一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料及焊接工艺

摘要

本发明提供一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料，由铝粉、氧化铁、铸铁丸和合金添加物组成，合金添加物包括锰铁、铬铁、硅铁和钼铁；以所述焊接材料的重量为基准，各组分的重量百分比含量为：铝粉18％～19％，氧化铁68％～69％，锰铁2.7％～2.8％，铬铁0.6％～0.7％，硅铁1.1％～1.2％，钼铁0.4％～0.6％，其余为铸铁丸。本发明还提供所述焊接材料的制备方法及其应用。此外，本发明还提供采用上述焊接材料的贝氏体钢轨铝热焊接工艺。通过本发明的焊接材料和焊接工艺得到的焊缝金属能够与贝氏体钢很好地融合，焊接接头的各项性能优异，从而可以提高无缝焊接重载铁路贝氏体钢钢轨焊缝的性能，更好地保证行车安全。

权利要求

1.一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料，由铝粉、氧化铁、铸铁丸和合金添加物组成，合金添加物由锰铁、铬铁、硅铁和钼铁组成；以所述焊接材料的重量为基准，各组分的重量百分比含量为：铝粉18％～19％，氧化铁68％～69％，锰铁2.7％～2.8％，铬铁0.6％～0.7％，硅铁1.1％～1.2％，钼铁0.4％～0.6％，其余为铸铁丸。

2.根据权利要求1所述的焊接材料，其特征在于，所述贝氏体钢铝热焊接材料，各组分的重量百分比含量为：铝粉18.8％，氧化铁68.8％，锰铁2.79％，铬铁0.62％，硅铁1.12％，钼铁0.5％，其余为铸铁丸。

3.根据权利要求1或2所述的焊接材料，其特征在于，所述铝粉的粒度10～80目，Al含量大于98.5％；

所述氧化铁的粒度为30～60目，FeO含量为55％～70％；

所述锰铁中Mn含量不低于65％；

所述铬铁的粒度为10～60目；

所述钼铁的粒度为10～60目；

所述铸铁丸的粒度为10～80目。

4.权利要求1至3中任一项所述的贝氏体钢铝热焊的焊接材料的制备方法，包括按照所述重量百分比准备各组分，混合均匀，即得。

5.权利要求1至3中任一项所述的贝氏体钢铝热焊的焊接材料在焊接贝氏体钢中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用是指所述的贝氏体钢铝热焊的焊接材料在焊接贝氏体钢轨中的应用。

7.一种贝氏体钢轨的铝热焊接工艺，所述铝热焊接工艺采用权利要求1至3中任一项所述的焊接材料，包括如下步骤：(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；

(2)端头预热：以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；

(3)浇注铝热焊剂：端头预热完成后，立即将装有所述贝氏体钢铝热焊的焊接材料的坩埚放置在所述砂型开口的上方，使坩埚的浇注口对应开口；点燃设置在铝热焊剂中间的高温火柴，引发铝热化学，生成的铝热钢水熔化坩埚底部的自熔塞，随即通过所述开口浇入砂型中；

(4)焊后热处理：焊接头在空气中冷却至200℃以下，将焊接头再次加热至900～1000℃，然后以小于5℃的速度缓慢冷却至室温，清除残渣。

8.根据权利要求7所述的铝热焊接工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，待焊钢轨之间的轨缝宽度28～30mm。

9.根据权利要求7所述的铝热焊接工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，丙烷压力0.08～

0.1MPa，氧气压力0.25～0.3MPa。

10.根据权利要求7或9所述的铝热焊接工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，预热枪距待焊钢轨的高度47～53mm，预热时间5～7min。

11.根据权利要求7所述的铝热焊接工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，焊接60kg/m钢轨，所述贝氏体钢铝热焊的焊接材料用量为15.8kg～16.2kg；焊接75kg/m钢轨，所述贝氏体钢铝热焊的焊接材料用量为17.8kg～18.2kg。

12.根据权利要求7或11所述的铝热焊接工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，焊剂点燃后，焊剂在坩埚中的氧化还原反应时间2～10s，反应结束后浇铸至砂型前的平静时间2～

10s。

13.根据权利要求7所述的铝热焊接工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，以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0.08～0.1MPa，氧气压力0.25～0.3MPa，预热枪高度20～25mm，加热时间20～30min。

14.根据权利要求7或13所述的铝热焊接工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，加热宽度为焊缝两侧各50～80mm。

15.根据权利要求7所述的铝热焊接工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，采用保温箱使焊缝缓慢冷却，保温箱的中心与焊缝中心对齐。

