U75V钢轨移动闪光焊焊后热处理工艺

我国无缝线路钢轨的焊接，已广泛采用闪光焊技 术。因焊接接头在焊缝熔合线上曾发生过熔化过程和 高温加热，故熔合线附近出现了所谓的过热区，使金属 组织尤其 是 奥 氏 体 晶 粒 粗 化，韧 塑 性 能 大 幅 度 下 降。 试验表明，焊接熔合线附近的冲击韧性只有母 材 的 30% ～ 40% ，塑性为母材的 50% ～ 60% ，冲击值 ak 有 的 ＜ 5 J / cm2 ，焊接接头综合性能难以达到现行标准中 的要求，严重影响无缝线路的安全使用。为了提高焊 接接头的性能，需进行焊后热处理［1］。
表 1 不同加热速度下 U75V 钢轨相变临界温度
加热速度 /
临界温度 /℃
（ ℃ /s）
Ac1
Ac3
Ar1
Ar3
5
735
770
605
655
10
737
790
605
655
15
740
805
605
660
根据测得的相变临界温度，在 gleeble-1500 热模 拟机上选择 800 ℃ ，850 ℃ ，900 ℃ 和 950 ℃ 四档加热 温度，以 5 ℃ / s 的加热速度，对取自 U75V 钢轨母材及 焊接接头的 冲 击 试 样 分 别 加 热，到 温 后 不 保 温，再 以 1 ℃ / s的冷却速度冷却至 500 ℃ ，随后空冷，然后进行 冲击试验，结果见图 1，图中数据为 4 个冲击试样平 均值。
17. 5
12
16. 5
15. 5
4
950
8. 5 ～ 18 7. 5 ～ 20 8 ～ 21. 5
13
13
12
12. 5
表 2 4 种不同电感应加热工艺参数
工艺 序号
1 2 3 4
变频温度 / ℃
试样取自 U75V 热轧钢轨，各化学成分的质量分 数为： C 0. 75% ，Si 0. 65% ，Mn 0. 89% ，P 0. 013% ，S 0. 011% ，V 0. 056% 。 1. 2 试验结果
通过 gleeble-1500 热模拟机将 U75V 钢轨母材试
样（ 尺寸为 10 mm × 90 mm） 分别以 5 ℃ / s，10 ℃ / s， 15 ℃ / s 加热到 950 ℃ ，到温后不保温，再以 1 ℃ / s 的 冷却速度冷却至 500 ℃ ，随后空冷，得到相变临界温 度，结 果 见 表 1。由 表 1 可 见，随 着 加 热 速 度 增 加， Ac1，Ac3 增加，而 Ar1 和 Ar3 变化不大。
由图 1 可见，随着加热温度的升高，U75V 钢轨母 材冲击韧性略有减小，而焊缝处冲击韧性在加热温度
收稿日期： 2012-03-31； 修回日期： 2012-05-31 作者简介： 俞喆（ 1986— ） ，男，浙江诸暨人，硕士研究生。
图 1 不同加热温度下焊缝与母材冲击功曲线
2012 年第 10 期
铁道建筑
130
Railway Engineering
October，2012
文章编号： 1003-1995（ 2012） 10-0130-03
U75V 钢轨移动闪光焊焊后热处理工艺研究
俞 喆，张银花，周清跃
（ 中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京 100081）
摘要： 钢轨经闪光焊焊接以后，焊缝区域脆性增大，影响到无缝线路的使用性能和寿命，因而需进行焊后 热处理。针对 U75V 钢轨采用连铸技术后与以往模铸生产时性能的差别，对其接头焊后热处理工艺进 行了研究，提出了最佳工艺参数： 感应加热温度（ 880 ± 20） ℃ ，加热时间 ＞ 120 s，喷风压力 0. 12 ～ 0. 15 MPa，喷风时间 150 s。此时接头全断面平均冲击功 23. 5 J，接头轨面硬度与母材的比值为 0. 975，轨底 侧晶粒度 9 级，焊接接头的性能得到了全面的提高。 关键词： U75V 钢轨 闪光焊 焊后热处理 性能研究 中图分类号： TG441. 8； TG162. 82 文献标识码： A DOI： 10． 3969 / j． issn． 1003-1995． 2012． 10-39
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U75V 钢轨移动闪光焊焊后热处理工艺研究
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为 850 ℃ 时达到最高，随后下降。由此可见，U75V 钢 轨焊接接头焊后热处理最佳加热温度为 850 ℃ 左右。 考虑钢轨为一异形断面，进行中频电感应加热时在尺 寸较厚的轨头和尺寸较薄的轨底侧存在较大温差，一 般为 50 ℃ 左右。在钢轨实物焊接接头的热处理过程 中应考虑其影响，因此，U75V 钢轨焊接接头的最佳加 热温度应选择 850 ℃ ～ 900 ℃ 为好。
2 实物性能试验
2. 1 试验参数 为了优化 U75V 钢轨焊接接头热处理工艺参数，
在热模拟试验的基础上，制定了实物钢轨焊接接头热 处理工艺参数（ 表 2） ，并对处理后实物钢轨焊接接头 进行性能试验。钢轨的焊接由移动闪光焊机完成，焊 后热处理采用双频电感应加热，全断面喷射压缩空气 冷却。
低的加热温度，以提高焊接接头的韧性。而加热温度 低所造成的接头硬度下降，可以通过调整喷风压力得 到解决。通过适当加大喷风压力以提高冷却速度（ 但 需保证小于临界冷却速度） ，可以使珠光体组织片层 间距减小，能提高接头硬度等综合性能指标。
表 3 冲击试验结果
J
工艺 加热温 序号 度 /℃
轨头
冲击功
轨腰
轨底
全断面平均
1
860
20 ～ 32. 5 23. 5 ～ 31. 5 9 ～ 21
26. 5
27
13
22. 0
2
880
17. 5 ～ 38 14. 5 ～ 30 13 － 31
25. 5
24. 5
21
23. 5
3
930
7. 5 ～ 24. 5 5. 5 ～ 15 10. 5 ～ 29
随着铁路发展和冶金技术的进步，现代钢轨均采 用连铸技术生产。检验发现，其母材及焊接接头性能 与以往模铸生产的钢轨存在较大差异。本文通过热模 拟试验和实物性能试验对连铸生产的 U75V 钢轨焊接 接头热处理工艺进行了研究，以优化工艺参数，并指导 移动闪光焊接头的焊后热处理。
1 热模拟试验
为了研究加热温度与冲击韧性之间的关系以及相 变 点，选 用 U75V 钢 轨 母 材 与 焊 缝 冲 击 试 样，在 gleeble-1500 试验机上进行热模拟试验。 1. 1 试样的化学成分