專(zhuān)利名稱(chēng)：高碳鋼鋼軌與高錳鋼轍叉焊接工藝方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種高錳鋼與高碳鋼焊接工藝方法，主要用于鐵路高碳鋼鋼軌與高錳鋼轍叉的焊接，也適用于高錳鋼與高碳鋼材質(zhì)構(gòu)件的焊接或修復(fù)。
國(guó)外奧地利和法國(guó)采用“加介質(zhì)層的二次閃光對(duì)焊”工藝，其產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于鐵路，它是首先將鋼軌與不銹鋼對(duì)焊到一起，然后加熱到850℃正火，最后再將不銹鋼與高錳鋼對(duì)焊到一起。德國(guó)是首先將高錳鋼與不銹鋼對(duì)焊到一起，隨后進(jìn)行一次固溶處理，然后再將不銹鋼與鋼軌進(jìn)行二次閃光焊接。蘇聯(lián)也是采用加過(guò)渡部件而后閃光焊。以上國(guó)家只有奧地利在我國(guó)申請(qǐng)了二次閃光焊接的專(zhuān)利。二次閃光對(duì)焊是將事先制造成形的過(guò)渡層介質(zhì)焊接在高錳鋼軌頭一側(cè)，隨后將多余的過(guò)渡層介質(zhì)切割掉，再將鋼軌與帶有一定厚度過(guò)渡層的高錳鋼轍叉二次閃光對(duì)焊，將其焊接成一體。采用這種方法進(jìn)行焊接的缺點(diǎn)是，首先得制成成型的過(guò)渡層介質(zhì)，然后通過(guò)焊接，將多余的過(guò)渡層介質(zhì)切割掉，再進(jìn)行二次對(duì)焊，工序較多。另外，閃光對(duì)焊設(shè)備價(jià)格昂貴，耗電量大，對(duì)廠房的設(shè)施要求高。焊接操作人員要求有較高的技術(shù)水平，焊接工藝規(guī)范參數(shù)較窄，被焊截面的加工質(zhì)量要求嚴(yán)格，建廠投資大，生產(chǎn)成本高。
我國(guó)鐵科院曾采用強(qiáng)迫成形電弧焊方法和鋁熱焊方法進(jìn)行了大量的研究工作。山海關(guān)橋梁工廠和燕山大學(xué)，天津大學(xué)，大連鐵道學(xué)院對(duì)采用加介質(zhì)層的二次閃光對(duì)焊方法也作了較多的研究工作，但到目前為止，還屬于基礎(chǔ)研究階段。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下工藝步驟實(shí)現(xiàn)的1、首先對(duì)鋼軌和轍叉的被焊接部位進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)；2、然后對(duì)鋼軌和轍叉被焊接部位堆焊過(guò)渡層，即分別堆焊一層介質(zhì)金屬材料；(1)鋼軌過(guò)渡層堆焊前先將被焊部位清洗干凈，再進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥300℃，過(guò)渡層采用全包覆結(jié)構(gòu)，對(duì)稱(chēng)雙U形坡口焊接接頭形式，堆焊完的鋼軌進(jìn)行保溫緩冷到室溫；(2)轍叉過(guò)渡層堆焊前先將被焊部位清洗干凈，過(guò)渡層采用全包覆結(jié)構(gòu)，對(duì)稱(chēng)雙U形坡口焊接接頭形式，采用短焊道焊接工藝，邊焊邊強(qiáng)迫冷卻，堆焊后的轍叉進(jìn)行水韌固溶處理；3、將堆焊有過(guò)渡層的鋼軌與轍叉進(jìn)行焊接，首先對(duì)過(guò)渡層U形焊接坡口進(jìn)行磨修，經(jīng)檢驗(yàn)合格后用專(zhuān)用夾具裝配平直，然后對(duì)雙U形坡口焊接接頭進(jìn)行正反面交替焊接，即單面焊接反面成形打底，連續(xù)焊接直至焊完止；4、最后對(duì)焊接接頭進(jìn)行打磨成形，質(zhì)檢合格即可。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.