鍛制鋼坯轍叉焊接工藝研究

姜麗麗 閆佳 尉小明

1. 概述

2014年是中國(guó)現(xiàn)代有軌電車線路第一次集中開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的一年，截止目前，我公司已承擔(dān)了沈陽(yáng)和珠海有軌電車道岔設(shè)計(jì)和制造任務(wù)。而道岔的轍叉部分由于閃光焊機(jī)的結(jié)構(gòu)以及轍叉本身角度等因素，導(dǎo)致無(wú)法用閃光焊方式焊接所有接頭，探索用電弧焊方法焊接接頭成為必然。

2. 焊前準(zhǔn)備

（1）母材及設(shè)備工裝 試驗(yàn)材料為（斷面尺寸見(jiàn)圖1）U75V槽型軌，其化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1所示。該槽型軌為113mm×180mm毛坯料機(jī)加工而成。試驗(yàn)件長(zhǎng)度600～650mm，10根。將槽型軌對(duì)接截面及兩側(cè)80mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水分等雜物清除干凈，并打磨出金屬光澤。

根據(jù)焊條選用的一般規(guī)則，焊條強(qiáng)度應(yīng)接近焊接母材強(qiáng)度，故選擇J857焊條（φ 3.2mm、φ4mm）焊接。所用設(shè)備及工裝如下：ZX7－400逆變直流焊機(jī)、預(yù)熱裝置、焊條烘箱、C型夾、保溫棉砂、尖頭錘、紅外線測(cè)溫儀；主要檢測(cè)設(shè)備為智能型電液伺服3 000kN鋼軌靜彎試驗(yàn)機(jī)、鋼軌焊接接頭超聲波探傷儀。

（2）焊條烘干 烘干溫度400℃，保溫1h，烘干后放入保溫桶待用。

圖1 鍛制鋼坯斷面

圖2 焊條電弧焊接

圖3 清除熔渣

（3）槽型軌對(duì)正和預(yù)熱 將待焊槽型軌找正、找平，鋼軌間隙13～15mm，將軌底銅墊板與槽型軌點(diǎn)固，對(duì)接口及周圍100mm范圍內(nèi)用火焰預(yù)熱350～400℃，用紅外線測(cè)溫儀在接口兩側(cè)70～80mm處測(cè)預(yù)熱溫度。

3. 焊接工藝

（1）焊接 采用短弧施焊（見(jiàn)圖2），每層間應(yīng)徹底清除熔渣及飛濺物（見(jiàn)圖3），層間溫度保證不低于預(yù)熱溫度，否則應(yīng)重新預(yù)熱。層間應(yīng)及時(shí)使用尖頭錘錘擊焊縫，以減小應(yīng)力，防止裂紋產(chǎn)生。焊后應(yīng)對(duì)全斷面進(jìn)行檢查，缺肉時(shí)使用小電流補(bǔ)焊。具體的焊接參數(shù)如表2所示。

表1 鍛制鋼坯化學(xué)成分及力學(xué)性能

表2 焊接參數(shù)及要求

（2）焊后保溫 由于所焊鋼坯斷面不對(duì)稱性，焊縫區(qū)域不同部位冷卻速度不同，導(dǎo)致軌腰處極易產(chǎn)生裂紋，故采用焊后保溫緩慢冷卻的方法避免這一情況的發(fā)生。具體操作如下：焊接完成后使用兩把烤炬同時(shí)將焊縫及端頭8 0mm范圍加熱到600～650℃，石棉砂掩埋保溫12h，自然冷卻至室溫。

（3）打磨 采用手持砂輪機(jī)對(duì)焊頭全斷面沿鋼軌縱向進(jìn)行打磨，打磨力量不宜過(guò)大，勿使打磨表面發(fā)黑發(fā)藍(lán)，或發(fā)生打磨灼傷。

4. 試驗(yàn)

由于國(guó)內(nèi)尚無(wú)槽型軌焊接的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，我公司參照TB/T1632《鋼軌焊接接頭技術(shù)條件》及相關(guān)文獻(xiàn)制訂了“沈陽(yáng)有軌電車項(xiàng)目轍叉焊接技術(shù)條件”，本次試驗(yàn)按暫行技術(shù)條件執(zhí)行。

（1）靜彎試驗(yàn) 靜彎試驗(yàn)在智能型電液伺服3000kN鋼軌靜彎試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，支座間距1m，壓頭位于支點(diǎn)中部的焊縫頂部，靜彎試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。靜彎斷口如圖4所示，無(wú)組織缺陷。

圖4 鍛制鋼坯斷口

表3 焊接接頭靜彎試驗(yàn)結(jié)果

表4 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

（2）拉伸試驗(yàn) 接頭拉伸性能如表4所示，抗拉強(qiáng)度平均值為998MPa，斷后伸長(zhǎng)率平均值為6.3%。拉伸性能只做參考。

5. 結(jié)語(yǔ)

2012年8月17日，鐵科院下發(fā)了槽型鋼軌鋁熱焊焊接技術(shù)條件，此文件參考TB/T1632－2005《鋼軌焊接 第1部分通用技術(shù)條件》及TB/T1632－2005《鋼軌焊接 第3部分：鋁熱焊接頭》，其中靜彎強(qiáng)度要求≥1100MPa。公司技術(shù)條件要求靜彎強(qiáng)度達(dá)到1176MPa以上，本試驗(yàn)采用手工電弧焊焊接接頭強(qiáng)度均超過(guò)此技術(shù)要求，并很好的應(yīng)用于沈陽(yáng)和珠海有軌電車項(xiàng)目的轍叉焊接中，如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物