说明书

一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料及焊接工艺

技术领域

[0001] 本发明属于金属焊接技术领域，具体涉及一种新的贝氏体钢铝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韧性的问题，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、韧性好，显示出强度和韧塑性的极好配合，尤其韧性好，是珠光体钢的2～5倍。它的出现解决了钢轨强度、韧性、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。无缝线路可以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熔合，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，后来采用了铝热焊、气压焊和接触焊。铝热焊具有短流程、高效率作业的特点，在短时间内依靠铝和氧化铁的铝热反应，产生大量热量，生成铁和氧化铝，获得钢水，对焊缝进行浇铸。铝热焊已经在无缝钢轨焊接中得到普遍应用。

[0005] 焊接材料(也称为铝热焊剂)和焊接工艺是影响铝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，会在焊缝熔合区产生明显缺陷。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“高硬度钢轨铝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铝热焊剂以及焊接方法，铝热焊剂由铝粉、氧化铁及合金添加物组成。其中铝粉为纯铝粉，活性铝含量大于98％，粒度30～60目；氧化铁在加热轧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、硅铁、锰铁、铬铁、钒铁、钼铁、稀土合金。该焊接材料适用于焊接75kg/m PG4珠光体钢轨，焊接接头的硬度仅到达320HB±10HB。随着贝氏体钢的出现，现有技术中出现了可以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“一种钢轨铝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、高强度的铝热焊剂及其焊接方法。所述铝热焊剂，按重量百分比计，其包含铝粉18.4％～18.8％、氧化铁67.0％～67.6％、Cr 1.4％～1.6％、Ni 
0.31％～0.33％、Mo0.14％～0.16、余量为铸铁丸。经过测试，该铝热焊剂得到的焊缝硬度还是偏低(327HB左右)，与贝氏体母体钢轨的硬度(360HB～430HB)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铝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铝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(＞340HB)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] 一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料，由铝粉、氧化铁、铸铁丸和合金添加物组成，合金添加物包括锰铁、铬铁、硅铁和钼铁；以所述焊接材料的重量为基准，各组分的重量百分比含量为：铝粉18％～19％，氧化铁68％～69％，锰铁2.7％～2.8％，铬铁0.6％～0.7％，硅铁1.1％～1.2％，钼铁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铝热焊接材料，各组分的重量百分比含量为：铝粉18.8％，氧化铁68.8％，锰铁2.79％，铬铁0.62％，硅铁1.12％，钼铁0.5％，其余为铸铁丸。

[0012] 优选的，所述铝粉的粒度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，所述锰铁中Mn含量不低于65％。

[0015] 优选的，所述铬铁的粒度为10～60目。

[0016] 优选的，所述钼铁的粒度为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铝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铝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铝热焊接工艺，所述铝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：以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)浇注铝热焊剂：端头预热完成后，立即将装有所述贝氏体钢铝热焊的焊接材料的坩埚放置在所述砂型开口的上方，使坩埚的浇注口对应开口；点燃设置在铝热焊剂中间的高温火柴，引发铝热化学，生成的铝热钢水熔化坩埚底部的自熔塞，随即通过所述开口浇入砂型中；

[0024] (4)焊后热处理：焊接头在空气中冷却至200℃以下，将焊接头再次加热至900～1000℃，然后以小于5℃的速度缓慢冷却至室温，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0.08～0.1MPa，氧气压力0.25～0.3MPa。

[0027] 优选的，所述步骤(2)中，预热枪距待焊钢轨的高度47～53mm，预热时间5～7min。

[0028] 优选的，所述步骤(3)中，焊接60kg/m钢轨，所述贝氏体钢铝热焊的焊接材料用量为15.8kg～16.2kg；焊接75kg/m钢轨，所述贝氏体钢铝热焊的焊接材料用量为17.8kg～18.2kg。

[0029] 优选的，所述步骤(3)中，焊剂点燃后，焊剂在坩埚中的氧化还原反应时间2～10s，反应结束后浇铸至砂型前的平静时间2～10s。

[0030] 优选的，所述步骤(4)中，以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0.08～0.1MPa，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，采用保温箱使焊缝缓慢冷却，保温箱的中心与焊缝中心对齐。

[0033] 本发明提供的贝氏体钢铝热焊的焊接材料，通过原料的合理配比，经铝热反应后，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熔合，其化合物成分如表1所示。

[0034] 表1焊缝金属化学成分

[0035]元素 C Mn Si Cr Mo Ni Al
含量(％) 0.23～0.25 1.4～1.6 1.2～1.5 0.5～0.6 0.35～0.45 - <0.104

