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U75V钢轨电渣焊工艺优化及接头组织与性能研究

U75V钢轨电渣焊工艺优化及接头组织与性能研究

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作者：杨嘉瑞华中科技大学

学位级别：硕士

我国无缝铁路进入了快速发展时期,目前铁路轨道采用焊接方法制造,主要的焊接方法有铝热焊、闪光焊以及气压焊三种。本文采用三丝熔嘴电渣焊方式对U75V钢轨进行焊接,优化了焊接过程中的工艺参数,研究了焊缝与热影响区金属微观组织,测试... 详细信息

我国无缝铁路进入了快速发展时期,目前铁路轨道采用焊接方法制造,主要的焊接方法有铝热焊、闪光焊以及气压焊三种。本文采用三丝熔嘴电渣焊方式对U75V钢轨进行焊接,优化了焊接过程中的工艺参数,研究了焊缝与热影响区金属微观组织,测试了焊接接头力学性能,得到了满足使用要求的焊接接头。采用通用二次旋转组合试验对U75V钢轨三丝熔嘴电渣焊过程中的工艺参数进行了优化。试验结果表明,轨底轨腰焊接过程中,三种工艺参数对接头未熔合缺陷的影响程度顺序为:装配间隙>焊接电流>预加焊剂厚度,优化工艺窗口为:焊接电流325～353 A、装配间隙19～21 mm、预加焊剂厚度8～10 mm;轨头焊接过程中,三种工艺参数对接头未熔合缺陷的影响程度顺序为:单边停留时间>焊接电流>摆动速度,优化工艺窗口为:焊接电流290～320 A、摆动速度2.3～3.6 mm/s、单边停留时间2.3～3.1 s;采用优化工艺参数窗口得到的U75V钢轨焊接接头无未熔合缺陷。研究了三丝熔嘴电渣焊U75V钢轨焊缝金属组织,测试了焊缝金属力学性能。焊缝金属组织为先共析铁素体与片状珠光体,没有马氏体或贝氏体有害组织;随着焊接电流增大,奥氏体晶粒随之增大,但铁素体与珠光体团尺寸没有明显变化,晶粒度为3～4级;焊缝金属硬度分布均匀,平均值为28.6 HRC,抗拉强度平均值为732.21 MPa,延伸率为11.5%。研究了三丝熔嘴电渣焊U75V钢轨热影响区金属组织,测试了热影响区金属与接头力学性能。距熔合线不同距离的热影响区金属经历的热循环不同,与熔合线距离越近,峰值温度越高,先共析铁素体与珠光体团尺寸越大;冷却速度大于1℃/s时,热影响区金属中开始出现贝氏体组织,冷却速度小于1℃/s时,热影响区金属均为珠光体组织;热影响区金属抗拉强度平均值为1074.50 MPa,延伸率为16.7%;焊接接头拉伸试样断裂处均处于焊缝位置,抗拉强度平均值为773.5 MPa,延伸率为15.6%,焊接接头力学性能基本满足要求。

关键词：三丝电渣焊 U75V钢轨工艺优化组织性能

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U71Mn钢轨电渣焊焊接工艺与接头性能研究

U71Mn钢轨电渣焊焊接工艺与接头性能研究

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作者：江园华中科技大学

学位级别：硕士

随着铁路轨道交通向高速重载方向发展,无缝铁路轨道成为了列车安全高速运行的重要保障,无缝铁路轨道主要采用焊接方法实现钢轨连接。目前钢轨的焊接方法主要有闪光焊,铝热焊,气压焊三种。闪光焊与气压焊的设备庞大,价格昂贵,不适宜于现... 详细信息

随着铁路轨道交通向高速重载方向发展,无缝铁路轨道成为了列车安全高速运行的重要保障,无缝铁路轨道主要采用焊接方法实现钢轨连接。目前钢轨的焊接方法主要有闪光焊,铝热焊,气压焊三种。闪光焊与气压焊的设备庞大,价格昂贵,不适宜于现场焊接;铝热焊操作简便,但焊缝金属易存在夹渣,性能较差。电渣焊设备轻便,操作灵活,可通过合金化保证焊缝金属的性能,是建造无缝铁路轨道的重要新方法。本文主要研究了钢轨三丝电渣焊的焊接工艺及焊接接头的组织与性能,分析了不同焊接工艺参数下的缺陷,测量了钢轨三丝电渣焊焊接接头的静弯强度,分析了焊接接头的显微组织,优化出了适宜的焊接参数,研究了不同热处理温度下,焊接接头的组织与性能。优化出了U71Mn钢轨三丝电渣焊的焊接工艺参数。焊接电流小于375A,电压小于33V时,热输入量较小,钢轨轨底易产生未熔合缺陷;轨头焊接电流低于285,电压低于27V时,轨头有未熔合缺陷。当焊接电流大于425A,电压大于35V时,热输入量偏大,钢轨轨底易出现过熔化,有严重咬边现象;轨头焊接电流高于335A,电压高于29V时,轨头有咬边现象。焊接电流为37525A,电压为335V时,轨底轨腰成形良好,无焊接缺陷出现;轨头焊接电流为28530A,电压为279V时,轨头成形较好,无焊接缺陷出现。系统研究了钢轨三丝电渣焊钢轨焊接接头焊态和不同热处理温度的组织与性能。设计了五种热处理工艺:分别将焊接接头加热到500℃、600℃、700℃、800℃、900℃,然后保温1h,随后进行空冷。焊态下的焊缝组织是珠光体+少量铁素体,热影响区组织主要是片状珠光体,在500℃热处理时,焊缝组织为珠光体+针状铁素体,热影响区组织为片状珠光体;在600℃热处理时,焊缝组织为珠光体+针状铁素体,热影响区组织为片状珠光体+粒状珠光体;在700℃热处理时,焊缝组织为珠光体+铁素体,热影响区组织为大量粒状珠光体;在800℃热处理时,焊缝组织为网状铁素体+大量珠光体,热影响区组织为片状珠光体;在900℃热处理时,焊缝组织为块状铁素体+大量珠光体,热影响区组织为片状珠光体。焊态下焊缝金属抗拉强度达到了729MPa,断后伸长率为6.8%,冲击功为16.4J,热影响区抗拉强度为1021MPa,断后伸长率为6.3%,冲击功为10.8J,焊接接头的软化区宽度为20mm,静弯强度为1210KN。经900℃热处理时热影响区力学性能最好,抗拉强度达到了1114Mpa,冲击功为13J,分别比焊态下提高了8.9%和20.4%,软化区宽度减少为8mm,热处理后的静弯强度达到了1299KN,较焊态下的焊接接头提高了7.4%。

关键词：三丝电渣焊工艺参数热处理力学性能显微组织

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