王秀菊，李琪

中鐵寶橋集團(tuán)有限公司 陜西寶雞 721006

1 序言

有軌電車作為新興的城市軌道交通在各大城市興起，基于城市復(fù)雜的交通現(xiàn)狀，在行駛方向轉(zhuǎn)換處的道岔設(shè)計(jì)限制條件多，因此其結(jié)構(gòu)形式隨之很復(fù)雜，且要保證乘坐的舒適性需要，全線路的連接采用無(wú)縫化設(shè)計(jì)，而無(wú)縫化連接可通過(guò)閃光焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

閃光焊接時(shí)，要在兩焊件上施加相同的焊接電流和頂鍛力，因此要求兩焊件的截面形狀、對(duì)接面積和輪廓尺寸相等或相近。根據(jù)這一原理，對(duì)合金鋼道岔接頭進(jìn)行模擬鋼軌外形設(shè)計(jì)加工?；阡摬南拗坪陀熊夒娷嚨啦磉\(yùn)行需要，合金鋼道岔設(shè)計(jì)選用了上下層不同材質(zhì)組合結(jié)構(gòu)，上層采用耐磨性和焊接性好的NM400鋼，下層采用Q235鋼，鋼軌材質(zhì)為U75V，這就出現(xiàn)了在道岔與鋼軌的焊接接頭處為3種材質(zhì)的焊接。為了實(shí)現(xiàn)閃光焊接，對(duì)合金鋼道岔與鋼軌焊接端部的90mm進(jìn)行仿鋼軌形狀加工，以便實(shí)現(xiàn)與鋼軌相近截面的閃光焊接。

相同材質(zhì)的兩焊件進(jìn)行閃光焊接時(shí)，其熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率及熱膨脹系數(shù)等主要影響指標(biāo)均相同，焊接工藝范圍較寬，焊接參數(shù)的調(diào)試比較容易，而對(duì)多種不同材質(zhì)組合的焊接接頭，其焊接工藝范圍較窄，參數(shù)調(diào)試難度大。本文通過(guò)對(duì)各個(gè)材質(zhì)的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率及熱膨脹系數(shù)等主要影響指標(biāo)進(jìn)行分析，進(jìn)行閃光焊焊接參數(shù)的初步調(diào)試，使用調(diào)試的參數(shù)焊接試件。試件焊接完成后進(jìn)行感應(yīng)加熱正火，細(xì)化晶粒，改善焊接接頭組織性能。隨后進(jìn)行各項(xiàng)性能的檢測(cè)，包括顯微組織、鋼軌頂面硬度、拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)及靜彎試驗(yàn)，最終得出各項(xiàng)性能均滿足要求且有一定儲(chǔ)備的焊接工藝方法和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了合金鋼道岔與鋼軌焊接接頭的自動(dòng)閃光焊接。

2 合金鋼道岔閃光焊接接頭設(shè)計(jì)

基于閃光焊接要求兩焊件的截面形狀、對(duì)接面積和輪廓尺寸相等或相近這一原理，對(duì)有軌電車合金鋼道岔閃光焊接端進(jìn)行接頭設(shè)計(jì)和加工，合金鋼道岔焊接端上層與下層通過(guò)上下層焊接成整體，形成合金鋼道岔閃光焊接接頭，如圖1所示。

圖1 合金鋼道岔端部分層設(shè)計(jì)

在工廠內(nèi)，將有軌電車合金鋼道岔接頭與槽型鋼軌通過(guò)閃光焊接進(jìn)行對(duì)接，對(duì)接接頭形式如圖2所示。在線路上，槽型鋼軌與接長(zhǎng)槽型鋼軌采用普通鋁熱焊進(jìn)行連接，從而形成有軌電車的整個(gè)線路軌道。