[0036] 由于贝氏体组织属于中温转变产物，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，其硬度可以达到345HB以上。

附图说明

[0037] 以下，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示出的测试例1中实施例5的焊缝微观组织，放大倍数为200倍。

[0040] 图3示出的测试例1中实施例6的焊缝微观组织，放大倍数为200倍。

[0041] 图4示出的测试例1中对比例6的焊缝微观组织，放大100倍。

[0042] 图5示出的测试例1中对比例7的焊缝微观组织，放大100倍。

[0043] 图6示出的测试例1中对比例8的焊缝微观组织，放大100倍。

[0044] 图7示出的测试例1中对比例9的焊缝微观组织，放大50倍。

[0045] 图8示出的测试例1中对比例10的焊缝微观组织，放大50倍。

[0046] 图9示出的是测试例1中对比例5的焊缝显微硬度测试时的测试点，其中1、2标出的是测试点，放大200倍。

[0047] 图10示出的是测试例1中对比例7的焊缝显微硬度测试时的测试点，其中4、5标出的是测试点，放大200倍。

[0048] 图11示出的是实施例4的焊缝金属和贝氏体钢轨的熔合情况，放大倍数50倍。

[0049] 图12示出的是实施例5的焊缝金属和贝氏体钢轨的熔合情况，放大倍数50倍。

[0050] 图13示出的是实施例6的焊缝金属和贝氏体钢轨的熔合情况，放大倍数50倍。

[0051] 图14示出的是对比例11的焊缝金属和贝氏体钢轨的熔合情况，放大倍数50倍。

[0052] 图15示出的是测试例2焊接接头硬度试验布氏硬度检测位置。

具体实施方式

[0053] 以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

[0054] 下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的药材原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。

[0055] 下述实施例和对比例中的原料规格为：

[0056] 铝粉：粒度为10～80目，Al含量大于98.5％；

[0057] 氧化铁：粒度为30～60目，FeO含量55％～70％；

[0058] 铬铁：粒度为10～60目；

[0059] 钼铁：粒度为10～60目；

[0060] 锰铁：Mn含量不低于65％；

[0061] 铸铁丸：粒度为10～80目。

[0062] 实施例1～实施例3一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料

[0063] 各实施例所述贝氏体钢铝热焊的焊接材料组成见表2。

[0064] 将各组分混合均匀，即得到所述贝氏体钢铝热焊的焊接材料。

[0065] 对比例1～对比例4一种铝热焊的焊接材料

[0066] 各对比例所述铝热焊接材料的组成见表2；将各组分混合均匀，即得到所述铝热焊的焊接材料。

[0067] 表2实施例1-3和对比例1-4的铝热焊焊接材料原料组成

[0068]

[0069] 实施例4-6一种贝氏体钢轨的焊接工艺

[0070] 所述焊接工艺分别采用实施例1-3的焊接材料，待焊钢轨为75kg/m贝氏体钢轨；具体步骤如下：

[0071] (1)安装砂型：将待焊接的两根钢轨的端头放置在砂型内；将砂型固定在钢轨上，待焊的贝氏体钢轨之间的轨缝宽度为28～30mm，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；

[0072] (2)端头预热：通过预热枪对位于砂型中的端头进行预热，丙烷压强为0.08MPa～0.1MPa，氧气压强为0.25MPa～0.3MPa；预热枪距待焊钢轨的高度47～53mm，预热时间5～
7min，至待焊接的两根钢轨的端头均呈亮红色且上下均匀；

[0073] (3)浇注铝热焊剂：端头预热完成后，立即将装有18kg所述焊接材料的坩埚放置在所述砂型开口的上方，使坩埚的浇注口对应开口；点燃设置在铝热焊剂中间的高温火柴，引发铝热化学，反应时间2～10s；反应结束后的平静时间2～10s，生成的铝热钢水熔化坩埚底部的自熔塞，随即通过所述开口浇入砂型中；

[0074] (4)焊后热处理：焊接头在空气中冷却至200℃以下，焊缝两侧各50～80mm的范围内用预热枪将焊接头再次加热至900～1000℃；丙烷压强为0.08MPa～0.1MPa，氧气压强为0.25MPa～0.3MPa，预热枪高度20～25mm，加热时间20～30min；然后在焊接头外加设保温箱，保温箱的中心与焊缝中心对齐，以小于5℃的速度缓慢冷却至室温，清除残渣。

