淺談軌道鋼的焊接方法及問(wèn)題解決

劉俊杰

摘要：近年來(lái)，隨著鐵路高速化重載化的快速發(fā)展，軌道結(jié)構(gòu)逐漸由無(wú)縫線路取代為普通線路。與普通鋼軌相比，無(wú)縫線路取消了大量的鋼軌連接接頭，具有行車平穩(wěn)、軌道維護(hù)成本低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它已成為高速鐵路建設(shè)中最重要的方法。無(wú)縫線路是鐵路軌道的一項(xiàng)重要新技術(shù)。將普通鋼軌焊接成一定長(zhǎng)度的長(zhǎng)鋼軌，再把焊接成一定長(zhǎng)度的長(zhǎng)鋼軌連接鋪設(shè)，稱為無(wú)縫線路。長(zhǎng)鋼軌焊接是鋪設(shè)無(wú)縫線路的重要環(huán)節(jié)。軌道鋼的焊接技術(shù)也得到了大量應(yīng)用。此篇論文就軌道鋼的焊接提出一些問(wèn)題和解決方案。

關(guān)鍵詞：軌道鋼焊接;焊接工藝;焊接技術(shù)

0 ?引言

高速鐵路技術(shù)，是指與高速鐵路系統(tǒng)有關(guān)的一切科學(xué)技術(shù)，包括鐵路建設(shè)技術(shù)、列車制造技術(shù)、材料組裝技術(shù)、信息采集技術(shù)、調(diào)度控制技術(shù)、維修技術(shù)等，常規(guī)運(yùn)輸能力和管理水平。與航空技術(shù)一樣，高鐵技術(shù)是一個(gè)非常龐大復(fù)雜的工程系統(tǒng)，不能用單一的速度來(lái)概括。近年來(lái)隨著我國(guó)高速鐵路的發(fā)展，軌道鋼的制造及焊接技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前我國(guó)軌道鋼焊接技術(shù)主要有以下三種方法：軌道鋼接觸焊接、氣壓焊接、鋁熱焊接。

1 ?鋼軌接觸焊

鋼軌接觸焊又稱閃光焊接。其基本原理是兩條軌道鋼斷面相互接觸，起初只有幾個(gè)點(diǎn)相互接觸，形成最初的通電過(guò)梁，當(dāng)強(qiáng)大的電流通過(guò)兩個(gè)軌道接觸面時(shí)，軌道鋼就會(huì)產(chǎn)生很大的電阻熱，直到鋼軌過(guò)梁被爆破、噴弧，發(fā)出飛濺和閃光，并出現(xiàn)金屬熔滴變成了一個(gè)新的過(guò)梁，所以爆破、噴弧飛濺和閃光將持續(xù)進(jìn)行，直到鋼軌端面的污垢被噴射干凈并加熱至熔化狀態(tài)，同時(shí)切斷電源并使端部相對(duì)，同時(shí)對(duì)表面加壓，使其在擠壓作用下相互結(jié)晶，完成兩軌的焊接。鋼軌接觸焊（閃光焊）一般應(yīng)用于鋼軌工廠內(nèi)部的焊接，無(wú)縫絨路百分之九十五是采用此種工藝完成的。由于鋼軌接觸焊的焊接熱源來(lái)自工件內(nèi)部熱源，熱量集中，加熱時(shí)間短，焊接過(guò)程不需要補(bǔ)充金屬。加工金屬的過(guò)程比較簡(jiǎn)單，熱影響區(qū)相對(duì)較小，容易獲得質(zhì)量較好的焊接連接件，鋼軌焊接廠采用的焊接工藝基本相同，包括：鋼軌分配、探傷、鋼軌端面修復(fù)、進(jìn)入焊接工位、焊接、粗磨、精磨、矯直、正火、探傷、進(jìn)入鋼軌承力平臺(tái)、裝車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。各工序中最關(guān)鍵的焊接質(zhì)量直接關(guān)系到鐵路線維護(hù)工作量的多少。如果存在任何問(wèn)題，焊接過(guò)程的質(zhì)量嚴(yán)重時(shí)直接關(guān)系到線路的維護(hù)工作量，更甚者會(huì)危及行車安全。