從焊接方法來(lái)講手工電弧焊以及其它熔化焊方法，與目前焊接鋼軌和轍叉唯一成熟的二次閃光焊方法比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)采用的手工電弧焊方法其特點(diǎn)是操作靈活方便，焊接人員培訓(xùn)容易，焊接設(shè)備及工裝投資少，用電量少，焊接材料價(jià)格低，焊接缺陷便于發(fā)現(xiàn)，焊接質(zhì)量容易控制，對(duì)廠房場(chǎng)地生產(chǎn)環(huán)境要求不高，焊接工藝及工序簡(jiǎn)單，容易形成批量生產(chǎn)能力，建廠投資少，生產(chǎn)成本低。
2.從焊接工藝來(lái)講由于采用了一系列的工藝措施，能更有力地保證焊接接頭的質(zhì)量，每道工序各具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)采用雙介質(zhì)過(guò)渡層金屬材料見(jiàn)表1所示，采用過(guò)渡層金屬的目的主要是解決高錳鋼與高碳鋼不利于直接焊接的難題。高錳鋼焊接時(shí)，由于高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)引起熱影響區(qū)碳化物的析出，導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生，所以要求盡量采用熱輸入量小的焊接方法及工藝，盡可能地降低熱影響區(qū)的溫度及縮短高溫停留時(shí)間，所以采用焊后急冷的工藝。高碳鋼焊接時(shí)，熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致冷裂紋的產(chǎn)生，一般采用焊前預(yù)熱，焊后緩冷的工藝。在高錳鋼和高碳鋼被焊部位先分別堆焊一層介質(zhì)金屬材料，即過(guò)渡層，然后再將帶有過(guò)渡層的高錳鋼與高碳鋼進(jìn)行焊接，就比較容易。采用不同金屬的介質(zhì)過(guò)渡層方法，大大地降低了高錳鋼與高碳鋼的焊接難度，從而也簡(jiǎn)化了焊接工藝。
采用不同金屬的介質(zhì)過(guò)渡層的另一個(gè)目的，是通過(guò)過(guò)渡層金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)高錳鋼和高碳鋼的綜合性能，如保證強(qiáng)度、韌性、硬度等力學(xué)性能；減小熱脹系數(shù)、應(yīng)力變形等物理性能；防止碳、鉻等金屬遷移擴(kuò)散造成組織缺陷、穩(wěn)定金相組織結(jié)構(gòu)等；提高耐磨損、抗沖擊、冷作硬化、抗疲勞、抗裂紋敏感性等使用性能。由于采用兩種不同材料介質(zhì)的過(guò)渡層，所以很好地實(shí)現(xiàn)了高錳鋼和高碳鋼的綜合性能，又具有良好的焊接性能，從而大大地降低了高錳鋼和高碳鋼的焊接難度，簡(jiǎn)化了焊接工藝方法。
(2)采用全包覆過(guò)渡層方式采用全包覆過(guò)渡層方式，可以有效地避免對(duì)母材的再次熔化，從而保證了母材不再發(fā)生組織和性能的變化，進(jìn)一步穩(wěn)定了焊接接頭的質(zhì)量。
(3)高錳鋼側(cè)過(guò)渡層堆焊接頭水韌固溶處理工藝采用這種工藝主要目的是徹底消除高錳鋼側(cè)熱影響區(qū)析出的碳化物，確保高錳鋼側(cè)熱影響區(qū)無(wú)碳化物，從而進(jìn)一步提高焊接接頭的質(zhì)量。
(4)過(guò)渡層堆焊工藝及方法采用短焊道焊接工藝來(lái)縮短高錳鋼受熱時(shí)間，同時(shí)采取高錳鋼側(cè)強(qiáng)迫冷卻的措施來(lái)加速散熱，這種工藝能有效地抑制和減少碳化物析出的程度和數(shù)量，高碳鋼過(guò)渡層的堆焊，采取焊前預(yù)熱≥300℃，焊后緩冷的工藝措施，能有效地避免淬硬組織的產(chǎn)生。
圖2為本發(fā)明的過(guò)渡層的堆焊結(jié)構(gòu)示意圖。
