高寒地區(qū)保證鋼軌焊接質(zhì)量技術(shù)措施淺析

張海錄

摘要： 包惠項(xiàng)目部線路所經(jīng)地區(qū)屬中溫帶亞干旱氣候蒙中區(qū)及干旱氣候區(qū)蒙甘區(qū)。為保證高寒地區(qū)鋼軌焊接質(zhì)量技術(shù)措施主要通過(guò)氣壓焊、鋁熱焊和接觸焊三種焊接方式工作原理的分析，選擇最適合高寒地區(qū)鋼軌焊接技術(shù)的方法；其次施工現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)措施，使焊頭保持到規(guī)定要求；最后加強(qiáng)鋼軌外觀檢查和鋼軌探傷，焊縫任何部位發(fā)現(xiàn)未焊透、燒傷、裂紋、氣孔和夾雜等缺陷應(yīng)切開(kāi)重焊。

Abstract： The lines of Baohui projects department are in mid-temperate arid climate Mid-Inner Mongolian zone and arid climate Mongolia-Gansu zone. In order to ensure the rail welding quality in alpine region， the technical measures are analyzed by the three kinds of welding ways of gas pressure welding， exothermic welding andcontact welding to select the most suitable welding technology for rail welding in alpine region. Then， the protective measures of the construction site should keep the welding head to the specified requirements. Finally， the appearance inspection and rail flaw detection have been strengthened. The lack of penetration， burns， crack， stomatal， inclusion and other defects in any part are not found.

關(guān)鍵詞： 氣壓焊；鋁熱焊；接觸焊；保溫處理；鋼軌探傷

Key words： gas pressure welding；exothermic welding；contact welding；insulation treatment；rail flaw inspection

中圖分類(lèi)號(hào)：TG136+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）06-0110-02

0 引言

長(zhǎng)鋼軌的焊接是鋪設(shè)無(wú)縫線路的重要環(huán)節(jié)，其幾何外形尺寸的平順和內(nèi)部質(zhì)量，是保證無(wú)縫線路正常運(yùn)行的關(guān)鍵。如果鋼軌焊接質(zhì)量不良，將使線路維修工作后患無(wú)窮，嚴(yán)重者尚危及行車(chē)安全。為提高焊后焊道幾何外形的整修質(zhì)量，除應(yīng)堅(jiān)持使用焊瘤推凸機(jī)外，還應(yīng)積極推廣使用鋼軌焊道整修專(zhuān)用精銑機(jī)或研磨機(jī)。

我國(guó)鐵路長(zhǎng)鋼軌焊接技術(shù)始于1957年。當(dāng)時(shí)由捷克鐵路引進(jìn)了電弧法焊接長(zhǎng)鋼軌技術(shù)。采用此法焊成的長(zhǎng)鋼軌，鋪后效果較差，焊縫折斷率高，以致相繼拆除。隨后又從原民主德國(guó)引進(jìn)鋁熱焊技術(shù)，但焊接質(zhì)量也不夠穩(wěn)定。至1963年，鐵道建設(shè)部開(kāi)始推廣使用氣壓焊法焊接技術(shù)，但是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，我國(guó)引進(jìn)了電接觸焊機(jī)，至此氣壓焊法除工地焊接聯(lián)合接頭使用外，焊軌廠全面淘汰了氣壓焊法。

接觸焊與其他焊接方法的比較，加熱時(shí)間短，適合高寒地區(qū)使用。并且焊接過(guò)程不需要填充金屬，冶金過(guò)程比較簡(jiǎn)單，熱影響區(qū)較小，而且焊接設(shè)備配有計(jì)算機(jī)控制，焊接質(zhì)量和工作效率都比較高，能夠?yàn)樾熊?chē)安全提供有效的保障。本文將結(jié)合高寒區(qū)長(zhǎng)鋼軌焊接要求，對(duì)這種先進(jìn)的焊接技術(shù)進(jìn)行技術(shù)分析，并運(yùn)用工程案例研驗(yàn)證其可行性和實(shí)用效果。

