减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法与流程

1.本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法。


背景技术：

2.为满足重载钢轨耐磨损、耐剥离及耐疲劳性能的提升，目前广泛使用的珠光体型钢轨的性能主要是通过添加合金元素以及利用在线热处理工艺两种手段，来优化其显微组织，如控制珠光体团大小、降低珠光体片层间距等，可使共析珠光体型钢轨获得硬度为370hb、抗拉强度为1280mpa的极限力学性能，这一力学性能虽然满足大部分重载线路需求，但并不能满足目前超大载重量、行车密度高且小半径线路的需求。要使得钢轨力学性能进一步提高，需降低等温温度火提升冷却速度，这容易使马氏体和贝氏体等一场组织出现，钢轨硬度虽然得以提高，但脆性大幅增加，极易发生断裂，严重危害行车安全。经过多年研究，技术人员采用通过增加基体中渗碳体片厚度和渗碳体密度来提升钢轨的硬度与耐磨性，即提高碳含量以获得更高的硬度。一般而言，钢中碳含量超过0.77％且基体组织中渗碳体的比例超过12％时的钢统称为过共析钢。但在钢轨生产领域，通常将碳含量超过0.90％的钢轨称之为过共析钢轨。
3.在钢轨焊接接头的上道服役过程中，钢轨接头的结合强度决定了钢轨接头是否容易发生疲劳或脆性断裂；钢轨接头的纵断面硬度决定了接头不同微区的平顺性。在钢轨焊接领域，不同国家及地区对钢轨接头的性能评估方法均有详细规定。国际上主流的钢轨闪光焊接标准主要有中国铁道行业标准系列标准tb/t 1632.2《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》、美国铁路工程协会手册american rarilway engineering and maintenance-of-way association(arema)、欧标bs en14587-3:2012,rail way applications-track-flash butt welding of rails.part 3:welding in association with crossing construction以及澳标as1085.20-2012,railway track material part20：welding of steel rail。所有现行适用于珠光体和过共析钢轨闪光焊接标准和企业技术条件中，对钢轨闪光焊接头质量评估的项目、方法及要求均做出详细规定。中国铁标tb/t 1632中规定的检验项目包括探伤、落锤、静弯、疲劳、硬度、宏观低倍、显微组织、冲击和拉伸性能等。国外标准和企业技术条件对接头的检验项目类别相差不大，仅在检验方法和技术要求上有差别。但与国内相比无落锤、冲击和拉伸性能。
4.目前，钢轨主流的焊接方法是闪光焊接。钢轨闪光焊接是利用电流通过钢轨端部接触面上细小接触点的电阻及电弧产生的热量，将钢轨待焊端部加热，在适当的时间后对接头施加压力，使钢轨对接表面整个区域同时牢固结合起来的电阻焊方法。其自动化程度高、焊接质量稳定，是国内外无缝线路现场施工焊接的主要方法。按其生产方式主要分为固定式闪光焊和移动式闪光焊两种。固定式闪光焊通常将焊接设备固定与厂房内，故通常也被称为厂焊或基地焊接。固定式闪光焊通常是通过直接将钢轨进行短路，利用电阻热的方式将钢轨进行加热，加热过程并不(或少量)伴随闪光。
5.钢轨闪光焊接头可视热影响区宽度(通常也被称为热影响区宽度)是指钢轨焊接接头中受到焊接热循环影响发生组织转变的区域，该项指标主要通过接头纵断面宏观低倍项目测量，经过酸性介质侵蚀后，在宏观上与熔合线和未受热影响的母材在颜色上存在较大差异。业内普遍认为，热影响区宽度需要控制在一定的范围内。热影响区过宽或过窄都不利于接头的服役性能。一般说来，热影响区应当控制在某一较小的范围内，这样有利于接头的服役性能。因国外焊后普遍不要求接头进行正火处理，故对钢轨接头的热影响区宽度进行了必要限制。欧标en标准中要求接头热影响区的宽度为20mm～45mm，且接头纵剖面上热影响区最宽的区域与最窄区域的差值小于20mm；澳标as标准中要求的热影响区宽度为30mm～50mm，且关于轨底面垂直，可见热影响区的倾角＜5
°
。
6.如何通过焊接工艺控制钢轨接头热影响区宽度，提升接头服役性能是钢轨焊接技术领域必须面临的问题。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于提供一种减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法，以保证钢轨闪光焊接头热影响区宽度满足标准要求。
8.根据本发明的一个方面，提出一种减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法，包括：对钢轨进行闪光焊接；利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；其中，闪光焊接过程包括以下阶段：闪平阶段、预热阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段、锻造阶段以及后热保压阶段；在所述闪平阶段，位移极限为4.0mm～6.0mm，最大闪光速度为2.0mm/s～5.0mm/s；在所述顶锻阶段，顶锻时间极限为0.1s～0.5s，顶锻电流设定值为30.0ka～32.0ka。
9.根据本发明的一个实施例，在所述预热阶段，预热压力设定值为100.0kn～120.0kn，分开距离为2.0mm～3.2mm，变形极限为0.6mm～1.0mm，预热循环次数为7～10次。
10.根据本发明的一个实施例，在所述加速烧化阶段，位移极限为7.0mm～15.0mm，最大闪光速度为0.4mm/s～2.6mm/s。
11.根据本发明的一个实施例，在所述锻造阶段，位移极限为5.0mm～10.0mm，锻造时间极限为1.0s～2.5s，锻造平均速度为0.50mm/s～2.0mm/s。
12.根据本发明的一个实施例，在所述后热保压阶段，加热时间为0.3s～1.0s，位移极限为30.0mm～38.0mm。
