地鐵洞內(nèi)移動式閃光焊接質(zhì)量控制

韓偉濤

摘要：以呼和浩特市軌道交通2號線一期工程實際情況為背景，分析各焊接作業(yè)工序的規(guī)范和標(biāo)準，著重闡述了地鐵鋼軌焊接各工序中的質(zhì)量控制要點以及安全注意事項，可供地鐵鋼軌無縫線路現(xiàn)場焊接施工提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵；鋼軌；焊接；質(zhì)量控制

0? ?引言

呼和浩特市軌道交通2號線一期工程，正線線路全長27.3km。正線采用60kg/m、25mU75V鋼軌，定尺長度25m，閃光焊接焊頭共計約2200個。線路鋼軌全部為地下洞內(nèi)焊接，施工空間較小，且不同工種相互交叉，存在嚴重的干擾，無論是已建工程保護還是質(zhì)量控制，都存在很大難度。

確保地鐵無縫線路焊接現(xiàn)場工序規(guī)范化、標(biāo)準化，是整個地鐵鋼軌焊接管控的重點。否則焊軌現(xiàn)場作業(yè)的不規(guī)范、不合理，將導(dǎo)致現(xiàn)場各類問題頻出，不僅整修花費巨大、工期延誤，而且信譽受損。本文以呼和浩特市軌道交通2號線一期工程實際情況為背景，分析各焊接作業(yè)工序的規(guī)范和標(biāo)準，著重闡述了地鐵鋼軌焊接各工序中的質(zhì)量控制要點以及安全注意事項。

1? ?移動式閃光焊軌機簡介

鋼軌閃光焊也叫接觸焊，其原理是利用電流通過熱能融化待焊鋼軌局部端面，再施加一定的頂鍛力焊接的技術(shù)，其具有加熱時間短、施工過程簡單、不用填充金屬、熱影響區(qū)域小、焊接質(zhì)量優(yōu)等特點，非常適合無縫鋼軌的焊接。

2? ?焊機配備

該項目主要配備了2臺中國鐵科院產(chǎn)YHG-1200TH型集裝箱移動式閃光焊軌機。該款焊軌機可滿足時速350km/h

以下鐵路無縫線路焊軌施工中，50kg/m、60kg/m、75kg/m 等鋼軌的焊接，可在不用拉伸器前提下完成長單元軌節(jié)和現(xiàn)場鎖定焊接作業(yè)，具有非保壓和保壓推凸功能。

YHG-1200TH型焊軌機配置有動力單元、作業(yè)單元、環(huán)保裝置，全部設(shè)備裝配于2個集裝箱內(nèi)，可方便地在平板車上固定或移動，既可安裝在1個N17型通用平板車上，也可安裝在PD25型城鐵專用平板車上，具有使用靈活、生產(chǎn)效率高等特點，廣泛適用于不同作業(yè)環(huán)境。

3? ?焊接質(zhì)量不佳的原因

3.1? ?焊前鋼軌處理不到位

鋼軌焊接前除銹、打磨面光潔度不夠，打磨尺寸不合格，質(zhì)量不符合作業(yè)標(biāo)準，均易造成焊軌機導(dǎo)電電極接觸不良，嚴重影響焊接電流和焊接熱量供給，導(dǎo)致鋼軌軌腰電擊灼傷缺陷等情況的發(fā)生。鋼軌焊接前兩個鋼軌端面出現(xiàn)偏斜、不平整，容易造成焊接參數(shù)突變，導(dǎo)致焊接點完成后接頭不平順、變形。

3.2? ?焊接工藝不規(guī)范

若鋼軌焊接時未按照焊接規(guī)定值，對焊接鋼軌設(shè)定預(yù)拱量，將導(dǎo)致焊接接頭成型后外觀質(zhì)量缺陷。鋼軌焊接接頭在焊接完成后，若發(fā)現(xiàn)外觀缺陷超標(biāo)或焊軌機焊接系統(tǒng)判定不合格，必須進行切割重焊，否則將存在重大問題隱患。