1 高寒區(qū)焊接技術(shù)選擇

目前，高寒地區(qū)鋼軌無(wú)縫線路鋼軌接頭焊接方式主要有三種。

①氣壓焊工作原理。

目前廣泛應(yīng)用的鋼軌氣壓焊是小型移動(dòng)式氣壓焊機(jī)，主要用于焊接工地長(zhǎng)鋼軌聯(lián)合接頭，還可以利用封鎖天窗進(jìn)行傷軌焊接處理。其原理是將鋼軌的焊接端面加熱到塑性狀態(tài)，在固定的頂鍛力作用下產(chǎn)生頂鍛量，當(dāng)頂鍛量達(dá)到一定量之后，鋼軌即被焊接成一個(gè)整體。目前的小型氣壓焊機(jī)基本上為國(guó)產(chǎn)焊接，其焊接過(guò)程一般分為氧-乙炔火焰預(yù)熱、預(yù)頂施壓、低壓頂鍛、高壓頂鍛、保壓推凸等階段，由于在焊接過(guò)程中需要人工對(duì)軌和肉眼觀察加熱狀況，所以受人為因素影響很大，易出現(xiàn)焊接接頭錯(cuò)口和接頭缺陷。但因?yàn)槠渚哂性O(shè)備簡(jiǎn)單，體積小、重量輕的特點(diǎn)，便于線上、線下及工地移動(dòng)，操作比較簡(jiǎn)單，大量應(yīng)用于工地現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)條的焊接。

②鋁熱焊工作原理。

先將鋁熱焊劑投放到一個(gè)耐高溫坩堝中，然后將點(diǎn)燃的高溫火柴插入鋁熱焊劑中，鋁熱焊劑隨即開(kāi)始鋁熱反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程中，氧化鐵在高溫下被還原形成鐵水（熔化其它添加元素后形成特定化學(xué)成分的鋼水），鋁被氧化并與其它氧化物一起形成熔渣。鋼水由于比重大而沉于坩堝底部，溶渣比重小而浮于鋼水上部。反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過(guò)短暫鎮(zhèn)靜，熔渣上浮并與鋼水完全分層，坩堝底部特別設(shè)計(jì)的自熔塞自動(dòng)熔開(kāi)，高溫鋼水被釋放到連接兩根鋼軌的耐高溫砂型中，從而將它們焊接在一起。耐高溫砂型帶有鋼軌的幾何形狀特征，使焊接好的接頭形狀與鋼軌基本一致。在焊縫冷卻下來(lái)后，如果采用適當(dāng)?shù)臒崽幚?，還可以進(jìn)一步提高其機(jī)械特性。

③接觸焊工作原理。

接觸焊的基本原理是利用電流通過(guò)某一電阻時(shí)所產(chǎn)生的熱量熔接焊件，再經(jīng)頂鍛完成焊接。當(dāng)兩焊接鋼軌之間通過(guò)電流時(shí)，由于兩鋼軌接觸面之間存在著較大電阻，因電熱效應(yīng)使鋼軌迅速得到加熱。兩鋼軌的接觸面微觀存在凸凹不平，因此，首先接觸的凸點(diǎn)瞬間被加熱到融化狀態(tài)，從而在鋼軌接觸面之間形成多個(gè)液體金屬過(guò)梁。這些過(guò)梁在進(jìn)一步加熱中“爆炸”破壞，使熔化的金屬?gòu)匿撥壗佑|面的縫隙中飛濺出，形成閃光，同時(shí)鋼軌繼續(xù)加熱。通過(guò)加熱和持續(xù)閃光的作用，鋼軌端面的溫度逐漸均勻一致，形成一熔化金屬層，防止周?chē)鷼怏w進(jìn)入。同時(shí)，迅速施加頂鍛力，迫使焊面相互擠壓，使閃光時(shí)形成的火口得到充分閉合，并擠出全部液態(tài)金屬，將兩鋼軌聯(lián)成一體。接觸焊與其他焊接方法的比較優(yōu)點(diǎn)是：焊接的熱源是來(lái)自工件的內(nèi)部熱源，熱量集中，加熱時(shí)間短，焊接過(guò)程不需要填充金屬，冶金過(guò)程比較簡(jiǎn)單，熱影響區(qū)較小，易獲得質(zhì)量較好的焊接接頭。電阻焊的機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，先進(jìn)的焊接設(shè)備配有計(jì)算機(jī)控制，焊接質(zhì)量波動(dòng)小，焊接生產(chǎn)率高。電阻焊接頭的表面質(zhì)量好，可以避免表面金屬的損傷。

2 高寒區(qū)焊接技術(shù)應(yīng)用

2.1 工程概況 包惠項(xiàng)目部主要軌道工程內(nèi)容有新建及改建線路113.279鋪軌公里，聯(lián)鎖道岔526組。包蘭線打拉亥（不含打拉亥）至惠農(nóng)段既有車(chē)站30處，其中區(qū)段站1處（惠農(nóng)）、中間站20處，越行站6處，線路所4處。

線路所經(jīng)地區(qū)屬中溫帶亞干旱氣候蒙中區(qū)及干旱氣候區(qū)蒙甘區(qū)。四季溫差大，夏季炎熱，冬季寒冷，年平均溫度6.3℃～9.51℃，最冷月平均溫度-12.7℃。歷年極端最高氣溫為39.4℃，極端最低氣溫-36.7℃。最大凍結(jié)深度1.78m，一般十月封凍，次年四月解凍。

