井下鋼軌焊接工藝的應(yīng)用分析

郭東方

河南龍宇能源股份有限公司車集煤礦機(jī)修廠 河南 永城 476600

當(dāng)前，煤礦井下鋼軌連接主要采用夾板和螺栓為主，這種連接方式中存在軌縫和接地電阻，從而使架線式機(jī)車線路雜散電流較大?；诖耍疚脑敿?xì)闡述了井下鋼軌焊接工藝的應(yīng)用。

1 鋼軌焊接工藝

鋼軌的功用在于引導(dǎo)車輪前進(jìn)，承受車輪的巨大壓力，并傳遞到軌枕上。鋼軌必須為車輪提供連續(xù)、平順和阻力最小的滾動表面。

（1）接觸焊。①焊前準(zhǔn)備。焊接單元軌前，安裝支墊滾筒，將待焊長鋼軌擺正，焊機(jī)對位，做好焊軌前的準(zhǔn)備工作。并對鋼軌接頭兩端進(jìn)行除銹、打磨處理。并通過夾緊鋼夾的動作對待焊鋼軌接頭的水平和垂直方向進(jìn)行調(diào)直，并調(diào)整垂向尖峰和工作邊。夾緊力作用在鋼軌中軸線上。②自動焊接。焊接含閃平、預(yù)熱、閃光和頂鍛過程，由控制柜指揮焊機(jī)按焊接程序自動完成。③焊瘤推凸。焊接完畢后幾秒鐘，焊機(jī)的推凸裝置自動將整個鋼軌周圍的焊瘤剪平。由于閃光焊屬于壓力焊的一種，這使得通過最后頂鍛的施壓過程致使焊接接頭呈現(xiàn)鍛造組織特征，對于高溫接頭，若焊后不通過保持一定的壓力使接頭不承受拉伸載荷，極易造成結(jié)晶不良，甚至導(dǎo)致焊縫被拉開或一些焊接缺陷的產(chǎn)生。因此保壓和推瘤階段在閃光焊焊接循環(huán)中對形成優(yōu)質(zhì)的焊接接頭非常重要，同時是完整的焊接操作不可缺少的。④焊后粗磨。用角磨機(jī)對焊縫處軌頂面、工作面、軌底角表面進(jìn)行粗打磨。⑤矯直。采用矯直機(jī)對焊縫進(jìn)行校直，使焊縫在軌頂面和工作面的平順度均滿足要求。然后通過人工采用打磨機(jī)對鋼軌踏面及工作邊進(jìn)行最后打磨。⑥探傷和外觀檢查。對打磨后的焊頭進(jìn)行探傷，不合格的鋸掉重焊，以保證焊頭合格率。對焊接后的外觀進(jìn)行檢查時，需使用1m直靠尺和塞尺對經(jīng)探傷合格的焊頭踏面、工作邊及軌底進(jìn)行檢查，平直度符合要求，不符合要求的重新進(jìn)行修磨或鋸掉重焊。

（2）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。高溫鋼水通過專門設(shè)計的砂型澆注系統(tǒng)熔化待焊鋼軌端面，冷卻凝固后將待焊鋼軌連接成一個整體。在鋁熱焊焊接中，鋼軌的幾何位置在焊接過程中幾乎無變化，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。由于鋼軌在焊接中不移動，特別適用于跨區(qū)域無縫鋼軌的焊接。鋁熱焊實際是鑄造過程，在鑄造中，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[1]。

（3）氣壓焊接。鋼軌氣壓焊是無縫線路接頭焊接的主要方法，多年來為無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。氣壓焊主要通過對鋼軌接頭進(jìn)行加熱和加壓來完成，這種焊接方法起源于美國，后來在日本和其他國家采用。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)焊接過程控制存在問題，焊接頭存在影響焊接頭壽命的焊接缺陷，焊接缺陷分為內(nèi)外部缺陷，外部缺陷主要為接頭高低不平、錯縫和鋼軌底角塌陷。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，因它們降低了鋼軌的有效截面，在邊緣產(chǎn)生應(yīng)力集中，損傷發(fā)展很快，極易斷線。未焊透錯誤檢測很少被檢測到，因此其危害大。

2 鋼軌接頭焊接工藝優(yōu)點(diǎn)

①減少運(yùn)輸事故，提高運(yùn)輸效率。在軌道運(yùn)輸中，軌縫是影響安全運(yùn)輸?shù)闹饕獑栴}。若軌縫較大，易造成礦車掉道、翻車事故，從而影響生產(chǎn)及人身安全。采用焊接長軌，消滅軌縫，可使機(jī)車及礦車平穩(wěn)運(yùn)行，以減少生產(chǎn)事故，從而提高機(jī)車效率。②減少軌道維護(hù)工作。夾板螺栓連接的軌道，其接頭易松動，日常維護(hù)工作量大。使用焊接長軌，焊接軌縫強(qiáng)度比夾板螺栓強(qiáng)度大3～4倍，能大幅度減少日常維護(hù)工作量。此外，還減少了運(yùn)輸設(shè)備的損壞，從而降低了設(shè)備的維修成本，進(jìn)而延長其使用壽命。③減少雜散電流的產(chǎn)生。在井下架線機(jī)車軌道運(yùn)輸線路中，為了防止產(chǎn)生過大的雜散電流，要焊接有良好的接地線。但實際上，由于諸多因素的影響，仍然會產(chǎn)生較大的雜散電流。采用焊接，可節(jié)省接地線，減小軌縫電阻，以提高導(dǎo)電性能，從而減少雜散電流[2]。

3 鋼軌接頭的焊接工藝

（1）電焊機(jī)和電焊條的選擇。交直流焊機(jī)可在焊接鋼軌時使用，但需注意焊條的選擇。目前常用的焊接焊條有J422、J506和J507。相比之下，J506和J507優(yōu)于J422,J507優(yōu)于J506，J507只能用于直流焊機(jī)。

（2）焊接方法。焊接前清除道泥，保持鋼軌接頭的清潔。先在軌道下方放置一塊小鋼板，然后放正軌道，調(diào)整鋼軌接頭的間隙為3～5mm(可插進(jìn)焊條)。將軌道與小鋼板焊接在一起后用大電流(200～250A)焊接軌縫。其焊接順序為：①焊底盤的一側(cè)。②從軌底接頭處往上，順軌頸一側(cè)向上焊，直至半面軌頸。③在軌縫的另一側(cè)重復(fù)上述步驟。④焊軌頭，從里向外焊，直至軌縫焊平，軌頭必須焊透。⑤焊完后馬上用手錘敲打軌面及軌頭內(nèi)側(cè)至平滑為止，然后用石棉粉堆滿整個軌頭，保溫4 h后，清除石棉粉，并裝袋，以便下次再用。⑥用砂輪磨光機(jī)打磨軌面及軌頭內(nèi)側(cè)直至平滑為止。

4 鋼軌接頭焊接應(yīng)注意的問題

①鋼軌屬中碳鋼，含碳量高，焊接難度大。嚴(yán)格按照工藝流程施工，從而確保焊接質(zhì)量。②由于井下風(fēng)量大，接頭焊接后需立即堆埋石棉粉，并進(jìn)行退火處理，以消除焊接應(yīng)力。③井下焊接必須嚴(yán)格遵守《煤礦安全規(guī)程》，制定專項防滅火措施，嚴(yán)禁在有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所焊接。