一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法与流程

1.本发明涉及钢轨焊接技术领域，具体为一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法。


背景技术：

2.闪光焊接作为钢轨重要连接方式之一，被广泛应用于长轨条生产中，钢材的焊接性能主要受钢材化学成分的影响，我国钢轨的研发都属于“高碳、低硅、中锰”，为主要元素，并且根据强度、硬度要求不同，增加铬和矾等合金强化元素，由于重载铁路用高强度、高硬度的珠光体钢轨碳含量高，使其焊接性能较差，主要表现为：焊接过热区缺陷较多，闪光焊的过热区存在沿奥氏体晶界的碳锰成分偏析，造成过冷状态下接头出现贝氏体或马氏体等异常显微组织，使接头脆性增加。
3.钢轨闪光焊焊接工艺和接头热处理工艺直接影响接头组织性能和服役状态，闪光焊接工艺不当会造成接头过烧、未焊合、灰斑超标、液化裂纹等缺陷，焊态下接头金相晶粒度较为粗大仅有1-2级左右，接头性能很差，且焊缝热处理工艺不当，如加热温度高低、加热速度快慢、高温停留时间长短、温度分布不均匀及在空冷条件下连续冷却等特点，在接头尤其是热影响区容易出现组织粗大，甚至易形成马氏体等有害组织，使接头处出现硬化、脆化等现象，线路服役过程中在轮轨应力作用下，接头极易发生断裂，成为线路运营薄弱环节。
4.因此，如何消除脉动闪光焊接过程中产生的马氏体组织，使全部性能均满足标准要求，是当前迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供的发明目的在于提供一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法。通过本发明一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法该消除马氏体的脉动闪光焊接方法，经过采用上述一系列措施，焊接工艺参数良好稳定，接头质量完全符合生产要求，在微观试验中马氏体组织被消除，型式试验通过，全部性能均满足标准要求。
6.为了实现上述效果，本发明提供如下技术方案：一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，包括以下步骤：
7.步骤一、对钢轨成分表进行比对，选用合格的钢轨。
8.步骤二、焊接前清理待焊钢轨端面处的杂质及氧化物，同时用端磨机对钢轨端面进行二次打磨。
9.步骤三、优化焊接参数，其中包括焊接电压、焊接电流、顶煅量、顶煅时间、顶煅速度与顶煅力。
10.步骤四、焊接：对焊接头进行保温处理，随后进行脉动闪光焊接，且脉动闪光焊接步骤包括前期闪平、中期脉动、末期加速、顶煅和保压五个阶段。
11.步骤五、质量检测，对焊接点进行马氏体检测。
12.进一步的，根据步骤一中的操作步骤，所述合格的钢轨为低碳、锰与硅元素钢。
13.进一步的，根据步骤二中的操作步骤，所述钢轨端面进行二次打磨需要钢轨端面
垂直度符合焊接要求。
14.进一步的，根据步骤三中的操作步骤，所述前期闪平阶段，电压采用高电压370v，焊接进入中期脉动阶段，在该阶段采用低电压320v焊接，末期加速阶段，焊接电压恢复到高电压370v。
15.进一步的，根据步骤三中的操作步骤，所述焊接电流在电压值恒定时与接触电阻成反比，通过焊机控制分开和靠近断面减少或增加触点的大小与多少进行控制。
16.进一步的，根据步骤三中的操作步骤，所述顶煅量即接头末期加速结束瞬间到完成焊接之间的缩短量，所述顶煅量取值12mm。
17.进一步的，根据步骤一中的操作步骤，所述顶煅过程时间取值为4s，其中带电顶锻时间为0.8-1s。
18.进一步的，根据步骤三中的操作步骤，所述顶煅过程包括带电顶煅和无电顶煅。
19.进一步的，根据步骤三中的操作步骤，所述顶煅速度与顶煅力：在带电顶煅阶段，顶煅速度越快越好，无电顶煅阶段，降低顶煅速度。
20.进一步的，根据步骤四中的操作步骤，所述焊接头焊接接头采用硅酸铝陶瓷纤维毯保温。
21.本发明提供了一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，具备以下有益效果：该消除马氏体的脉动闪光焊接方法，经过采用上述一系列措施，焊接工艺参数良好稳定，接头质量完全符合生产要求，在微观试验中马氏体组织被消除，型式试验通过，全部性能均满足标准要求，避免接头处出现硬化、脆化等现象，避免线路服役过程中在轮轨应力作用下，接头极易发生断裂的问题。
附图说明
