高松福 宋宏图 任金雷 石孟雷 冯子凌 罗飞

1.中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京100081；2.瑞泰潘得路铁路技术（武汉）有限公司，武汉430034

钢轨铝热焊接技术作业具有设备简便、作业时间短等特点，是目前我国铁路断轨重焊的主要方法［1-2］。钢轨铝热焊接由焊剂反应生成钢液填充在待焊钢轨与砂型形成的型腔来实现，特别适合道岔焊接和轨道维修焊接［3］。

以往的钢轨铝热焊接工艺改进流程通常是先进行理论分析，再针对各种工艺方案进行试验，直到焊接接头中的缺陷被减少或杜绝，方可确定最终的改进方案。这种做法周期长、效率低、费用高。近年来，通过仿真模拟进行工艺优化设计的做法已经在生产实践中得到广泛应用。Manzke等［4］通过建立钢轨铝热焊接数值模型研究了钢水温度、钢轨钢的比热和砂型材料对熔合区宽度的影响，进行了钢轨铝热焊接参数的优化。朱阳［5］通过对铸造阀体结构进行仿真模拟，优化模具工艺，提高产品合格率。周建民等［6］通过有限元软件对岸边集装箱起重机主梁分段腹板的焊接进行仿真计算，为实际焊接工艺提供指导，提高了生产效率。利用数值模拟方法可以更好地分析高温焊接或铸造过程中金属液体在型腔内的凝固过程，并进行缺陷预测和工艺优化。

本文以钢轨铝热焊接过程为研究对象，利用三维软件建立铝热焊接浇注模型，数值模拟钢液浇注过程，进行缺陷预测和工艺优化，最后通过试验对工艺优化效果进行验证。……