13.根据本发明的一个实施例，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括导轨以及能够沿所述导轨移动的主体单元，所述导轨的延伸方向与钢轨的移动方向相同，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：使得所述主体单元跟随钢轨移动，并在钢轨移动过程中对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却；或者焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括沿钢轨移动方向排列的多个淬火单元，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：在钢轨移动过程中，使得钢轨接头依次通过多个所述淬火单元，并使得多个所述淬火单元对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
14.根据本发明的一个实施例，当所述淬火装置包括所述导轨和所述主体单元时，钢轨的移动速度为0.08m/s～1.0m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～40m；当所述淬火装置包括多个所述淬火单元时，钢轨的移动速度为0.2m/s～2.5m/s，所述淬火装置的有
效喷风总长度为10m～40m。
15.根据本发明的一个实施例，使得所述主体单元或所述淬火单元的出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～40mm；和/或所述气体为压缩空气，所述压缩空气进入所述淬火装置前的压力值为100kpa～300kpa。
16.根据本发明的一个实施例，所述主体单元和所述淬火单元均包括：第一送风部、第二送风部和第三送风部，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度方向与钢轨的移动方向相同，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔；所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部分别设于钢轨的轨头顶面外侧、轨头侧面外侧和轨头下颚部外侧。
17.根据本发明的一个实施例，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度均大于等于150mm；和/或所述第一送风部为盒状，所述主体单元的所述第一送风部的宽度大于等于70mm，或者所述淬火单元的所述第一送风部的宽度大于等于75mm；和/或所述第二送风部和所述第三送风部为管状，所述第二送风部和所述第三送风部的内直径为25mm～30mm；和/或所述出气孔的直径为1mm～3mm，相邻出气孔之间的距离为5mm～15mm。
18.在根据本发明实施例的减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法中，通过改进闪光焊接过程的参数，特别是闪平阶段和顶锻阶段的参数，能够合理控制焊接热输入量，有利于减小焊接头热影响区宽度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1示出根据本发明一个实施例的减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法的流程图；
21.图2示出根据本发明另一实施例的减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法的流程图；
22.图3示出在根据本发明实施例的减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法中使用的淬火装置的示意图；
23.图4示出图3的淬火装置的另一示意图；
24.图5示出利用本发明实施例的减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法获得的钢轨闪光焊接头可视热影响区的示意图。
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，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
26.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
27.本技术的发明人意识到，热影响区宽度与焊接热输入量大小有关。焊接热输入量越大，接头热影响区越宽，焊接输入量越小，接头热影响区就越窄。除热输入量外，接头热影响区宽度与钢轨金属在高温区域停留时间的长短有关。钢轨接头在高温区域停留的时间越长，热量沿钢轨纵向往母材方向热传导的热量也越多，越容易加宽热影响区的宽度。在此基础上，本发明提出如下将要描述的方法以实现减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度，所述方法可以采用钢轨固定式闪光焊机实现。
28.根据本发明实施例的减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法包括：
29.对钢轨进行闪光焊接；
30.利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；
31.其中，闪光焊接过程包括以下阶段：闪平阶段、预热阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段、锻造阶段以及后热保压阶段；
32.在所述闪平阶段，位移极限为4.0mm～6.0mm，最大闪光速度为2.0mm/s～5.0mm/s；
33.在所述顶锻阶段，顶锻时间极限为0.1s～0.5s，顶锻电流设定值为30.0ka～32.0ka。
34.在闪光焊接过程中，利用待焊钢轨短路产生的电阻热对钢轨进行加热，并且在顶锻完成后进行锻造处理。为达到减小过共析钢轨闪光焊接头可视热影响区宽度目的，需严格控制从钢轨待焊端面沿钢轨纵向往未加热一侧传导的热量和热传导时间，以及接头冷却过程的冷却速率。
35.本发明通过设计如上所述的闪平阶段和顶锻阶段的参数以及如下将要描述的焊接过程其他阶段的参数还有淬火过程的相关技术手段和参数来控制焊接过程的热传导量、热传导时间以及淬火过程的冷却速率，进而实现减小过共析钢轨闪光焊接头可视热影响区宽度。
36.闪平阶段主要通过在钢轨上加载一定的电流，利用过梁爆破将固态金属转变成熔融态金属从而使得待焊端面无限趋于平整，为后续钢轨全断面的均匀短路加热提供条件。该阶段中位移极限和最大闪光速度等参数是影响传导总热量和热传导时间的主要因素。如上所述，本发明设置了闪平阶段的位移极限和最大闪光速度的合理数值范围。
37.顶锻阶段主要是通过待焊钢轨两端同时施加向内的载荷，大部分熔融金属和具有较低塑性的高温固态金属挤出接头并使钢轨焊合。该阶段中顶锻时间极限和顶锻电流设定值是影响传导总热量和热传导时间的主要因素。如上所述，本发明设置了顶锻阶段的顶锻时间极限和顶锻电流设定值的合理数值范围。
