[发明专利]钢轨表面制备焊接层和涂层的方法及其焊料

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢轨表面制备焊接层和涂层的方法及其焊接材料。

背景技术

随着我国经济的快速发展，加快了铁路列车提速的趋势。相应产生了铁路的安全问题。

铁路的安全问题之一，在于因钢轨的温度变化产生的钢轨伸缩力和温度应力，造成了对行车的安全隐患。具体地说，钢轨的温度随着一年春夏秋冬的环境气温的变化而变化，相应地会产生钢轨的纵向伸缩力和随之产生的巨大温度力，这会对铁路线路产生巨大的破坏性影响。

为了控制钢轨的自由伸缩量和钢轨全断面上巨大的温度力，在铁路工程中，人们通过钢轨扣件、夹板、螺钉以及相关的轨枕、碎石等设施和部件，需要对钢轨逐段固定，并把钢轨的伸缩相应限制在一个很小的、许可的安全范围内。也就是说，在保证列车安全行驶的同时，不得不增大线路设施施工成本和管理、养护维修的成本。

铁路的安全问题之二，在于保证重载高速行车的运行平衡状态的同时，要保证高速、重载列车所用钢轨质量和钢轨表面伤损后的修复质量，必要时还要保证列车回路电流信号的畅通而使钢轨表面具有良好的导电性能，为此要保证钢轨表面金属焊接层的质量。同样，为避免再用低速列车用过的钢轨及其配件材料造成的安全隐患，无疑还要增加购买新钢轨的成本和管理费用。

本发明专利申请者的发明思想，是通过发明一种钢轨表面制备焊接层和涂层的方法及其焊接材料，减小现有有缝铁路线路和无缝铁路线路内的温度力，降低线路的部分成本，提高铁路运行的安全性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一，在于提出了一种减小铁路线路温度力的耐磨、隔热、降温、耐腐蚀钢轨的制备方法。

本发明的另一目的，在于提出了与一种钢轨表面制备焊接层和涂层的方法相配套的焊接材料。

本发明的技术思路是：先以镍基自溶性粉末与掺入氧化物陶瓷粉末或镍包氧化物陶瓷粉末的混合物粉末为焊料，采用电阻滚焊的装置和方法，在钢轨的上表面制备以该焊料构成的一层或两层结构重叠的焊接层，再在钢轨的表面喷涂导电耐腐的隔热涂层；或者先在钢轨的上表面喷涂导电耐磨隔热涂层，再在除钢轨的上表面以外的钢轨表面上喷涂耐磨隔热、降温的涂层。

本发明采用的技术方案是：利用电阻滚焊的方法在钢轨上表面(轨顶)制备导电隔热的焊接层；采用喷涂法或辊涂法或刷涂法在钢轨的其余表面涂覆隔热、降温的耐腐耐磨涂层；其制备方法包括如下步骤：

①焊接

先在钢轨表面上经过机械处理或化学处理，使其除锈除油和烘干，并在露出新鲜金属光泽表面设置一层合金粉末与氧化物陶瓷粉末或与镍包氧化物陶瓷粉末的混合粉末，或者设置两层合金粉末与氧化物陶瓷粉末的混合粉末；第一层混合粉末的化学质量百分比(wt％)的组成为C 0.1～0.5，B 0.5～5，Si1～5，Cr 4～16，Cu 3～18，Fe 3～14，纳米Ni 2～10，在Ni/纳米ZrO₃(Ni 2～3，Y₂O₃ 0.3～0.4，纳米ZrO₂5～12)、Ni/纳米AI₂O₃(Ni 2～5，纳米AI₂O₃ 4.3～12)、Ni/TiO₂(Ni 2～6，TiO₂ 4～10)中任意选择一种或两种，Ni余量；第二层混合粉末的化学质量百分比(wt％)的组成为C 0.3～0.4，B 2.3～2.5，Si 2.4～2.6，Cr 8.4～10.6，Cu 4.8～10.2，Fe 6.2～6.4，SiO₂ 0.2～1.2，TiO₂ 1.0～3.0，Ni余量。

再在电阻滚焊装置系统中，连接好从电阻滚焊脉冲电源的正、负极分别到滚轮电极的火线、到钢轨表面间构成回路的地线，涂布在钢轨上表面(轨顶)的混合粉末宽度为2.5～3.0mm，第一层粉层或第一层与第二层粉层厚度均为0.2～0.3mm，将宽度为5mm的滚轮电极压在混合粉末上，确保再加载30～50kg的负荷后的滚轮电极能够向前移动；

然后接通电流峰值为3000A、工频为20Hz的低脉冲电源，进行电阻滚焊。

②缓冷处理

完成焊接过程后，用保温毡或保温毯覆盖在钢轨表面上，进行缓冷处理，以便在保护性温度气氛下扩散退火，减小钢轨的热应力。

③表面处理