22.图1为本发明一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法的流程示意图；
23.图2为本发明一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法的质量检测结果示意图；
24.图3为本发明一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法的接头静弯试验数据结果示意图。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
26.本发明提供一种技术方案：请参阅图1－图3，一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，包括以下步骤：
27.步骤一、对钢轨成分表进行比对，选用合格的钢轨。
28.步骤二、焊接前清理待焊钢轨端面处的杂质及氧化物，同时用端磨机对钢轨端面进行二次打磨。
29.步骤三、优化焊接参数，其中包括焊接电压、焊接电流、顶煅量、顶煅时间、顶煅速度与顶煅力。
30.步骤四、焊接：对焊接头进行保温处理，随后进行脉动闪光焊接，且脉动闪光焊接步骤包括前期闪平、中期脉动、末期加速、顶煅和保压五个阶段。
31.步骤五、质量检测，对焊接点进行马氏体检测。
32.具体的。根据步骤一中的操作步骤，合格的钢轨为低碳、锰与硅元素钢。
33.具体的。根据步骤二中的操作步骤，钢轨端面进行二次打磨需要钢轨端面垂直度符合焊接要求。
34.具体的。根据步骤三中的操作步骤，前期闪平阶段，电压采用高电压370v，焊接进入中期脉动阶段，在该阶段采用低电压320v焊接，末期加速阶段，焊接电压恢复到高电压370v。
35.具体的。根据步骤三中的操作步骤，焊接电流在电压值恒定时与接触电阻成反比，通过焊机控制分开和靠近断面减少或增加触点的大小与多少进行控制。
36.具体的。根据步骤三中的操作步骤，顶煅量即接头末期加速结束瞬间到完成焊接之间的缩短量，顶煅量取值12mm。
37.具体的。根据步骤一中的操作步骤，顶煅过程时间取值为4s，其中带电顶锻时间为0.8-1s。
38.具体的。根据步骤三中的操作步骤，顶煅过程包括带电顶煅和无电顶煅。
39.具体的。根据步骤三中的操作步骤，顶煅速度与顶煅力：在带电顶煅阶段，顶煅速度越快越好，无电顶煅阶段，降低顶煅速度。
40.具体的。根据步骤四中的操作步骤，焊接头焊接接头采用硅酸铝陶瓷纤维毯保温。
41.实施例的方法进行检测分析，并与现有技术进行对照，得出如下数据：
42.表一检测分析：
[0043] 接头质量稳定性生产效率实施例较高较高较高现有技术较低较低较低
[0044]
根据上述表格数据可以得出，当实施实施例时，通过本发明一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法该消除马氏体的脉动闪光焊接方法，经过采用上述一系列措施，焊接工艺参数良好稳定，接头质量完全符合生产要求，在微观试验中马氏体组织被消除，型式试验通过，全部性能均满足标准要求。
[0045]
本发明提供了一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，包括以下步骤：
[0046]
步骤一、对钢轨成分表进行比对，选用合格的钢轨，合格的钢轨为低碳、锰与硅元素钢，对钢轨成分表进行比对，选用低c(碳)、mn(锰)、si(硅)等元素的钢轨，焊接前清理待焊钢轨端面处的杂质及氧化物，同时用端磨机对钢轨端面进行二次打磨，确保钢轨端面垂直度符合要求，使用脉动闪光焊接方法，步骤二、焊接前清理待焊钢轨端面处的杂质及氧化物，同时用端磨机对钢轨端面进行二次打磨，钢轨端面进行二次打磨需要钢轨端面垂直度符合焊接要求，焊接时间：范围控制在115-140s，尤其中期脉动时间和顶煅时间的把控，中期脉动时间设置为20s，时间过长，会导致热影响区的宽度增大，时间过短，则会导致加热不足，出现未焊透现象，顶煅时间过短会导致塑性变形不充分，步骤三、优化焊接参数，其中包括焊接电压、焊接电流、顶煅量、顶煅时间、顶煅速度与顶煅力，前期闪平阶段，电压采用高电压370v，焊接进入中期脉动阶段，在该阶段采用低电压320v焊接，末期加速阶段，焊接电压恢复到高电压370v，焊接电压：焊接初期，钢轨处于常温状态，激发闪光需要较大功率，采用高电压370v焊接，经过几次大的电流脉冲后，钢轨断面温度上升，触点数量增多并逐渐扩
