GAAS80/580焊機對焊軌內(nèi)在質(zhì)量的影響因素研究

劉海娥+鄭松

摘 要：規(guī)范合理的工藝參數(shù)是影響鋼軌焊縫內(nèi)在質(zhì)量的主要因素。文章使用GAAS80/580焊機，針對不同軌種所含的化學(xué)成分的差異，對其進行了可焊性分析，配合著斷口的灰斑情況，對工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，最終獲得理想的工藝參數(shù)，可以有效地提高鋼軌的焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鋼軌；焊接試驗；工藝參數(shù)；內(nèi)在質(zhì)量

我國目前可以進行鐵路鋼軌生產(chǎn)的主要鋼鐵企業(yè)有攀鋼、鞍鋼、包鋼和武鋼。當(dāng)前國內(nèi)鋼軌主要有

U71Mn、U71Mnk、U75V三大品種，U71Mn鋼軌使用時間最長，強度等級為880MPa，具有較好的韌性和塑性，焊接性優(yōu)良。U71Mnk鋼軌主要在高速鐵路上使用，牌號中k代表客運專線，強度等級也為880MPa，其化學(xué)成分含在U71Mn鋼軌化學(xué)成分范圍內(nèi)；U75V鋼軌是攀鋼首先于20世紀90年代初利用當(dāng)?shù)罔F礦石中共生的釩鈦等微量元素研究開發(fā)出的高碳微釩合金軌，強度等級為980MPa，目前在既有線使用較多，該鋼軌耐磨性、韌性及抗疲勞性好。

1 試驗材料

焊接生產(chǎn)的軌種一般涉及到各鋼廠的U71Mn、U71Mnk、U75V鋼軌。根據(jù)鐵道行業(yè)標準TB/T1632-2005《鋼軌焊接》的規(guī)定，焊接生產(chǎn)前應(yīng)對不同鋼種、不同焊機、不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的鋼軌進行型式檢驗。某焊軌廠先后對四大鋼廠生產(chǎn)的鋼軌焊接工藝參數(shù)進行了調(diào)試及焊接生產(chǎn)。近年來主要焊接的有攀鋼的U71Mn鋼軌、武鋼的U71Mnk與U75V鋼軌、包鋼的U75V鋼軌。在工藝試驗期間，針對GAAS80/580焊機對影響長鋼軌焊接內(nèi)在質(zhì)量的因素進行了研究分析。

2 鋼軌焊縫內(nèi)在質(zhì)量的影響因素

2.1 工藝參數(shù)的影響

工藝參數(shù)是影響鋼軌焊縫內(nèi)在質(zhì)量的最主要因素，針對不同軌種所含的化學(xué)成分的差異，對其進行可焊性分析，最終獲得理想的工藝參數(shù)。

焊軌廠先后對U71Mnk和U75V進行了工藝試驗。剛開始采用軟規(guī)范的工藝參數(shù)，焊頭的熱影響區(qū)較寬，端面溫度高，大大減少了灰斑。但焊接時間延長，加熱區(qū)太寬便引起熱影響區(qū)晶粒長大、接頭塑性降低等不良影響，偶爾會出現(xiàn)深灰色的爆炸型灰斑，這種灰斑極易斷頭。后來采用以加熱區(qū)窄為特征的硬規(guī)范進行工藝焊接試驗，接頭的試驗性能有所提高，很少出現(xiàn)大面積的灰斑，但沖擊韌性有所降低，較難經(jīng)住第三錘。GAAS80/580鋼軌焊機的預(yù)熱過程是鋼軌加熱的主要階段，現(xiàn)以某焊軌廠生產(chǎn)2線為例，對武鋼U71Mnk、U75V鋼軌焊接預(yù)熱參數(shù)列舉如表1。