38.除此之外，预热阶段主要是通过在钢轨两端连续多次的短路产生的电阻热将钢轨加热并在钢轨纵向形成需要的温度梯度。该阶段中预热压力设定值、分开距离、变形极限和预热循环次数等参数是影响传导总热量和热传导时间的主要因素。在本发明的实施例中，在所述预热阶段，预热压力设定值为100.0kn～120.0kn，分开距离为2.0mm～3.2mm，变形极限为0.6mm～1.0mm，预热循环次数为7～10次。
39.加速烧化阶段主要是通过连续快速的闪光爆破，在整个焊接区域形成防止端面氧化的保护气氛，为焊接顶锻提供端面保障。该阶段中位移极限和最大闪光速度是影响传导总热量和热传导时间的主要因素。在本发明的实施例中，在所述加速烧化阶段，位移极限为7.0mm～15.0mm，最大闪光速度为0.4mm/s～2.6mm/s。
40.锻造阶段主要作用是在钢轨顶锻后的接头金属结晶过程中对钢轨接头持续施加载荷并使得接头中温度相对较低区域的塑性金属进一步挤出接头。该阶段中位移极限、锻造时间极限和锻造平均速度等参数是影响热传导时间的主要因素。在本发明的实施例中，在所述锻造阶段，位移极限为5.0mm～10.0mm，锻造时间极限为1.0s～2.5s，锻造平均速度为0.50mm/s～2.0mm/s。
41.后热保压阶段主要是通过在钢轨锻造后继续施加载荷，进一步提升接头性能。该阶段中加热时间和位移极限是影响传导总热量和热传导时间的主要因素。在本发明的实施例中，在所述后热保压阶段，加热时间为0.3s～1.0s，位移极限为30.0mm～38.0mm。
42.在本发明的实施例中，所述过共析钢轨的主要化学成分中碳的质量分数处于0.90％～1.20％、硅的质量分数处于0.10％～1.00％、锰的质量分数处于0.60％～1.50％、磷和硫的质量分数均不超过0.020％，铬的质量分数不超过0.3％以及钒的质量分数不超过0.01％。钢轨的最小抗拉强度为1200mpa，轨头最小硬度为400hb。
43.图1示出根据本发明一个实施例的减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法的流程图。如图1所示，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括导轨以及能够沿所述导轨移动的主体单元10，所述导轨的延伸方向与钢轨的移动方向相同，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：
44.使得主体单元10跟随钢轨移动，并在钢轨移动过程中对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
45.钢轨可以沿生产线辊道移动，在移动过程中依次经过前端工序、焊接工序、淬火工序和后端工序。通过在钢轨移动过程中利用主体单元10跟随接头移动对其进行冷却，可以保证钢轨的整个焊接及后续处理过程持续进行，避免影响生产效率。通过对钢轨进行淬火处理，一方面有利于调节过共析钢轨闪光焊接头可视热影响区宽度，另一方面还可以调节钢轨焊接头的硬度，有利于综合地改善钢轨性能。轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部是开展钢轨性能检测的主要部位，本发明着重对这些部位进行冷却，可以在保证钢轨性能合格的基础上节约能源和成本。
46.所述导轨的第一端靠近焊机设置，第二端远离焊机。主体单元10从所述导轨的第一端向第二端移动，移动至第二端后再回到第一端。移动过程中，主体单元10运行方向和速度与钢轨保持一致，其中心位置与钢轨闪光焊接头中心重合。
47.图2示出根据本发明另一实施例的减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法的流程图。如图2所示，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括沿钢轨移动方向排列的多个淬火单元20，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：
48.在钢轨移动过程中，使得钢轨接头依次通过多个淬火单元20，并使得多个淬火单元20对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
49.在一些实施例中，相邻淬火单元20之间可以留有一定间隙，多个淬火单元20等间距均匀排列。在更优选的实施例中，相邻淬火单元20紧密连接，保证持续的、良好的冷却效果。通过设置依次排列的多个淬火单元20，相较于设置整个一体的淬火单元20，可以保证多个淬火单元20的独立性，可以对各个淬火单元20的气体压力进行单独调控，便于单独检修、替换，同时还能保证良好的技术可行性，可以减小生产制造难度。
50.当所述淬火装置包括所述导轨和主体单元10时，钢轨的移动速度为0.08m/s～1.0m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～40m。当所述淬火装置包括多个淬火单元20时，钢轨的移动速度为0.2m/s～2.5m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～40m。
51.有效喷风总长度可以由主体单元10自身的喷风长度及其移动距离确定，或者由多个淬火单元20的喷风长度的综合确定。结合以上限定的速度值以及有效喷风总长度值，可以限定合理的冷却时间。当淬火装置为移动式装置(即包括导轨和主体单元10)时，相较于淬火装置为静止式装置(即包括多个淬火单元20)，淬火装置的操作实施难度更大，相应地在采用移动式淬火装置的实施例中，钢轨的移动速度更小一些。
52.在一些实施例中，使得主体单元10或淬火单元20的出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～40mm(例如，图中a1可以为20mm～40mm，a2可以为30mm)；和/或所述气体为压缩空气，所述压缩空气进入所述淬火装置前的压力值为100kpa～300kpa。从而保证合适的气体吹送强度，进而保证合适的冷却速率。
53.图3示出在根据本发明实施例的减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法中使用的淬火装置的示意图，图4示出图3的淬火装置的另一示意图，图3可以为截面图，图4可以为第一送风部30和第二送风部40的俯视图。图3中示出钢轨1和轨头2，除轨头2之外，钢轨1还包括轨腰和轨底。
