高锰钢辙叉或锰钢轨与普通钢轨的直接闪光对焊连接方法

摘要

本发明涉及一种铁道超长无缝线路的焊接技术,与现有高锰辙叉与钢轨的预堆边电弧焊、加介质层的二次闪光对焊法等方法不同,其实质是不加任何介质层材料,而是对经清理的高锰钢辙叉和钢轨直接进行闪光对焊,通过选择最佳焊接工艺规范参数和采取适当的工艺措施,来保证焊接接头质量,以满足焊接高锰钢辙叉的使用要求。

说明书

本发明涉及一种铁道超长无缝线路的焊接技术。

本发明的背景技术：目前，高锰钢辙叉与钢轨焊接较为成熟的方法是加介质的二次闪光对焊，该方法八十年代初首先由奥地利研制成功，其后法国、乌克兰等国也先后开发出了相类似的方法。这种方法优点是：焊接质量好，生产效率高，现已广泛应用于高锰钢辙叉与钢轨的实际焊接生产中。不足点：加介质层的二次闪光对焊虽然解决了预堆边电弧焊法焊接高锰钢辙叉与钢轨时存在的问题，但没能充分发挥闪光对焊法的特点，以致焊接工艺复杂，生产成本较高。

本发明的设计目的：克服背景技术中的不足之处，在满足高锰钢焊接辙叉使用要求的前提下，运用机械化、自动化程度高、工艺简单、成本低的焊接工艺方法来实现高锰钢辙叉或与锰钢钢轨与普通钢轨或合金钢钢轨的无缝连接，实现铁路的超长无缝化，以满足铁路安全、高速、重载运输的要求。

本发明的设计方案：高速与重载是世界铁路发展的两大趋势，跨区间超长无缝线路又是高速、重载铁路的必备轨道结构，而辙叉与钢轨的无缝连接是实现铁道超长无缝化的关键。辙叉是铁道线路中受力最大、磨损最为严重的部件。因此，大多数辙叉均采用耐磨性好，加工硬化能力强的高锰钢(ZG Mn13)制造。高锰钢辙叉与普通钢轨的无缝连接是涉及两种成分、物理性能和焊接性相差悬殊的异种材料的焊接，高效、低成本的实现其焊接，正是本发明的发明要点所在。其具体方案：①本发明与现有高锰辙叉与钢轨的预堆边电弧焊、加介质层的二次闪光对焊法等方法不同，其实质是不加任何介质层材料，而是对经清理的高锰钢辙叉和钢轨直接进行闪光对焊，通过选择最佳焊接工艺规范参数和采取适当的工艺措施，来保证焊接接头质量，以满足焊接高锰钢辙叉的使用要求。②高锰钢辙叉或锰钢轨与或普通钢轨或合金钢轨的焊接工艺方法。其中，高锰钢的成分为C＝0.9～1.3％，Mn＝11～14％，Si＝0.3～1.0％，S≤0.05％，P≤0.08％，处于铸造、轧制或锻造状态(须经水处理)钢轨为50kg/m，60kg/m，75kg/m的标准碳素钢轨和合金钢轨(也可以是热处理钢轨)。③高锰钢辙叉或锰钢轨与普通钢轨的直接闪光对焊连接方法，高锰钢辙叉或锰钢轨与普通钢轨对焊缝不加任何介质或填充材料，用闪光对焊法直接焊接后，当高锰钢侧冷却到850℃-950℃时，立即对其采用快速冷却工艺，对钢轨侧采用空冷工艺。高锰钢辙叉或锰钢轨与普通钢轨的焊接是在专用对焊机上直接焊接，其焊接参数应控制在如下范围：高锰钢辙叉与钢轨的伸长度之比为1∶1～1∶1.5，夹紧力为150～350吨，顶锻力为5～150吨，闪光速度为0.1～3.0mm/s，最大顶锻速度≥20mm/s。高锰钢辙叉与钢轨焊接后，对钢轨侧进行500～1000℃温度下进行3～120分钟的热处理中，对高锰钢侧则采用快速冷却工艺。

本发明与背景技术相比，一是不加任何介质层材料，而是对经清理的高锰钢辙叉和钢轨直接进行闪光对焊，通过选择最佳焊接工艺规范参数和采取适当的工艺措施，来保证焊接接头质量，以满足焊接高锰钢辙叉的使用要求的发明，不仅填补了我国超长无缝线路建设的空白，而且在国际上处于领先水平，对我国铁路高速、重载、安全运行的建设具有十分重要的现实意义；二是与国外现已采用的加介质层的二次闪光对焊法相比，据粗略计算，每焊一组辙叉，本发明可比加介质层的二次闪光对焊法降低成本4～5千元，并且焊接时间仅是加介质层二次闪光对焊的一半。

附图说明：

图1是表示辙叉的4个端部分别焊有标准钢轨的示意图。

图2是图1中A-A的剖面放大示意图。

本发明提出的高锰钢辙叉(或锰钢轨)与普通钢轨的直接闪光对焊法的实施技术方案可借助于示意性附图来说明，其中图1表示辙叉的4个端部分别焊有标准钢轨；图2表示按图1A-A的剖面放大图。两图中1为辙叉，2为标准钢轨，3为焊缝。辙叉1为高锰钢整铸辙叉构件(或锰钢轨)，为保证焊接质量，要求其焊接位置(端部适当长度)应尽量减少铸造缺陷，并且还应保证端部的尽寸和大小，焊接前还应彻底清除油污和铁锈等。标准钢轨2为普通碳素钢轨，也可是合金钢轨或热处理钢轨，钢轨长度可根据实际需要而定。高锰钢辙叉或锰钢轨与普通钢轨的焊接是在专用对焊机上直接焊接，焊接时不采用任何介质层，而是进行直接焊接，其焊接参数应控制在如下范围：高锰钢辙叉与钢轨的伸长度之比为1∶1～1∶1.5，夹紧力为150～350吨，顶锻力为5～150吨，闪光速度为0.1～3.0mm/s，最大顶锻速度≥20mm/s。高锰钢辙叉(或锰钢轨)与钢轨直接闪光对焊后，为减少高锰钢辙叉焊接热影响区因析出碳化物而引起的脆化，当高锰钢冷却到850℃或900℃或950℃时，对高锰钢侧立即采取了快速冷却的工艺措施，而钢轨侧则进行自然空冷处理。另外，为了提高钢轨焊接热影响区的某些性能，对高锰钢辙叉与钢轨直接闪光对焊后，对钢轨侧进行500～1000℃温度下进行3～120分钟的热处理中，高锰钢侧则采用快速冷却工艺。