[发明专利]钢轨钢的闪光对焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢轨钢的闪光对焊方法。特别是本发明涉及能够减小高碳过共析钢轨钢焊接部的热影响部、降低钢轨的不均匀磨损及表面损伤的钢轨钢的闪光对焊方法。

本申请基于2009年10月30日在日本提出申请的特愿2009-251071号并主张其优先权，这里引用其内容。

背景技术

闪光对焊作为钢铁材料的焊接方法已广泛普及。作为其特征，可列举出具有可自动化、品质稳定性高、焊接时间短等优点。

采用图1A～图1D对闪光对焊方法的原理进行说明。

首先，如图1A所示，分别对对置设置的作为被焊接材料的一对钢轨钢1A、1B，从电源3通过电极2施加电压。与此同时，使钢轨钢1A沿箭头4方向移动，使钢轨钢1A、1B的成为焊接面的相互的端面逐渐接近。这样一来，局部地流通短路电流，通过电阻发热急速地进行加热，以至熔融。其结果是，一对钢轨钢1A、1B间通过熔融金属被桥接。在该桥接部，如图1B所示，产生电弧，熔融金属的一部分飞溅(闪光)。另外，在产生闪光的同时通过电阻发热和电弧发热将端面加热，连续地重复上述过程。将上述过程称为闪光工序。

此外，图1C所示的工序是在以短时间对上述闪光工序中的钢轨钢1A、1B的端面整面进行热量输入为目的的工序，称为预热工序。在预热工序中，首先在使一对钢轨钢1A、1B强制地接触的状态下使大电流流通一定时间，利用电阻发热将端面附近加热。然后，多次重复拉开一对钢轨钢1A、1B的过程。

预热工序为了有效地进行对焊接面的热量输入，得到缩短焊接时间的效果，采用与闪光工序组合的焊接方法。此外，由于闪光对焊在大气气氛下进行，因而在形成的熔融金属部生成大量氧化物。

将闪光工序中使一对钢轨钢相互接近的速度称为闪光速度。此外将闪光工序中因钢轨钢接近，熔融金属飞溅而将被熔融物除去所形成的熔损量称为闪光留量。如果在对焊接面的热量输入不充分的状态下闪光速度变得过大，则不会产生电弧及熔融金属的飞溅，接触面积一下子增大，出现流通大电流，不连续地生成闪光的称为冷结(freezing)的现象。该冷结生成成为阻碍弯曲性能的要因的氧化物，因此需要尽可能地回避。为了不产生冷结，对焊接面的适当的热量输入与闪光速度的平衡是重要的。

在通过闪光工序最终使焊接面的整面形成熔融状态后，如图1D所示，以大的加压力使钢轨钢1A、1B的焊接面相互间急速密合，将焊接面的大部分熔融金属排除到外部，对焊接面后方的被加热到高温的部分施加加压及变形，形成接合部。将上述过程称为顶锻工序。

此时，焊接中生成的氧化物在被排出的同时被微细分散化，因而可降低作为阻碍弯曲性能的缺陷残留在接合面的可能性。

通过顶锻工序被排出到接合面外的氧化物(焊道部)在后续工序中通过热剪切等被除去。

如此的闪光对焊由于各焊接工序可自动化、总焊接工序的合计焊接时间短到1.5～4分钟，焊接效率高，因此在钢轨领域作为工厂焊接法也被较多地采用。此外，通过使焊接装置紧凑化，还被用作轨道上的现场焊接。

如上所述，闪光对焊是在通过加热将一对钢材端面熔化后，通过使端面相互间加压密合来接合一对钢材的技术。这里，闪光对焊中的被焊接材即钢材经过从室温加热到熔点的升温过程和其后的冷却过程，因而金属组织中产生变化。将如此的伴随着焊接的被焊接材的组织及硬度等机械性质的变质区称为热影响部(HAZ)。

在求出该HAZ的范围时，机械性质的变质区的确认需要硬度测定等费事的工序，因此多将通过微观及宏观观察可比较简易地识别为母材的范围称为HAZ(非专利文献1)。在本说明书中将通过后述的微观及宏观观察可识别为母材的范围称为HAZ。

采用高碳过共析钢的钢轨钢含有0.85～1.20％的C，呈现珠光体组织。珠光体组织呈现将几乎不含碳的称为铁素体的纯铁相和称为渗碳体的碳化铁(Fe3C)的层交替且致密地相互重叠而成的层状结构。在生成珠光体的过程中，相变能转换为铁素体和渗碳体的界面能，因而形成如此的层状组织。

这里，呈现珠光体组织的钢轨钢的升温过程中的组织变化如下所述。

(1)从室温到500℃珠光体组织未变化。

(2)超过550℃时，开始降低层状组织的界面能的方向的结构的变化，即渗碳体的分割、球状化。此时温度越上升，渗碳体的球状化越进展。

(3)珠光体组织开始从Ac1相变点的720℃附近向奥氏体组织的相变。其结果是，金属中存在铁素体、球状化了的渗碳体(球状化渗碳体)、奥氏体三相共存的温度区。