鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊頭正火打磨工藝方案制定及缺陷分析

劉寧

【摘 要】 由于鋼軌熱脹冷縮的特性，以及野外施工環(huán)境條件的不同，鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接的各個(gè)環(huán)節(jié)都影響著焊頭質(zhì)量，為使焊頭達(dá)到鐵標(biāo)要求，在正火及打磨環(huán)節(jié)應(yīng)控制起拱量、溫度、打磨量等因素，避免出現(xiàn)高低接頭、正火溫度不均勻、裂紋等施工缺陷，達(dá)到減少返工及提高焊頭質(zhì)量的目的。

【關(guān)鍵詞】 鋼軌焊接 正火 打磨 起拱量 高低接頭 裂紋 探傷

1 引言

一個(gè)合格的焊頭需要經(jīng)過(guò)下列工序方能獲得：松扣件墊滾筒→應(yīng)力放散（鎖定焊）→焊前打磨→對(duì)軌焊軌→粗磨→軌底探傷→焊頭正火→緊扣件→精磨→整體探傷→修軌（打磨、正火），各個(gè)工序都會(huì)對(duì)最終焊頭質(zhì)量造成影響。在鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接的施工過(guò)程中，常常因?yàn)楹割^出現(xiàn)高接頭、低接頭、正火溫度不均勻、裂紋、接頭探傷顯示超標(biāo)等焊頭質(zhì)量缺陷，出現(xiàn)返工，耗費(fèi)了大量的人力財(cái)力物力，有時(shí)甚至影響到交驗(yàn)工期。

2 典型焊頭質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生原因及解決方法

2.1 高接頭

用一米型尺測(cè)量，軌頭上面起拱量大于0.3mm，稱(chēng)之為高接頭。高接頭可以通過(guò)后續(xù)正火及打磨環(huán)節(jié)得到合格焊頭。但過(guò)高的起拱量，如正火精磨后的拱量大于1mm的焊頭，增加了后續(xù)環(huán)節(jié)的工作量。

2.1.1 高接頭產(chǎn)生原因

2.1.1.1 鋼軌焊接時(shí)，在對(duì)軌及夾持鋼軌時(shí)，向上提得過(guò)高，造成起拱量過(guò)大。

2.1.1.2 焊頭正火后，沒(méi)有及時(shí)測(cè)量起拱量，采取用液壓彎軌器適當(dāng)下壓接頭頂部及鎖緊相應(yīng)扣件。

2.1.1.3 焊頭精磨時(shí)，沒(méi)有根據(jù)當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度及鋼軌溫度確定打磨余量，過(guò)大的起拱量可以經(jīng)打磨減小。

2.1.2 高接頭解決方法

2.1.2.1 正火和打磨操作人員應(yīng)及時(shí)將后續(xù)焊頭質(zhì)量情況反饋給焊軌機(jī)操作人員，控制焊接環(huán)節(jié)的起拱量。

2.2.2.2 焊頭正火后，及時(shí)測(cè)量起拱量，采取用液壓彎軌器適當(dāng)下壓接頭頂部及鎖緊相應(yīng)扣件。保證軌頭上面起拱量4mm-5mm，行車(chē)面0.3mm以?xún)?nèi)（此時(shí)溫度要保證在450℃以上）。

2.2.2.3 焊頭精磨時(shí)，增加打磨量。

2.2 低接頭

用一米型尺測(cè)量，軌頭上面起拱量低于0mm，稱(chēng)之為低接頭。在施工中應(yīng)避免出現(xiàn)低接頭。

2.2.1 低接頭產(chǎn)生原因

2.2.1.1 鋼軌焊好精磨后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的熱脹冷縮內(nèi)部應(yīng)力作用，及線上行車(chē)對(duì)焊縫的碾壓，焊頭會(huì)產(chǎn)生下降。為了避免在工程交驗(yàn)出現(xiàn)低接頭，在正火時(shí)應(yīng)控制起拱量，在精磨時(shí)預(yù)留打磨余量，保證交驗(yàn)合格。