3.3? ?焊后熱處理工藝不規(guī)范

鋼軌焊后熱處理時，焊接接頭熱處理各項工藝各參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，容易造成鋼軌焊接接頭出現(xiàn)內(nèi)、外部缺陷。鋼軌焊后熱處理時，若未按規(guī)定鎖緊鋼軌焊接接頭兩端，則容易引發(fā)熱處理后鋼軌接頭拉細或彎曲缺陷。

3.4? ?焊后打磨工藝不規(guī)范

鋼軌焊接接頭未按照規(guī)定要求進行打磨，打磨出現(xiàn)橫向劃痕，圓角處理不合格，則易造成焊接接頭局部應(yīng)力集中，對焊接接頭壽命和質(zhì)量造成嚴重影響。鋼軌焊接接頭打磨過程中若出現(xiàn)發(fā)黑、發(fā)藍的情況，則容易造成焊接接頭內(nèi)部不能組成纖維狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鋼軌發(fā)生脆斷。鋼軌焊接接頭打磨預(yù)留平直度不符合外觀要求，則容易造成外觀缺陷。

4? ?焊軌質(zhì)量控制要點

4.1? ?鋼軌焊接工藝流程與參數(shù)

YHG-1200TH型焊軌機脈動閃光焊工藝流程分為5個階段：第一階段為鋼軌焊接不穩(wěn)定脈動閃光階段，第二階段為鋼軌焊接穩(wěn)定脈動閃光階段，第三階段為鋼軌焊接連續(xù)閃光階段，第四階段為鋼軌焊接頂鍛階段，第五階段為鋼軌焊接保壓階段。YHG-1200TH型焊機焊接期段如表1所示。

本項目正線鋼軌采用的是包鋼集團生產(chǎn)的60kg/m鋼軌，按照鋼軌焊接施工標(biāo)準，在正式批量進行地鐵鋼軌焊接前，使用焊軌機焊接型式檢驗件，并報送中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所進行試驗檢測，送檢試件經(jīng)過8項檢查均符合規(guī)定。焊軌機前8個步驟焊接工藝參數(shù)如表2所示。焊軌機后3個步驟焊接工藝參數(shù)如表3所示。鑒于鋼軌材質(zhì)及每臺焊機性能不一，工藝參數(shù)僅供技術(shù)參考。

4.2? ?焊前除銹工序

鋼軌焊接作業(yè)前，必須檢查焊接頭兩端1m內(nèi)是否干燥，如潮濕應(yīng)進行烘干，并檢查是否存在混凝土、油等殘留污染物，清除后再進行除銹處理。需檢查待焊鋼軌外觀質(zhì)量，如出現(xiàn)彎曲度超標(biāo)、鋼軌缺陷、帶焊接端面不垂直（1mm以上）等情況，必須進行鋼軌調(diào)直、鋸切、端磨等，以上還不能有效去除缺陷的更換鋼軌。

鋼軌焊接作業(yè)前，必須對待焊鋼軌的端面及電極接觸部位徹底除銹。打磨區(qū)域為軌端、軌腰（自軌端350mm范圍），鋼軌打磨區(qū)域必須露出95%以上的金屬光澤，嚴禁打磨出現(xiàn)局部打虧、發(fā)黑、發(fā)藍等的情況發(fā)生，鋼軌軋制標(biāo)識應(yīng)打磨至與母材平齊。鋼軌除銹后待焊時間不宜過長，最長不可超過24h，打磨除銹后遭到污染時，必須重新對鋼軌進行除銹處理。

4.3? ?鋼軌焊接工序

4.3.1? ?焊接前

移動式焊軌機到位后，設(shè)備操作人員應(yīng)在施焊前，對導(dǎo)電鉗口與夾緊區(qū)進行徹底清理，以確保點接觸能夠良好進行。同時對除銹工序質(zhì)量等進行復(fù)檢確認，符合焊接要求后方可焊接。

