本发明属于铁路钢轨焊接技术领域，具体涉及热处理型贝氏体钢轨焊接接头焊后热处理方法。
背景技术：
无论是焊轨基地闪光焊接，还是铁路现场铝热焊接，或气压焊接，钢轨一般都需要进行焊接形成无缝线路，提高铁路的平顺性，保证列车的平稳运行。多年数据统计表明，钢轨焊接接头发生伤损断轨事故的概率远大于钢轨母材本身，它涉及到铁路运输的安全，所以钢轨焊接接头的质量历来是铁路工务部门关心的重大技术问题。贝氏体钢轨是近年来研发的新品种，目前贝氏体钢轨分为热轧型和热处理型两大类，主要应用于生产铁路用户使用钢轨和道岔，因其抗拉强度、硬度高，疲劳性能和耐磨性能优异，日益受到制造厂家和铁路用户的关注。
目前国内钢轨闪光或气压焊焊接后通常按照tb/1632标准要求在900℃左右进行焊后正火热处理工艺，即采用中频感应电加热或氧乙炔火焰加热至900℃的峰温后空冷至室温，为了进一步提高踏面硬度还可以在正火处理后采取风冷工艺。
热处理型的贝氏体钢轨在焊接后接头硬度软化严重，故首要任务是需要采取合理的焊后热处理工艺加速冷却恢复接头硬度，减小软化区宽度，避免接头在上道服役过程中产生低塌，影响行车平稳性。然而，热处理型的贝氏体钢轨在焊接后采取全断面中频或火焰加热到900℃～940℃峰温热处理后，踏面硬度很难达到0.90hp，软化区通常超过20mm，而且无论是空冷还是采用喷风处理加快冷却速度，焊接接头在落锤检验中的断口均呈平齐的脆性断口，接头抗锤性低，落锤检验不易通过，而抗锤性直接反应接头的焊接综合质量。
专利cn103898310b公开了一种贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，该方法是将焊接得到的待冷却的接头进行第一冷却至第一温度320～380℃，然后将第一冷却后的接头加热至高于第一温度且不高于510℃，然后再进行第二冷却，在该方法的后处理过程中一方面采用了中频和/或火焰加热的正火工艺，工艺较复杂，能耗高，另一方面该专利解决的是接头冲击韧性、马氏体组织含量的问题，没有解决热处理型贝氏体钢轨焊接接头抗锤性低的问题。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是热处理型贝氏体钢轨焊接接头抗锤性低。
本发明解决上述技术问题的技术方案是提供热处理型贝氏体钢轨焊接接头焊后热处理方法，步骤包括：当焊接得到的待冷却钢轨焊接接头踏面表面温度冷却到850～500℃的温度区间后，对接头的轨头部分进行风冷，当踏面表面温度冷却至270～210℃后结束风冷，让接头自然冷却至室温。
具体的，所述风冷是对接头踏面和轨头两侧面的焊缝及焊缝两侧各50～100mm以内的范围进行喷风冷却，也即对包括焊缝以及焊缝两侧在内的一共100～200mm的范围进行喷风冷却。
进一步的，所述风冷是对接头踏面和轨头两侧面的焊缝及焊缝两侧各100mm以内的范围进行喷风冷却，也即对包括焊缝以及焊缝两侧在内的一共200mm的范围进行喷风冷却。
进一步的，所述风冷是对接头踏面和轨头两侧面同时进行冷却，可采用现有的轨头风冷冷却装置，该冷却装置可以同时风冷接头踏面和轨头两侧面，有风压调节装置和显示仪表，并且可根据需要调节喷风口至踏面的距离和喷风长度。
其中，所述喷风冷却的风压为0.10～0.25mpa。
进一步的，所述喷风冷却的风压为0.10～0.15mpa。
其中，所述焊接接头通过闪光焊接或气压焊接得到。
本发明的有益效果是：
本发明热处理型贝氏体钢轨焊接接头焊后热处理方法不必采用焊后中频感应电加热或氧乙炔火焰加热的正火工艺，从而简化了工艺、降低了能耗；其次接头全断面焊缝冲击功平均值达到17j以上，接头纵断面硬度与母材硬度的比值hj/hp达到0.86～0.93，软化区宽度小于20mm，满足热处理贝氏体钢轨焊接接头冲击、硬度和软化区宽度的技术要求；最后是焊接接头在落锤检验中钢轨全断面断口呈韧塑撕裂状，接头的抗锤性得到提升；本发明专利有良好的推广应用前景，可在国内重载线路钢轨的焊接基地或在线焊接施工单位推广使用。