[0075] 对比例6-10

[0076] 采用对比例1-5的焊接材料，通过实施例4所述的焊接工艺，焊接两根75kg/m的贝氏体钢轨。

[0077] 对比例11

[0078] 采用实施例1的焊接材料，焊接两根75kg/m的贝氏体钢轨；具体焊接工艺为：

[0079] (1)～(3)：与实施例4的步骤(1)～(3)相同；

[0080] (4)焊后冷却：焊接头空气中冷却至室温，清除残渣。

[0081] 对比例12一种贝氏体钢铝热焊接的焊接材料及其焊接的贝氏体钢轨

[0082] 本对比例的焊接材料组成与公开号CN104625480A(公开日2015年5月20日)的中国发明专利申请说明书实施例1记载的相同，即：

[0083] 铝粉18.6％、氧化铁67.3％、铬铁1.5％、镍铁0.32％、钼铁0.15％、余量为铸铁丸。

[0084] 通过与实施例4相同的焊接工艺焊接两根75kg/m的贝氏体钢轨。

[0085] 测试例1焊接材料配方对焊缝微观组织的影响

[0086] 检测对象：实施例4-6和对比例6-10焊接的贝氏体钢轨的焊缝

[0087] 1.1焊缝微观组织观察

[0088] 按照依据TB/T 1632.3-2014中对焊缝金属取样位置的要求，从实施例4-6和对比例6-10焊接的贝氏体钢轨焊缝取样进行显微组织观察，结果见表3和图1-8。

[0089] 表3焊缝显微组织检测结果

[0090]

[0091]

[0092] 从上表示出：

[0093] I.实施例4-6(分别采用实施例1-3的焊接材料)的焊缝微观组织都为无碳化物贝氏体，没有出现异常组织。

[0094] II.对比例6-10(分别采用对比例1-5的焊接材料)的焊缝微观组织都出现了异常组织。

[0095] 实施例4-6和对比例6-10的焊接工艺相同，但是采用的焊接材料与本发明有差异——对比例的锰铁、硅铁(对比例1-3)、铬铁(对比例4)和镍铁(对比例5)含量都不在本发明的相应限定范围。具体的：对比例1-对比例3分别含锰铁3.4％、3.1％和1.1％，超出了或者低于本发明限定的2.7％～2.8％的范围；对比例1和2含硅铁0.8％，低于本发明限定的1.1％～1.2％的范围；对比例4含铬铁0.93％，超出了本发明限定的0.6％～0.7％的范围；
对比例5则含有了镍铁。对比例1-5不适当的焊接材料配比导致了焊缝内出现异常组织，进而在宏观上表现为力学性能的差异。

[0096] 1.2焊缝M/A组织的考察

[0097] 为了确定对比例中出现的白色块状组织和白色条状组织，对白色块状组织和白色条状组织进行显微硬度测试。选择对比例6和对比例8两个接头轨头试样，进行显微维氏硬度测试，测试点见图9和图10所示，维氏硬度值见表4。

[0098] 表4对比例6和对比例8显微硬度对比

[0099]

[0100] 结果显示：白色块状组织为高硬度的M/A岛；白色条状组织为低硬度的铁素体。M/A组织属于硬脆组织，在晶内分布易产生裂纹；铁素体组织沿晶分布，使晶粒割裂后容易产生沿晶断裂。M/A岛和铁素体均不利于焊接接头性能。

[0101] 出现上述异常现象的原因，可能在于：对比例1和2的Mn过高，导致过冷奥氏体转变不完全，出现高硬度M/A组织，分布于晶内，接头踏面硬度过高；对比例3的Si过高，导致过冷奥氏体转变过程中，低硬度的铁素体在晶界处优先形成。

[0102] 因此，焊接材料中的锰硅比应当控制在合适的范围，即锰铁含量为2.75％～2.85％，硅铁含量为1.1％～1.2％。

[0103] 1.2化学成分检测

[0104] 按照TB/T 2344-2012要求取样，采用直读光谱仪进行成品化学成分及残留元素检验，结果见表5。

[0105] 表5各实施例焊缝化学成分检测结果

[0106]元素(％) C Mn Si Cr Mo Ni Al
实施例4 0.233 1.490 1.325 0.568 0.398 - 0.087
实施例5 0.234 1.453 1.363 0.550 0.412 - 0.086
实施例6 0.235 1.502 1.310 0.589 0.376 - 0.084
对比例12 0.153 1.957 0.833 0.995 0.445 0.584 0.088

