钢轨闪光焊接头热处理工装和工艺的优化

2014-12-25陈伟国高成钢邹良甫

铁道建筑 2014年11期

陈伟国，高成钢，邹良甫

(广州铁路(集团)公司广州工务大修段，广东广州 510100)

1 钢轨闪光焊接头热处理效果现状

1.1 工装设备及工艺参数

钢轨闪光焊接时，受热处理设备性能参数的影响，频率搭配的选择性不够，只能采用双频热处理，即先低频加热再转中频加热，低频和高频调试搭配选择有限。低频调整范围为1 600～1 800 Hz，中频调整范围2 200～2 400 Hz。这有以下两个缺点:①加热线圈的形状以及比例对加热效果有较大的影响，容易导致整个断面的接头加热不均匀，主要表现在三角区温度过高，但轨脚温度过低。②热处理温度上升过快，转频之后的轨脚温度(测温位置为轨脚边缘10 mm以内)停留在800℃，之后就难以提升，对操作者作业精度要求较高。

1.2 未正透现象

在型式检验的落锤项目中，发现焊接接头被落锤砸断后的断口形貌，有热处理未正透现象，即该处温度不够，如图1所示。通过样品送检发现微观上有三角区，轨头以及轨脚晶粒度不达标;宏观上热处理加热影响区未能覆盖焊接热影响区。

2 热处理工装和工艺的优化

2.1 优化目标

主要通过控制加热温度，特别是控制轨脚温度来优化温度场，要求:①轨脚温度不低于830℃;②轨头踏面与轨底脚温差≤60℃。

图1 热处理未正透现象

2.2 工装优化

钢轨焊接接头加热时不同部位有各自特点:①轨头截面尺寸较大，容易使温度停留在表面，同时难以使轨头心部与表面同温。②轨脚边缘处，与空气对流强烈，到磁化温度(770℃)以后，升温慢。③轨腰下部的三角区升温快，散热慢，往往是整个断面温度最高的部位，但温度过高，容易导致晶粒长大。因此保持接头各个部位加热温度的均匀性尤为重要。

对加热的重要工装器具——热处理加热线圈进行改造，如图2所示。两个加热线圈的不同之处在于加热轨底板的部位。优化后的线圈，线圈与钢轨轨底表面的距离增大了，所以减缓了轨底三角区的温度上升速度，使接头在全断面范围内更加均匀地加热。

图2 感应器形状优化

2.3 工艺参数试验

加热线圈尺寸的优化，只能部分改善接头力学性能，更重要的改进措施是热处理工艺参数的优化。先后进行了以下两个方面的试验探索:①尝试热处理由双频加热改为单频加热;②细化并微调热处理加热参数，如温度、频率等。试验参数见表1。

轨头顶面温度分别设置为920℃，900℃或者880℃，轨头顶面加热温度到达设置值后，加热过程即停止，同时测量轨脚边缘的最高加热温度。由表1可知:①轨头与轨底脚(离轨脚边缘10 mm以内位置)的温差较大，约90℃，表1中的工艺参数均未达到优化目标。②单频热处理加热工艺，轨头与轨脚的温度差总体上小于双频加热工艺。因此，确定采用单频加热，并且工艺参数暂时确定为880℃，风压为0.15 MPa。