孫立本　（中鐵四局集團(tuán)有限公司第八工程分公司，安徽 合肥 230011）

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論移動(dòng)閃光焊軌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝對(duì)焊接質(zhì)量的影響

孫立本（中鐵四局集團(tuán)有限公司第八工程分公司，安徽 合肥 230011）

主要介紹移動(dòng)閃光焊軌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，并論述工藝中的施工方法對(duì)焊接質(zhì)量的影響。每個(gè)工序操作不當(dāng)都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，其中現(xiàn)場(chǎng)焊接的質(zhì)量包括內(nèi)部質(zhì)量和外觀質(zhì)量。焊頭質(zhì)量的不合格將會(huì)發(fā)生斷軌現(xiàn)象，甚至?xí)斐闪熊囘\(yùn)行脫軌、傾覆的嚴(yán)重安全事故。因此在使用移動(dòng)閃光焊軌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工中，如何控制各個(gè)工藝質(zhì)量、確保鋼軌焊接質(zhì)量將是討論的重點(diǎn)。

移動(dòng)閃光焊軌機(jī)；焊軌施工工藝；提高焊接質(zhì)量

1　移動(dòng)閃光焊軌機(jī)型檢參數(shù)調(diào)試

影響鋼軌閃光焊接質(zhì)量的主要因素就是焊接參數(shù)。移動(dòng)閃光焊軌機(jī)（如圖1）焊接工藝參數(shù)主要有：時(shí)間、電壓、電流、位移、前進(jìn)速度、后退速度、頂鍛量等（如圖2）。鋼軌閃光焊接參數(shù)的調(diào)整實(shí)際是各個(gè)焊接參數(shù)的優(yōu)化匹配過程。為了獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，焊接工藝參數(shù)的調(diào)整與定位應(yīng)當(dāng)滿足以下條件：

①鋼軌焊接端頭必須有足夠的加熱區(qū)和適當(dāng)?shù)臏囟忍荻龋⒋_保焊接端面溫度分布均勻；

②確保鋼軌焊接閃光過程連續(xù)而穩(wěn)定；

③鋼軌焊接端面必須有足夠的塑性變形。

參數(shù)的選擇是由落錘試驗(yàn)、探傷、外觀等決定，因此選擇合理的焊接參數(shù)是保證鋼軌焊接質(zhì)量的主要因素。

圖1

圖2

2　鋼軌焊接前準(zhǔn)備

型檢是以短鋼軌焊接為試驗(yàn)，當(dāng)鋪設(shè)到線路上的鋼軌扣件松開完時(shí)，應(yīng)在鋼軌軌底下每間隔20根枕木墊上一個(gè)專用滾筒，以保證鋼軌底面與滾筒面為滾動(dòng)接觸，使鋼軌在受到溫度力或外力拉伸時(shí)處于自由狀態(tài)。其目的在于減小鋼軌焊接時(shí)的摩擦力，使線路長鋼軌焊接與型式檢驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)鋼軌焊接狀態(tài)保持一致，保證焊接參數(shù)滿足現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接質(zhì)量的要求。

3　焊接前鋼軌軌端的除銹

對(duì)于移動(dòng)閃光焊軌機(jī)，用手提式砂輪機(jī)延鋼軌縱向打磨端頭600mm范圍內(nèi)（如圖3）的鋼軌軌腰和焊接端面的鐵銹，對(duì)母材的打磨量不超過0.2mm，如果軌腰打磨范圍內(nèi)剛好有凸出的廠標(biāo)、字母等符號(hào)時(shí)，必須打磨平整。如果不按要求打磨，焊機(jī)和鋼軌之間容易打滑，對(duì)焊接的直接影響為焊頭頂鍛量不夠，從而影響焊頭的內(nèi)部質(zhì)量。打磨時(shí)不得用力過猛，防止鋼軌表面局部發(fā)黑發(fā)藍(lán)。經(jīng)打磨的表面要求見金屬光澤，不得有銹斑。鋼軌打磨干凈之后，減小了焊機(jī)導(dǎo)電電極與鋼軌之間的阻抗，增加導(dǎo)電性。

