氣焊焊補技術(shù)在鋼軌焊補中的應(yīng)用

胡玉堂（中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京　100081）

?

氣焊焊補技術(shù)在鋼軌焊補中的應(yīng)用

胡玉堂
（中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京100081）

摘要介紹了鋼軌氣焊焊補的工藝流程，對鋼軌氣焊焊補接頭進(jìn)行了力學(xué)性能測試、硬度測試和顯微金相組織分析，結(jié)果表明，接頭的力學(xué)性能仍需提高，接頭硬度與母材匹配較好，焊縫組織主要為珠光體+鐵素體，焊縫與熱影響區(qū)的結(jié)合較好。現(xiàn)場應(yīng)用情況表明，氣焊焊補接頭能夠經(jīng)歷9 000萬t以上的運量，且使用后焊縫硬度和母材硬度匹配仍較好。

關(guān)鍵詞鋼軌；氣焊焊補；焊補接頭；力學(xué)性能；硬度；金相組織

1　鋼軌焊補的現(xiàn)狀

近年來，隨著我國鐵路的快速發(fā)展，鋼軌傷損問題變得日益突出，如鋼軌的局部缺陷（擦傷、剝離掉塊）、鋼軌端部低塌、鋼軌焊接接頭低塌等。對于鋼軌傷損的焊補，國內(nèi)外主要采用電弧焊補技術(shù)，如法國、瑞典等國家研制出了自動化電弧焊補設(shè)備，并將這些設(shè)備應(yīng)用到鋼軌的焊補作業(yè)中［1-3］；在國內(nèi)，在線鋼軌傷損的焊接修復(fù)主要采用手工電弧焊補技術(shù)［4-5］。

本文介紹了一種使用氧氣和乙炔作為焊接熱源的鋼軌氣焊焊補技術(shù)，并對鋼軌氣焊焊補接頭的力學(xué)性能、硬度和顯微金相組織進(jìn)行了試驗研究，可為氣焊焊補技術(shù)在鋼軌焊補中的應(yīng)用提供技術(shù)支持［6］。

2　鋼軌氣焊焊補工藝流程

鋼軌氣焊焊補技術(shù)是使用氧氣和乙炔作為焊接熱源，并采用焊絲作為填充物的一種鋼軌焊補方法，其工藝流程為：①打磨并清理干凈鋼軌缺陷；②預(yù)熱待焊部位；③焊接鋼軌；④打磨焊補接頭；⑤焊后熱處理；⑥對焊補接頭進(jìn)行探傷。如圖1—圖3所示。

圖1　鋼軌焊前打磨

圖2　鋼軌焊接

圖3　鋼軌焊后打磨

3焊補接頭的性能測試

對U75V鋼軌進(jìn)行氣焊焊補試驗，然后對鋼軌的焊補接頭進(jìn)行拉伸、室溫沖擊等力學(xué)性能測試以及硬度測試、金相組織分析等。

3. 1力學(xué)性能測試

焊補接頭的力學(xué)性能測試結(jié)果如表1所示。

表1　焊補接頭力學(xué)性能

從測試結(jié)果可以看到，焊補接頭的抗拉強度低于《鋼軌焊接》（TB /T 1632—2014）標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于鋁熱焊接頭拉伸性能的要求［7］（780 MPa），斷后伸長率2. 5％，平均沖擊功6. 3 J，表明焊補接頭的力學(xué)性能仍需要提高。

3. 2硬度測試

測試了焊補接頭軌頂面硬度和橫斷面硬度。焊補接頭橫斷面如圖4所示，測試結(jié)果如表2、表3所示。

圖4　焊補接頭橫斷面

表2　軌頂面布氏硬度值（HB）

表3　橫斷面顯微維氏硬度值（HV）

從表2可以看出，焊縫硬度值/母材硬度值= 0. 93，焊縫與母材硬度匹配較好。

從表3可以看出，焊縫表層的硬度值比母材的硬度值低，從焊縫表層到焊縫粗晶區(qū)、焊縫細(xì)晶區(qū)、熱影響區(qū)與母材的硬度逐漸升高。焊縫硬度值/熱影響區(qū)硬度值= 0. 89，表明焊縫與熱影響區(qū)的硬度匹配較好；熱影響區(qū)硬度值/母材硬度值= 0. 96，表明熱影響區(qū)與母材的硬度匹配較好；焊縫硬度值/母材硬度值= 0. 85，表明焊縫與母材的硬度匹配較好。測試結(jié)果表明焊接接頭的橫斷面各個部分的硬度值匹配較好，接頭硬度性能較好。

3. 3焊縫的顯微金相組織

對焊補接頭進(jìn)行顯微金相組織分析，得到焊補接頭及熱影響區(qū)的金相組織。如圖5～圖8所示。其金相組織主要為鐵素體+珠光體，但由于焊補接頭的各部位冷卻速度不同，所以晶粒大小有變化。

從金相照片可以看到，焊補接頭的金相組織主要由珠光體和鐵素體組成；焊縫組織存在著粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)，在焊縫的表層晶粒較粗大，由表層往里，晶粒逐漸細(xì)化；從金相組織上看，因為焊接熔合線附近的金相組織較細(xì)小，故焊接熱影響區(qū)與焊縫結(jié)合較好。