附图说明
图1为采用本发明实施例2方法得到的焊接接头纵断面硬度测试曲线。
图2为采用本发明实施例4方法得到的焊接接头纵断面硬度测试曲线。
图3为采用对比例1焊后空冷方法得到的焊接接头纵断面硬度测试曲线。
图4为采用对比例2正火工艺方法得到的焊接接头纵断面硬度测试曲线。
图5为采用本发明实施例2方法得到的焊接接头落锤断口形貌图。
图6为采用对比例1焊后空冷方法得到的焊接接头落锤断口形貌图。
图7为采用对比例2正火工艺方法得到的焊接接头落锤断口形貌图。
图8为实施例采用的轨头风冷冷却装置。
图9为轨头风冷冷却装置工作示意图。
具体实施方式
按照常规手段，热处理型贝氏体钢轨焊接接头的踏面硬度需要通过正火处理加以恢复，但是经过正火处理的焊接接头在落锤检验中的断口均呈平齐的脆性断口，接头抗锤性低，落锤检验不易通过，本发明的工作正是基于此，找到并设计了一种热处理型贝氏体钢轨焊接接头焊后热处理的方法，在保证了接头踏面硬度的同时，提高了接头的抗锤性。
本发明提供的热处理型贝氏体钢轨焊接接头焊后热处理方法，是当焊接得到的待冷却钢轨焊接接头踏面表面温度冷却到850～500℃的温度区间后，对接头的轨头部分进行风冷，当踏面表面温度冷却至270～210℃后结束风冷，让接头自然冷却至室温。
工字型钢轨包括轨头、轨腰、轨底如图5所示，在研究中发现，如果风冷的时候包括轨腰和轨底，钢轨会出现脆硬的马氏体组织，提升了发生断轨事故的风险，因而本发明风冷对应的位置是轨头部分。
焊接在焊后推瘤完成后，接头的温度高达1300℃，热处理型贝氏体钢轨的相变温度在400℃左右，理论上只要在相变点以上风冷都可以使接头组织产生相变作用，加速冷却可以提高接头硬度。考虑到风冷效果，同时兼顾到实施过程的可行性，因为操作过于仓促会影响到风冷工艺的稳定性，本发明选择850～500℃开始风冷。
在研究过程中发现，当终冷温度低于210℃后接头硬度虽然能够提高，达到0.90hp以上，但是接头中大量出现带状马氏体组织，而马氏体组织属于脆性组织，不利于接头的冲击、疲劳性能，严重降低接头综合力学性能；当终冷温度高于270℃后接头中虽无马氏体组织，但接头硬度在0.85hp以下，容易出现低塌现象。基于上述原因，本发明选择了270～210℃的终冷温度，在保证了接头硬度的同时，也能获得较好的综合力学性能。
其中，所述风冷是对接头踏面和轨头两侧面的焊缝及焊缝两侧各50～100mm以内的范围进行喷风冷却，喷风冷却采用的是室温压缩空气。在研究中发现，当对接头踏面和轨头两侧面的焊缝及焊缝两侧小于50mm以内的范围喷风冷却，不能够对接头焊缝及其热影响区产生较好的冷却效果。
作为优选的，所述风冷是对接头踏面和轨头两侧面的焊缝及焊缝两侧各100mm以内的范围进行喷风冷却
作为优选的，风冷采用的是现有的轨头风冷冷却装置如图8所示，所述风冷装置可以同时风冷轨头踏面和轨头两侧面，有风压调节装置和显示仪表，并可根据需要调节喷风口至踏面的距离和喷风长度，对轨头踏面和轨头两侧面同时进行风冷可以提高冷却速度。
其中，喷风冷却的风压为0.10～0.25mpa。喷风冷却的风压过高时钢轨轨头表面和心部温差较大，接头外部已冷却到210℃，但心部温度可能还在300℃以上，最后检验硬度可能小于0.85hp，误差较大。
作为优选的，喷风冷却的风压在0.1～0.15mpa时，接头表面和心部温差较小，检验接头硬度更为准确。
其中，所述焊接接头通过闪光焊接或气压焊接得到。
本发明中，在未作特别说明的时候，所述焊接接头为经焊接后得到的包含焊缝和热影响区在内的长度为80～120mm范围的区域，该区域的中心为钢轨焊缝，室温是指0～45℃的温度范围。
以下通过实施例对本发明作进一步的说明。
在以下实施例中所用贝氏体钢轨为攀钢研发的新试产品，牌号pb2。