(1)被焊接工件質(zhì)量檢驗(yàn)被焊接的鋼軌和轍叉按GB2585-81、TB/T447-90標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，合格產(chǎn)品方能允許焊接。
(2)過(guò)渡層堆焊本發(fā)明采用介質(zhì)過(guò)渡層金屬的焊接工藝，在鋼軌和轍叉的被焊部位，采用不同焊接材料，鋼軌側(cè)為Cr-Ni-Mo系合金，轍叉?zhèn)葹镸n-Cr-Ni系合金，分別進(jìn)行過(guò)渡層2的堆焊，過(guò)渡層2的堆焊結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2所示。堆焊層采用全包覆結(jié)構(gòu)，對(duì)稱(chēng)雙U形坡口1形式。堆焊層的厚度應(yīng)大于5mm。
(3)高碳鋼過(guò)渡層堆焊鋼軌堆焊前應(yīng)將被堆焊部位清理干凈，然后進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)≥300℃，保溫兩小時(shí)。按圖2所示的過(guò)渡層結(jié)構(gòu)進(jìn)行堆焊，堆焊完的鋼軌進(jìn)行保溫緩冷到室溫，避免淬硬組織的產(chǎn)生。
(4)高錳鋼轍叉過(guò)渡層堆焊轍叉堆焊前應(yīng)將被堆焊部位清理干凈，然后按圖2的過(guò)渡層2結(jié)構(gòu)進(jìn)行堆焊。在堆焊過(guò)程中采用短焊道的焊接工藝，同時(shí)采取邊焊邊強(qiáng)迫冷卻的措施，以減少高錳鋼轍叉熱影響區(qū)中碳化物的析出。堆焊后的轍叉進(jìn)行水韌固溶處理，以消除析出的碳化物。
(5)過(guò)渡層焊接坡口的加工和質(zhì)量檢驗(yàn)先對(duì)鋼軌和轍叉的過(guò)渡層2按圖2的焊接坡口結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行機(jī)械加工或磨修，然后進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)和外觀質(zhì)量檢驗(yàn)。合格后方能允許焊接。
(6)連接焊縫的焊接該焊接接頭的結(jié)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)雙U形坡口1形式，先進(jìn)行單面焊反面成形打底焊接，然后采用對(duì)稱(chēng)焊接的工藝，連續(xù)進(jìn)行焊接，直到焊完為止。在焊接過(guò)程中，高錳鋼轍叉?zhèn)纫扇?qiáng)迫冷卻的措施，保證高錳鋼轍叉的溫度不得高于200℃。
(7)焊縫的外形加工和質(zhì)量檢驗(yàn)焊后的鋼軌與轍叉，依據(jù)TB/T1632-91標(biāo)準(zhǔn)要求，將焊接接頭機(jī)械加工或打磨成形。然后對(duì)整個(gè)焊接接頭進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)和外觀質(zhì)量檢驗(yàn)。合格后方可作為產(chǎn)品使用。
表1焊接材料
表2靜彎試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果
注法國(guó)和奧地利有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求靜彎載荷882KN/90t，撓度18mm.(引自科技查新報(bào)告2001.11)表3彎曲疲勞測(cè)試結(jié)果
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T447-90表4沖擊測(cè)試值
沖擊測(cè)試值(缺口中心在高錳鋼側(cè)，離熔合線2mm處)。
表5拉伸測(cè)試值
拉伸測(cè)試值(以焊縫為中心，加工成拉伸試件)。
