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槽型鋼軌閃光焊接頭與鋁熱焊接頭的性能試驗研究

文檔作者：李京增胡玉堂田甜李金華文檔來源： 1．蘇州高新有軌電車有限公司 2．中國鐵道科學(xué)研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年10月18日
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鐵道建筑
Railway Engineering
文章編號：1003—1995(2013)06．0144—03
槽型鋼軌閃光焊接頭與鋁熱焊接頭的性能試驗研究
李京增 ，胡玉堂 ，田 甜 ，李金華
(1．蘇州高新有軌電車有限公司，江蘇蘇州 215011；2．中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京 100081)
摘要：通過試驗對使用閃光焊接及鋁熱焊接兩種方法焊接槽型鋼軌焊接接頭的靜彎性能、疲勞性能、拉
伸性能、硬度、金相顯微組織等進行了測試與分析。研究結(jié)果表明：在軌頭受壓條件下閃光焊接頭的抗
壓能力高于鋁熱焊接頭；閃光焊接頭在較高疲勞荷載下能經(jīng)歷頻率5 Hz，2×10 次疲勞試驗仍不斷裂；
閃光焊接頭的屈服強度及斷后伸長率均高于鋁熱焊；閃光焊接頭硬度比鋁熱焊更接近母材，閃光焊和鋁
熱焊接頭的軟化區(qū)寬度均≤20 mm；兩種焊接方法的焊縫和熱影響區(qū)的顯微組織未見異常，閃光焊接頭
的晶粒組織要細(xì)于鋁熱焊接頭組織。閃光焊接頭性能優(yōu)于鋁熱焊，建議在城市有軌電車的建設(shè)項目中
應(yīng)盡可能使用閃光焊焊接槽型鋼軌。
關(guān)鍵詞：槽型鋼軌 閃光焊接頭 鋁熱焊接頭 力學(xué)性能
中圖分類號：U213．4 6 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2013．06．41
槽型鋼軌是鋪設(shè)于城市有軌電車軌道中的一種鋼
軌¨ 。關(guān)于槽型鋼軌的焊接，目前國內(nèi)通常采用閃光
焊和鋁熱焊兩種焊接方法。一般對于普通鐵路、高速
鐵路、城市地鐵、輕軌等鋼軌的焊接，閃光焊接頭的性
能均優(yōu)于鋁熱焊接頭 。對于在城市有軌電車軌道
上使用的槽型鋼軌采用閃光焊和鋁熱焊的效果，本文
進行了試驗研究。試驗選用59R2型槽型鋼軌，分別
采用閃光焊和鋁熱焊兩種焊接方法焊接一定數(shù)量的焊
接接頭，并對這兩種焊接接頭的力學(xué)性能進行測試和
分析 ]。
1 試驗內(nèi)容
1．1 靜彎性能
靜彎試驗的支距為1．0 1TI，焊縫居中，焊縫中心承
受集中荷載，在接頭處加載至其斷裂。對閃光焊和鋁
熱焊分別測試5根焊接接頭試件，其中4根軌頭受壓，
1根軌頭受拉，試驗結(jié)果見表1。
從表1可以看出，閃光焊接頭在軌頭受壓的靜彎
試驗條件下，接頭平均破壞荷載為1 236 kN，大于閃光
焊接頭的1 139 kN，軌頭受拉的試驗條件下兩種焊接
方法的接頭破壞荷載相近。試驗表明，在軌頭受壓的
條件下閃光焊接頭的抗壓能力高于鋁熱焊接頭。
收稿日期：2012—12—20；修回日期：2013-03-21
作者簡介：李京增(1983一)，男，山東臨沂人，助理工程師。
表1 焊接接頭靜彎試驗結(jié)果
鋁熱焊接頭 閃光焊接頭
試件編號受力狀態(tài) k荷載
N
試件編號 受力狀態(tài)破壞
F／
荷載
kN
注： 槽型鋼軌軌腰出現(xiàn)劈裂
1．2 疲勞性能
鋁熱焊接頭疲勞試驗支距為1．0 m，最小加載荷
載F? =60 kN，最大加載荷載F? =300 kN；閃光焊接
頭疲勞試驗支距為1．4 In，F(xiàn)? =67 kN，F(xiàn)? =335 kN。
荷載作用于支距中央的焊縫處，軌頭向上。試驗頻率，
為5 Hz，應(yīng)力循環(huán)系數(shù)r為0．2。
按照上述試驗條件，分別對3根鋁熱焊接頭試件