4　焊軌機(jī)的對(duì)位與焊接

當(dāng)拉軌到位后，固定端松開10m扣件，用起道機(jī)在離焊軌端面3.2m處軌底墊上第一個(gè)厚度適當(dāng)?shù)膲|塊（墊塊厚度現(xiàn)場(chǎng)決定，根據(jù)軌枕和扣件形式，保證鋼軌軌底剛好高出扣件螺桿為宜）。再離第一個(gè)墊塊每隔2根枕木墊上第二、第三、第四個(gè)墊塊，一個(gè)墊塊比一個(gè)墊塊低。保證鋼軌焊頭兩端墊起的高度基本一致（如圖4）。通過調(diào)車員聯(lián)系與協(xié)調(diào)，用機(jī)車將焊軌機(jī)推進(jìn)到焊接崗位。讓黑平板車第一個(gè)輪子剛好壓在我們標(biāo)示的3.2m處，打好止輪器，防止溜車。

圖3

圖4

如果在曲線上，兩股鋼軌有高低差，需要用支腿油缸把平板車支撐（圖5）。然后放下焊軌機(jī)機(jī)頭，機(jī)組人員檢查清理完焊機(jī)就可以進(jìn)行焊軌操作。用機(jī)頭夾鉗夾兩端鋼軌，利吊架升降，左右旋轉(zhuǎn)移動(dòng)來完成鋼軌的對(duì)正。操作員用手摸鋼軌各個(gè)面，利用長的銅墊片來調(diào)節(jié)鋼軌左右錯(cuò)牙，利用焊機(jī)機(jī)頭張開、夾緊、升降來調(diào)節(jié)鋼軌軌頂錯(cuò)牙。如此反復(fù)以確保鋼軌焊接工作面對(duì)準(zhǔn)精度在0.5mm以內(nèi)。鋼軌對(duì)好位之后，在遠(yuǎn)處看看鋼軌焊接線形，如焊接頭高了，往下降機(jī)頭；如果低了，往上升機(jī)頭。焊完留有一定的起拱量。焊接過程分為：對(duì)位、焊接、保壓、推瘤。大體過程如下圖6。

圖5

焊機(jī)的焊接與對(duì)位是焊接接頭外觀質(zhì)量控制最重要的一步，此工位很大程度上決定了焊頭的外觀質(zhì)量。夾持焊接工序在保證接頭外觀平直度質(zhì)量方面主要起兩方面的作用，一是以軌頂面及工作邊為基準(zhǔn)，兼顧其他部位進(jìn)行對(duì)中，確保接頭錯(cuò)邊處于合理范圍內(nèi)，控制好焊接接頭的錯(cuò)邊量，也可以改善焊接接頭的平直度；二是控制焊接預(yù)拱度，以控制焊后平直度，為接頭正火打下良好的平直度基礎(chǔ)。焊接過程使用保壓推瘤，在長鋼軌焊接中如果不使用保壓推瘤，當(dāng)焊機(jī)夾緊鉗口松開后，兩段鋼軌剛剛頂鍛焊接上，焊接區(qū)域馬上又處于拉伸狀態(tài)，焊接區(qū)域金屬處于熔熱狀態(tài)，金屬鍵及晶格組織不穩(wěn)定，推凸時(shí)推凸外力加上兩側(cè)長鋼軌拉伸后回縮，所有這些對(duì)焊接區(qū)域金屬極易產(chǎn)生撕裂作用，極易產(chǎn)生產(chǎn)生裂紋等缺陷。

圖6

焊接完成用空壓機(jī)清理鉗口焊渣，不得留有塵渣，防止下次焊接時(shí)焊渣進(jìn)入焊縫，影響焊接的內(nèi)部質(zhì)量。對(duì)焊接圖形與數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，無誤后方可進(jìn)行下一次的焊接。

5　焊頭的軌底軌腰打磨與正火

5.1焊縫打磨

焊接完成后，通過調(diào)車員聯(lián)系與協(xié)調(diào)，用機(jī)車將焊軌機(jī)牽出焊接崗位。待焊頭溫降到300℃以下時(shí)，方可進(jìn)行打磨。打磨有如下要求。

