专题讨论I现代铁路焊接技术与装备钢轨铝热焊工艺及焊接接头性能研究陈辉苟国庆涂铭旌2（1.西南交通大学工程科学研究院，四川成都610031；2.四川大学材料学院，四川成都610041）种焊接接头，分析研究了接头的合金成分、拉伸和冲击性能。结果表明，三种焊接接头的拉伸性能均符合TB/T1632-2005的要求。国产焊接接头的w（S）、wP）较高，焊接接头易发生疲劳断裂，并且造成冲击性能偏低。因此应进一步优化设计铝热焊剂。

　　钢轨接头是铁路钢轨的薄弱环节，而我国目前铁路提速对于钢轨线路的质量要求不断提高，因此采用焊接技术连接钢轨形成无缝线路，不但能够提高列车运行速度，同时还能降低车辆和线路的维护费用。铝热焊技术在国外的铁路建设，包括高速铁路建设中已经被广泛采用。但是国内的铝热焊技术一直未能在铁路正线建设中广泛使用。

　　针对以上特点，本研究分别采用法国QPC剂、德国THERMIT剂和国产铝热剂制备焊接接头，对比不同焊接接头性能，研究存在的问题，探索国内铝热焊接头在钢轨线路上工作的可行性。

　　取氧，将金属还原出来。例如铝能把铁、钛、钒、铬、锰、钨等从其氧化物中还原出来，同时放出大量的热，温化学成分如表1所示，力学性能参数如表2所示。

　　分别采用法国QPC铝热剂、德国THERMIT铝热剂和国产铝热剂进行钢轨对接焊缝的焊接。

　　1试验材料的选取铝热焊接的化学原理是利用铝在足够高温度下有较强的活动性，它可以从很多金属氧化物中夺基金项目：铁道部重点科技资助项目（2007G023）表2 9 2试验结果及分析2.1焊接工艺的确定三种焊接工艺的主要参数如表3所示。

　　表3不同铝热焊接工艺主要工艺参数焊接工艺氧气压力时间t/min轨顶预热温度T/预留轨缝表4不同焊缝成分分析结果Tab.4Chemicalcomposition表5三种焊接接头拉伸性能Tab.5Tensilepropertiesof焊接工艺取样位置直径由/mm标距/mm面积S/mm2最大拉力F/N抗拉强度/%伸长率高碳钢在焊接时具有淬火硬化倾向，热影响区容易产生马氏体组织和较大的焊接应力，极易导致焊缝开裂。因此，预热是必不可少的工艺过程。在实际焊接过程中，采用超过5min的预热时间，使钢轨端面达到较高的预热温度，保证部分液态铝热钢结晶晶核在焊缝内形成，减小焊缝结晶粗大柱状晶的倾向，防止热裂纹的产生，减少焊接缺陷。

　　2.2焊缝成分分析成分分析，分析结果如表4所示。

　　接近，而THERMIT工艺和国产铝热焊接接头w（C）均较低。w（C）偏低不利于强化焊缝和形成碳化物。而Mn元素能溶于铁素体，引起固溶强化并使钢材在热轧后的冷却过程中得到较细且强度高的珠光体，由表5可知，三种焊接接头的抗拉强度和断后伸长率均符合TB/T1632-2005的质量要求，最大力均出现在轨顶处。总体分析，国产铝热焊接接头轨顶处达到了78263.33N，为最大拉伸力；最小力出现在THERMIT焊接接头的轨腰处，为62国产焊接接头的抗拉强度、断裂强度均为最大，QPC焊接接头次之，THERMIT焊接接头最小。通过断口分析，断裂部位均在焊缝区域，主要为沿晶断同时珠光体的含量也有增加。在w（Mn）<0.8%的条件下，w（Mn）每增加0.1%，大约使热轧钢强度增加伸率减少0.4%.国产焊接接头含Si、V、S、P明显高于QPC接头和THERMIT接头。在国产焊接接头中，w：si）已经超过了1.0%，因此接头的塑性和韧性会显著下降。同时，过高的w（Si）容易产生低熔点的硅酸盐，降低钢轨的可焊性。在三种焊接接头中，都存在一定量的Al元素，主要来源于铝热焊焊剂。总体分析，国产焊接接头S、P等有害元素的含量偏高，造成的偏析影响更大，就更易在晶界处形成杂质，从而为晶界处热裂纹的扩散提供方便，引起铝热焊焊接接头的疲劳断裂。

　　2.3拉伸试验采用WDW3100型电子式万能试验机测试拉伸性能，其结果如表5所示。

　　裂。焊缝抗拉性能低于母材和热影响区，这是因为焊缝区域存在夹杂、气孔等缺陷，同时，组织中存在的魏氏体组织显著降低了焊缝的力学性能。通过金相分析，焊缝区域晶粒大小不均匀，也是导致焊缝区域成为危险点的原因。

　　2.4冲击试验题讨论I现代铁路焊接技术与装备试验采用常温冲击，按照国家标准TB/T 229-1994金属夏比缺口冲击试验方法，标准冲击试专题讨论I现代铁路焊接技术与装备样为10mm>40mm>55mm并开有2mm深的夏比U型冲击试样。采用B00冲击试验机测试冲击性能。

　　试验结果如表6所示。

　　冲击位置国产轨顶轨腰轨底平均值分析认为：QPC焊接焊接接头和THERMIT焊接接头符合TB/T1632-2005冲击功要求，而国产焊接接头偏低，低于要求的冲击功Akv>6.0.因此需要进一步优化设计焊剂以对接头进行增韧等方面的处理，从而改善接头性能。从试验结果可以看出断裂部位在焊缝，冲击试验结果表明，焊缝和母材属于低强度匹配。这是为了保证焊缝区有足够的韧性储备，略微牺牲焊缝强度。QPC工艺碳含量高于其他两种工艺，碳含量增加使材料的韧性降低，强度提高。

　　戴虹，骆德阳，吕其兵。K190nK钢轨焊机新型程控调压系统的研究。西南交通大学学报，1998，33（3）：269272.戴虹，吕其兵，骆德阳，等。钢轨闪光焊程控调速系统。电焊机，1999，29（4）：18-21.吕其兵，戴虹，骆德阳，等。钢轨闪光焊质量信息的采集与控制研究。铁道学报，2003，25（1）：118-120.吕其兵，戴虹，王辉。钢轨气压焊自动控制系统。哈尔滨工业大学学报，2000，32（增刊）：60-文峰，戴虹，吕其兵。钢轨气压焊气体自动控制系统。电焊机，2001，31（1）：31-33. 3结论焊缝中w（S）、w（P）偏高，造成偏析影响更大，就更易在晶界处形成杂质，为晶界处热裂纹的扩散提供方便，容易引起铝热焊焊接接头的疲劳断裂。因此可推断，国产铝热焊焊接接头更易发生疲劳断裂。

　　三种焊接接头的抗拉强度和断后伸长率均符合TB/T 1632-2005对铝热焊焊接接头的质量要求。国产焊接接头的抗拉强度、断裂强度均为最高。

　　QPC焊接焊接接头和THERMIT焊接接头符合TB/T1632-2005冲击功要求，而国产焊接接头冲击功偏低，需进一步优化设计铝热焊焊剂。