)正火主要工藝參數(shù)

表5 移動(dòng)式氣壓焊主要工藝參數(shù)

表6 移動(dòng)式氣壓焊正火主要工藝參數(shù)

2.1 基本條件

型式檢驗(yàn)單位為國(guó)家鐵路產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，檢驗(yàn)依據(jù)為TB/T 1632《鋼軌焊接》[3]。

檢驗(yàn)項(xiàng)目為：落錘，靜彎，斷口，疲勞，硬度，拉伸性能，沖擊吸收能量，宏觀、顯微組織和晶粒度。

報(bào)告基本信息如表7所示。

表7 4種焊接方式型式檢驗(yàn)報(bào)告基本信息

2.2 硬度試驗(yàn)結(jié)果

硬度試驗(yàn)條件為HBW10/3000，試驗(yàn)結(jié)果見表8。Hp為母材硬度平均值，HJ為焊接接頭硬度平均值，HJI為焊接接頭軟點(diǎn)硬度平均值。

對(duì)比表8可知：（1）接頭硬度由高到低依次為鋁熱焊、基地焊接，移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊軟化區(qū)最小且基本一致。鋁熱焊的焊接接頭與母材硬度平均值的比值比基地焊接頭高約3%，比移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊高約5%。（2）接頭軟化區(qū)寬度由寬到窄依次為：鋁熱焊、基地焊接，移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊軟化區(qū)最小且基本一致。鋁熱焊的左右平均軟化區(qū)寬度較基地焊接頭高約24%，較移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊高約55%。

2.3 沖擊試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)TB/T1632標(biāo)準(zhǔn)，采用夏比U型缺口沖擊試驗(yàn)方法對(duì)焊接接頭試件取樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，結(jié)果如表9所示，KV2為沖擊吸收能量平均值。

表8 4種焊接方式硬度試驗(yàn)結(jié)果

表9 4種焊接方式?jīng)_擊試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比表9數(shù)據(jù)可知：基地焊接接頭平均沖擊值最高，移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊接近?；睾附咏宇^的平均沖擊值比移動(dòng)式閃光焊高54%，比移動(dòng)式氣壓焊高75%。

2.4 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)TB/T1632標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)焊接接頭試件進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)，結(jié)果如表10所示，其中Rm為平均抗拉強(qiáng)度，A為斷后伸長(zhǎng)率平均值。

對(duì)比表10數(shù)據(jù)可知：（1）基地焊接接頭平均抗拉強(qiáng)度最高，移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊接近?；睾附咏宇^的平均抗拉強(qiáng)度較移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊高約7%。（2）基地焊接接頭平均斷后伸長(zhǎng)率最高，移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊接近?；睾附咏宇^的平均斷后伸長(zhǎng)率比移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊高約23%。

表10 4種焊接方式拉伸試驗(yàn)結(jié)果

2.5 顯微組織和晶粒度

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接接頭試件進(jìn)行焊縫顯微組織和晶粒度檢測(cè)，結(jié)果如表11所示。其中P表示珠光體，F(xiàn)表示鐵素體。

對(duì)比表11數(shù)據(jù)可知：基地焊接接頭晶粒度等級(jí)最高，移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊一致?；睾附咏宇^晶粒度等級(jí)較移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊高0.5～1級(jí)。

表11 4種焊接方式焊縫顯微組織和晶粒度檢驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)果分析

（1）基地焊接采用GAAS80/580固定式二次整流閃光焊機(jī)，對(duì)錯(cuò)口或扭曲的對(duì)中功能強(qiáng)大，電阻預(yù)熱式焊接加熱均勻，工藝穩(wěn)定且機(jī)身剛度大，工藝過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，控制系統(tǒng)精準(zhǔn)，配有質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，可保證質(zhì)量、精度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。

