鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌“軟規(guī)范”焊接工藝研究

張永成

【摘?要】槽型軌是目前國內(nèi)外輕軌交通系統(tǒng)中常用軌型之一，在馬路中部鋪設(shè)無縫槽型軌線路，形成有軌電車與汽車共用是國際上最為通用的做法，鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌與普通鋼軌相比，其型貌的不對稱、軌頂面溝槽的窄間隙等特性，對焊接工藝有極高的要求，通過對YHG-1200TH型焊軌機焊后推瘤裝置的重新設(shè)計，對槽型軌焊接工藝進行了深度研究，通多不斷的焊接工藝調(diào)試和數(shù)據(jù)分析，轉(zhuǎn)變了“高低高”硬規(guī)范焊接工藝參數(shù)的設(shè)置思路，認(rèn)為鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌由于其橫截面的不對稱、以及相對于普通60Kg/m鋼軌其軌頂、軌腰和軌底部位相對較薄，則更需要較大的聚集熱量才能形成良好的焊接接頭，通過對YHG-1200TH型焊軌機100個焊接工藝參數(shù)的重新分析和合理配置，經(jīng)過連續(xù)15根落錘不斷以及靜彎、疲勞、硬度、金相等試驗數(shù)據(jù)分析，確立了一套可靠實用的鞍山紫竹59R2（U75V）槽型鋼軌“高低高”軟規(guī)范焊接工藝。

【關(guān)鍵詞】鞍山紫竹;59R2U75V;槽型鋼軌;YHG-1200TH;焊接工藝;軟規(guī)范

Research on Welding Technology of "Soft Specification" for Anshan Zizhu 59R2U75V Groove rail

Zhang Yong-cheng

（China Railway First Bureau Group Xinyun Engineering Co.， Ltd?Xianyang?Shanxi?712000）

【Abstract】Groove rail is one of the common rail types in light rail transportation system at home and abroad. It is the most common practice to lay seamless groove rail lines in the middle of the road to form tramcar and car sharing. Compared with ordinary rail， groove rail of Zizhu 59R2U75V in Anshan has the characteristics of asymmetric shape， narrow gap of groove on the top of rail， and so on. It has very high requirements for welding technology. The redesign of the pushing device after welding of YHG-1200TH type rail welder has deeply studied the welding process of groove rail. Through continuous welding process debugging and data analysis， the idea of setting the welding process parameters of "high and low" hard specification has been changed. It is considered that the groove rail of Zizhu 59R2 U75Vin Anshan has asymmetrical cross section and its top， waist and waist of the rail relative to the ordinary 60Kg/m rail. If the rail bottom is relatively thin， it needs more accumulated heat to form a good welded joint. Through re-analysis and reasonable configuration of 100 welding parameters of YHG-1200TH rail welder， and analysis of 15 continuous drop hammers， static bending， fatigue， hardness and metallographic test data， a set of reliable and practical "height" of Zizhu 59R2 U75V trough rail in Anshan has been established. High "soft specification welding process.

【Key words】Anshan Zizhu;59R2U75V; Groove rail;YHG-1200TH;Welding Technologyt;Soft specification

1. 鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌化學(xué)成分及可焊性分析

針對鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌的具體焊接特征，建立一套最佳匹配的焊接工藝，從根本上有效提高焊軌質(zhì)量，必須對鋼軌材料的可焊性，閃光焊機性能及工藝參數(shù)等因素進行綜合分析比較，對具體的軌型，鋼軌物理學(xué)性能、化學(xué)成分的不同，通過焊接實驗和分析確定合理的焊接工藝參數(shù)，才能在實際生產(chǎn)中提高焊頭的焊接合格率，提高焊接效率，保證焊接質(zhì)量。

1.1?鞍山紫竹59R2（U75V）槽型鋼軌化學(xué)成分。

（1）鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌的平均含碳量為0.75%，除了C元素之外其它元素有Si、Mn、P、S、V和Nb等，這些元素均不同程度的影響著鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌的焊接性能，而鋼軌的可焊性一般由“碳當(dāng)量”來衡量，即將鋼中各種化學(xué)元素對共晶點實際碳量的影響折算成碳的增減，這樣算出的含碳量稱為“碳當(dāng)量”，用Ce標(biāo)識，碳當(dāng)量的計算公式為：

Mo/4+V/14+Ni/40

（2）從表1中C、Mn元素的含量可以看出U71Mn高速軌為高碳中錳鋼，其“碳當(dāng)量”計算為：

Ce=C+Mn/6+Si/24+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40

=（0.71-0.80）+（0.70-1.05）/6+（0.5-0.8）/24+......（0.04-0.12）/14

計算可得鞍山紫竹59R2（U75V）槽型鋼軌的“碳當(dāng)量”約為0.85%～1.02%.