3 閃光焊接工藝方法

通過(guò)閃光焊接將圖2所示的接頭焊接在一起，滿足有軌電車無(wú)縫化線路需要，閃光焊接現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。焊接工藝過(guò)程包括：閃光（閃平階段）、預(yù)熱、等速閃光、快速閃光、頂鍛、2次加熱，焊接總持續(xù)時(shí)間約為2min，接頭總燒化量約30mm。針對(duì)所焊接兩端母材材質(zhì)不同，其熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)不同，以及槽型鋼軌端面形狀分布不集中等情況，將預(yù)熱次數(shù)加大到9次，燒化閃光的位移極限與閃光電流進(jìn)行配合調(diào)整，盡量達(dá)到熱輸入均勻，使接頭兩端材質(zhì)燒化和熱量達(dá)到最大限度的平衡，然后進(jìn)行頂鍛。區(qū)別于相同材質(zhì)的焊接工藝，頂鍛后還需要進(jìn)行2次加熱，降低接頭的冷卻速度。

圖2 合金鋼道岔與槽型鋼軌閃光焊對(duì)接

圖3 閃光焊接現(xiàn)場(chǎng)

4 閃光焊接接頭熱處理方法

由于閃光焊接的快速頂鍛、燒化、連接及熔合等特點(diǎn)，會(huì)形成接頭應(yīng)力大、微觀組織不均勻等現(xiàn)象，故需要對(duì)接頭進(jìn)行焊后熱處理，以消除應(yīng)力、細(xì)化晶粒。有軌電車合金鋼道岔與槽型鋼軌焊接接頭的焊后熱處理加熱溫度為850～930℃，加熱范圍在以焊縫為中心的200mm內(nèi)，加熱采用中頻感應(yīng)加熱方式，加熱要均勻。焊接接頭部位溫度降低到（400±20）℃時(shí)，用保溫棉對(duì)焊接接頭進(jìn)行包裹，以緩慢冷卻。

5 焊接接頭的各項(xiàng)性能檢測(cè)及質(zhì)量要求

（1）焊接接頭檢測(cè)項(xiàng)點(diǎn) 有軌電車合金鋼道岔與槽型鋼軌接頭性能檢測(cè)要求包括：平直度和表面質(zhì)量檢測(cè)、超聲波和滲透檢測(cè)、靜彎試驗(yàn)、落錘試驗(yàn)、接頭拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、軌頂面硬度及顯微組織檢測(cè)，其中試件數(shù)量見(jiàn)表1[2]。

表1 接頭檢測(cè)的項(xiàng)目及受檢焊接接頭試件數(shù)量 （個(gè)）

（2）焊接接頭質(zhì)量 經(jīng)過(guò)各項(xiàng)性能檢測(cè)，有軌電車合金鋼道岔與鋼軌閃光焊接接頭質(zhì)量良好，符合道路運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，焊接接頭質(zhì)量要求見(jiàn)表2。

表2 焊接接頭質(zhì)量要求

6 工程應(yīng)用實(shí)例

采用閃光焊接不僅效率高，焊接過(guò)程自動(dòng)化程度高，焊接過(guò)程可減少環(huán)境污染和職業(yè)健康危害，而且操作簡(jiǎn)單，一般技術(shù)工人通過(guò)培訓(xùn)指導(dǎo)即可上崗操作，最大限度地減少了由于工人操作水平和責(zé)任心對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素。目前，這種結(jié)構(gòu)形式的合金鋼道岔采用閃光焊接無(wú)縫化線路，已經(jīng)在我國(guó)多條城市有軌電車線路上得到應(yīng)用，如武漢光谷T1/T2線有軌電車、深圳龍華有軌電車及甘肅天水有軌電車等項(xiàng)目，其中武漢光谷有軌電車道岔施工及線路運(yùn)行狀態(tài)如圖4所示。這些線路道岔均分布在城市繁華交通路段，日通過(guò)量較大，通車均達(dá)到三年以上，電車通過(guò)道岔焊接段的平穩(wěn)性、舒適性較好，閃光焊接接頭質(zhì)量可靠。

圖4 武漢光谷有軌電車道岔制造及線路運(yùn)營(yíng)

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)有軌電車合金鋼道岔端部設(shè)計(jì)，使之滿足與標(biāo)準(zhǔn)槽型鋼軌實(shí)現(xiàn)端面形式的對(duì)稱度要求，通過(guò)調(diào)整閃光焊各項(xiàng)焊接參數(shù)，采用合適的熱處理工藝，克服了3種材質(zhì)性能差別造成的焊接難度。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)及產(chǎn)品上道驗(yàn)證，證明焊接接頭質(zhì)量穩(wěn)定，各項(xiàng)性能滿足使用要求。