2.2.2 低接頭解決方法

2.2.2.1 獲得焊接環(huán)節(jié)的理想起拱量，并做到正火和打磨操作人員與焊軌機(jī)操作人員及時(shí)溝通反饋。

2.2.2.2 在正火環(huán)節(jié)，熟練運(yùn)用液壓正軌器及撬棍進(jìn)行校正，使用1米專(zhuān)用型尺及塞尺，保證軌頭上面起拱量4mm-5mm，行車(chē)面0.3mm以?xún)?nèi)（此時(shí)溫度要保證在450℃以上）。

2.2.2.3 在精磨環(huán)節(jié)，用鋼軌精磨機(jī)及磨頭砂輪，打磨鋼軌軌頭焊縫位置頂面上行車(chē)面，使軌頭焊縫與軌頭形狀一致。使用1m型尺及塞尺，保證起拱量留0.6mm-0.8mm，溫度高可留0.8mm-01mm，打磨方向與鋼軌軸向長(zhǎng)度方向同向。精磨范圍在1m以?xún)?nèi)。

2.2.2.4 如出現(xiàn)低接頭，允許再正火二次。利用鋼軌的特殊形狀，即軌頭截面積大軌底板截面積小，加熱后冷卻是軌底板先回縮形成起拱量來(lái)改善低接頭。

2.3 焊頭正火溫度不均勻

2.3.1 正火溫度不均勻的原因

2.3.1.1 加熱器火孔大小沒(méi)有調(diào)整好，造成焊頭軌頭與軌底的溫度不一致。嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)軌底過(guò)燒，造成焊頭報(bào)廢。

2.3.1.2 加熱器局部火孔因積碳產(chǎn)生堵塞，造成局部加熱溫度低。

2.3.1.3 加熱器出火孔距鋼軌各部分間隙沒(méi)有保證基本一致，致使鋼軌溫度不均勻。

2.3.1.4 氧氣與乙炔的混合比不正確，加熱熱量不充分。

2.3.1.5 正火操作人員不熟練，不能正確調(diào)整加熱器，調(diào)整混合比，擺火動(dòng)作不正確。

2.3.2 焊頭正火溫度不均勻的解決方法

2.3.2.1 培訓(xùn)正火操作人員，能夠正確調(diào)整加熱器，調(diào)整混合比。

2.3.2.2 加熱焊縫以?xún)?nèi)60毫米鋼軌，正確使用測(cè)溫儀，U75V控制在900--920℃， U71Mn控制在870--900℃。

2.3.2.3 要求軌頭軌腰軌底板溫度基本一致，軌底板溫度允許高50℃以?xún)?nèi)，避免過(guò)燒。

2.4 焊頭裂紋

2.4.1 焊頭裂紋產(chǎn)生的原因

2.4.1.1 鋼軌焊接完成后，由于鋼軌冷卻過(guò)程中的回縮，造成軌底焊縫裂紋。

2.4.1.2 由于松扣件墊滾筒環(huán)節(jié)扣件沒(méi)有完全松完，滾筒沒(méi)有按規(guī)定間隔放置，在焊機(jī)拉鋼軌對(duì)軌的過(guò)程中產(chǎn)生一個(gè)向后的拉力，造成焊接完成后軌底焊縫裂紋，也可能在正火后造成軌底焊縫裂紋。這個(gè)問(wèn)題，在低溫環(huán)境特別是在鎖定焊時(shí)多有發(fā)生。

2.4.1.3 在低溫條件及鎖定焊正火時(shí)沒(méi)有注意焊縫前后各20扣以外應(yīng)鎖緊5對(duì)扣件以上，以致加熱時(shí)鋼軌回縮產(chǎn)生裂紋、拉細(xì)焊縫甚至拉斷焊縫。

2.4.2 避免焊頭裂紋的方法

2.4.2.1 鋼軌焊接最好采用保壓推瘤的方法，利用焊軌機(jī)保壓推瘤的功能，焊頭焊好后維持5分鐘的壓力，待焊頭溫度下降到350℃以下時(shí)松開(kāi)鋼軌。