4.3.2? ?焊接中

焊軌機液壓系統(tǒng)夾持鋼軌拉伸軌縫后，必須注意觀察鋼軌回彈量，回彈量不可超過5mm。在地鐵洞內(nèi)曲線段進行鋼軌焊接作業(yè)時，應(yīng)拆卸待焊接鋼軌的扣配件，減少側(cè)向阻力，必要時可增加豎向滾筒，確保待焊鋼軌處于自由狀態(tài)。地鐵洞內(nèi)鋼軌焊接鋼軌夾持對位起拱量，宜控制在1.0～1.5mm/m范圍內(nèi)。鋼軌在就位之后，兩根鋼軌處應(yīng)在相同的縱向直線上，通過對吊臂系統(tǒng)的實時操作確保焊機對位。

鋼軌焊接過程中，焊軌機設(shè)備操作人員應(yīng)隨時觀察鋼軌焊接過程和設(shè)備狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常情況，如電力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應(yīng)緊急停機處理。

在鋼軌焊接接頭施工完成以后，現(xiàn)場技術(shù)人員根據(jù)焊軌機焊接參數(shù)、外觀質(zhì)量等，初步判定焊接接頭質(zhì)量，判定不合規(guī)的必須鋸切重新焊接。焊接接頭完成后如出現(xiàn)焊接曲線圖異常、焊接初步判定失敗等情況，必須對焊接接頭鋸切重焊。

4.3.3? ?焊接后

在焊接施工完成以后，即刻提起焊機，快速清除焊瘤，并對接頭處整體外觀進行檢查，如若發(fā)現(xiàn)裂紋、燒毀、錯位等問題，應(yīng)視為焊接不合格，做好現(xiàn)場記錄，為后續(xù)整改提供借鑒參考。焊軌機每個焊接完成后，應(yīng)及時清理焊軌機焊接電機接觸點和焊接區(qū)域。

在焊接施工完畢，且檢查確認合格后，按照從前到后的順序撤除焊接前布置的地面滾筒，同時按照5根/個的要求安裝扣件，曲線地段應(yīng)加密做到隔3根/個緊固一對扣件實施，所有接頭位置上的扣件都應(yīng)牢固、完好。

焊接接頭溫度冷卻到250℃以下時，扣件安裝完成后，焊機與部分操作人員同時移動到下一個作業(yè)區(qū)準備施工。焊接施工后，要對后續(xù)各工位反饋的質(zhì)量情況引起重視，如有必要應(yīng)進行落錘試驗，根據(jù)問題情況進行參數(shù)調(diào)整。

4.4? ?鋼軌接頭熱處理工序

熱處理作業(yè)時，焊接接頭表面溫度應(yīng)低于500℃時。拆除接頭前后10m長度后所有扣件，同時在鋼軌的下方加墊枕木，并嚴格按照經(jīng)試驗與論證的參數(shù)進行施工。

熱處理采用火焰正火時，正火加熱器火孔與鋼軌頂面的間隙24～26mm為宜。焊接焊頭應(yīng)位于加熱器中心，應(yīng)均勻正火擺火，擺動幅度宜控制在60～70mm，擺動頻率宜為每分鐘60～70次，正火作業(yè)班組，應(yīng)在作業(yè)前后對正火火焰加熱器進行疏通、清潔。正火作業(yè)班組的氧氣瓶和乙炔瓶應(yīng)嚴格按照氣瓶安全管理進行使用和存放。

在鋼軌接頭熱處理完成后，進行調(diào)直作業(yè)時，嚴禁直接在焊縫區(qū)域使用起道機和彎軌器進行鋼軌提升、矯正作業(yè)。呼市地鐵1號線1期工程設(shè)計時速80km/h，調(diào)直后鋼軌頂面預(yù)留起拱量宜控制在-0.3～+0.3mm范圍內(nèi)。

4.5? ?焊后打磨工序

焊接完成后在對接頭進行粗磨以前，先對堆瘤余量進行測量，然后根據(jù)測量結(jié)果對各部分進行打磨，包括軌底角、非工作面與軌顎等。對于因鋼軌自身外形偏差而產(chǎn)生的不平順問題，宜采用圓順打磨的方法予以修整。在實際的打磨過程中，進給量必須合理、適當(dāng)，不應(yīng)出現(xiàn)打磨灼傷、損傷鋼軌母材及發(fā)黑發(fā)藍的情況。地鐵鋼軌焊接接頭粗磨完成后，須用角磨機或砂紙進行拋光處理。

