第３６卷 第１期 ＼ ，ｌ ３６ ＼Ｉｌ＿ｌ 研究与交流
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高锰钢辙叉与高碳钢轨闪光对焊工艺参数的研究
杜国伟
（中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛０６６２０５）
摘要：高锰钢辙叉和钢轨分别属于高锰钢和高碳钢，由于这２种材料本身的焊接性较差，而且焊接工艺
要求相反，将高锰钢和高碳钢直接进行焊接，无论从工艺上，还是焊接材料的选择上，都具有较大的难度。为此，
采用闪光对焊的方法，通过调整预热次数、预热电流、最终闪光速度、顶锻力、顶锻速度，观察焊接接头的微观金
相组织和宏观性能，探索规范参数与金属本身物理性能的关系。结果表明：只要选择合适的工艺参数，最终能得
到优良的高锰钢与高碳钢闪光对接接头。
关键词：闪光对焊；预热电流；闪光速度；顶锻力
中图分类号：Ｕ２１３．９２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—９１７８（２００８）０１—００２９—０３
消除道岔区间高锰钢辙叉与钢轨间的轨缝，实
现跨区间无缝线路是我国铁路现代化的重要内容之
一。目前世界上采用最先进的技术将高锰钢辙叉与
钢轨闪光对接，解决轨缝问题。国外对此技术进行封
锁，而国内目前还没有此项技术。中铁山桥集团有限
公司于２００１年开始研究此项技术，在２００２年引进
瑞士Ｓｃｈｌａｔｔｅｒ公司生产的闪光焊机后，将此项研究
推到实质阶段。
高锰钢焊接时易产生裂纹和碳化物析出，囚此
焊接时要减少受热和受热时间。而钢轨焊接时由于
钢轨含炭量高，为防止马氏体的形成，焊接要预热，
焊后要缓冷。为此采取高锰钢＋中间过渡层材料＋高
碳钢的预热闪光对焊方法，其中钢轨＋中间过渡层
材料焊后要进行热处理。
闪光对焊就是利用工件端面通电后接触而产生
的电阻热，使金属达到熔化温度，并及时施加足够的
顶锻力以形成完整焊接的一
种电阻焊工艺。闪光对焊操作
简单、生产效率高，但焊接工
艺参数复杂多变。通过调整预
1、碳钢的焊接
按照含碳量碳钢分为：低碳钢（C≤0.3%）、中碳钢（C=0.3%-0.6%）和高碳钢（C＞0.6%）三类，不同的碳钢具有不同的焊接特点。
（1） 低碳钢的焊接
①低碳钢的焊接特点
低碳钢中的C、Mn、Si等元素含量少，通常情况下不会因为焊接产生严重的硬化组织或淬火组织。低碳钢的焊接性能优良，一般不需要预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织。焊接完成以后，形成的焊接接头的塑性和冲击韧性较高。
②低碳钢焊接材料的选用
a.焊条
焊接低碳钢时，大多使用E43XX系列的焊条，因为低碳钢结构通常使用GB700-88的Q235牌号钢材制造，这类钢材的抗拉强度平均值为417.5MPa（42.5kgf／mm2），而 E43 X X系列焊条熔敷金属的抗拉强度不小于420MPa（ 43kgf／mm2），在力学性能上正好与之匹配。
b.埋弧焊焊丝和焊剂
低碳钢埋弧焊一般选用实心焊丝H08A或H08E，它们与高锰高硅低氟熔炼焊剂HJ430、HJ431、HJ433或HJ434配合，应用甚广。焊接时，焊剂中的MnO和SiO2在高温下与铁反应，Mn与Si得以还原，。熔池冷却时，Mn和Si既成为脱氧剂，使焊缝脱氧，同时又可有足够数量余留下来，成为合金剂，保证焊缝力学性能。 c.气体保护焊焊丝
碳钢实心焊丝主要由CO2气体保护，且主要配合50公斤级母材，其型号为ER49-1（牌号MG-49-l，即过去的H08Mn2SiA），强度稍低。
d.电渣焊焊丝和焊剂
电渣焊熔池温度比埋弧焊低，焊接过程中焊剂更新量又少，所以焊剂的Si、Mn还原作用也弱。低碳钢电渣焊时，如果仍按埋弧焊选用H08A、H08E焊丝与高锰高硅低氟焊剂配合，则焊缝得不到足够数量的Si和Mn，特别是母材和焊丝中原有的Mn还会烧损。另一方面，Mn的过渡量与焊剂碱度有关，碱度愈大，过渡量也愈大。为此，低碳钢电渣焊时，往往选用中锰高硅中氟熔炼焊剂HJ360与H10Mn2或H10MnSi焊丝配合。也可使用高锰高硅低氟焊剂（例如HJ431）与H10MnSi配合。
各种材料焊接工艺
8.1 碳钢、合金钢焊接
8.1.1 碳钢的焊接