2.4.2.2 焊接前應(yīng)確認(rèn)扣件完全松完，滾筒按規(guī)定間隔放置。

2.4.2.3 焊頭正火前確認(rèn)焊縫前后各20扣以外應(yīng)鎖緊5對(duì)扣件以上。

2.5 接頭探傷顯示超標(biāo)

2.5.1 接頭探傷顯示超標(biāo)的原因

2.5.1.1 由于正火溫度不均勻，焊縫內(nèi)部金相組織不一，粗晶反射現(xiàn)象造成顯示超標(biāo)。

2.5.1.2 焊頭軌頭軌底打磨沒(méi)打磨平，在凹凸部造成顯示超標(biāo)。

2.5.1.3 焊頭軌底露頭的小灰斑、小夾渣造成探傷顯示超標(biāo)。

2.5.1.4 焊頭軌底打磨棱角沒(méi)做好園弧過(guò)度，在棱角處造成探傷顯示超標(biāo)。

2.5.2 解決焊頭接頭探傷顯示超標(biāo)的措施

2.5.2.1 保證焊頭正火溫度均勻，溫度達(dá)到規(guī)定要求。

2.5.2.2 焊頭打磨按規(guī)定打磨到位。

2.5.2.3焊頭軌底露頭的小灰斑、小夾渣有一部分可以通過(guò)加大打磨量消除。

3 鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接的正火及打磨工藝方案制定

通過(guò)以上的分析，影響鋼軌焊縫接頭質(zhì)量的因素，包括人、機(jī)、料、法、環(huán)的各個(gè)方面，制定詳細(xì)的、定量的鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接的正火及打磨工藝方案，對(duì)提高焊頭質(zhì)量的一次合格率，減少返工造成的損失，有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

以下為鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接的正火及打磨工藝方案。

3.1 鋼軌焊頭正火工藝方案（以60軌為例）

3.1.1 待軌溫冷卻至300℃以下，焊縫兩端松開(kāi)15-20扣，打壓機(jī)墊入150-175mm木頭方墩。

3.1.2 打粗磨，打磨軌底板上面、側(cè)面及軌底面。

3.1.3 如鎖定焊，需加入探傷工序，判定是否傷頭。

3.1.4 固定加熱器，保證加熱器出火孔距鋼軌各部分間隙基本一致。

3.1.5 開(kāi)啟氧氣乙炔控制箱。

3.1.6 用點(diǎn)火器點(diǎn)燃加熱器。

3.1.7 擺火，移動(dòng)距離60mm，加熱時(shí)間3.5分鐘至5分鐘。

3.1.8 測(cè)溫，當(dāng)溫度達(dá)到870℃--900℃即達(dá)到加熱溫度。測(cè)溫部位為軌頭正中及軌底板三角區(qū)上部。

3.1.9 加速擺幾次火，關(guān)閉氧氣乙炔控制箱，停火。

3.1.10 快速取下加熱器及擺火架。

3.1.11 快速用壓機(jī)取下墊塊。

3.1.12 快速用1米專(zhuān)用直尺及塞尺測(cè)量軌頭上面起拱量及行車(chē)面。

3.1.13 快速用液壓正軌器進(jìn)行校正，使用1米專(zhuān)用型尺及塞尺，保證軌頭上面起拱量4mm-5mm，行車(chē)面0.3mm以?xún)?nèi)（此時(shí)溫度要保證在450℃以上），并鎖緊扣件。

3.1.14 自然冷卻，允許吹風(fēng)。特殊情況（如夏季溫度高），溫度降至300℃以下，可以淋水降溫。

3.1.15 接下進(jìn)行精磨及測(cè)量，保證軌頭上面起拱量0.6mm-1mm，行車(chē)面0.2mm以?xún)?nèi)。完全冷卻后，軌頭上面起拱量會(huì)降至0.2-0.6mm，通過(guò)以后修軌可避免低接頭。