軌道鋼屬于大斷面材料。其型材中部材質(zhì)差，熔點(diǎn)低，有夾渣帶。松散，產(chǎn)品顆粒粗糙。在焊接和頂鍛過(guò)程中，擠壓出邊緣較好的材料，而中心的較差材料向外膨脹，纖維結(jié)構(gòu)被打斷和彎曲。這對(duì)鋼軌的質(zhì)量有很大的影響。

鋼軌焊接質(zhì)量分為外觀質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量?jī)刹糠帧＞鶓?yīng)符合TB/t1632.2-2005的要求。

外觀質(zhì)量主要包括軌頂面平直度和工作邊緣平直度的達(dá)標(biāo)。

內(nèi)部質(zhì)量包括：有無(wú)焊接、過(guò)燒、夾渣、灰斑、電擊斑等。焊接后，首先檢查焊接接縫是否合格，然后用超聲波探傷儀進(jìn)行檢查。焊接機(jī)自身采集的數(shù)據(jù)和我們?nèi)庋鬯玫臄?shù)據(jù)，可以幫助我們分析焊接接頭的質(zhì)量和鋼軌焊接機(jī)的工作狀態(tài)。但對(duì)焊接質(zhì)量最準(zhǔn)確的判斷是有超聲波探傷儀，我們主要采用cts-23b超聲波探傷儀進(jìn)行檢查。

鋼軌閃光焊最常見(jiàn)的缺陷是灰斑。其主要原因是焊接過(guò)程中頂鍛力不足或過(guò)大，焊口過(guò)大而無(wú)法閉合，焊口殘留及焊口金屬氧化物未完全擠出?；野弋a(chǎn)生的原因還有很多，焊機(jī)電極板清理不到位也是其中之一。焊機(jī)底座破壞絕緣不好、鋼軌除銹不徹底、焊接端面不垂直、電壓不穩(wěn)等都是產(chǎn)生的原因。基于目前的鋼軌材質(zhì)和焊接技術(shù)灰斑還無(wú)法徹底鏟除。焊接中其他內(nèi)部質(zhì)量的達(dá)標(biāo)只能通過(guò)以下方法解決。

嚴(yán)格執(zhí)行工藝操作規(guī)程，徹底清理鋼軌端鐵銹、油污，加強(qiáng)焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢查。經(jīng)多次試驗(yàn)試驗(yàn)確定的工藝參數(shù)，不得隨意進(jìn)行改變，應(yīng)定期清理焊口。嚴(yán)格執(zhí)行正火工藝。加強(qiáng)操作人員的責(zé)任心，定期校準(zhǔn)手持測(cè)溫儀，確保測(cè)量結(jié)果的有效性。加強(qiáng)焊接人員與焊接配套設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員的焊接技術(shù)培訓(xùn)和交流。加強(qiáng)焊前對(duì)鋼軌主要型式、尺寸及焊后焊縫平直度的檢查。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高鋼軌焊接質(zhì)量和水平。

2 ?氣壓焊接

鋼軌氣壓焊是鐵路無(wú)縫線路接頭焊接的主要方法（見(jiàn)圖1），多年來(lái)為鐵路無(wú)縫線路的推廣做出了突出貢獻(xiàn)。然而，氣壓焊工藝要求相對(duì)嚴(yán)格，影響焊接質(zhì)量的人為因素很多。比如技術(shù)管理失控，很容易造成質(zhì)量事故。氣壓焊主要通過(guò)對(duì)鋼軌接頭進(jìn)行加熱和加壓來(lái)完成。這種焊接方法起源于美國(guó)，后來(lái)在日本和其他國(guó)家采用。鋼軌氣壓焊是一種成熟可靠的焊接技術(shù)。氣壓焊接接頭具有較高的強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性能，優(yōu)于鋼軌鋁熱焊接頭和閃光焊的接頭。但也有一些原因造成氣壓焊鋼軌焊頭的重傷及折斷。當(dāng)焊接過(guò)程控制存在問(wèn)題，焊接頭存在影響焊接頭壽命的焊接缺陷，焊接缺陷分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷，外部缺陷主要為接頭高低不平、錯(cuò)縫和鋼軌底角塌陷。由于這種缺陷引起的截面突變，在工作條件下逐漸發(fā)展成裂紋。內(nèi)部缺陷主要是亮斑和未完全焊透，影響最大，因?yàn)樗鼈兘档土虽撥壍挠行Ы孛妫谶吘壆a(chǎn)生應(yīng)力集中，損傷發(fā)展很快，很容易斷線。未焊透錯(cuò)誤檢測(cè)很少被檢測(cè)到，因此危害更大。

