鋼軌電弧焊工藝的研究

程志東

摘 要：本文對鋼軌的對接堆焊工藝進行了分析，采用手工焊條電弧焊方法施焊。主要討論了焊接工藝的流程及焊接工藝參數(shù)。希望能夠?qū)︿撥壓附拥膶嵱?xùn)教學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)中的相關(guān)工藝技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼軌；對接堆焊；電弧焊；工藝流程；工藝參數(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.002

0 引言

隨著鐵路向高速重載方向的發(fā)展，無縫線路因其具有高可靠性和高穩(wěn)定性，故成為高速重載軌道結(jié)構(gòu)的最優(yōu)選擇，作為無縫線路關(guān)鍵技術(shù)之一的鋼軌焊接技術(shù)，對無縫線路的發(fā)展有著重要影響。常用的鋼軌焊接方法很多，但各自有其優(yōu)勢和不足。鋼軌閃光焊需要專門設(shè)備，且其適合于廠內(nèi)不適合于現(xiàn)場。鋼軌鋁熱焊適合于野外操作，但其焊縫為鑄態(tài)組織，接頭組織和性能較差。鋼軌氣壓焊對表面要求高，且不適合于超長鋼軌的焊接。鋼軌電弧焊接頭性能較好，但對焊接工藝及焊工技術(shù)要求比較高。幾種焊接方法相比較而言鋼軌電弧焊方法需要的設(shè)備簡單、操作靈活方便、焊接成本低而且接頭性能能夠滿足需求。因此本文主要討論鋼軌電弧焊工藝問題。

1 試驗材料及設(shè)備

本試驗所使用的材料為U71Mn鋼軌，即截取鋼軌部分軌頭做為試驗用工件，并且在軌頭上表面開槽做為模擬焊口，焊件成分如表1所示。焊材采用低氫堿性焊條，焊接設(shè)備采用直流焊機，采用手工電弧焊、直流反接焊接方式。

2 焊接工藝流程

（1）焊件的準(zhǔn)備：考慮到軌道鋼硬度較高，現(xiàn)場加工坡口比較困難，因此采用對接方式，利用鋼軌既有的端面做為操作面，如果端面銹蝕比較嚴重需要利用角磨將表面打磨光亮即可。

（2）確定對接間隙：考慮到鋼軌本身的高度問題，間隙不能過小，否則無法將焊條深入其中進行焊接操作，因此需要預(yù)留出足夠的間隙。

（3）焊件預(yù)熱：預(yù)熱過程采用了氣焊焊炬進行預(yù)熱，并利用紅外測溫槍確保預(yù)熱達到指定的溫度。

（4）對接堆焊過程：整個焊接過程采取多層多道焊的焊接方式，這種方式雖然效率相對較低，但能夠保證焊接強度，同時還要確保層間溫度。

（5）焊后熱處理：加熱方法扔采用氣焊焊炬，加熱到指定溫度后，利用石棉氈進行保溫，以防止焊后急冷導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。

（6）焊后工件打磨：使焊縫與鋼軌母材保持平滑。

3 試驗過程及其工藝參數(shù)

3.1 焊條的烘干工藝

因為采用的是低氫堿性焊條，所以焊條在使用之前需要進行烘干處理，烘干過程在烘干箱中進行，烘干溫度經(jīng)試驗在350-400℃為宜，為避免焊條使用過程中受潮，烘干后的焊條置于120℃的保溫箱中備用。

3.2 對接間隙

因為整個鋼軌在厚度方向大約150mm，為確保焊條順利施焊，需要預(yù)留出一定的間隙，否則焊條無法觸及軌底。在參考相關(guān)文獻和試驗后，兩段軌道之間的對接間隙確定為20mm比較適宜。

3.3 預(yù)熱溫度

因鋼軌的碳含量很高，屬于高碳鋼范疇。其特點是淬硬傾向大、可焊性差，焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生硬化和脆化，焊接接頭易形成高碳馬氏體，從而造成冷裂紋和產(chǎn)生熱裂紋。針對該特點，宜采取焊接前對母材預(yù)先加熱、焊接后熱處理等措施來消除鋼軌內(nèi)部應(yīng)力和改善材質(zhì)，已達到預(yù)期的焊接效果為防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。經(jīng)試驗焊前預(yù)熱熱溫度為300-350℃較適宜，預(yù)熱方法是利用氣焊焊炬對焊口及周邊母材進行烘烤，并實時用紅外點溫儀檢測焊件溫度，當(dāng)達到預(yù)定溫度即可以實施焊接。

3.4 對接堆焊工藝

為確保對接強度，采用多層多道焊工藝，并且特別強調(diào)的是焊接過程不能擺條，否則強度會受到影響。并且每焊完一道要將焊渣清理干凈，否則容易造成夾渣缺陷，影響鋼軌使用。另外層間溫度一定要保證，經(jīng)試驗驗證層間溫度保持在300-350℃之間能夠保證焊接過程順利進行，焊接每層前要用紅外點溫儀測溫。

3.5 焊后熱處理工藝

焊后為防止焊接裂紋產(chǎn)生及消除應(yīng)力，需要將焊好的對接焊件加熱，經(jīng)試驗加熱溫度在650-750℃為宜，用紅外點溫儀測量達到指定溫度后，將石棉保溫氈覆蓋到焊件上，保溫一段時間即可。

4 結(jié)論

綜上的工藝流程和工藝參數(shù)經(jīng)過試驗驗證，能夠滿足鋼軌的焊接要求，但試驗過程只針對U71Mn牌號的鋼軌。如果將本工藝應(yīng)用到其他牌號的鋼軌焊接中，還需要在此基礎(chǔ)上進行小規(guī)模的試驗為宜。最后希望本文的試驗流程和工藝參數(shù)能夠為鋼軌焊接的相關(guān)實訓(xùn)教學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)中的相關(guān)工藝技術(shù)提供參考。

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