54.结合图3和图4，主体单元10和淬火单元20均包括：第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50的长度方向与钢轨的移动方向相同，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔60；第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50分别设于钢轨的轨头顶面外侧、轨头侧面外侧和轨头下颚部外侧。
55.在一些实施例中，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50的长度a3均大于等于150mm；和/或第一送风部30为盒状，主体单元10的第一送风部30的宽度a4大于等于70mm，或者淬火单元20的第一送风部30的宽度a4大于等于75mm；和/或第二送风部40和第三送风部50为管状，第二送风部40和第三送风部50的内直径为25mm～30mm；和/或出气孔60的直径为1mm～3mm，相邻出气孔60之间的距离a5为5mm～15mm。通过对主体单元10和淬火单元20的这些结构参数进行设计，可以保证合适的冷却效果。
56.图5示出利用本发明上述方法获得的钢轨闪光焊接头可视热影响区的示意图，如图5所示，采用本发明的上述方法，能够实现重载铁路用高强珠光体钢轨接头宏观可视热影响区宽度处于20mm～32mm的较小范围，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为0.4mm～1.2mm，大大满足标准规定的技术指标要求。
57.下面根据具体的实施例和对比例进行说明。
58.实施例1
59.本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.67％、锰的质量分数为1.23％、钢轨的抗拉强度为1280mpa～1400mpa，轨头硬度为405hb～415hb。固定闪光焊接闪平阶段的位移极限为6.0mm，最大闪光速度为5.0mm/s；预热阶段的预热压力设定值为100.0kn，分开距离为3.2mm，变形极限为0.6mm，预热循环次数为7次；加速烧化阶段的位移极限为15.0mm，最大闪光速度为2.6mm/s；顶锻阶段的顶锻时间极限为0.5s，顶锻电流设定值为32.0ka；锻造阶段位移极限为10.0mm，锻造时间极限为2.5s，锻造
平均速度为2.0mm/s；后热保压阶段加热时间为0.3s，位移极限为38.0mm。焊接完成后，钢轨以0.08m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为40m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致。淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为75mm，风管内部直径为φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ3mm，出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为300kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大宏观可视热影响区宽度为22mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为0.4mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
60.实施例2
61.本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.67％、锰的质量分数为1.23％、钢轨的抗拉强度为1280mpa～1400mpa，轨头硬度为405hb～415hb。固定闪光焊接闪平阶段的位移极限为6.0mm，最大闪光速度为5.0mm/s；预热阶段的预热压力设定值为100.0kn，分开距离为3.2mm，变形极限为0.6mm，预热循环次数为7次；加速烧化阶段的位移极限为15.0mm，最大闪光速度为2.6mm/s；顶锻阶段的顶锻时间极限为0.5s，顶锻电流设定值为32.0ka；锻造阶段位移极限为10.0mm，锻造时间极限为2.5s，锻造平均速度为2.0mm/s；后热保压阶段加热时间为0.3s，位移极限为38.0mm。焊接完成后，钢轨以1.0m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为10m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致。淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为70mm，风管内部直径为φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为40mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ1mm，出气孔间距为15mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为100kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大宏观可视热影响区宽度为22mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为0.8mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
62.实施例3
63.本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.17％、硅的质量分数为于0.31％、锰的质量分数为0.62％、钢轨的抗拉强度为1420mpa～1480mpa，轨头硬度为420hb～435hb。固定闪光焊接闪平阶段的位移极限为4.0mm，最大闪光速度为2.0mm/s；预热阶段的预热压力设定值为120.0kn，分开距离为2.0mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为10次；加速烧化阶段的位移极限为7.0mm，最大闪光速度为0.4mm/s；顶锻阶段的顶锻时间极限为0.1s，顶锻电流设定值为30.0ka；锻造阶段位移极限为5.0mm，锻造时间极限为1.0s，锻造平均速度为0.50mm/s；后热保压阶段加热时间为1.0s，位移极限为30.0mm。焊接完成后，钢轨以0.08m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为40m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致。淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风
