U75V钢轨交流闪光焊工艺优化

第41卷　第2期2006年4月 西　南　交　通　大　学　学　报JOURNAL OF S OUT HW EST J I A OT ONG UN I V ERSI TY

Vol .41　No .2

Ap r .2006收稿日期:2004212228

作者简介:吕其兵(1967-),男,副教授,博士,研究方向为计算机检测及控制、焊接工艺及设备,电话:028*********,

E 2mail:xnjdlvqibing@

文章编号:025822724(2006)022*******

U75V 钢轨交流闪光焊工艺优化

吕其兵,　戴　虹,　骆德阳,　谭克利

(西南交通大学工程科学研究院,四川成都610031)

摘　要:对U75V 合金钢轨交流闪光焊焊接质量影响较大的13个焊接工艺参数,采用正交设计的方法设计了焊接工艺试验,根据正交试验结果分析了主要工艺参数与焊接质量之间的关系.得出了U75V 合金钢轨的最佳焊接工艺和影响焊接质量的主要因素,其中送进速度是最重要的影响因素.优化的焊接工艺通过了钢轨焊接的落锤试验,并已应用于钢轨的焊接生产.

关键词:U75V 合金钢轨;正交设计;焊接工艺参数;优化;闪光焊中图分类号:TG434.2 文献标识码:A

O pti m i za ti on of Fl a sh Butt W eld i n g Param eters

for W eld i n g of U75V Ra ils

L ΒQ ibing,　DA I Hong,　LUO D eyang,　TAN Keli

(I nstitute of Eng .Sciences,South west J iaot ong University,Chengdu 610031,China )

Abstract :W elding p r ocedure testswere arranged with orthogonal design on 13i m portant para meters t o op ti m ize the welding para meters for welding of U75V rails .The fact ors affecting the welding quality were analyzed according t o the results of the welding p r ocedure tests .Among the 13para meters,feeding s peed is the most i m portant .The op ti m ized welding p r ocedure was obtained and has been successfully app lied in p r oducti on .

Key words :U75V rail;orthogonal design;welding para meters;op ti m izati on;flash welding

U75V 钢轨是近10年发展起来的合金钢轨,由于其耐磨性能和综合性能好[1]

,能够大大提高钢轨使

用寿命,延长大修周期,减少运行维护成本,从一出现就得到铁路部门认可.但由于其合金含量高,焊接性

能差,焊接质量一直很难保证

[2～4]

,在无缝线路的建设中推广使用存在较大难度.

目前,为保证钢轨闪光焊焊接接头的质量,对每种钢轨,要通过大量的工艺试验,得到满足质量要求的

焊接工艺参数,然后采用这些焊接工艺参数进行焊接生产.由于影响焊接接头质量的工艺参数很多,如改进型К190焊机工艺参数有16个[5,6]

,工艺试验要花费大量的时间和经费.采用正交设计试验法是解决此

类问题的行之有效的途径[7]

.为此,采用正交设计试验法设计试验,分析焊接工艺参数对焊接质量的影

响,进行工艺优化设计.

1　正交试验设计

针对U75V 钢轨,在改进型К190焊机上采用正交设计试验法进行工艺研究,所使用的连续闪光焊采用3段电压焊接工艺,焊接过程分为高压阶段、低压阶段、加速及顶锻阶段13个阶段的焊接电压如图1所示.

在顶锻量恒定的情况下,焊接接头的质量主要由两个方面决定:焊接接头的温度场分布、焊接接头在

第2期吕其兵等:U75V 钢轨交流闪光焊工艺优化图1　3段电压焊接工艺过程Fig .1　Pr ocedure of 32stage flash butt welding

焊接过程中的烧化状况及接头保护状况.焊接接头的加热区宽度和温度梯度合理,有利于焊接接头杂质的排出和焊接接头的再结晶,有利于提高焊接接头的力学性能;焊接接头保护好,则

焊接过程中焊口的氧化就少,焊接接头的灰斑就少[8,9]

,焊接接头的力学性能也会大大改观.为此,正交设计时要改变有关焊接工艺参数,观察焊接质量的变化,从而改变钢轨焊接时的热输入和焊接过程钢轨的闪光稳定性,从而得出最佳工艺参数.

采用改进型К190焊机,通过对成都焊轨厂近200对U75V 钢轨焊接接头试验数据的统计与分析,选择了经验表明对施焊

质量相对敏感的高压电压U H 、加速烧化电压U A 、顶锻量l 、高压时间t H 、加速烧化时间t A 、高压电流基值

I H 、送进速度v F 、后退速度v B 、带电顶锻时间t P 、加速末速v A 、低压电压U L 、低压电流基值I L 和低压时间t L 等13个参数作为正交试验的因素,根据经验确定了13个因素的水平值,得到正交试验因素水平表(表1)1表中速度值是用控制D /A 输出模块的数字量来代表的,该值控制动立柱送进和后退速度,与送进和后退速度成正比.

表1　钢轨闪光焊正交试验因素水平

Tab .1　W elding p r ocedure parameters πstandards of orthogonal methodol ogy design

位级U H /V

U A /V

l /mm

t H /s

t A /s

I H /A

v F

v B

t P /s

v A

U L /V

I L /A

t L /s

Ⅰ3403101280730090901.0500280300110Ⅱ37034014100104001201201.5650310400170Ⅲ

400

370

16

120

13

500

150

150

2.0

800

340

500

230

2　试验结果

试验的结果如表2所示1表2中每一个试验号为一种位级组合,共焊27个接头.在每次试验过程中观察其焊接工艺性,即发生短路的次数及时间长短,焊接过程完成的情况等,并进行落锤试验、断口观察、记录灰斑面积和灰斑在焊接接头中的分布情况等,落锤数以“0”记的表示该种工艺焊接工艺性不好,未完成焊接过程.

表2　试验结果

Tab .2　The result of the experi m ent

试验编号

灰斑面积/mm 2

落锤数/次

试验编号

灰斑面积/mm 2

落锤数/次

1

14.0

>3

15

54.8

2200.00162.0>336.0>3170.814200.001818.01530.001925.006200.002016.007200.00213.80890.002229.119200.0023200.0010200.002410.001135.5>3253.121290.002628.52133.2127

200.0

1

14

200.0

3　试验结果分析

将表2的试验结果按各因素的各水平进行分类统计,得到的结果见表3.由表3可知:

(1)焊接过程中送进速度的值对焊接质量影响很大,在落锤级差序中排第二,在灰斑级差序中排第一

1

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