和3根閃光焊接頭試件進行試驗。試驗結(jié)果表明，鋁
熱焊接頭經(jīng)歷頻率5 Hz，2×10。次疲勞試驗仍未斷
裂；閃光焊接頭在疲勞載荷明顯高于鋁熱焊的情況下，
經(jīng)歷頻率5 Hz，2×10。次疲勞試驗也未斷裂。
1．3 拉伸性能
對鋁熱焊及閃光焊接頭試件取樣進行拉伸試驗，分
別在軌頭、軌腰、軌底各取3個拉伸試樣，測試其平均屈
服強度R 和斷后伸長率A。焊接接頭拉伸試樣直徑為
6 mm，試樣標(biāo)距為30 mm。試驗結(jié)果見表2。
2013年第6期 李京增等：槽型鋼軌閃光焊接頭與鋁熱焊接頭的性能試驗研究 145
表2 焊接接頭拉伸試驗結(jié)果
從接頭的拉伸試驗結(jié)果可以得到，閃光焊接頭的
平均屈服強度為1 015 MPa，高于鋁熱焊接頭的844
MPa；閃光焊接頭斷后伸長率為5．0％ ，高于鋁熱焊接
頭的2．1％ 。
1．4 硬度
1)焊縫硬度
對鋁熱焊接頭試件取樣測試焊縫硬度。焊縫硬度
試驗在軌頂面焊縫中心橫向位置進行，檢測3點布氏
硬度，計算平均硬度值，記為焊縫硬度；在焊縫左右兩
側(cè)母材上分別檢測3點，計算平均硬度值，記為母材平
均硬度 。檢測結(jié)果見表3。
表3 鋁熱焊接頭軌頂面硬度測量結(jié)果HB
由表3可見，母材平均硬度H =298 HB，焊縫硬
度H，：288 HB，接頭硬度與母材之比H，／H =
96．6％ 。
對閃光焊接頭試件取樣測試軌頂面布氏硬度，焊
縫處記為0點，向焊縫兩側(cè)每隔7．5 mm測量一點，檢
測結(jié)果見表4，可見母材平均硬度H =310．7 HB。焊
縫硬度 ，為305．5 HB，H，／He=98．3％ 。
從焊接接頭的軌頂面硬度試驗得到，閃光焊接頭
的硬度與母材的硬度比率為98．3％ ，高于鋁熱焊接頭
的96．6％ 。試驗表明，與鋁熱焊接頭相比閃光焊接頭
硬度與母材硬度更接近。
2)軟化區(qū)寬度
對鋁熱焊接頭試件取樣測試軟化區(qū)寬度。取焊接
接頭縱向斷面，在一條距軌頂面4 mm寬的縱向線上
檢測洛氏硬度，從兩側(cè)熔合線開始逐漸延伸至未受熱
表4 閃光焊接頭軌頂面硬度測量結(jié)果HB
影響的母材20 mm處，測點間距為2 mm，采用HRC
標(biāo)尺。
硬度測量結(jié)果見圖1。在未受影響的鋼軌母材上
測量不少于10點，計算其平均硬度，以直線的形式標(biāo)
在硬度曲線圖上，見圖1中線1。將線1向下平移1．5
HRC，即得到軟化區(qū)寬度測量線，見圖1中線2?？?
見，兩側(cè)軟化區(qū)寬度W~<20 mm。
u
40
蕾25
與熔合線距離／mm
(a)焊縫左側(cè)
／ ． ． ． ． ． ．
一＼ 三 石
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．
-：-7~
,
2
． ． 。
2 4 6 8 10 l2 14 16 18 2O 22 24 26 28 3O 32 34 36 38 40
與熔合線距離，mm
(b)焊縫右側(cè)
圖1 鋁熱焊洛氏硬度測量結(jié)果
對閃光焊接頭試件取樣測試縱斷面洛氏硬度，焊
縫兩側(cè)每隔5 mm測量一點。利用硬度值繪制硬度曲
線和0．95H 水平線，見圖2，則可得軟化區(qū)寬度 ≤
20 mm。
上述兩種接頭的軟化區(qū)寬度測試結(jié)果表明，鋁熱
焊接頭的軟化區(qū)寬度小于閃光焊接頭。
1．5 顯微組織
對鋁熱焊接頭試件取樣測試顯微組織，試驗結(jié)果
O O 0 5 5 O O 5 O
3 7 4 6 3 7 3 5 6
：兮 "O O O 0 O O凹 "O
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 5 O 5 5 0 5 O 5
3 2 2 1 l 2 l 2 2
8眇 l盯 4 3 7 9 O 8¨ 5舛
l 2 3 4 5 6 7 8 9
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