盒的宽度为75mm，风管内部直径为φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ3mm，出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为300kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大宏观可视热影响区宽度为32mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为1.2mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
64.实施例4
65.本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.17％、硅的质量分数为于0.31％、锰的质量分数为0.62％、钢轨的抗拉强度为1420mpa～1480mpa，轨头硬度为420hb～435hb。固定闪光焊接闪平阶段的位移极限为4.0mm，最大闪光速度为2.0mm/s；预热阶段的预热压力设定值为120.0kn，分开距离为2.0mm，变形极限为1.0mm，预热循环次数为10次；加速烧化阶段的位移极限为7.0mm，最大闪光速度为0.4mm/s；顶锻阶段的顶锻时间极限为0.1s，顶锻电流设定值为30.0ka；锻造阶段位移极限为5.0mm，锻造时间极限为1.0s，锻造平均速度为0.50mm/s；后热保压阶段加热时间为1.0s，位移极限为30.0mm。焊接完成后，钢轨以1.0m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为10m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致。淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为70mm，风管内部直径为φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为40mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ1mm，出气孔间距为15mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为100kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大宏观可视热影响区宽度为31mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为1.0mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
66.实施例5
67.本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380mpa～1420mpa，轨头硬度为410hb～425hb。固定闪光焊接闪平阶段的位移极限为5.0mm，最大闪光速度为3.0mm/s；预热阶段的预热压力设定值为110.0kn，分开距离为2.5mm，变形极限为0.8mm，预热循环次数为8次；加速烧化阶段的位移极限为10.0mm，最大闪光速度为2.0mm/s；顶锻阶段的顶锻时间极限为0.3s，顶锻电流设定值为31.0ka；锻造阶段位移极限为8.0mm，锻造时间极限2.0s，锻造平均速度为1.5mm/s；后热保压阶段加热时间为0.8s，位移极限为35.0mm。焊接完成后，钢轨以0.4m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为35m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致。淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为70mm，风管内部直径为φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ2mm，出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为250kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大宏观可视热影响区宽度为30mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为1.0mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
68.实施例6
69.本实施例的钢轨材料成分和焊接过程与实施例1相同。在本实施例中，焊接完成后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。钢轨运行速度为2.5m/s；余热淬火装置的有效淬火总长度为40m；余热淬火装置独立淬火单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为75mm，风管内部直径为φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ3mm，出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为300kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大可视热影响区宽度为20mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为0.4mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
70.实施例7(小热输入、小冷速)