從表1中看出U75V鋼軌的預(yù)熱接觸時間和二次電壓都比U71Mnk鋼軌大，快速閃光時間U75V鋼軌也較長，通常在優(yōu)化工藝參數(shù)時，U75V鋼軌的焊接工藝參數(shù)通過調(diào)節(jié)每次預(yù)熱的時間、二次電壓和有電頂鍛的力值，就能滿足落錘合格，并且能夠通過合理的匹配而減小灰斑。

但U71Mnk鋼軌需要調(diào)整較多參數(shù)，由于U71Mnk鋼軌比U75V鋼軌軟，并且其中的Mn元素含量較高，在強化鐵素體從而提高鋼軌強度的同時，也在鋼軌焊接過程中引起晶粒粗大、脆性增加、閃光焊接時容易出現(xiàn)灰斑。在優(yōu)化參數(shù)時，除了表1中的幾個參數(shù)，還要考慮擴散時間、快閃時間、燒化速度、頂鍛時間、頂鍛電壓等。鋼軌焊接頂鍛階段參數(shù)如表2。

確定了對焊軌質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要參數(shù)后，采用小正交法，每次焊接四組然后作對比，從而選擇合適的參數(shù)。工藝參數(shù)確定后，做25個落槌及斷口試驗，試驗結(jié)果如下表3。

另外，環(huán)境溫度對GAAS80焊機有一定的影響，不同的季節(jié)溫度不同，在預(yù)熱及閃光時向空氣中的熱擴散率不同，因此在不同季節(jié)還需要對預(yù)熱電壓進行微調(diào)。

2.2 鋼軌端面鋸口的影響

焊軌廠在焊接本局大修鋼軌時，速度低于160km/h的線路經(jīng)常會有短軌，廠焊接頭又要避開絕緣寒風(fēng)，所以需要把大量的25m鋼軌鋸開焊接。由于鋸床的精度或鋸條未及時更換等因素的影響，加上鋸床操作工下鋸的速度未把控好，都會造成鋼軌端面的歪斜。在對頂時，會在軌頂、軌腰或軌底產(chǎn)生縫隙（俗稱喇叭口）。

在對U71Mnk鋼軌進行工藝試驗期間，工藝參數(shù)比較穩(wěn)定的情況下，焊機操作工進行焊接對軌，發(fā)現(xiàn)軌底腳有1.5mm的縫隙。進行落錘試驗時，兩錘斷并在軌底腳產(chǎn)生成片灰斑，分析原因，雖然閃平量設(shè)置到了5mm，但由于閃平過程中閃光電流不均勻，進而在燒化過程中不穩(wěn)定，也會產(chǎn)生灰斑。在焊接U75V鋼軌時，縫隙小于1.5mm對接頭質(zhì)量產(chǎn)生的影響并不明顯。

3 結(jié)束語

本文對不同的鋼軌軌種進行工藝試驗，分析了影響鋼軌焊接內(nèi)在質(zhì)量的主要因素，通過對不同規(guī)范的工藝參數(shù)進行分析，優(yōu)化了焊接工藝參數(shù)，最終得出理想的生產(chǎn)工藝參數(shù)。同時對GAAS80/580焊機焊接U71Mnk和U75V鋼軌如何減小灰斑進行了嘗試，對焊接試驗數(shù)據(jù)進行了分析總結(jié)，尋找有效途徑控制灰斑。消除灰斑缺陷，需要工藝調(diào)試人員不斷地嘗試與總結(jié)，不斷地積累經(jīng)驗，才能更好的提高鋼軌的焊接質(zhì)量。

參考文獻

[1]TB/T 1632.1-2005.中華人民共和國鐵道部行業(yè)標準[S].鋼軌焊接.

[2]郭鴻年，薛繼仁，劉書華.鋼軌閃光焊焊接缺陷及其父接頭性能的影響[J].焊接技術(shù)，1991（6）：14-18.

作者簡介：劉海娥（1979-），女，河南鄭州，碩士，主要研究方向：機電一體化。

鄭松（1979-），男，高級工程師，主要研究方向：鐵路大機。