由于招標(biāo)文件要求2006年12月15日開(kāi)工，2008年9月15日竣工，總工期21個(gè)月，工期緊，任務(wù)重，又跨越二個(gè)冬休期，為保證工程按期保質(zhì)保量的完成任務(wù)，保證車(chē)站按期開(kāi)通，對(duì)冬期保證鋼軌焊接質(zhì)量技術(shù)措施進(jìn)行淺析。

2.2 施工現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) 鋼軌焊接跨越冬季施工，冬季施工時(shí)焊接接頭保溫處理是很重要的，天氣溫度≥10℃時(shí)焊接完成后，鏟掉焊渣迅速用防火保溫棉將焊頭全焊帶包裹6～8min，使焊頭溫度漸漸冷卻至600℃；天氣溫度10℃～0℃時(shí)焊接完成后，鏟掉焊渣迅速用防火保溫棉將焊頭全焊帶包裹8～10min，使焊頭溫度漸漸冷卻至500℃；天氣溫度≤-10℃時(shí)焊接完成后，鏟掉焊渣迅速用防火保溫棉將焊頭全焊帶包裹10～15min，使焊頭溫度漸漸冷卻至300℃。

2.3 加強(qiáng)外觀探傷檢查

①鋼軌焊頭應(yīng)縱向打磨平順，不得有低接頭，用1m型尺測(cè)量鋼軌焊頭1m范圍內(nèi)的平直度。軌頂面、工作面、軌頭面和軌頭上側(cè)圓弧面為0～+0.3vmm/m，軌底為0～

+0.5mm/m，非工作面為0～0.5mm/m。平直度測(cè)量時(shí)焊接接頭溫度應(yīng)低于50℃。

②焊接接頭的軌頭工作面經(jīng)過(guò)外形精磨后的表面平直度應(yīng)滿足：在焊縫中心線兩側(cè)各100mm范圍表面不平度不大于0.2mm，軌頂面及軌頭側(cè)面工作邊母材打磨深度不超過(guò)0.5mm。

③鋼軌焊頭在軌底上表面焊縫兩側(cè)各150mm范圍內(nèi)的及距兩側(cè)軌底角邊緣各35mm的范圍捏打磨平整，焊縫兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)不得有明顯壓痕、碰痕、劃傷等缺陷，焊頭不得有電擊傷。

④探傷時(shí)焊縫溫度應(yīng)冷卻到40℃以下。

⑤探測(cè)軌頭、軌底角，運(yùn)用偏20°角的二次波，探測(cè)軌頭兩側(cè)上方的缺陷，采用偏角掃查方式，加強(qiáng)對(duì)軌角邊緣和變坡點(diǎn)下方缺陷的探測(cè)，軌底三角區(qū)探測(cè)，其探頭移動(dòng)量應(yīng)大于120mm，軌腰探測(cè)，斜探頭移動(dòng)量應(yīng)大于220mm，直探頭探測(cè)焊縫中線時(shí)應(yīng)適當(dāng)移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)可疑波形，應(yīng)調(diào)節(jié)靈敏度進(jìn)一不步檢查，做到一看波形顯示，二量水平距離，三作波形分析，四定缺陷性質(zhì)，以防誤判或漏檢。

2.4 鋼軌無(wú)損檢測(cè)結(jié)果 包惠項(xiàng)目部主要軌道無(wú)損檢測(cè)結(jié)果（如表1所示）顯示，鋼軌焊接質(zhì)量達(dá)標(biāo)，焊縫檢測(cè)未出現(xiàn)沒(méi)焊透、燒傷、裂紋、氣孔和夾雜等重大缺陷。焊縫的內(nèi)部存在少量灰斑，但單個(gè)面積未超過(guò)10mm2，總面積未超過(guò)20mm2，達(dá)到了合格的標(biāo)準(zhǔn)。

從2008年軌道運(yùn)行至今，焊縫未出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，也沒(méi)有因焊接裂縫所造成的缺陷兒進(jìn)行新的維護(hù)，焊接方面全年的維護(hù)費(fèi)用都在1萬(wàn)元以內(nèi)?？傮w來(lái)看，焊接方面的質(zhì)量和效益都達(dá)到了預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

鐵道線上兩條鋼軌的好壞，直接關(guān)系火車(chē)的安全。包惠鐵路長(zhǎng)鋼軌焊接工程所采取的技術(shù)方案焊接質(zhì)量高，效率快，并且適用于高寒區(qū)氣候特點(diǎn)，建議多在高寒區(qū)軌道焊接工程中進(jìn)一步推廣應(yīng)用，以促進(jìn)焊接流程優(yōu)化和技術(shù)更新。

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