71.本实施例的钢轨材料成分和焊接过程与实施例2相同。在本实施例中，焊接完成后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。钢轨运行速度为2.5m/s；余热淬火装置的有效淬火总长度为40m；余热淬火装置独立淬火单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为75mm，风管内部直径为φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ3mm，出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为300kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大可视热影响区宽度为22mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为0.8mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
72.实施例8
73.本实施例的钢轨材料成分和焊接过程与实施例3相同。在本实施例中，焊接完成后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。钢轨运行速度为2.5m/s；余热淬火装置的有效淬火总长度为40m；余热淬火装置独立淬火单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为75mm，风管内部直径为φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ3mm，出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为300kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大可视热影响区宽度为32mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为1.2mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
74.实施例9
75.本实施例的钢轨材料成分和焊接过程与实施例4相同。在本实施例中，焊接完成后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。钢轨运行速度为2.5m/s；余热淬火装置的有效淬火总长度为40m；余热淬火装置独立淬火单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为75mm，风管内部直径为φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ3mm，出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为300kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大可视热影响区宽度为31mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的
差值仅为1.0mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
76.实施例10
77.本实施例的钢轨材料成分和焊接过程与实施例5相同。在本实施例中，焊接完成后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。钢轨运行速度为1.0m/s；余热淬火装置的有效淬火总长度为35m；余热淬火装置独立淬火单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为75mm，风管内部直径为φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为30mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ2mm，出气孔间距为10mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为200kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大可视热影响区宽度为30mm，熔合线两侧热影响区相互平行，且关于熔合线对称，其最大值与最小值间的差值仅为1.0mm，技术指标满足标准规定。接头其余性能均满足标准技术要求。
78.对比例1
79.本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380mpa～1420mpa，轨头硬度为410hb～425hb。固定闪光焊接闪平阶段的位移极限为3.0mm，最大闪光速度为1.0mm/s；预热阶段的预热压力设定值为200.0kn，分开距离为1.0mm，变形极限为0.4mm，预热循环次数为13次；加速烧化阶段的位移3极限为5.0mm，最大闪光速度为0.3mm/s；顶锻阶段的顶锻时间极限为0.1s，顶锻电流设定值为20.0ka；锻造阶段位移极限为4.0mm，锻造时间极限为1.0s，锻造平均速度为0.40mm/s；后热保压阶段加热时间为3.0s，位移极限为20.0mm。焊接完成后，钢轨以0.4m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为35m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致。淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为70mm，风管内部直径为φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ2mm，出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为250kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大宏观可视热影响区宽度为55mm，熔合线两侧热影响区轨腰部位出现明显弯曲，且形同位置熔合线两侧可视热影响区宽度明显不对称，全断面可视热影响区宽度最大值与最小值间的差值10mm，不满足标准规定的技术指标要求。本对比例中与实施例5的主要区别在于焊接过程的控制上。焊接过程中有闪光爆破过程的所有阶段中，闪光速度慢、位移极限小，热量较高的金属消耗少，焊接热量积累多；预热阶段的顶端压力越大、分开距离越小，循环次数越多，焊接热量积累也越多；焊接过程中的顶锻和锻造阶段中压力越小、位移极限值越小，消耗的高温金属越少，焊接过程留存的热量越多，各阶段热量的积累最终导致钢轨接头可视热影响区过宽。即，在钢轨材质和焊后淬火过程相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
