歐陽志明

摘 要：目前，我國大部分鋼軌焊接廠都是采用閃光對(duì)焊的方法進(jìn)行軌頭焊接，但是，這種方法會(huì)大大降低鋼軌焊接后的韌塑性，使得鋼軌無法滿足無縫線路鋪設(shè)現(xiàn)場的工作要求。因此，要對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后熱處理。主要研究了U75V鋼軌焊后熱處理的幾個(gè)主要工藝參數(shù)的優(yōu)化，包括正火轉(zhuǎn)頻溫度t1、加熱最高溫度t2、開始冷卻溫度t3和加熱時(shí)間T等幾個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，得出一組較優(yōu)的工藝參數(shù)，從而為實(shí)際生產(chǎn)中提高焊縫質(zhì)量提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：U75V鋼軌；工藝參數(shù)；焊后熱處理；焊縫質(zhì)量

中圖分類號(hào)：U213.9+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.107

現(xiàn)階段，我國大部分鋼軌焊接廠都是采用閃光對(duì)焊的方法進(jìn)行軌頭焊接。文獻(xiàn)資料和實(shí)際現(xiàn)場操作證明，這種方法會(huì)使鋼軌焊接后金屬組織，尤其是奧氏體晶粒粗化，韌塑性能大大下降，無法滿足無縫線路鋪設(shè)現(xiàn)場的工作要求。因此，需要對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后熱處理。本文針對(duì)攀鋼U75V（60 kg/m）鋼軌焊后熱處理的幾個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)定，主要包括正火轉(zhuǎn)頻溫度t1、加熱最高溫度t2、冷卻溫度t3和加熱時(shí)間T等。

1 試樣設(shè)備、材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

在焊后處理時(shí)，紅海焊軌廠采用中頻正火機(jī)對(duì)焊后鋼軌進(jìn)行正火，其變壓器是多匝比淬火變壓器，500 KVA，2.5～8 kHz。在熱處理時(shí)，中頻電壓為600 V，直流電壓為400 V，直流電流在轉(zhuǎn)頻前為180～240 A，在轉(zhuǎn)頻后為160 A，功率在轉(zhuǎn)頻前為125 kW，轉(zhuǎn)頻后為70 kW，頻率在轉(zhuǎn)頻前為2 100 Hz，轉(zhuǎn)頻后為2 500 Hz。正火后，還需對(duì)鋼軌進(jìn)行風(fēng)冷，采用3嘴噴風(fēng)器冷卻。熱處理后，采用里氏硬度計(jì)測量鋼軌表面硬度。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為攀鋼U75V（60 kg/m）鋼軌，其化學(xué)成分如表1所示。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化熱處理的工藝參數(shù)。選取正火轉(zhuǎn)頻溫度t1、最高加熱溫度t2、風(fēng)冷起始溫度t3和加熱時(shí)間T等4個(gè)具有代表性的參數(shù)為優(yōu)化工藝參數(shù)指標(biāo)。擬用四因素三水平的正交表建立試驗(yàn)方案，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示，U75V鋼軌焊后熱處理表面硬度分布情況如圖1所示。

從圖1中可以看出，鋼軌焊接接頭進(jìn)行焊后熱處理后，相比母材的表面硬度平均提高了10%左右，而且表面硬度分布更加均勻。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

以焊縫中心為對(duì)稱點(diǎn)，向母材兩邊每隔10 mm取1個(gè)點(diǎn)，總共11個(gè)點(diǎn)。用里氏硬度計(jì)測量各點(diǎn)的表面硬度，取其平均值作為工藝的參考標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 t1對(duì)U75V鋼軌表面硬度的影響

目前，紅海焊軌廠采用的正火轉(zhuǎn)頻溫度為849 ℃，相比以前的825 ℃，在正火時(shí)間上縮短了近25 s。這大大縮短了工作時(shí)間，提高了工作效率。

圖2是在最高加熱溫度、冷卻速度和加熱時(shí)間都不變的情況下，轉(zhuǎn)頻溫度對(duì)U75V鋼軌焊后表面硬度的影響，最高加熱溫度為904 ℃，加熱時(shí)間為98 s，開始冷卻溫度為850 ℃。

從圖2中可以看出，當(dāng)正火轉(zhuǎn)頻溫度為846 ℃時(shí)，U75V鋼軌的平均表面硬度最高為548.5 HLD。

2.2 t2對(duì)U75V鋼軌表面硬度的影響

據(jù)大量研究工作者和實(shí)踐操作證明，U75V鋼的正火加熱溫度應(yīng)選在（910±10）℃。紅海焊軌廠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，將正火加熱溫度選定為909 ℃。

圖3是在正火轉(zhuǎn)頻溫度、冷卻速度和加熱時(shí)間都不變的情況下，最高加熱溫度對(duì)U75V鋼軌焊后表面硬度的影響。當(dāng)正火轉(zhuǎn)頻溫度為848 ℃時(shí)，加熱時(shí)間為96 s，開始冷卻溫度為880 ℃。

從圖3中可以看出，當(dāng)最高加熱溫度為908 ℃時(shí)，U75V鋼軌的平均表面硬度最高為548.5 HLD。但是，從圖3的曲線中可以看出，當(dāng)最高加熱溫度為908 ℃時(shí)，曲線還在上升，所以，應(yīng)選擇經(jīng)驗(yàn)值909 ℃為最優(yōu)的工藝參數(shù)。

至于正火時(shí)間和冷卻開始溫度這兩個(gè)參數(shù)，人為因素對(duì)其的影響很大，在這里不參與討論。

2.3 正交試驗(yàn)分析

由表2中的試驗(yàn)結(jié)果可知，各個(gè)影響因素的極差為：

式（1）中：kij位第j列中對(duì)應(yīng)因素相同水平i的試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)之和，i=1，2，3.

計(jì)算得，R2>R1>R4>R3. 由此可得，在影響焊后熱處理硬度的4個(gè)因素中，最高加熱溫度的影響最大，其次是正火轉(zhuǎn)頻溫度，然后是加熱時(shí)間和風(fēng)冷起始溫度。

從正交表中9個(gè)試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，第6號(hào)試驗(yàn)的平均硬度最高為561.6 HLD。其工藝參數(shù)正火轉(zhuǎn)頻溫度為846℃，最高加熱溫度為908 ℃，風(fēng)冷起始溫度為820 ℃，正火時(shí)間為98 s。

3 總結(jié)

優(yōu)化得出一組較優(yōu)的工藝參數(shù)，為實(shí)際生產(chǎn)中提高焊縫質(zhì)量提供了理論依據(jù)，具體為：①U75V鋼軌進(jìn)行焊后熱處理后，表面平均硬度比母材提高了近10%. ②在影響焊后熱處理表面硬度的幾個(gè)因素中，最高加熱溫度的影響最大，其次是正火轉(zhuǎn)頻溫度，然后是加熱時(shí)間和風(fēng)冷起始溫度。③當(dāng)正火轉(zhuǎn)頻溫度為846 ℃時(shí)，U75V鋼軌的平均表面硬度最高為548.5 HLD。④當(dāng)最高加熱溫度為908 ℃時(shí)，U75V鋼軌的平均表面硬度最高為548.5 HLD。但是，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)考慮選擇909 ℃為最優(yōu)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