本發(fā)明的工藝方法主要用于鐵路鋼軌與高錳鋼轍叉的焊接。由于采用了介質(zhì)過(guò)渡層技術(shù)，所以也適用于一次性閃光對(duì)焊方法的應(yīng)用，即可將帶有過(guò)渡層的高錳鋼轍叉和鋼軌再進(jìn)行閃光對(duì)焊，從而提高焊接效率。這種工藝方法也可用于其它高錳鋼產(chǎn)品以及高錳鋼和高碳鋼構(gòu)件的焊接和修復(fù)。本發(fā)明還可采用TIG焊、MIG焊、埋弧焊、等離子束焊等其中任何一種熔化焊的方法，將高錳鋼與高碳鋼焊焊接成一體。
權(quán)利要求
1.一種高碳鋼鋼軌與高錳鋼轍叉焊接工藝方法，其特征在于采用以下工藝步驟A、首先對(duì)鋼軌和轍叉的被焊接部位進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)；B、然后對(duì)鋼軌和轍叉被焊接部位堆焊過(guò)渡層，即分別堆焊一層介質(zhì)金屬材料；a、鋼軌過(guò)渡層堆焊前先將被焊部位清洗干凈，再進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥300℃，過(guò)渡層采用全包覆結(jié)構(gòu)，對(duì)稱(chēng)雙U形坡口焊接接頭形式，堆焊完的鋼軌進(jìn)行保溫緩冷到室溫；b、轍叉過(guò)渡層堆焊前先將被焊部位清洗干凈，過(guò)渡層采用全包覆結(jié)構(gòu)，對(duì)稱(chēng)雙U形坡口焊接接頭形式，采用短焊道焊接工藝，邊焊邊強(qiáng)迫冷卻，堆焊后的轍叉進(jìn)行水韌固溶處理；C、將堆焊有過(guò)渡層的鋼軌與轍叉進(jìn)行焊接，首先對(duì)過(guò)渡層U形焊接坡口進(jìn)行磨修，經(jīng)檢驗(yàn)合格后用專(zhuān)用夾具裝配平直，然后對(duì)雙U形坡口焊接接頭進(jìn)行正反面交替焊接，即單面焊接反面成形打底，連續(xù)焊接直至焊完止；D、最后對(duì)焊接接頭進(jìn)行打磨成形，質(zhì)檢合格即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高碳鋼鋼軌與高錳鋼轍叉焊接工藝方法，其特征在于所述的過(guò)渡層堆焊厚度大于5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高碳鋼鋼軌與高錳鋼轍叉焊接工藝方法，其特征在于介質(zhì)金屬材料為鋼軌側(cè)堆焊Cr-Ni-Mo系合金，轍叉?zhèn)榷押窶n-Cr-Ni系合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高碳鋼鋼軌與高錳鋼轍叉焊接工藝方法，主要用于鐵路高碳鋼鋼軌與高錳鋼轍叉的無(wú)縫焊接，也適用于高錳鋼與高碳鋼材質(zhì)構(gòu)件的焊接或修復(fù)。本發(fā)明主要采用手工電弧焊的方法，在鋼軌側(cè)堆焊Cr－Ni－Mo系合金過(guò)渡層，在轍叉?zhèn)榷押窶n－Cr－Ni系合金過(guò)渡層并進(jìn)行固溶處理，然后將二者雙U型坡口接頭進(jìn)行對(duì)稱(chēng)焊接。具有工藝簡(jiǎn)單，焊接質(zhì)量高，性能穩(wěn)定，生產(chǎn)成本較低，一次焊接即成一體等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K31/00GK1442265SQ02104300
公開(kāi)日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2002年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月5日
發(fā)明者郭面煥, 谷玉忠, 邵德春, 張普慶, 劉連斌, 郭興臣 申請(qǐng)人:唐山鐵路道岔廠, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)