圖5　焊縫粗晶區(qū)

圖6　焊縫細(xì)晶區(qū)

圖7　焊縫與熱影響區(qū)交界

圖8　熱影響區(qū)

4　現(xiàn)場應(yīng)用

對現(xiàn)場氣焊焊補接頭進(jìn)行跟蹤試驗（見圖9），跟蹤焊補接頭使用情況，測試焊補接頭的硬度（采用里氏硬度計+鋼直尺），測試結(jié)果見表4～表7。

圖9　焊補接頭硬度跟蹤測試

表4　1號接頭布氏硬度值（HB）

表5　2號接頭布氏硬度值（HB）

表6　3號接頭布氏硬度值（HB）

表7　4號接頭布氏硬度值（HB）

1號焊補接頭的鋼軌材質(zhì)為U71Mn，60 kg/m。至測試前為止，焊補后累計貨運總量為9 000萬t。在焊縫和母材分別測試5點布氏硬度，通過硬度測試，可以得到焊縫與母材平均硬度的比值為0. 92，表明該焊補接頭經(jīng)歷了9 000萬t運量后，焊縫與母材的硬度匹配較好。

2號焊補接頭的鋼軌材質(zhì)為U75V，60 kg/m，至測試前為止，焊補后累計貨運總量為1. 2億t。焊縫與母材平均硬度的比值為0. 99，表明該焊補接頭經(jīng)歷了1. 2億t運量后，焊縫與母材的硬度匹配較好。

3號焊補接頭的鋼軌材質(zhì)為U75V，60 kg/m，至測試前為止，焊補后累計貨運總量為1. 5億t。焊縫與母材硬度平均值的比值為0. 96，表明該焊補接頭經(jīng)歷了1. 5億t運量后，焊縫與母材的硬度匹配較好。

4號焊補接頭的鋼軌材質(zhì)為U71Mn，60 kg/m，至測試前為止，焊補后累計貨運總量為4億t。從硬度測量結(jié)果可以看到母材和焊縫都受到了表面加工硬化的影響，因此測量得到的硬度值較實際材質(zhì)偏高，但焊縫與母材硬度平均值的比值為0. 93，表明該焊補接頭經(jīng)歷了4億t運量后，焊縫與母材的硬度匹配較好。

5　結(jié)論

1）焊補接頭的力學(xué)性能仍需要提高，接頭硬度與母材匹配較好。

2）焊縫組織主要為珠光體+鐵素體，焊縫與熱影響區(qū)的結(jié)合較好。

3）對焊補接頭的使用跟蹤結(jié)果表明，焊補接頭能夠經(jīng)歷數(shù)千萬噸以上的運量，且經(jīng)過使用后，焊縫硬度和母材硬度匹配仍較好。

參考文獻(xiàn)

［1］丁韋，黃辰奎.鋼軌電弧焊補現(xiàn)狀及對策［J］.鐵道建筑，2005（8）：13-14.

［2］CERBULIS J，SATIKSME R. TramtracⅡRail Repair Solution for Riga's Tramways［J］. Engineering Village，2009（64）：43-44.

［3］季關(guān)鈺，孟斌.鋼軌及高錳鋼轍叉的自動與半自動電弧焊修技術(shù)［J］.鐵道建筑，2006（3）：84-85.

［4］宋國亮，竇可樂，宋月榮.鋼軌快速焊補技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2005（5）：112-113.

［5］陳輝，曾偉德，車小莉，等.鐵路在線鋼軌焊補修復(fù)技術(shù)［J］.鐵道建筑，2005（8）：106-108.

［6］杜立新.特種焊修工藝在包神鐵路傷損鋼軌修復(fù)中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2013（10）：123-124.

［7］國家鐵路局. TB/T 1632—2014鋼軌焊接［S］.北京：中國鐵道出版社，2014.

（責(zé)任審編周彥彥）

Application of Oxygen Acetylene Welding Repair Technology in Rail Welding Repair

HU Yutang
（Metals and Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

AbstractT he technological process of rail oxygen acetylene welding repair was introduced，and the mechanical performance test，hardness test and microscopic metallographic structure analysis of rail oxygen acetylene welding repair joints were carried out. T he results show that the mechanical performance of the joints still need to be improved，the joints hardness matches well with the base metal hardness，the welding metal is mainly composed of pearlite and ferrite，the combination of weld seam and heat affected zone is good. Field application indicates that oxygen acetylene welding repair joints could bear the freight volume above 90 million tons and the weld seam hardness still matches well with the base metal hardness after use.

Key wordsRail；Oxygen acetylene welding；W elding repair joints；M echanical performance；Hardness；M etallographic structure

中圖分類號U213. 4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 38

文章編號：1003-1995（2016）06-0146-03

收稿日期：2016-01-15；修回日期：2016-03-01

基金項目：中國鐵道科學(xué)研究院基金（2013YJ121）

作者簡介：胡玉堂（1983—），男，助理研究員，碩士。