①粗磨部位：焊接接頭軌頭非工作邊、距軌腳邊緣35mm范圍內(nèi)的上下表面、軌腳邊緣，軌底。

②粗磨后的表面應(yīng)平整、光潔，與母材過渡圓順，軌腳邊緣上下棱角應(yīng)倒成圓角。防止軌腳邊應(yīng)力集中，出現(xiàn)焊接接頭的斷裂。

③打磨時(shí)應(yīng)沿鋼軌方向縱向打磨，不允許橫向打磨。

④打磨時(shí)砂輪不應(yīng)在鋼軌上劇烈跳動(dòng)，不應(yīng)沖擊鋼軌，鋼軌打磨表面不應(yīng)出現(xiàn)打磨灼傷。

⑤粗磨后應(yīng)檢查接頭表面質(zhì)量，不應(yīng)有裂紋、夾渣等缺陷，否則切掉接頭重新焊接。

⑥粗磨不允許損傷鋼軌母材，不應(yīng)將接頭磨虧。

⑦對(duì)于推凸余量超標(biāo)的個(gè)別接頭，可以采用粗磨方式打磨平整，但應(yīng)特別注意不要損傷鋼軌母材。推凸余量連續(xù)超標(biāo)時(shí)，應(yīng)調(diào)整或更換推凸刀具。

焊頭打磨好提高了焊頭的外觀質(zhì)量，同時(shí)也可以防止因打磨不到位而引起的探傷不合格，提高焊頭的焊接質(zhì)量。

5.2焊頭正火

鋼軌焊接中正火分為中頻正火和火焰正火，在現(xiàn)場(chǎng)施工中由于各方面因素而采用火焰正火（如圖7），但火焰正火的效果并不比中頻正火差。

圖7

①將火焰加熱器、流量控制箱、乙炔過濾器、氧氣瓶、乙炔瓶和冷卻水泵用質(zhì)量好的膠管連接。

②將正火架放置在鋼軌上，將火焰加熱器放置在正火架的圓柱形導(dǎo)杠上，調(diào)整加熱器與鋼軌表面間隙，使得間隙均勻，對(duì)稱之后鎖定。

③啟動(dòng)冷卻水泵。檢查水路是否暢通。

④調(diào)節(jié)加熱器位置，使焊接接頭處于加熱器擺動(dòng)中心，擺動(dòng)距離在中心線兩端各50mm處。

⑤調(diào)節(jié)乙炔瓶輸出壓力在0.15MPa，調(diào)節(jié)氧氣瓶輸出壓力為0.6MPa。通過控制箱快速開關(guān)閥調(diào)節(jié)乙炔流量大約在3.8格，氧氣流量大約在4.2格。點(diǎn)火后擺動(dòng)頻率控制在60次/min。達(dá)到正火溫度后應(yīng)同時(shí)關(guān)閉控制箱快速開關(guān)閥。

⑥正火加熱起始階段焊頭表面溫度應(yīng)在450℃以下，加熱終了軌底溫度表面溫度應(yīng)為920℃左右。使用光電測(cè)溫儀探頭應(yīng)垂直被測(cè)鋼軌表面，接觸時(shí)間不宜太長。

⑦正火過程中應(yīng)根據(jù)焊接接頭高低來調(diào)節(jié)起拱量。

正火，又稱常化，是將工件加熱至Ac3（Ac是指加熱時(shí)自由鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度，一般是從727℃～912℃之間）或Acm（Acm是實(shí)際加熱中過共析鋼完全奧氏體化的臨界溫度線）以上30～50℃，保溫一段時(shí)間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風(fēng)冷卻的金屬熱處理工藝。鋼軌焊接后正火熱處理工藝的目的是消除由于焊接熱循環(huán)而產(chǎn)生的熱影響，改善焊接接頭的綜合機(jī)械性能，使焊接熱循環(huán)過程形成的晶粒細(xì)化，提高韌性，改善焊接殘余應(yīng)力的分布。焊后熱處理的正火影響對(duì)接頭起著決定性作用。因此正火對(duì)焊頭內(nèi)部質(zhì)量和外部質(zhì)量都有很重要的影響，現(xiàn)場(chǎng)操作中正火是很重要的工序，一定要注意細(xì)節(jié)，操作得當(dāng)。