展到整个焊接端面，焊接进入中期脉动阶段，中期脉动阶段只需维持闪光即可，在该阶段采用低电压320v焊接，末期加速阶段，需要以激烈而稳定的闪光来维持保护气氛，避免钢轨端面的液态金属因氧化而产生缺陷，焊接电压又恢复到高电压状态，焊接电流在电压值恒定时与接触电阻成反比，焊接电流：钢轨在焊接过程中，端面间的触点大小和数量在不断变化，接触电阻值在不断变化，当电压值恒定或变化较小时，电流与接触电阻成反比，焊机通过控制分开和靠近断面减少或增加触点的大小与多少，使焊接过程中电流处于一定的范围，在前期闪平阶段，断面电阻小，电流波动大，经过一段时间闪光，钢轨端面温度上升，电阻变大，电流变小，在末期加速阶段，端面温度更高，焊接电流再次减小，需要加速烧化才能维持激烈闪光，提供保护气氛，避免钢轨接头被氧化，通过焊机控制分开和靠近断面减少或增加触点的大小与多少进行控制，顶煅量即接头末期加速结束瞬间到完成焊接之间的缩短量，顶煅量取值12mm，顶煅过程时间取值为4s，顶煅量：取值12mm，顶煅的作用是封闭钢轨断面的间隙、排除液态金属层及其表面的氧化物杂质，使火口完全封闭，结合面形成共同晶粒，顶煅量即接头末期加速结束瞬间到完成焊接之间的缩短量，加大顶煅量有利于排除液态金属层及其表面杂质，保证足够变形量，但不宜过大，顶煅量过小时，过热金属残留及杂质较多，影响接头质量，其中带电顶锻时间为0.8-1s，顶煅过程包括带电顶煅和无电顶煅，顶煅速度与顶煅力：在带电顶煅阶段，顶煅速度越快越好，无电顶煅阶段，降低顶煅速度，顶煅过程：时间取值为4s，顶煅开始后的短时间内，为保证轨端的高温状态，使顶煅易于完成，在顶锻开始时不切断电流，通电顶锻时间过长，会导致接头过热，而时间过短又会导致断面内氧化物杂质不能及时排除，顶煅速度与顶煅力：在带电顶煅阶段，顶煅速度越快越好，快速封闭火口，防止端面氧化，无电顶煅阶段，过快的顶煅速度会导致高温高塑性的金属来不及流动，影响焊接质量，容易造成缺陷，步骤四、焊接：对焊接头进行保温处理，随后进行脉动闪光焊接，且脉动闪光焊接步骤包括前期闪平、中期脉动、末期加速、顶煅和保压五个阶段，焊接头焊接接头采用硅酸铝陶瓷纤维毯保温，步骤五、质量检测，对焊接点进行马氏体检测，焊接头焊接接头采用硅酸铝陶瓷纤维毯保温,焊接接头采用保温接头的工艺，保温材料使用硅酸铝陶瓷纤维毯，该材料具有导热率低、隔热保温性能好、易于填充等特点，能有效防止接头降温过快，板条状马氏体是低碳钢,马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金形成的一种典型的马氏体组织，因其单元立体形状为板条状，故称板条状马氏体，由于它的亚结构主要是由高密度的位错组成，所以又称位错马氏体，片状马氏体则常见于高，中碳钢，每个马氏体晶体的厚度与径向尺寸相比很小其断面形状呈针片状，故称片状马氏体或针状马氏体.由于其亚结构主要为细小孪晶,所以又称为孪晶马氏体.一般当wc《0.3％时，钢在马氏体形态几乎全为板条马氏体，当wc》1.0％时，则几乎全为片状马氏体，当wc＝0.3％-1.0％时，为板条马氏体和片状马氏体的混合物，随含碳量的升高，淬火钢中板条马氏体的量下降，片状马氏体的量上升.高碳钢在正常温度淬火时，细小的奥氏体晶粒和碳化物都能使其获得细针状马氏体组织,这种组织在光学显微镜下无法分辨称为隐针马氏体，马氏体的塑性和韧性主要取决于马氏体的亚结构，片状马氏体具有高强度高硬度，但韧性很差，其特点是硬而脆，在具有相同屈服强度的条件下，板条马氏体比片状马氏体的韧性好很多，即在具有较高强度、硬度的同时，还具有相当高的韧性和塑性，片状马氏体中孪晶亚结构的存在大大减少了有效滑移系，同时在回火时，碳化物沿孪晶不均匀析出使脆性增大，此外，片状马氏体中含碳质量分数高，晶格畸变大，淬火应力大，以及存在大量的显微裂纹也是其韧性差
的原因，而板条马氏体中含碳质量分数低，可以发生"自回火"，且碳化物分布均匀，其次在胞状位错亚结构中位错分布不均匀，存在低密度位错区，为位错提供了活动余地，由于位错运动能缓和局部应力集中，近年来做了大量的研究工作，有关使马氏体强度高的原因是很多的，如碳原子的固溶强化、相变强化以及时效强化等，其中以碳原子强化起主要作用，而且马氏体中固溶的碳越多强度也越高，所以马氏体有很高的强度，但韧性的变化却随马氏体中含碳量的增加而下降，当马氏体含碳量很高时(大于0.6％c)即使经过低温回火韧性也很低，为了弄清楚影响韧性的原因，作了如下实验，研究了马氏体的亚结构和韧性的关系，用含碳量为0.35％的碳钢，淬火后得到位错型的板条状马氏体，其强度和韧性都比较高，为了改变其亚结构，在该种钢中加入铬元素，随着铬含量的增加，马氏体的亚结构由位错型向孪晶型转化，即孪晶型马氏体数量逐渐增加，位错型马氏体数量逐渐减少，经测定其断裂韧性kic逐渐降低，而且发现，在屈服强度相同的条件下，亚结构为位错型的马氏体的断裂韧性高于亚结构为孪晶型的马氏体的断裂韧性，经过回火后仍然是位错型的马氏体的断裂韧性高于孪晶型马氏体的断裂韧性，这个规律已用大量的实验得到了证实，断裂韧性值位错马氏体比孪晶马氏体高三倍，而马氏体的韧性主要决定于马氏体的亚结构，亚结构为位错型的马氏体韧性高，而孪晶型马氏体的韧性低呢？这是因为位错型马氏体有一定的塑性变形能力，可以缓冲矛盾，而孪晶马氏体不能发生塑性变形，另外孪晶面的存在，在回火时碳化物沿孪晶面析出，造成碳的分布不均匀，因而使片状马氏体很脆。