[0107] 实施例4-5和对比例12的焊缝金属成分都接近贝氏体母体钢，但是各元素之间的配比有较大的差异，尤其是碳、铬和镍的含量以及锰硅比。

[0108] 1.3焊剂和钢轨融合情况考察

[0109] 依据TB/T 1632.3-2014中对熔合线取样要求，对实施例4-6和对比例11焊接的贝氏体钢轨的焊缝取样，取样后分别在50倍显微镜下观察焊缝金属和贝氏体钢轨的熔合情况。结果见图11-14。

[0110] 从图11-13可以看出，实施例1-3的焊接材料通过本发明的焊接工艺均能够与贝氏体钢轨良好融合，未出现马氏体、铁素体、残余奥氏体等不良组织和裂纹。

[0111] 对比例11采用了本发明实施例1的焊接材料，但是浇铸后没有进行热处理，图14显示熔合线组织在焊接热循环作用下出现不均匀性。

[0112] 1.4结论

[0113] 以本发明的铝热焊接材料，通过本发明所述的焊接工艺，焊接贝氏体钢钢轨，焊缝金属化学组成接近贝氏体钢，焊缝金属微观组织为无碳化物贝氏体，无裂缝和异常组织。而无论是改变焊接材料的组成还是改变焊接工艺(主要是焊后是否热处理)，得到的焊缝金属微观组织都会出现异常，给焊缝的力学性能造成不利的影响。

[0114] 测试例2焊接接头性能测定

[0115] 2.1焊接接头硬度试验

[0116] 测试对象：实施例4-6和对比例11-12焊接的贝氏体钢轨的焊缝

[0117] 方法：按照按GB/T 231.1-2009规定的方法，在轨顶面焊缝中心横向位置进行，按图15所示位置检测3点布氏硬度，计算平均硬度值，记为焊缝硬度。

[0118] 测定结果：见表6。

[0119] 表6焊缝踏面硬度测定结果

[0120]测试对象 测试点1 测试点2 测试点3 平均硬度
实施例4 347HB 350HB 347HB 348HB
实施例5 343HB 347HB 343HB 344HB
实施例6 350HB 350HB 347HB 349HB
对比例11 323HB 321HB 321HB 322HB
对比例12 321HB 329HB 332HB 327HB

[0121] 结论：

[0122] I.在测试的各个样品中，实施例4-5的焊接接头硬度显著高于对比例11和12。

[0123] II.实施例4和对比例11采用的焊接材料相同，但是对比例11焊后接头未经热处理，其接头硬度明显低于实施例4。因此，焊后热处理可以显著提高焊缝的硬度。

[0124] III.相较现有技术的焊接材料(对比例12)，即使焊接工艺相同，本发明的焊接材料得到的焊接接头硬度更高。结合表5的焊缝金属化学成分检测结果可知，焊接材料的配方决定了焊缝的金属成分，并影响焊缝的力学性能。

[0125] 1.2静弯测试

[0126] 测试对象：实施例4-6和对比例11-12焊接的贝氏体钢轨的接头

[0127] 测试方法：依照TB/T1632.3-2014规定的方法，在焊接接头经过探伤后，进行静弯试验。试件长1.2m～1.3m，焊缝中心位于试件中央。试件置于支距1m的支座上，焊缝居中，中心承受集中载荷。测试条件：试件温度10℃～40℃，压头加载速率不大于80kN/s。

[0128] 测定结果：见表7。

[0129] 表7接头静弯测定结果

[0130]

[0131] 结论：

[0132] I.在测试的各个样品中，实施例4-5的焊接接头静弯值和挠度显著高于对比例11和12。

[0133] II.实施例4和对比例11采用的焊接材料相同，但是对比例11焊后接头未经热处理，其焊接接头的静弯值和挠度明显低于实施例4。因此，热处理可以显著提高焊接接头的静弯值和挠度。

[0134] III.相较现有技术的焊接材料(对比例12)，即使焊接工艺相同，本发明的焊接材料得到的焊接接头静弯性能更好。结合表5的焊缝金属化学成分检测结果可知，焊接材料的配方显著影响焊缝的力学性能。

[0135] 以本发明的铝热焊接材料，通过本发明所述的焊接工艺，焊接贝氏体钢钢轨，焊接接头具有优异的力学性能，硬度、静弯等都符合并超过现行行业标准。

[0136] 总之，本发明提供了一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料及相应的焊接工艺，焊缝金属能够与贝氏体钢很好地融合，焊接接头的各项性能优异，从而可以提高无缝焊接重载铁路贝氏体钢钢轨焊缝的性能，更好地保证行车安全。

[0137] 以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。