一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料及焊接工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属焊接技术领域，具体设及一种新的贝氏体钢侣热焊焊接材料及焊 接工艺。
【背景技术】
[0002] 珠光体钢轨虽然可通过合金化或热处理技术工艺提高强度，但已接近极限，无法 从根本上解决在提高强度的同时保持较好初性的问题，更无法满足铁路高速、重载对钢轨 及道岔轨越来越高的技术要求。贝氏体钢强度高、初性好，显示出强度和初塑性的极好配 合，尤其初性好，是珠光体钢的2~5倍。它的出现解决了钢轨强度、初性、塑性、加工性能 同时满足要求的技术难题。
[0003] 无缝线路既是轨道结构进步的重要标志，也是当今世界高速、重载铁路轨道结构 的最佳选择。无缝线路可W延长钢轨的使用寿命，中国铁道科学研究院对我国京山、长大、 京包、哈长等线使用50kg/m的无缝线路与普通线路大修周期进行调查，发现无缝线路的钢 轨使用寿命延长1. 25倍，轨枕寿命延长1. 26倍。此外，无缝线路可减少养护维修劳力和材 料，减少列车运行能耗，减少铺设附加费用。因此，无缝线路的综合技术经济效果突出。
[0004] 钢轨焊接是无缝线路的关键技术。如果焊缝金属不能跟母体钢轨很好地烙合，会 导致焊接接头强度、硬度等性能达不到要求，给列车的运行带来安全隐患。我国最早采用电 弧焊，后来采用了侣热焊、气压焊和接触焊。侣热焊具有短流程、高效率作业的特点，在短时 间内依靠侣和氧化铁的侣热反应，产生大量热量，生成铁和氧化侣，获得钢水，对焊缝进行 诱铸。侣热焊已经在无缝钢轨焊接中得到普遍应用。 阳〇化]焊接材料（也称为侣热焊剂）和焊接工艺是影响侣热焊焊接效果主要因素。不同 焊接材料和焊接工艺条件下得到的焊缝金属的成分和微观组织不同，宏观表现为焊缝的力 学性能等的差异。如果焊缝化学成分与母材的组成差异较大时，会在焊缝烙合区产生明显 缺陷。因此，理想的焊缝应该化学组成与母材相近、微观结构相近、力学性能相当。
[0006] 现有技术多有关于焊接材料的研究报道，如公开号CN102029486A(公开日2011 年4月27日）、名称为"高硬度钢轨侣热焊剂及其焊接方法"的中国发明申请，公开了一种 高硬度钢轨侣热焊剂W及焊接方法，侣热焊剂由侣粉、氧化铁及合金添加物组成。其中侣 粉为纯侣粉，活性侣含量大于98%，粒度30~60目；氧化铁在加热社制钢材过程中氧化 形成，粒度为18~80目；其它合金添加物包括：铁丸、娃铁、儘铁、铭铁、饥铁、钢铁、稀±合 金。该焊接材料适用于焊接75kg/mPG4珠光体钢轨，焊接接头的硬度仅到达320皿±10皿。 随着贝氏体钢的出现，现有技术中出现了可W用于贝氏体钢焊接的焊接材料。如公开号 CN104625480A(公开日2015年5月20日）、名称为"一种钢轨侣热焊剂及其焊接方法"的 中国发明申请，公开了一种用于铁道钢轨的具有贝氏体组织、高强度的侣热焊剂及其焊接 方法。所述侣热焊剂，按重量百分比计，其包含侣粉18. 4%~18. 8%、氧化铁67. 0%~ 67.6%、Cr1.4%~1.6%、Ni0.31%~0.33%、MoO.14%~0.16、余量为铸铁丸。经 过测试，该侣热焊剂得到的焊缝硬度还是偏低（327皿左右），与贝氏体母体钢轨的硬度 (360皿~430皿）仍然有较大的差距。
[0007] 为了更好地满足我国现阶段及未来无缝线路设计思路和提高重载铁路装备关键 技术的需要，需要开发出新的适合贝氏体钢轨的侣热焊接材料及焊接工艺。
【发明内容】
[0008] 针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种贝氏体钢侣热焊的焊接材料及 焊接工艺。该焊接材料得到的焊缝金属为贝氏体组织，焊缝化学成分与贝氏体钢轨母材 相近，焊接接头的力学性能突出，硬度（> 340皿）与贝氏体钢材匹配，完全满足现行标准 TB1632. 3-2014 的要求。
[0009] 为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