鋼軌焊接接頭細磨前，對焊縫兩側(cè)平直度進行測量，根據(jù)測量結(jié)果確定適宜的進給量，再對工作側(cè)面與鋼軌頂面實施仿形打磨。細磨長度不應(yīng)超過焊縫中心線兩側(cè)各400mm的范圍。鋼軌接頭細磨后，內(nèi)側(cè)工作面與軌頭表面實際平直度須達到0～0.3mm/m的要求。被打磨的表面必須光滑且平順，過渡輪廓需保持圓順，避免產(chǎn)生棱角與凸出，最大粗糙度不能超過12.5μm。

4.6? ?焊后探傷工序

鋼軌焊接接頭打磨工序完成后，探傷需進行探傷檢查、施焊區(qū)整體外觀檢查來確保質(zhì)量。鋼軌焊接接頭應(yīng)無銹蝕和焊渣，焊縫兩側(cè)禁止有任何缺陷，包括劃傷、壓痕與碰撞痕跡。鋼軌焊接接頭的探傷檢查應(yīng)嚴格按照現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范進行，檢查過程中焊縫實際溫度不能超過50℃。

閃光焊焊接的焊縫組織較鋁熱焊更均勻細致，探傷必須選用探頭頻率≥4MHz的探傷儀進行焊軌接頭探傷，低于該數(shù)值的探傷儀靈敏度不足。探傷完成后，應(yīng)在探傷記錄中填寫完整記錄，接頭編號具體位置在與軌端相距2m靠近外側(cè)軌腰處。

5? ?地鐵焊軌環(huán)保要求

地鐵施工需要在地下隧道中進行，作業(yè)環(huán)境相對較差，不僅光線較暗、空間較小、環(huán)境潮濕、通風(fēng)條件差，而且在鋼軌焊接施工時，會產(chǎn)生較大的噪聲與煙塵，對現(xiàn)場作業(yè)人員健康受到極大的威脅。

基于此，實際施工過程中必須采取以下環(huán)保措施：焊軌機動力部分采取加裝靜音、過濾尾氣裝置、發(fā)電機中添加適量添加劑等措施，減少噪音和噪聲污染。加強洞內(nèi)通風(fēng)，增設(shè)排風(fēng)扇，并在發(fā)電機的下方設(shè)置排風(fēng)設(shè)施。選用更加先進、綠色環(huán)保的能源電池，作為新型移動式閃光焊軌機的動力源。加強現(xiàn)場作業(yè)人員防護管理，進場前必須佩戴好安全防護用品。合理安排現(xiàn)場施工程序，錯開焊軌后的其它作業(yè)。

6? ?結(jié)束語

確保地鐵無縫線路焊接現(xiàn)場工序規(guī)范化、標(biāo)準化，是整個地鐵鋼軌焊接管控的重點。本文以呼和浩特市軌道交通2號線一期工程實際情況為背景，分析各焊接作業(yè)工序的規(guī)范和標(biāo)準，著重闡述了地鐵鋼軌焊接各工序中的質(zhì)量控制要點以及安全注意事項。

通過總結(jié)和歸納地鐵焊軌作業(yè)各工序，質(zhì)量控制要求和安全注意事項，極大促進了現(xiàn)場質(zhì)量、環(huán)保的改善。截至目前，線路施工已經(jīng)順利完成，實際工期比預(yù)計提前20d，且經(jīng)檢驗鋼軌焊接質(zhì)量合格。

參考文獻

[1] 何渝成.鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量控制[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（24）：228.

[2] U71Mn熱處理鋼軌焊接工藝參數(shù)的調(diào)試[J].甘肅科技，2018，34（5）：47-48+90.

[3] 伍明文，陳標(biāo)，章志平等.地鐵鋼軌閃光焊縫裂紋傷損成因分析與對策：以杭州地鐵某線為例[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2021，8（5）：1-7.DOI：10.14103/j.issn.2095-8412.2021.10.001.