以下实施例的焊接接头硬度测试是按照tb/t1632.2-2014《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》将钢轨焊接接头机加工成纵断面硬度试样，并在踏面下5mm位置对焊接接头进行纵断面洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm，洛氏硬度方法按gb/t230.1-2009规定进行，并以hp表示钢轨母材的硬度平均值，hj表示接头的硬度平均值，接头硬度低于0.9hp的位置表示软化区域。
实施例1
当热处理贝氏体钢轨接头在闪光焊或气压焊焊接顶锻和推瘤完成后，在焊接接头冷却到850℃时开始采用专用轨头风冷冷却装置，对接头踏面和轨头两侧面的焊缝及焊缝两侧各70mm以内的范围进行喷风冷却，风压0.25mpa，当踏面表面温度冷却至210℃后结束风冷，让接头自然冷却至室温，接头全断面焊缝冲击功平均值达在17j以上，接头纵断面硬度与母材硬度的比值hj/hp在0.86～0.93，落锤断口形貌呈韧塑撕裂状。
实施例2
当热处理贝氏体钢轨接头在闪光焊或气压焊焊接顶锻和推瘤完成后，在焊接接头冷却到750℃时开始采用专用轨头风冷冷却装置，对接头踏面和轨头两侧面的焊缝及焊缝两侧各100mm以内的范围同时进行喷风冷却，风压0.20mpa，当踏面表面温度冷却至220℃后结束风冷，让接头自然冷却至室温，接头全断面焊缝冲击功平均值达在17j以上，接头纵断面硬度测试曲线如图1所示，接头纵断面硬度与母材硬度的比值hj/hp＝0.921，软化区宽度：左侧15.0mm，右侧15.0mm，落锤断口形貌如图5所示。
实施例3
当热处理贝氏体钢轨接头在闪光焊或气压焊焊接顶锻和推瘤完成后，在焊接接头冷却到650℃时开始采用专用轨头风冷冷却装置，对接头踏面和轨头两侧面的焊缝及焊缝两侧各80mm以内的范围进行喷风冷却，风压0.15mpa，当踏面表面温度冷却至250℃后结束风冷，让接头自然冷却至室温，接头全断面焊缝冲击功平均值达在17j以上，接头纵断面硬度与母材硬度的比值hj/hp在0.86～0.93，落锤断口形貌呈韧塑撕裂状。
实施例4
当热处理贝氏体钢轨接头在闪光焊或气压焊焊接顶锻和推瘤完成后，在焊接接头冷却到800℃时开始采用专用轨头风冷冷却装置，对接头踏面和轨头两侧面的焊缝及焊缝两侧各100mm以内的范围进行喷风冷却，风压0.12mpa，当踏面表面温度冷却至270℃后结束风冷，让接头自然冷却至室温，接头全断面焊缝冲击功平均值达在17j以上，接头纵断面硬度测试曲线如图2所示，接头纵断面硬度与母材硬度的比值hj/hp＝0.865，软化区宽度：左侧25.0mm，右侧22.5mm，落锤断口形貌呈韧塑撕裂状。
对比例1
采用焊后空冷，即钢轨焊接完成推瘤后，接头在空气中自然冷却。接头纵断面硬度测试曲线如图3所示，从图上可以看到本对比例的焊接接头纵断面硬度与母材硬度的比值hj/hp＝0.841，软化区宽度：左侧40.0mm，右侧40.0mm，落锤断口形貌如图6所示。
对比例2
采用焊后正火风冷，即钢轨焊接完成推瘤后，接头经过正火处理并喷风冷却，正火工艺如表1所示，接头纵断面硬度测试曲线如图4所示，接头纵断面硬度与母材硬度的比值hj/hp＝0.87，软化区宽度：左侧7.5mm，右侧20mm，落锤断口形貌如图7所示。
表1
从上述实施例和对比例可以得到，焊后如果仅仅采用空冷处理如对比例1，接头的hj/hp＝0.841低，软化区宽度大，并且落锤断口形貌呈脆性平齐状，抗锤性低；若焊后采用现有的正火工艺处理如对比例2，接头的hj/hp＝0.87，右侧软化区宽度达到20mm，落锤断口形貌也呈脆性平齐状，抗锤性低；而采用本发明的焊后热处理方法如实施例1，接头的hj/hp＝0.921，软化区宽度：左侧15.0mm，右侧15.0mm，落锤断口形貌呈韧塑撕裂状，抗锤性好，表明采用本发明的焊后热处理方法得到的焊接接头满足硬度和软化区宽度的技术要求，同时抗锤性得到提升。