钢轨闪光焊推凸刀体工艺技术.pdf
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1、钢轨闪光焊推凸刀体工艺技术钢轨闪光焊推凸刀体工艺技术戚恒1,王利,张敏敏1,范实现1(1.中国铁路济南局集团有限公司科学技术研究所,山东济南2 50 0 0 0;2.中国铁路济南局集团有限公司济南工务机械段,山东济南2 50 0 0 0)【摘要】推凸刀体作为钢轨闪光焊机重要机构部件,是实现钢轨焊接凸出部分切除的重要工装,可有效减少焊后人工打磨的加工余量,提高生产效率。本论文针对当前推凸刀体价格昂贵、服役性能差及更换复杂的问题。从技术创新及材料设计出发,研发表面改性的新型推凸刀体材料,结合优选的结构形式及加工方法进行新型推凸刀体的制造。【关键词】推凸刀体;堆焊;刀刃;钴基合金;焊丝【中图分类号】
2、TG44D0I:10.16640/ki.37-1222/t.2023.04.019【文献标识码A文章编号10 0 6-7 52 3(2 0 2 3)0 4-0 10 8-0 5热应力和热疲劳。推凸刀体围绕着焊机的次级回引言路,次级回路由于电流较大,容易造成涡流现象,钢轨焊接后钢轨廓形作为闪光焊重要技术指标,其与钢轨母材尺寸的一致性、匹配的均匀性及焊缝踏面的平顺性将严重影响钢轨的使用性能,制约钢轨在铺设后轨道的鲁棒性与生命周期,制约列车在运行过程中的安全性与稳定性。为有效提高焊缝廓形质量,获取与母材廓形尺寸配合良好的焊缝,目前主要通过依次进行焊后高温下的推凸及后续精细化人工打磨余量的模式来实现。
3、其中推凸过程主要通过推凸刀来实现,然而由于周期作业于高温环境(10 0 0 左右的高温环境)的极端环境,在反复加热冷却过程中容易造成晶粒粗大、元素偏析及多周热作用引起的导致推凸刀体内部“自生热”导致温度升高,进一步造成其使用寿命在双重作用下缩短,切削质量变差,使推凸设备成为钢轨闪光焊机上损坏率较高的零部件之一。一、刀体制作的工艺推凸刀的形状多样,每个品牌的焊机都不同,但大体来讲分两部分,刀架和刀刃。由于推凸刀处于钢轨焊接的次级回路,不仅会发热,还会有电磁损失,因此需要采用非磁性耐热钢。之前,国外推凸刀体通常采用奥氏体不锈钢作为主体材料,硬质合金钢用于刀刃。由于这是两种材料焊接起来的整体,经过若
4、干次使用,经常出现裂口,收稿日期 2 0 2 3-0 1-2 8【作者简介】戚恒(19 8 2 一),男,硕士,中国铁路济南局集团有限公司科学技术研究所,高级工程师;王利(19 8 7 一),男,中国铁路济南局集团有限公司济南工务机械段,工程师;张敏敏(19 8 9 一),男,中国铁路济南局集团有限公司科学技术研究所,工程师;范实现(19 9 4一),男,中国铁路济南局集团有限公司科学技术研究所,助理工程师。-108-山东工业技术22023年第4期(总第312 期)严重影响接头外观和焊接质量。用作刀架的奥氏温元素,效果更好。我国常用的奥氏体不锈钢中,体不锈钢不导磁,如果加人一些Mo,T i等耐
5、高316L不锈钢就具有此种性质。表1316 L不锈钢化学成分元素CW%0.03316L奥氏体不锈钢,国内牌号为00Cr17Ni14Mo2。由于Mo的加人,它的抗酸蚀性、抗大气腐蚀性和高温强度都十分出色,即使后期进行机械加工导磁性也几乎为零。它在7 0 0 的高温环境可以连续使用,另外相对于一般不锈钢,316 L的焊接性较好,焊后经过退火或回火处理,即可得到不错的效果,缺点是相对其他材料的成本较高。二、刀刃材料的选择刀刃是整个推凸刀的重中之重,笔者经过多次试验证明,刀刃想要达到预期效果,要有几个元素CW%0.51.D406堆焊焊条D406为铬钼钨热强钢耐磨堆焊焊条,堆焊金属为固溶体+共晶组织+马
6、氏体+奥氏体,具备较强的耐热疲劳性、抗裂性和红硬体,一般用于堆焊抗高温模具,如热剪切刀刃等。实验发现,D406与不锈钢熔合较好,焊接性适中,焊后炉内保温缓冷之后,洛氏硬度为35-40HRC之间。2.D608堆焊焊条D608为石墨型铸铁堆焊焊条,由于堆焊金牌号I硬度(HRC)点1D80242D81244D82247Si1.002.0018.0条件:推凸刀是在钢轨焊接过程的后期使用的,工作环境在10 0 0 以上,因此,刀刃必须耐高温,防止回火软化的特性;推凸刀靠刃部把高温金属推掉,自身必须有相当的硬度,热硬性必须高,洛氏硬度应在50 HRC以上;推凸刀在极其短的时间内将烧红金属快速推掉,在大荷载
7、冲击下,刀刃不能轻易断裂或脱落,要具有一定的耐冲击性。本着这几个条件,我们结合同类产品的经验设计出一个方案,就是采用焊接堆焊的工艺,在不锈钢的表面制作出一个刀刃。我们通过多次试验,对比分析了几种常见的堆焊材料,实验结果如下:表2 D406熔敷金属化学成分SiMn2.002.00表3钻基合金焊条实验对比点2点3383946455352MnCr6.00属是铸铁组织的Mo、Cr 碳化物,其堆焊层的硬度和抗耐磨性较高,HRC55。实验证明,D608焊接性稍差,硬度很好,HRC为55 6 0 之间,但经过重锤敲击,会出现薄薄的断裂层,耐冲击力差。3.钻基合金堆焊焊条堆焊金属在6 50 下工作时,钻铬钨合
8、金堆焊焊条依旧能保持较好的抗磨性和抗腐蚀性。钻铬钨合金堆焊焊条常用于高温高压阀门及热剪刀刃的堆焊。我们对几种钻基合金焊条分别在316 L不锈钢试板进行实验,并取七个点测试洛氏硬度,点4点5384144434951Cr16.010.02.03.0 0.0314.0WMo10.005.00点6404552NiMoV2.0012点7平均硬度3839.44444.45150.7SCoP0.03其他2-109-钢轨闪光焊推凸刀体工艺技术测试过程未做任何热处理。经过多次实验对比,我们发现,钻基合金有着镍基合金和铁基合金不具备的性质,符合刀刃材料的基本要求。钻基合金含铬2 5%33%,含钨3%2 1%,含碳
9、0.7%3.0%。由于含碳量的增加,硬度和耐磨损性能加强,但抗冲击能力,焊接性,机加工性能均有所降低。而被铬和钨合金化的钻基合金具有非常理想的耐热性,耐腐蚀性和耐氧化性,在6 50 以上温度依旧可以保持比较高的硬度和强度。在奥氏体不锈钢316 L上堆焊钻基合金,主要困难在于如何预防焊接裂纹和由于焊接高温造成合金元素的稀释。钻基合金组织是由钻铬钨合金固溶体初晶和固溶体与铬钨复合碳化物的共晶体组成,呈枝状结晶。这种枝状奥氏体与复合碳化物的共晶体组织形成各种裂纹的可能性更大,组织为亚共晶类型。所以,对焊接技术的规范要求很严格,这是很有必要的。三、焊接工艺试验1.焊条电弧焊和钨极氩弧焊都可以进行焊接,
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