[0010] 一种贝氏体钢侣热焊的焊接材料，由侣粉、氧化铁、铸铁丸和合金添加物组成，合 金添加物包括儘铁、铭铁、娃铁和钢铁；W所述焊接材料的重量为基准，各组分的重量百分 比含量为：侣粉18%~19%，氧化铁68%~69%，儘铁2. 7%~2. 8%，铭铁0. 6%~0. 7%， 娃铁1. 1%~1.2%，钢铁0.4%~0.6%，其余为铸铁丸。
[0011] 更优选的，所述贝氏体钢与珠光体钢侣热焊接材料，各组分的重量百分比含量为： 侣粉18. 8%，氧化铁68. 8%，儘铁2. 79%，铭铁0.62%，娃铁1. 12%，钢铁0.5%，其余为铸 铁丸。
[0012] 优选的，所述侣粉的粒度10~80目，Al含量大于98. 5%。
[0013] 优选的，所述氧化铁的粒度为30~60目，FeO含量为55 %~70%。
[0014] 优选的，所述儘铁中Mn含量不低于65%。
[0015] 优选的，所述铭铁的粒度为10~60目。
[0016] 优选的，所述钢铁的粒度为10~60目。
[0017] 优选的，所述铸铁丸的粒度为10~80目。
[0018] 本发明的另一个目的在于提供所述贝氏体钢侣热焊的焊接材料的制备方法，包括 按照上述配比准备各组分，混合均匀，即得。
[0019] 本发明还有一个目的在于提供上述贝氏体钢侣热焊的焊接材料在焊接贝氏体钢 中的应用；特别是在焊接贝氏体钢轨中的应用。
[0020] 此外，本发明还有一个目的在于提供一种贝氏体钢轨的侣热焊接工艺，所述侣热 焊接工艺采用上述焊接材料，包括如下步骤：
[0021] (1)安装砂型：将待焊接的两根贝氏体钢轨的端头放置在砂型内；将砂型固定在 钢轨上，密封砂型的左、右两端，使砂型内部形成仅上部有开口的腔室，两个钢轨的端头位 于腔室内；
[0022] (2)端头预热：W丙烷和氧气的混合气体为燃烧气体，通过预热枪对位于砂型中 的端头进行预热，至待焊接的两根钢轨的端头均呈亮红色且上下均匀；
[0023] (3)诱注侣热焊剂：端头预热完成后，立即将装有所述贝氏体钢侣热焊的焊接材 料的相蜗放置在所述砂型开口的上方，使相蜗的诱注口对应开口；点燃设置在侣热焊剂中 间的高溫火柴，引发侣热化学，生成的侣热钢水烙化相蜗底部的自烙塞，随即通过所述开口 诱入砂型中；
[0024] (4)焊后热处理：焊接头在空气中冷却至200°CW下，将焊接头再次加热至900~ 1000°C，然后W小于5°C的速度缓慢冷却至室溫，清除残渣。
[0025] 优选的，所述步骤（1)中，待焊钢轨之间的轨缝宽度28~30mm。
[0026] 优选的，所述步骤（2)中，丙烷压力0. 08~0.IMPa，氧气压力0. 25~0. 3MPa。
[0027] 优选的，所述步骤似中，预热枪距待焊钢轨的高度47~53mm，预热时间5~ 7min〇
[0028] 优选的，所述步骤（3)中，焊接60kg/m钢轨，所述贝氏体钢侣热焊的焊接材料用量 为15. 8kg~16. 2kg;焊接75kg/m钢轨，所述贝氏体钢侣热焊的焊接材料用量为17. 8kg~ 18.化g。
[0029] 优选的，所述步骤（3)中，焊剂点燃后，焊剂在相蜗中的氧化还原反应时间2~ 10s，反应结束后诱铸至砂型前的平静时间2~10s。
[0030] 优选的，所述步骤（4)中，W丙烷和氧气的混合气体为燃烧气体，通过预热枪对焊 缝进行再次加热；丙烷的丙烷压力0. 08~0.IMPa,氧气压力0. 25~0. 3MPa，预热枪高度 20~25mm，加热时间20~30min。
[0031] 优选的，所述步骤（4)中，加热宽度为焊缝两侧各50~80mm。
[0032] 优选的，所述步骤（4)中，采用保溫箱使焊缝缓慢冷却，保溫箱的中屯、与焊缝中屯、 对齐。
[0033] 本发明提供的贝氏体钢侣热焊的焊接材料，通过原料的合理配比，经侣热反应后， 获得的焊缝金属化学成分与贝氏体钢轨母材接近，能够与贝氏体钢实现很好的烙合，其化 合物成分如表1所示。
[0034] 表1焊缝金属化学成分
[0036] 由于贝氏体组织属于中溫转变产物，其转变过程容易出现转变不完全的现象。转 变不彻底，会在微观出现残余奥氏体或铁素体。本发明在焊接完成后，对接头全端面进行火 焰热处理和缓冷，提高了接头微观组织的均匀性，并使接头具有优异的力学性能，其硬度可 W达到345皿W上。
【附图说明】
[0037]W下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
[0038]图1示出的测试例1中实施例4的焊缝微观组织，放大倍数为200倍。
[0039] 图2示出