GAAS80/580焊机对焊轨内在质量的影响因素研究

刘海娥+郑松

摘 要：规范合理的工艺参数是影响钢轨焊缝内在质量的主要因素。文章使用GAAS80/580焊机，针对不同轨种所含的化学成分的差异，对其进行了可焊性分析，配合着断口的灰斑情况，对工艺参数进行了优化，最终获得理想的工艺参数，可以有效地提高钢轨的焊接质量。

关键词：钢轨；焊接试验；工艺参数；内在质量

我国目前可以进行铁路钢轨生产的主要钢铁企业有攀钢、鞍钢、包钢和武钢。当前国内钢轨主要有

U71Mn、U71Mnk、U75V三大品种，U71Mn钢轨使用时间最长，强度等级为880MPa，具有较好的韧性和塑性，焊接性优良。U71Mnk钢轨主要在高速铁路上使用，牌号中k代表客运专线，强度等级也为880MPa，其化学成分含在U71Mn钢轨化学成分范围内；U75V钢轨是攀钢首先于20世纪90年代初利用当地铁矿石中共生的钒钛等微量元素研究开发出的高碳微钒合金轨，强度等级为980MPa，目前在既有线使用较多，该钢轨耐磨性、韧性及抗疲劳性好。

1 试验材料

焊接生产的轨种一般涉及到各钢厂的U71Mn、U71Mnk、U75V钢轨。根据铁道行业标准TB/T1632-2005《钢轨焊接》的规定，焊接生产前应对不同钢种、不同焊机、不同生产厂家生产的钢轨进行型式检验。某焊轨厂先后对四大钢厂生产的钢轨焊接工艺参数进行了调试及焊接生产。近年来主要焊接的有攀钢的U71Mn钢轨、武钢的U71Mnk与U75V钢轨、包钢的U75V钢轨。在工艺试验期间，针对GAAS80/580焊机对影响长钢轨焊接内在质量的因素进行了研究分析。

2 钢轨焊缝内在质量的影响因素

2.1 工艺参数的影响

工艺参数是影响钢轨焊缝内在质量的最主要因素，针对不同轨种所含的化学成分的差异，对其进行可焊性分析，最终获得理想的工艺参数。

焊軌厂先后对U71Mnk和U75V进行了工艺试验。刚开始采用软规范的工艺参数，焊头的热影响区较宽，端面温度高，大大减少了灰斑。但焊接时间延长，加热区太宽便引起热影响区晶粒长大、接头塑性降低等不良影响，偶尔会出现深灰色的爆炸型灰斑，这种灰斑极易断头。后来采用以加热区窄为特征的硬规范进行工艺焊接试验，接头的试验性能有所提高，很少出现大面积的灰斑，但冲击韧性有所降低，较难经住第三锤。GAAS80/580钢轨焊机的预热过程是钢轨加热的主要阶段，现以某焊轨厂生产2线为例，对武钢U71Mnk、U75V钢轨焊接预热参数列举如表1。

从表1中看出U75V钢轨的预热接触时间和二次电压都比U71Mnk钢轨大，快速闪光时间U75V钢轨也较长，通常在优化工艺参数时，U75V钢轨的焊接工艺参数通过调节每次预热的时间、二次电压和有电顶锻的力值，就能满足落锤合格，并且能够通过合理的匹配而减小灰斑。

但U71Mnk钢轨需要调整较多参数，由于U71Mnk钢轨比U75V钢轨软，并且其中的Mn元素含量较高，在强化铁素体从而提高钢轨强度的同时，也在钢轨焊接过程中引起晶粒粗大、脆性增加、闪光焊接时容易出现灰斑。在优化参数时，除了表1中的几个参数，还要考虑扩散时间、快闪时间、烧化速度、顶锻时间、顶锻电压等。钢轨焊接顶锻阶段参数如表2。

确定了对焊轨质量产生影响的主要参数后，采用小正交法，每次焊接四组然后作对比，从而选择合适的参数。工艺参数确定后，做25个落槌及断口试验，试验结果如下表3。

另外，环境温度对GAAS80焊机有一定的影响，不同的季节温度不同，在预热及闪光时向空气中的热扩散率不同，因此在不同季节还需要对预热电压进行微调。

2.2 钢轨端面锯口的影响

焊轨厂在焊接本局大修钢轨时，速度低于160km/h的线路经常会有短轨，厂焊接头又要避开绝缘寒风，所以需要把大量的25m钢轨锯开焊接。由于锯床的精度或锯条未及时更换等因素的影响，加上锯床操作工下锯的速度未把控好，都会造成钢轨端面的歪斜。在对顶时，会在轨顶、轨腰或轨底产生缝隙（俗称喇叭口）。

在对U71Mnk钢轨进行工艺试验期间，工艺参数比较稳定的情况下，焊机操作工进行焊接对轨，发现轨底脚有1.5mm的缝隙。进行落锤试验时，两锤断并在轨底脚产生成片灰斑，分析原因，虽然闪平量设置到了5mm，但由于闪平过程中闪光电流不均匀，进而在烧化过程中不稳定，也会产生灰斑。在焊接U75V钢轨时，缝隙小于1.5mm对接头质量产生的影响并不明显。

3 结束语

本文对不同的钢轨轨种进行工艺试验，分析了影响钢轨焊接内在质量的主要因素，通过对不同规范的工艺参数进行分析，优化了焊接工艺参数，最终得出理想的生产工艺参数。同时对GAAS80/580焊机焊接U71Mnk和U75V钢轨如何减小灰斑进行了尝试，对焊接试验数据进行了分析总结，寻找有效途径控制灰斑。消除灰斑缺陷，需要工艺调试人员不断地尝试与总结，不断地积累经验，才能更好的提高钢轨的焊接质量。

参考文献

[1]TB/T 1632.1-2005.中华人民共和国铁道部行业标准[S].钢轨焊接.

[2]郭鸿年，薛继仁，刘书华.钢轨闪光焊焊接缺陷及其父接头性能的影响[J].焊接技术，1991（6）：14-18.

作者简介：刘海娥（1979-），女，河南郑州，硕士，主要研究方向：机电一体化。

郑松（1979-），男，高级工程师，主要研究方向：铁路大机。