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浅谈邯钢U75V钢轨焊接工艺参数的调试
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摘要：针对芜湖北焊轨基地采用GAAS80/580闪光焊机焊接60Kg/m邯钢U75V钢轨的需求，开展邯钢U75V钢轨焊接工艺调试。从预热相控、烧化末期烧化速度、顶锻阶段快顶位移极限三个方面进行了调整，保证了焊接接头的质量，型式检验一次性通过。
关键词：邯钢U75V烧化速度预热相控位移极限灰斑
1前言
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，近几年邯钢也开始生产钢轨。目前国内生产的钢轨主要为锰轨（U71Mn）和钒轨（U75V），按速度级别分为160km/h、250km/h以及350km/h。U71Mn系列钢轨使用时间最长，强度等级为880MPa，有较好的韧塑性，焊接性能优良。U75V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钢轨。U75V钢轨由于其耐磨性能和综合性能好，能够大大提高钢轨的使用寿命，延长大修周期，广泛的用于大修钢轨。2019年芜湖北基地首次焊接邯钢U75V钢轨，根据TB/1632-2014的要求，首次焊接前必须进行焊接工艺试验。本文采用GAAS80/580焊机对邯钢U75V钢轨焊接工艺参数的调试。
GAAS80/580焊机为直流预热闪光焊机，其焊接方式就是将待焊钢轨两端部进行加热，当温度达到一定值时，给待焊钢轨施加一个较大的力将两根钢轨端部挤压在一起。其焊接过程主要有4个步骤:闪平、预热、烧化及顶锻，所谓工艺参数的调试即针对不同的过程阶段，选择合适的电流、压力、速度、位移等参数，以获得优质的焊接接头[1]。
2试验材料
本次试验使用钢轨为邯钢U75V（60N）热轧钢轨，设计时速为160km/h,符合TB/T3276-2012《43kg/m75kg/m钢轨订货技术条件》钢轨标准。
表1钢轨化学成分对比
钢轨
牌号
化学成分（质量分数）%
C
Si
Mn
P
S
V
Al
U75VG
0.71~0.8
0.5~0.7
0.70~1.05
≤0.025
≤0.025
0.04~0.08
≤0.004
U71MnG
0.65~0.75
0.15~0.58
0.70~1.20
≤0.025
≤0.025
≤0.030
≤0.004
与锰轨相比，钒轨中碳元素、硅元素的含量增加，同时增加了钒的含量。随着碳含量的增加，珠光体的含量变大，铁素体的含量逐渐减少。碳含量增大导致钢轨的可焊性变差，使焊接接头奥氏体晶粒粗大，导致钢轨焊接接头的韧性降低。硅是强化元素，可以提高钢轨的强度和硬度，使钢轨的塑性和韧性降低。在焊接加热过程中，硅与氧结合形成低熔点的硅酸盐，顶锻时不能完全挤出形成灰斑。硅在炼钢时，作为脱氧剂，能改变钢轨中铁素体奥氏体的含量以及晶粒度和珠光体片间距，显著提高钢轨的强度和硬度。钒在钢轨中以V4C3的形态存在，细化钢轨组织和晶粒，能够使钢轨的过热敏感性降低；在焊接过程中，降低热影响区的钢组织过热敏感性，避免热影响区内靠近熔合线的金属晶粒长大和粗化[2]。
3常见灰斑的缺陷形态
根据铁标要求，钢轨焊接工艺参数主要通过落锤进行评定。在落锤检验中，灰斑主要出现在轨腰以下区域，特别轨底脚0cm-30cm的位置。由于Mn、Si元素与氧的亲和能力比铁强，所以在焊接过程中发生氧化时，Mn、Si元素先于Fe元素被氧化，易于形成硅酸盐夹杂物[3]。结合其他焊轨基地的经验，归纳了以下几种典型的灰斑：
3.1孔坑型灰斑
孔坑型灰斑一般颜色都比较深，且具有一定的深度，没有规则形状，如图1，一般集中于轨底脚15cm-45cm的位置。孔坑型灰斑主要产生于U71Mn钢轨，面积绝大多数都超标，其破坏性较大，这种接头落锤基本上不合格。在钢轨焊接过程中，往往难以克服局部过热问题，由于锰合金的流动性较强，在预热阶段，每一次钢轨接触拉开后端面都会产生小坑，硅、锰氧化物积聚在坑中不断的聚集，同时烧化阶段热量与烧化速度匹配不合适的话，一方面导致硅、锰氧化物无法利用闪光爆破将其带出端面形成灰斑；另一方面由于硅、锰氧化物不导电造成局部热量不均匀，局部烧化激烈，产生较大的爆破坑导致该处被氧化形成超标灰斑。
图1孔坑型灰斑
3.2露头型灰斑
钢轨端面形成的低熔点的硅酸盐，烧化过程中没有将其完全闪掉，顶锻过程中，一般难以将其完全挤出，形成一部分裸露在钢轨表面的灰斑，称之为露头型灰斑，如图2。这种灰斑一般集中于轨底脚0cm-30cm的位置，其破坏性较强，往往在这种灰斑的表面形成应力集中，抗锤性较差。
图2露头型灰斑
3.3粘连型灰斑
粘连型灰斑为浅亮色灰斑，多见于落锤检验合格后锯切砸断的断口，主要产生于钒轨。如图3。
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