U75V钢轨焊后热处理的工艺参数优化研究

欧阳志明

摘 要：目前，我国大部分钢轨焊接厂都是采用闪光对焊的方法进行轨头焊接，但是，这种方法会大大降低钢轨焊接后的韧塑性，使得钢轨无法满足无缝线路铺设现场的工作要求。因此，要对焊接接头进行焊后热处理。主要研究了U75V钢轨焊后热处理的几个主要工艺参数的优化，包括正火转频温度t1、加热最高温度t2、开始冷却温度t3和加热时间T等几个重要技术指标，得出一组较优的工艺参数，从而为实际生产中提高焊缝质量提供理论依据。

关键词：U75V钢轨；工艺参数；焊后热处理；焊缝质量

中图分类号：U213.9+2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.107

现阶段，我国大部分钢轨焊接厂都是采用闪光对焊的方法进行轨头焊接。文献资料和实际现场操作证明，这种方法会使钢轨焊接后金属组织，尤其是奥氏体晶粒粗化，韧塑性能大大下降，无法满足无缝线路铺设现场的工作要求。因此，需要对焊接接头进行焊后热处理。本文针对攀钢U75V（60 kg/m）钢轨焊后热处理的几个工艺参数进行了优化设定，主要包括正火转频温度t1、加热最高温度t2、冷却温度t3和加热时间T等。

1 试样设备、材料和方法

1.1 试验设备

在焊后处理时，红海焊轨厂采用中频正火机对焊后钢轨进行正火，其变压器是多匝比淬火变压器，500 KVA，2.5～8 kHz。在热处理时，中频电压为600 V，直流电压为400 V，直流电流在转频前为180～240 A，在转频后为160 A，功率在转频前为125 kW，转频后为70 kW，频率在转频前为2 100 Hz，转频后为2 500 Hz。正火后，还需对钢轨进行风冷，采用3嘴喷风器冷却。热处理后，采用里氏硬度计测量钢轨表面硬度。

1.2 试验材料

试验材料为攀钢U75V（60 kg/m）钢轨，其化学成分如表1所示。

1.3 试验方法

试验采用正交试验法优化热处理的工艺参数。选取正火转频温度t1、最高加热温度t2、风冷起始温度t3和加热时间T等4个具有代表性的参数为优化工艺参数指标。拟用四因素三水平的正交表建立试验方案，具体试验数据如表2所示，U75V钢轨焊后热处理表面硬度分布情况如图1所示。

从图1中可以看出，钢轨焊接接头进行焊后热处理后，相比母材的表面硬度平均提高了10%左右，而且表面硬度分布更加均匀。

2 试验结果和分析

以焊缝中心为对称点，向母材两边每隔10 mm取1个点，总共11个点。用里氏硬度计测量各点的表面硬度，取其平均值作为工艺的参考标准。

2.1 t1对U75V钢轨表面硬度的影響

目前，红海焊轨厂采用的正火转频温度为849 ℃，相比以前的825 ℃，在正火时间上缩短了近25 s。这大大缩短了工作时间，提高了工作效率。

图2是在最高加热温度、冷却速度和加热时间都不变的情况下，转频温度对U75V钢轨焊后表面硬度的影响，最高加热温度为904 ℃，加热时间为98 s，开始冷却温度为850 ℃。

从图2中可以看出，当正火转频温度为846 ℃时，U75V钢轨的平均表面硬度最高为548.5 HLD。

2.2 t2对U75V钢轨表面硬度的影响

据大量研究工作者和实践操作证明，U75V钢的正火加热温度应选在（910±10）℃。红海焊轨厂根据实际生产情况，将正火加热温度选定为909 ℃。

图3是在正火转频温度、冷却速度和加热时间都不变的情况下，最高加热温度对U75V钢轨焊后表面硬度的影响。当正火转频温度为848 ℃时，加热时间为96 s，开始冷却温度为880 ℃。

从图3中可以看出，当最高加热温度为908 ℃时，U75V钢轨的平均表面硬度最高为548.5 HLD。但是，从图3的曲线中可以看出，当最高加热温度为908 ℃时，曲线还在上升，所以，应选择经验值909 ℃为最优的工艺参数。

至于正火时间和冷却开始温度这两个参数，人为因素对其的影响很大，在这里不参与讨论。

2.3 正交试验分析

由表2中的试验结果可知，各个影响因素的极差为：

式（1）中：kij位第j列中对应因素相同水平i的试验指标数据之和，i=1，2，3.

计算得，R2>R1>R4>R3. 由此可得，在影响焊后热处理硬度的4个因素中，最高加热温度的影响最大，其次是正火转频温度，然后是加热时间和风冷起始温度。

从正交表中9个试验结果中可以看出，第6号试验的平均硬度最高为561.6 HLD。其工艺参数正火转频温度为846℃，最高加热温度为908 ℃，风冷起始温度为820 ℃，正火时间为98 s。

3 总结

优化得出一组较优的工艺参数，为实际生产中提高焊缝质量提供了理论依据，具体为：①U75V钢轨进行焊后热处理后，表面平均硬度比母材提高了近10%. ②在影响焊后热处理表面硬度的几个因素中，最高加热温度的影响最大，其次是正火转频温度，然后是加热时间和风冷起始温度。③当正火转频温度为846 ℃时，U75V钢轨的平均表面硬度最高为548.5 HLD。④当最高加热温度为908 ℃时，U75V钢轨的平均表面硬度最高为548.5 HLD。但是，根据经验考虑选择909 ℃为最优参数。

参考文献

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[2]俞喆，张银花，周清跃.U75V钢轨移动闪光焊焊后热处理工艺研究[J].铁道建筑，2012（10）：130-132.

〔编辑：白洁〕