关于60kg/mAB1贝氏体钢轨
气压焊接探讨
沈局长春线路大修段
赵宇航
电话：13894838848
邮政编码：130051
摘要：铁路钢轨多年来一直沿用鞍钢、包钢、攀钢生产的U71Mn、U74等材质的轨型，已应用半个多世纪，没有研发创新。进入九十年代末期铁路大范围提速、重载，这几种轨型已跟不上铁路发展的步伐，急需开发出具有高耐磨和高强度的轨种来适应铁路快速发展的需求。鞍山钢铁厂根据市场的需求，已先后开发出了PD3和AB1贝氏体等多种轨型，其中AB1贝氏体钢轨是鞍山钢铁厂刚研制出来最新的一种轨型，还未在正线上铺设。根据鞍钢厂和沈阳铁路局协商，此轨准备在长春分局范围内铺设，其气压焊接的型式检验由我段来完成。
关键词：高速、重载、安全
1、前言
随着铁路向高速、重载方向发展，对钢轨性能的要求也越来越高。多年来一直沿用的U71Mn和U74轨由于强度低，耐磨性差已不适应铁路快速发展的要求。亟待开发出具有高强度和高耐磨性的轨种来满足铁路高速、重载的需求。鞍山钢铁厂针对铁路这一市场前景适时地开发研制出了具有高强度和高耐磨性的AB1贝氏体钢轨。
我们都知道U71Mn和U74钢轨的组织成分是珠光体组织，而贝氏体钢轨是在空冷状态下获得的，主要组织成分是下贝氏体。贝氏体钢轨目前在世界上只有少数几个国家试铺，从国内外的资料来看，极少有这方面的报导。鞍钢厂经过短短几年的努力，于2002年轧制出了第一炉贝氏体钢轨，其技术已走在了世界的前沿。
根据沈阳铁路局和鞍钢厂双方协调，长春线路大修段进行贝氏体钢轨气压焊接试验。
2、气压焊接的设备及方法
试验采用的焊接设备是锦州科研所研制的III型焊接机，射吸式加热
混和器和控制箱，山东高唐产的超高压电动泵站，此套设备曾焊接过U71Mn、U74和俄罗斯P65钢轨，已焊接1000余个气压焊头。
我们采用的是三段压力焊法。 3、检验标准
落锤、静弯、疲劳等均按《每米60公斤AB1贝氏体钢轨焊接（暂行）技术条件》进行检验。 4、焊接工艺研究
从鞍钢厂提供的AB1钢轨的化学成份和机械性能看，贝氏体钢轨的强度和延伸率均高于其他钢轨，熔化温度是1500度，相变点是432度，所以气压焊接工艺与U71Mn和U74轨不同，具体的工艺研究分三阶段。
4.1摸索焊接工艺，确定改关方向
按照U71Mn和U74的工艺参数，采用推凸装置，焊接火焰用的是弱碳化焰。工艺参数见表一：
氧气压力 表压 流量 时间 压力（MPa） 顶锻量（mm） 0.6MPa 3.9—4.2升/分 预顶（一段） 18--24 29--38 表压 流量 撤压（二段） 3分30秒-4分10秒 10--12 正火温度 乙炔压力 0.15MPa 5.0—5.5升/分 顶锻（三段） 5分11秒-7分16秒 38—43 均未正火 从上表看,氧气和乙炔压力、流量、顶锻量与U71Mn基本相同，只是加热时间、撤压时间比U71Mn略长，顶锻压力略高，基于此对加热器的火孔进行了多次扩孔和缩孔，落锤检验均不合格。 4.2调整焊接参数，取得突破。
加热器的部分火孔在原有的基础上扩大了0.1～0.2mm，同时提高氧
气、乙炔流量，这时加热器已达到极限工作状态。但通过调整、紧固管路及各部接头，克服了加热器的回火放炮，使得试验能够进行。通过落锤和断口检验，多个焊头接近于检验标准，说明此阶段的工艺参数基本正确。 4.3优化工艺、通过检验
采取与第二阶段相同的工艺参数，在此基础上采取保温、保压措施，终了用氧乙炔焰手工除去“焊带”。这是焊接成功的关键环节，具体工艺是：利用既有焊机在顶锻终了油泵压力缓慢撤压至6～10Mpa，加热器继续摆火，时间约1分钟熄火，待焊缝温度降至700度以下，立即用氧气、乙炔气进行手工气割除馏。自然冷却200度以下时进行正火处理，正火温度比U71Mn轨高20～30度。最终工艺参数见下表二：