究其原因主要有以下幾個(gè)方面：

目前氣壓焊系統(tǒng)本身存在不足。生產(chǎn)氣壓焊機(jī)的廠家太多了。一些技術(shù)能力低、設(shè)備精度低的小工廠，在自己的設(shè)備上存在制造誤差，經(jīng)常導(dǎo)致焊機(jī)變形、加熱器溫度升高、加熱器局部燃燒等，影響焊接質(zhì)量。

近年來(lái)，年輕工人增多，焊接隊(duì)伍不穩(wěn)定。許多焊工沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的系統(tǒng)培訓(xùn)，也沒(méi)有掌握氣動(dòng)焊接的關(guān)鍵技術(shù)。焊接工人素質(zhì)明顯降低。

有的焊接人員不按照焊接工藝要求操作，如焊前端面受污染，端面形位公差不合格，正火溫度控制不嚴(yán)，焊后磨削不光滑，形成張力集中源。操作過(guò)程根本不按照工藝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

為了解決以上問(wèn)題的產(chǎn)生，我們加大氣壓焊機(jī)生產(chǎn)廠家的資質(zhì)。使出廠焊機(jī)達(dá)到優(yōu)質(zhì)水平。對(duì)氣壓焊接操作人員進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)，嚴(yán)格考核，持證上崗。實(shí)行多方位考核，考核不合格停止作業(yè)。并提高操作人員待遇。通過(guò)以上幾種方法可以有效消除不合格產(chǎn)品的存在。

3 ?鋁熱焊

鋼軌鋁熱焊的焊接原理是鋁熱劑在坩堝中點(diǎn)燃，形成高溫鋁熱鋼水，注入焊接砂型和待焊鋼軌組成的空腔中。高溫鋼水通過(guò)專門設(shè)計(jì)的砂型澆注系統(tǒng)熔化待焊鋼軌端面，冷卻凝固后將待焊鋼軌連接成一個(gè)整體。（見(jiàn)圖2）鋼軌鋁熱焊有自己的熱源。因此，該設(shè)備簡(jiǎn)單易行，快，少量人員可進(jìn)行焊接作業(yè)。在鋁熱焊焊接中，鋼軌的幾何位置在焊接過(guò)程中幾乎沒(méi)有變化，其平順性取決于夾具。因此，焊接接頭的平整度優(yōu)于氣壓焊。由于鋼軌在焊接過(guò)程中不移動(dòng)，特別適用于跨區(qū)域無(wú)縫鋼軌的焊接。鋁熱焊實(shí)際是鑄造過(guò)程。在鑄造過(guò)程中，鋁熱焊焊縫金屬為鑄態(tài)組織。因此，界面的性質(zhì)具有鑄造的特點(diǎn)，力學(xué)性能比閃光焊差。

鋁熱焊的焊接缺陷主要是由于施工過(guò)程中預(yù)熱不足造成的。所以在生產(chǎn)中，鋼軌預(yù)熱過(guò)程是焊接過(guò)程中一個(gè)非常重要的過(guò)程。受人、機(jī)、料、法等諸多因素的制約，應(yīng)因地制宜地采取保障措施。在低溫環(huán)境下，氧氣瓶、丙烷瓶和儀表應(yīng)采取保溫措施，保證預(yù)熱火焰穩(wěn)定、正常。鋁熱焊焊頭兩側(cè)鋼軌的母材為熱影響區(qū)?，F(xiàn)行工藝標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定焊頭的正火處理。事實(shí)上，應(yīng)積極開(kāi)發(fā)鋁熱焊正火加熱器，應(yīng)使鋁熱焊頭正火，提高焊接接頭的綜合強(qiáng)度指標(biāo)。

總之，現(xiàn)行的幾種軌道鋼的焊接放法優(yōu)缺點(diǎn)各異，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的加工工藝，操作者根據(jù)實(shí)際的加工工藝認(rèn)真細(xì)致的按規(guī)定要求完成，就一定能得到合格的產(chǎn)品。

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