碳钢是最容易焊接的一种金属，适用于碳钢的焊接方法很多，氧–乙炔气气焊、药皮焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、等离子弧焊、电渣焊、电阻焊、磨擦焊、热剂焊、钎焊等，几乎所有焊接方法都能适用。
碳钢以铁为基础，以碳为合金元素，碳含量一般不超过1.0%，此外，含锰量不超过1.2%，硅量不超过0.5%，皆不作为合金元素。而其他元素，如镍、铬和铜等，更控制在残余量的限度内，远非合金成分。杂质元素，例如硫、磷、氧、氮等，根据钢材品种和等级的不同，也都有严格限制。
碳钢的焊接性主要取决于碳含量，随着碳含量的增加，焊接性逐渐变差。
碳钢中的锰和硅对焊接性也有影响。它们的含量增加，焊接性变差，但不及碳作用强烈。锰和硅的影响可以折算为相当于多少碳量的作用，这样适用于碳钢的碳当量（Ceq）经验公式如下：
Ceq= C + Mn/6+Si/24 (%)
Ceq值增加，则产生冷裂纹的可能性增加，焊接性变差。通常，Ceq大于0.4时，冷裂纹的敏感性将增大，另外，焊接冷却速度也会影响焊缝和热影响区组织，从而影响母材的焊接性。
（1） 低碳钢的焊接
1) 焊接性
低碳钢含碳量低，锰、硅含量又少，所以通常情况下不会因焊接而引起严重硬化或淬火组织。这种钢材的塑性和冲击韧性优良，焊成的接头塑性和冲击性也良好，焊接时，一般不需预热、层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，可以说，整个焊接过程 1
中毋需特殊的工艺措施，其焊接性优良。
2) 焊接材料的选用
a. 焊接低碳钢时大多使用E43××系列的焊条，因为低碳钢结构通常使用GB700-88的Q235牌号钢材制造，这类钢材的抗拉强度平均值为417.5N/mm2（42. kgf /mm2），而E43××系列焊条熔敷金属的抗拉强度不小于420N/mm2（43 kgf /mm2），在力学性能上正好与之匹配。
第三章 制订16MnR的焊接工艺
3.1 16MnR的焊接
16MnR的热切割性能与低碳钢相近，气割边缘的淬硬层很窄，碳弧气刨边沿没有明显的增碳层。切割后可不必加工而直接进行焊接。16MnR可以顺利地进行冷弯于机械切割，由于屈服点比低碳钢高，冷压成型时回弹力较大，在冷弯，冷剪时压力应选的大些，同时弯曲半径不能过小。
16MnR加热到800以上可以进行各种热压成形，一般加热温为1000-1100℃，终压温度为750-850℃。经热压后力学性能没有明显的变化，一般不需要进行热处理，16Mn R也可以进行加热校正成形，实践表明，火焰矫正的温度最好控制在700-800℃之间，不宜超过900，火焰矫正后可以空冷，也可以水冷，性能没有明显的差别。
16MnR的焊接性较好，一般不需要进行预热。但由于钢中含有一定的合金元素，或者板比较厚的情况下可以进行预热,预热温度参见表3.1。表3.1 16Mn R的预热温度
板厚/mm 预热温度/℃
≥32 100—150
3.2 焊接方法
16MnR钢焊接时可以用各种焊接方法焊接，不同的焊接方法对产品质量无显著的影响。通常是根据产品的结构特点、批量、生产条件及经济效益等综合效果来选择焊接方法。生产中常用的焊接方法有手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、二氧化碳气体保护焊和电渣焊等。
手弧焊是各种电弧焊方法中发展最早、目前仍然应用最广的一种焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属，电弧是在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。涂料在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧，另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化金属与周围气体的相互作用。熔渣的更重要作用是与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素，改善焊缝金属性能。 手弧焊设备简单、轻便，操作灵活。可以应用于维修及装配中的短缝的焊接，特别是可以用于难以达到的部位的焊接。但是它主要是采用手工操作,焊工的劳动强度较大.
