[发明专利]控制贝氏体钢轨闪光焊接头内“白块”组织的工艺方法

说明书

本发明属于钢轨焊接技术领域，具体公开了一种控制贝氏体钢轨闪光焊接头内“白块”组织的工艺方法，旨在解决现有贝氏体钢轨焊接技术焊接所形成的闪光焊接头的微观组织中“白块”的数量较多、尺寸较大的问题。该工艺方法在采用钢轨闪光对焊设备对贝氏体钢轨焊接过程中，依次对闪平阶段、脉动阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段和保压阶段进行控制。通过采用该工艺方法在贝氏体钢轨焊接过程中进行相应控制，可将焊缝附近“白块”组织的数量降到最低，并减小“白块”组织的尺寸，改善其形貌，从而使焊接质量稳定，保证焊接接头的力学性能，以提高贝氏体钢轨焊接接头的服役性能，确保铁路运行的安全性。

技术领域

本发明属于钢轨焊接技术领域，具体涉及一种控制贝氏体钢轨闪光焊接头内“白块”组织的工艺方法。

背景技术

贝氏体钢轨为近几十年世界各国的研究热点，因其韧性高、耐磨损及使用寿命长等特性而有望取代传统的珠光体钢轨，广泛应用于铁路道岔部件及重载线路的小半径曲线段。现阶段，钢轨无缝化已成为必然趋势。作为钢轨无缝化环节中的一道重要工序，钢轨焊接质量直接关系到铁路线路服役寿命，甚至行车安全。钢轨服役过程中，受焊接质量及线路实际运营条件复杂性的影响，焊接长轨条的断裂大多发生在焊接接头上，因而焊接接头成为了无缝线路的薄弱环节。

贝氏体钢轨闪光焊接头，其微观组织复杂，焊缝附近存在白色微区和带状组织，白色微区，即俗称的“白块”组织，是焊接半熔区晶界元素富集的结果，其表现白亮的原因是元素富集和组织差异。“白块”实质上是元素富集的晶界高合金区，其为在钢轨焊接高温条件下高合金区晶界熔化或液化，在焊接空冷条件下产生的马氏体组织，因耐金相腐蚀剂的腐蚀而呈现白色状态。带状偏析会影响接头的冲击韧性，且“白块”多在带状组织内产生。闪光焊接头伤损的主要原因是“白块”上极易产生微裂纹，裂纹沿接头带状组织方向扩展，形成轨头核伤，轨头核伤是造成钢轨断裂的主要原因。

以重量百分比计，贝氏体钢轨的化学成分含量一般为：C 0.18-0.30％，Si 0.8-1.8％，Mn 1.5-2.5％，Cr 0.50-1.60％，Mo 0.20-0.50％，余量为Fe和杂质。采用热处理技术，基于细晶强化原理生产制造的贝氏体钢轨受焊接热循环作用后，焊缝区域的淬硬层消失并出现一较宽的低硬度区，导致焊缝及热影响区的硬度远低于钢轨母材。而且采用现有的贝氏体钢轨焊接技术，焊接所形成的闪光焊接头的微观组织中“白块”组织的数量多，且尺寸较大，易导致焊接接头裂纹扩展，缩短钢轨的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种控制贝氏体钢轨闪光焊接头内“白块”组织的工艺方法，旨在解决现有贝氏体钢轨焊接技术焊接所形成的闪光焊接头的微观组织中“白块”的数量较多、尺寸较大的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：控制贝氏体钢轨闪光焊接头内“白块”组织的工艺方法，该方法在采用钢轨闪光对焊设备对贝氏体钢轨焊接过程中，依次对闪平阶段、脉动阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段和保压阶段进行如下控制：

控制闪平阶段的焊接热输入量在1.4～2.3MJ，持续时间为19～23s；

控制脉动阶段的焊接热输入量在4.0～5.1MJ，钢轨消耗量为2.2～3.1mm，持续时间为52～62s；

控制加速烧化阶段的焊接热输入量在0.7MJ以下，钢轨消耗量为7.5～8.8mm，持续时间为20～24.5s；

控制顶锻阶段的焊接热输入量在0.1MJ以下，顶锻量为14.0～15.5mm，带电顶锻时间为0.3～0.5s，持续时间为7.4～8.1s；

控制保压阶段的保压压力在26.0～28.0T，持续时间为10～14s；

并且，控制焊接热输入总量在7.0～8.5MJ，焊接总的持续时间为105～120s。

进一步的是，所述贝氏体钢轨为60kg/m的钢轨。