80.对比例2
81.本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380mpa～1420mpa，轨头硬度为410hb～425hb。固定闪光焊接闪平阶段的位移极限为7.0mm，最大闪光速度为6.0mm/s；预热阶段的预热压力设定值为80.0kn，分开距离为3.5mm，变形极限为1.2mm，预热循环次数为5次；加
速烧化阶段的位移极限为16.0mm，最大闪光速度为3.0mm/s；顶锻阶段的顶锻时间极限为0.1s，顶锻电流设定值为20.0ka；锻造阶段位移极限为12.0mm，锻造时间极限为3.0s，锻造平均速度为2.5mm/s；后热保压阶段加热时间为0.2ss，位移极限为25.0mm。焊接完成后，钢轨以0.4m/s的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置；余热淬火装置与焊机出口端紧密连接，其有效喷风总长度为35m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端；运行过程中，淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致。淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为70mm，风管内部直径为φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ2mm，出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为250kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大宏观可视热影响区宽度为18mm，不满足标准规定的技术指标要求。同时，该方法焊接的接头静弯试验的最大载荷仅为900kn时发生断裂，静弯断口平齐。本对比例中与实施例5的主要区别在于焊接过程的控制上。焊接过程中有闪光爆破过程的所有阶段中，闪光速度快、位移极限大，热量较高的金属消耗多，焊接热量积累少；预热阶段的顶端压力越小、分开距离越大，循环次数越少，焊接热量积累也越少；焊接过程中的顶锻和锻造阶段中压力越大、位移极限值越大，消耗的高温金属越多，焊接过程留存的热量越少，各阶段热量的积累最终导致钢轨接头可视热影响区越窄。即，在钢轨材质和焊后淬火过程相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。同时，因为接头热量过小，已形成冷接头，最终导致接头静弯性能急剧降低。
82.对比例3
83.本对比例的钢轨材料成分和焊接过程与对比例1相同。在本对比例中，焊接完成后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。钢轨运行速度为1.0m/s；余热淬火装置的有效淬火总长度为35m；余热淬火装置独立淬火单元风盒及风管的长度为150mm，轨顶面风盒的宽度为75mm，风管内部直径为φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为30mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ2mm，出气孔间距为10mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为200kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大可视热影响区宽度为55mm，熔合线两侧热影响区轨腰部位出现明显弯曲，且形同位置熔合线两侧可视热影响区宽度明显不对称，全断面可视热影响区宽度最大值与最小值间的差值10mm，不满足标准规定的技术指标要求。本对比例中与实施例5的主要区别在于焊接过程的控制上。焊接过程中有闪光爆破过程的所有阶段中，闪光速度慢、位移极限小，热量较高的金属消耗少，焊接热量积累多；预热阶段的顶端压力越大、分开距离越小，循环次数越多，焊接热量积累也越多；焊接过程中的顶锻和锻造阶段中压力越小、位移极限值越小，消耗的高温金属越少，焊接过程留存的热量越多，各阶段热量的积累最终导致钢轨接头可视热影响区越大。即，在钢轨材质和焊后淬火过程相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
84.对比例4
85.本对比例的钢轨材料成分和焊接过程与对比例2相同。在本对比例中，焊接完成后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。钢轨运行速度为1.0m/s；余热淬火装置的有效淬火总长度为35m；余热淬火装置独立淬火单元风盒及风管的长度
为150mm，轨顶面风盒的宽度为75mm，风管内部直径为φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为30mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为φ2mm，出气孔间距为10mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为200kpa。经检验，本实施例中钢轨接头最大可视热影响区宽度为18mm，不满足标准规定的技术指标要求。同时，该方法焊接的接头静弯试验的最大载荷仅为900kn时发生断裂，静弯断口平齐。本对比例中与实施例5的主要区别在于焊接过程的控制上。焊接过程中有闪光爆破过程的所有阶段中，闪光速度快、位移极限大，热量较高的金属消耗多，焊接热量积累少；预热阶段的顶端压力越小、分开距离越大，循环次数越少，焊接热量积累也越少；焊接过程中的顶锻和锻造阶段中压力越大、位移极限值越大，消耗的高温金属越多，焊接过程留存的热量越少，各阶段热量的积累最终导致钢轨接头可视热影响区越小。即，在钢轨材质和焊后淬火过程相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。同时，因为接头热量过小，已形成冷接头，最终导致接头静弯性能急剧降低。
86.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。