（2）現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)式閃光焊由于受現(xiàn)場(chǎng)自然環(huán)境、氣候、鋼軌材料、機(jī)具以及操作人員經(jīng)驗(yàn)和水平的影響，接頭質(zhì)量具有一定的波動(dòng)性[5]。

（3）隨著YHGQ-1200型氣壓焊軌車的問(wèn)世，相比小型氣壓焊，大型氣壓焊軌車作業(yè)時(shí)采用恒位移控制新工藝，且機(jī)身剛度大，頂鍛力高達(dá)1 200 kN，焊接、正火一機(jī)化穩(wěn)定控制，焊接質(zhì)量受現(xiàn)場(chǎng)自然環(huán)境、氣候影響小，氣壓焊接頭質(zhì)量尤其是落錘性能十分穩(wěn)定[6]。一次合格通過(guò)。但與移動(dòng)式閃光焊軌車一樣，均為野外焊接作業(yè)，其質(zhì)量仍受外界因素干擾。

（4）鋁熱焊也用于野外焊軌作業(yè)，由于其焊接結(jié)合原理是鐵水灌鑄，接頭顯微組織為鑄造組織，易形成氣孔、夾雜，焊接質(zhì)量較差，接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性不易保證。鋁熱焊劑通過(guò)添加額外的合金成分，提高焊縫區(qū)域硬度[7]。鋁熱焊過(guò)程中，鋁熱反應(yīng)釋放大量熱量，鑄造軌縫較寬，遠(yuǎn)大于閃光焊和氣壓焊的加熱寬度，導(dǎo)致其形成較寬的軟化區(qū)。

（5）一般晶粒度級(jí)別越高，晶粒越細(xì)，材料的強(qiáng)度、韌性越高。從顯微組織結(jié)果看，各種焊接方法焊縫的顯微組織均為“珠光體+少量鐵素體”，基地焊接接頭的晶粒度等級(jí)最高，因此其接頭強(qiáng)度、韌性最好，鋁熱焊接頭為鑄造組織，性能最差。

4 結(jié)論

（1）在中海拔地區(qū)，基地焊接、移動(dòng)式閃光焊、移動(dòng)式氣壓焊及鋁熱焊均能滿足TB/T 1632《鋼軌焊接》的技術(shù)要求。

（2）在中海拔地區(qū)，受各焊接方法的原理和焊接環(huán)境影響，基地焊接頭綜合性能最好，移動(dòng)式閃光焊和氣壓焊相近，鋁熱焊最差。

（3）鋁熱焊接頭硬度最高，基地焊接接頭次之，移動(dòng)式閃光焊和移動(dòng)式氣壓焊硬度相對(duì)最低，且相近。但鋁熱焊軟化區(qū)最寬，基地焊接頭其次。

（4）基地焊接接頭的沖擊性能和抗拉強(qiáng)度最大，晶粒度等級(jí)最高，移動(dòng)式閃光焊和移動(dòng)式氣壓焊對(duì)應(yīng)性能接近。

[1]戴虹，吳細(xì)水.鋼軌現(xiàn)代焊接技術(shù)裝備綜述[J]．鐵道建筑，2005（8）：10-12.

[2]張民安.氣壓焊軌車研究[D].四川：西南交通大學(xué)，2010.

[3]TB/T 1632，鋼軌焊接[S].

[4]陳祿.淺談無(wú)縫長(zhǎng)鋼軌廠焊工藝中熱處理技術(shù)對(duì)焊縫質(zhì)量的影響[J].工程技術(shù)：全文版，2016（12）：221.

[5]丁韋，白國(guó)慶，李力，等.移動(dòng)式鋼軌閃光焊設(shè)備及工藝[J].鐵道建筑，2010（2）：106-108.

[6]劉國(guó)用.自行式焊軌車線上焊施工技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究[D].四川：西南交通大學(xué)，2014.

[7]常文強(qiáng).鋼軌鋁熱焊接頭質(zhì)量的影響因素分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（14）：[頁(yè)碼不詳].