项目 氧气压力 O2流量 乙炔压力 乙炔流量 预顶阶段 中间阶段 顶锻阶段 加热温度 焊接总时间 预顶压力 撤压压力 顶锻量 正火温度 正火时间 单位 MPa 升/分 MPa 升/分 分 分 分 ℃ 分 MPa Mpa MPa ℃ 分 工艺参数 氧—乙炔火焰 AB1 60kg/m钢轨 0.62～0.63 4.3～4.7 0.15 5.5～6.0 3'20＂～3'40＂ 4'～4'30＂ 保温保压30＂ 1340～1360 6'～6'30＂ 20～35 10 35～40 920～940 2'20＂ 加热器摆动 宽度（mm） 频率（次/分） 焊接工艺 20～25 25～30 25～30 宽度（mm） 120 160 100次 频率（次/分） 通过保温，能保证焊缝处金属原子在高温状态下延长结晶时间，扩散更充分。可避免在高温状态免受外力冲击，焊后组织稳定。 5、结论与体会
5.1根据《每米60公斤AB1贝氏体钢轨焊接（暂行）技术条件》，和
TB/T1632-91《钢轨焊接接头条件》，在锦州大修段沟帮子基地进行3组落锤和3组静弯试验，全部合格。疲劳、硬度、断口、拉抻、冲击和金属组织均符合技术条件要求。说明AB1轨具有可焊性，焊接性能良好，能够满足现场施焊需要。
5.2由于AB1轨具有熔点高，热传导系数低这一特性，决定了其焊接温度高，加热时间长，需采取保温、保压措施，虽然根据技术条件检验合格，但延伸率较低，需在以后的焊接中进一步摸索、优化参数，探索提高延伸率的方法。
5.3通过对AB1贝氏体钢轨的焊接试验，我们认为焊接技术难点是断口结晶不匀，轨头和两底角不易焊合，该轨与U71Mn和U74相比有以下特点：
5.3.1加热温度偏高。目视轨周围均出现“熔池”状态，轨头温度在1360度，腰和底温度在1340度时，顶锻最佳，比U71Mn和U74轨焊接终了温度约高50～100度。
5.3.2加热时间长。U71Mn和U74在5分～5分30秒顶锻为宜，此轨在 6分～6分30秒顶锻最佳。
5.3.3摆火频率高。加热器点火对中后立即摆火，频率由120次/分钟开始，逐渐增加，到终了时达150次/分钟。
5.3.4加热器火焰强度偏高，最好应用弱碳性焰焊接，火焰长度距轨面8—10mm。
5.3.5较大流量。采用了达到加热器极限值的流量。
5.3.6正火温度较U71Mn和U74高，一般采用920—940度范围，冷却到200度以下时开始正火。
5.3.7针对热传导慢，冷却快这一特点，须采取保温和保压措施。
5.3.8加热宽度小。摆幅宽由开始的20～25mm逐渐增加到顶锻前 25～30mm。
5.3.9严禁推凸，应进行手工除镏。 6、几点建议：
6.1采用轻型保压推凸焊机，改进推凸装置，此轨由于其强度高，冷却快，因此必须短时间内快速切割焊带，在低温焊接更应如此，否则推凸不掉焊带。
把目前的平面推刀改为锐角推刀，改平推方式为切割方式，推刀强度加大，降低推凸阻力，防止人为因素割坏原轨，消除人工除镏造成的隐患。
6.2改进加热器火孔设计，均布加热功率，优化钢轨端面组织均匀一致。
6.3随着加热器功率的提高，混合室显得与加热器不匹配，容易产生回火放炮现象，混合室的功率也应相应提高。
AB1贝氏体钢轨，今年2月份在锦州分局管内沈山线上铺设了单侧750米一段，气压焊头2处，需在以后运行中观察。如有时间，我段还将在以后对AB1贝氏体钢轨的焊接参数进一步优化。
60kg钢轨气压焊工艺探讨