[0047]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、对钢轨成分表进行比对，选用合格的钢轨；s2、焊接前清理待焊钢轨端面处的杂质及氧化物，同时用端磨机对钢轨端面进行二次打磨；s3、优化焊接参数，其中包括焊接电压、焊接电流、顶煅量、顶煅时间、顶煅速度与顶煅力；s4、焊接：对焊接头进行保温处理，随后进行脉动闪光焊接，且脉动闪光焊接步骤包括前期闪平、中期脉动、末期加速、顶煅和保压五个阶段；s5、质量检测，对焊接点进行马氏体检测。2.根据权利要求1所述的一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据s1中的操作步骤，所述合格的钢轨为低碳、锰与硅元素钢。3.根据权利要求1所述的一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据s2中的操作步骤，所述钢轨端面进行二次打磨需要钢轨端面垂直度符合焊接要求。4.根据权利要求1所述的一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据s3中的操作步骤，所述前期闪平阶段，电压采用高电压370v，焊接进入中期脉动阶段，在该阶段采用低电压320v焊接，末期加速阶段，焊接电压恢复到高电压370v。5.根据权利要求1所述的一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据s3中的操作步骤，所述焊接电流在电压值恒定时与接触电阻成反比，通过焊机控制分开和靠近断面减少或增加触点的大小与多少进行控制。6.根据权利要求5所述的一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据s3中的操作步骤，所述顶煅量即接头末期加速结束瞬间到完成焊接之间的缩短量，所述顶煅量取值12mm。7.根据权利要求6所述的一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据s1中的操作步骤，所述顶煅过程时间取值为4s，其中带电顶锻时间为0.8-1s。8.根据权利要求7所述的一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据s3中的操作步骤，所述顶煅过程包括带电顶煅和无电顶煅。9.根据权利要求8所述的一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据s3中的操作步骤，所述顶煅速度与顶煅力：在带电顶煅阶段，顶煅速度越快越好，无电顶煅阶段，降低顶煅速度。10.根据权利要求1所述的一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据s4中的操作步骤，所述焊接头焊接接头采用硅酸铝陶瓷纤维毯保温。

技术总结
本发明公开了一种消除马氏体的脉动闪光焊接方法，属于钢轨焊接技术领域，包括以下步骤：步骤一、对钢轨成分表进行比对，选用合格的钢轨，步骤二、焊接前清理待焊钢轨端面处的杂质及氧化物，同时用端磨机对钢轨端面进行二次打磨，步骤三、优化焊接参数，其中包括焊接电压、焊接电流、顶煅量、顶煅时间、顶煅速度与顶煅力，步骤四、焊接：对焊接头进行保温处理，随后进行脉动闪光焊接，且脉动闪光焊接步骤包括前期闪平、中期脉动、末期加速、顶煅和保压五个阶段，步骤五、质量检测，对焊接点进行马氏体检测。焊接工艺参数良好稳定，接头质量完全符合生产要求，在微观试验中马氏体组织被消除，型式试验通过，全部性能均满足标准要求。全部性能均满足标准要求。全部性能均满足标准要求。


技术研发人员：陈建 张文军 张银龙 韩冰 张学超 王永岗
受保护的技术使用者：中交第二公路工程局有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/24