1.2?鞍山紫竹59R2（U75V）槽型鋼軌的焊接性分析。

1.2.1?一般當(dāng)“碳當(dāng)量”計算值大于0.4%～0.5%時，焊接性能較差，“碳當(dāng)量”計算值越大焊接性能越差，鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌“碳當(dāng)量”計算值約為0.85%～1.02%，其焊接性能很差，而鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌中碳含量、錳含量都較高，使得該鋼軌在焊接后接頭淬硬傾向增大，在焊接接頭強度、硬度上升的同時韌性、塑性有了相應(yīng)的下降。

1.2.2?各種化學(xué)元素在鋼軌中的作用如下：

碳是鋼軌中的主要化學(xué)元素，因此鋼鐵材料也可以稱為鐵碳合金，碳在鋼材中的主要作用是：（1）形成固溶體組織，提高鋼的強度，如鐵素體、奧氏體組織;（2）形成碳化物組織，可提高鋼的硬度及耐磨性。

1.2.3?因此，碳在鋼材中，含碳量越高，鋼的強度、硬度就越高，但塑性、韌性也會隨之降低;反之，含碳量越低，鋼的塑性、韌性越高，其強度、硬度也會隨之降低。

1.2.4?硅是鋼軌最常用的脫氧元素，和氧的親和力較強，在鋼軌焊接過程中，端面容易形成硅酸鹽和氧化物，且生成物的顆粒小，頂鍛時若不能完全擠出，容易在軌底區(qū)域富集形成灰斑和焊縫金屬夾渣等焊接缺陷。

1.2.5?錳元素的作用與硅相似，除了脫氧作用外，還具有一定的脫硫作用，故可降低由硫引起的熱裂紋的傾向。此外，錳是鋼軌中的重要化學(xué)元素，能夠減少出現(xiàn)偏析馬氏體組織，它對焊縫金屬的韌性有很大影響，能夠提高焊頭的沖擊韌性和強度，且能夠提高鋼軌焊縫的耐磨性。

1.2.6?硫是鋼軌中普遍存在的雜質(zhì)元素，增加了焊縫的熱裂傾向，明顯降低鋼軌的韌性和塑性，因此一般在鋼軌中對硫的含量都嚴(yán)格加以控制;磷元素能夠提高鋼軌焊縫的強度和硬度，但使其塑性和韌性降低，特別在低溫時，增加鋼軌焊縫金屬的冷脆傾向和裂縫敏感性，故它對焊接不利，作為雜質(zhì)，磷在鋼軌中的含量也要加以控制。

1.2.7?釩作為化學(xué)元素，能夠細(xì)化鋼軌焊縫的組織和晶粒，降低焊縫金屬的過熱敏感性，焊接時能細(xì)化焊縫金屬的鑄態(tài)組織，防止熱影響區(qū)內(nèi)靠近融合線的金屬晶粒長大和粗化，可提高鋼軌焊縫的強度和硬度。

1.2.8?磷是鋼中有害雜質(zhì)元素，它能使鋼產(chǎn)生冷脆和降低鋼的沖擊韌性。因此一般控制其含量不大于0.06%，而優(yōu)質(zhì)鋼中磷要求0.03～0.04%以下。

1.2.9?鈮在鋼中不僅可以提高鋼的強度，還可以提高鋼的韌性、抗高溫氧化性和耐蝕性，降低鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度，使鋼具有良好的焊接性能和成型性能。

1.2.10?由上述化學(xué)元素分析可知：鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌“碳當(dāng)量”計算值約為0.85%～1.02%，其焊接性能較差，而鞍山紫竹59R2U75V槽型軌中碳含量、錳含量都較高，使得該鋼軌在焊接后接頭淬硬傾向增大，在焊接接頭強度、硬度上升的同時韌性、塑性有了相應(yīng)的下降。

2. 鞍山紫竹59R2槽型鋼軌的焊接工藝試驗

本次試驗采用的是國產(chǎn)移動式Y(jié)HG-1200TH焊軌機，該型號焊軌機性能穩(wěn)定，共有100個焊接參數(shù)可調(diào)，具有參數(shù)可調(diào)范圍廣、適應(yīng)性能好等特點。在北京西郊線型檢試驗中采用“高低高”硬規(guī)范焊接工藝無法順利通過落錘試驗的情況下，轉(zhuǎn)變工藝參數(shù)調(diào)整思路，以低壓階段穩(wěn)定持續(xù)聚集熱量為目的，通過對焊接數(shù)據(jù)、落錘斷口形貌以及焊接缺陷的分析后，采用了“高低高”軟規(guī)范焊接工藝，對各個階段的電壓、電流、位移、速度和時間等參數(shù)進行了重新調(diào)整，并優(yōu)化了正火、打磨等后續(xù)處理工藝，僅在試驗用軌32根的情況下順利通過了鞍山紫竹59R2U75V槽型鋼軌的型檢試驗。

2.1?“高低高”硬規(guī)范工藝的焊接試驗。

2.1.1?試驗前期采用已被廣泛使用的“高低高”硬規(guī)范工藝，即在預(yù)熱閃平、穩(wěn)定燒化、加速三個階段分別采用高電壓、低電壓、高電壓的參數(shù)設(shè)置模式，并配以短時間、大電流、小頂鍛量等參數(shù)，其特點是閃光速度快、焊縫端面聚集熱量較小、焊接時間短、焊接熱影響區(qū)窄。

2.1.2?初期“高低高”硬規(guī)范焊接工藝參數(shù)設(shè)置如表2所示，從參數(shù)設(shè)置表可以看出電壓參數(shù)設(shè)置為：380V、330V、320V、

310V、350V、370V、375V、385V;呈“高低高”模式設(shè)置，而8個階段的平均電壓為：

平均電壓：（380+330+320+310+350+370+375+385）/8=354V

同理：

平均電流1：（200+300+......+180+180）/8=224A

平均電流2：（290+360+......+240+260）/8=296A

平均電流3：（300+360+......+310+320）/8=333A

平均電流4：（360+600+......+350+380）/8=428A

平均前進快速：（0.7+2+......+0.5+0.4）/8=1.38mm/s

平均前進慢速：（0.7+2+......+0.4+0.35）/8=1.11mm/s