[发明专利]一种贝氏体钢辙叉与碳钢钢轨焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种贝氏体钢辙叉与碳钢钢轨的焊接方法。

背景技术

辙叉是铁路运输的重要组成部件，在铁道结构中是损伤最严重的部位。目前我国铁路上使用的固定式辙叉有两种：一种是高碳钢组合辙叉，通过螺栓紧固而成，这种辙叉既不耐磨，而且螺栓易松动，常常会在螺栓孔处形成裂纹等缺陷，从而导致寿命大幅度缩短。另一种是高锰钢整铸辙叉，高锰钢辙叉具有强韧性好，承载硬化，耐磨等特点，但铸造高锰钢辙叉又存在难以避免的铸造缺陷，如疏松、缩孔及晶粒过于粗大等，在运营过程中易引起纵向水平裂纹，垂直裂纹、压塌、剥离掉块等早期失效而影响使用寿命，难以适应高速重载的运输要求。铁路辙叉由心轨与翼轨组成，心轨的尖端由于正对着车轮的行驶方向，受到巨大的冲击载荷，因此需要采用强韧性能较好的钢种，而翼轨的工作条件与钢轨相当，用普通的钢轨即可满足使用要求。综合考虑使用性能和经济性，辙叉心轨尖端采用性能良好的贝氏钢体，而其余部分采用钢轨钢，将两部分焊接在一起，组合成一个拼装式组合辙叉一贝氏体钢辙叉。

在现有技术中，将贝氏体钢与碳钢钢轨钢进行连接的方法，已有相关报道，例如：2004年12月《大连铁道学院学报》报道了在实验室条件下贝氏体钢与高碳钢轨钢焊接研究结果，给出了贝氏体钢与钢轨钢直接进行闪光焊接焊接接头的组织和力学性能，并且由此得出预测性结论，认为贝氏体钢辙叉与钢轨直接进行闪光焊接是可能的。2005年3月也是《大连铁道学院学报》报道了在实验室条件下利用普通电弧焊接方法将贝氏体钢与高碳钢轨钢焊接研究结果。2006年6月《中国铁路》杂志报道了一项利用闪光焊接直接将贝氏体钢辙叉与碳钢钢轨进行焊接，同时利用二氧化碳气体保护焊接和埋弧堆焊相结合进行焊接的综合焊接方法。同时，有关将贝氏体钢与碳钢钢轨钢进行连接方法方面的专利技术也相继公开，例如中国专利ZL98232564.9、ZL99210616.8、ZL200420005876.7和ZL200620021783.2等，国外专利有JP6228648-A和JP5169295-A等等。这些专利，其技术内容主要是以辙叉的结构改型为着眼点，没有从材料焊接工艺性本身进行系统研究，对其焊接效果没有给出实际的应用评价。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用CrNi系奥氏体-铁素体双相钢作为连接材料，将贝氏体钢辙叉与碳钢钢轨进行闪光焊接的方法。该方法自动化程度高，生产效率高，焊接质量稳定可靠。

这种贝氏体钢辙叉与碳钢钢轨加连接材料闪光焊接方法，其特征是：采用CrNi系奥氏体-铁素体双相钢作为连接材料，其工艺是：

(1)将碳钢钢轨预热到300～500℃；

(2)将碳钢钢轨与连接材料闪光对焊到一起；

(3)将连接材料切留20-30mm长度；

(4)将贝氏体钢辙叉预热到300～500℃；

(5)切留连接材料与贝氏体钢辙叉闪光焊接；

(6)焊接接头在900～1000℃之间保温10-20分钟后空冷。

连接材料成分(重量％)为：C：≤0.2，Cr：15～17，Ni7～9，Si≤0.3，S+P≤0.04，其余为铁；连接材料经过加热到1050℃进行固溶处理后得到奥氏体和铁素体双相组织，并且其中铁素体的含量为10～20％。

闪光焊接的闪光速度2～3mm/s，顶锻速度80～100mm/s，顶锻压强40～50MPa，焊接时连接材料的伸出长度相等。

具体实施方式

实施例1

首先将碳钢钢轨预热到400℃，利用闪光焊接方法把碳钢钢轨与连接材料对焊到一起。闪光焊接时具体工艺参数为，闪光速度3mm/s，顶锻速度80mm/s，顶锻压强40MPa，焊接时材料的伸出长度相等。连接材料的化学成分(Wt％)为，C0.12、Cr15.8、Ni8.4、Si0.25、S0.008、P0.008，其余为铁，该材料加热到1050℃保温3h固溶处理后得到85％奥氏体和15％铁素体双相组织。然后将连接材料切留25mm，将贝氏体钢辙叉预热到300℃，切留连接材料与贝氏体钢辙叉闪光焊接，闪光焊接的工艺参数同上。利用中频感应加热的方法将焊接接头在950℃保温15分钟后空冷。贝氏体钢辙叉与碳钢钢轨焊接接头抗拉强度为886MPa，静弯强度为1850MPa，疲劳强度为350MPa。

实施例2

首先将碳钢钢轨预热到450℃，利用闪光焊接方法把碳钢钢轨与连接材料对焊到一起。闪光焊接时具体工艺参数为，闪光速度3mm/s，顶锻速度90mm/s，顶锻压强50MPa，焊接时材料的伸出长度相等。连接材料的化学成分(Wt％)为，C 0.15、Cr 15.3、Ni 7.8、Si 0.28、S 0.009、P 0.008，其余为铁，该材料加热到1050℃保温3h固溶处理后得到83％奥氏体和17％铁素体双相组织。然后将连接材料切留25mm，将贝氏体钢辙叉预热到400℃，切留连接材料与贝氏体钢辙叉闪光焊接，闪光焊接的工艺参数同上。焊接接头在950℃保温15分钟后空冷。贝氏体钢辙叉与碳钢钢轨焊接接头抗拉强度为865MPa，静弯强度为1789MPa，疲劳强度为350MPa。用此焊接工艺和连接材料焊接的贝氏体钢辙叉已经在实际铁路线路上使用，得到很好的使用效果。