3.2 鋼軌焊頭打磨工藝方案（以60軌為例）

打磨共分粗打磨、精打磨及修軌。

3.2.1 粗打磨工藝方案

3.2.1.1 鋼軌焊接完成，待焊縫溫度降至300℃以下。

3.2.1.2 啟動(dòng)小型發(fā)電機(jī)，在合適位置放置電源插板。

3.2.1.3 機(jī)車(chē)及焊機(jī)后退25m以外。

3.21.4 用壓機(jī)起軌，墊好墊塊。

3.2.1.5 用棒砂輪機(jī)及粗砂輪，打磨鋼軌焊縫位置軌底板三角區(qū)，使焊縫與軌底板三角區(qū)形狀一致。打磨方向與鋼軌軸向長(zhǎng)度方向同向。

3.2.1.6 用棒砂輪機(jī)及粗砂輪，打磨軌底，將軌底焊縫打平。

打磨方向與鋼軌軸向長(zhǎng)度方向同向。如夜間，需通過(guò)頭燈照射軌底位置，用鏡子反射看清軌底進(jìn)行打磨。

3.2.1.7 銳邊倒角。

3.2.2 精打磨工藝方案

3.2.2.1 鋼軌正火完成，待焊縫溫度降至300℃以下。

3.2.2.2 啟動(dòng)小型發(fā)電機(jī)，在合適位置放置電源插板。

3.2.2.3 機(jī)車(chē)及焊機(jī)后退25m以外。

3.2.2.4 用壓機(jī)起軌，取下墊塊，水平落入軌枕。

3.2.2.5 用鋼軌精磨機(jī)及磨頭砂輪，打磨鋼軌軌頭焊縫位置頂面上行車(chē)面，使軌頭焊縫與軌頭形狀一致。使用1m型尺及塞尺，保證起拱量留0.6mm-0.8mm，溫度高可留0.8mm-01mm，打磨方向與鋼軌軸向長(zhǎng)度方向同向。精磨范圍在1m以?xún)?nèi)。

3.2.2.6 用鋼軌精磨機(jī)及磨頭砂輪，打磨軌頭內(nèi)行車(chē)面，使軌頭內(nèi)行車(chē)面焊縫與軌頭行車(chē)面形狀一致，使用1m型尺及塞尺，保證行車(chē)面直線度為0到0.2mm。打磨方向與鋼軌軸向長(zhǎng)度方向同向。精磨范圍在1m以?xún)?nèi)。

3.2.2.7用鋼軌精磨機(jī)及磨頭砂輪，打磨軌頭非行車(chē)面，使軌頭非行車(chē)面焊縫與軌頭非行車(chē)面形狀一致，打磨方向與鋼軌軸向長(zhǎng)度方向同向。精磨范圍在1m以?xún)?nèi)。

3.2.2.8 精磨時(shí)注意圓弧過(guò)度。

3.2.3 修軌工藝方案

3.2.3.1 高接頭處理

打磨鋼軌軌頭焊縫位置頂面上行車(chē)面，使軌頭焊縫與軌頭形狀一致，起拱量為0-0.2mm，要求控制到上限。打磨方向與鋼軌軸向長(zhǎng)度方向同向。修軌范圍在1m以?xún)?nèi)。

打磨軌頭內(nèi)行車(chē)面，使軌頭內(nèi)行車(chē)面焊縫與軌頭行車(chē)面形狀一致，保證行車(chē)面直線度為-0.2到0.2mm。打磨方向與鋼軌軸向長(zhǎng)度方向同向。修軌范圍在1m以?xún)?nèi)。

3.2.3.2 低接頭處理

再次正火按正火工藝，如正火后起拱量大按高接頭處理。

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)京滬高鐵、海南東環(huán)線、漢宜高鐵、寧杭高鐵等工程的實(shí)踐摸索，通過(guò)進(jìn)行細(xì)致的實(shí)驗(yàn)分析，找出影響焊頭質(zhì)量的因素，制定詳細(xì)的、定量的鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接的正火及打磨工藝方案，施工進(jìn)度得到加快，一次合格率大大提高，返工率控制到了很小到范圍，焊頭質(zhì)量得到了保證，產(chǎn)生了很好的綜合效益。

參考文獻(xiàn)

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