6　焊頭調(diào)直與精磨

正火完畢后，焊頭溫度降至300℃以下時(shí)，對(duì)鋼軌進(jìn)行調(diào)直處理，使用1m刀口尺檢查時(shí)：水平方向工作邊的不平直度不大于0.5mm，垂直方向的不平直度不大于0.5mm，起拱量控制在0.5～1mm范圍內(nèi)。

利用仿形打磨機(jī)打磨焊接接頭的軌頂面和各個(gè)側(cè)面（如圖8），打磨應(yīng)延鋼軌縱向打磨，不可橫向打磨，母材打磨深度不超過0.3mm。打磨不得使鋼軌發(fā)藍(lán)（如圖9），發(fā)藍(lán)是產(chǎn)生了馬氏體組織，這是一種脆性很大的金相組織，高倍顯微可發(fā)現(xiàn)金屬顆粒之間相互沒有關(guān)系，不能組成纖維狀結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致鋼軌發(fā)生脆斷，存在很大安全隱患。因此鋼軌打磨時(shí)需要控制打磨的速度，不得產(chǎn)生過高的溫度，避免出現(xiàn)發(fā)藍(lán)現(xiàn)象。打磨溫度過高，要適當(dāng)暫停打磨，待溫度適宜時(shí)再進(jìn)行打磨。

圖8

圖9

打磨完成后，用1m直尺進(jìn)行測(cè)量：（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)要求）一般鋼軌焊頭軌頂工作面不直度不得大于0.3mm，軌頭內(nèi)側(cè)工作面不直度不得大于0.4mm，軌底不直度不得大于1mm。

焊頭的調(diào)直和精磨是提高焊頭焊接外觀質(zhì)量最重要的工序。不僅需要技術(shù)，還需要耐心與細(xì)心，才能保證焊頭的外觀質(zhì)量。

7　焊接接頭探傷

每個(gè)焊接接頭必須經(jīng)過超聲波探傷，探傷是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工焊頭內(nèi)部質(zhì)量的直接判定，判定為不合格的焊縫必須鋸開重新焊接。探傷前應(yīng)將焊頭溫度降到50℃以下，在打磨過的鋼軌軌底、軌腰、軌頭上均勻涂抹上探傷耦合劑，然后用超聲波探傷儀進(jìn)行探傷檢測(cè)，不合格的焊頭要鋸斷重新焊接。

現(xiàn)場(chǎng)如果出現(xiàn)焊頭有傷，有的可能是鋼軌軌底打磨不到位，還沒有打磨好，重新打磨便可以解決；有的可能是正火沒有正好，重新正火可以解決；有的焊頭軌頭有傷，是軌頭下顎沒有打磨干凈，重新打磨可以解決；有的是現(xiàn)場(chǎng)滾筒沒有墊好或者扣件沒有松開完，造成的焊接接頭頂鍛量不夠，重新檢查滾筒與扣件，鋸開重新焊接可以解決。

8　結(jié)語

通過以上的分析，影響鋼軌焊縫接頭質(zhì)量的因素，包括人、機(jī)、法、料、環(huán)的各個(gè)方面，制定規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝，對(duì)提高焊頭質(zhì)量的一次合格率，有很大的現(xiàn)實(shí)意義。閃光焊軌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝中各個(gè)工序都會(huì)對(duì)焊頭的內(nèi)部質(zhì)量和外觀質(zhì)量產(chǎn)生影響，焊軌施工作業(yè)人員必須經(jīng)培訓(xùn)合格持證上崗，嚴(yán)格按照移動(dòng)閃光焊軌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝標(biāo)準(zhǔn)和要求作業(yè)，保證現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接質(zhì)量。

[1]盧祖文.客運(yùn)專線鐵路軌道[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[2]TB/T1632.1—2014，鋼軌焊接通用技術(shù)條件[S].

[3]李亞江.焊縫組織性能與質(zhì)量控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[5]陳裕川.焊接工藝評(píng)定手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

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1007-7359(2016)03-0095-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.033

孫立本（1972-），男，安徽肥西人，畢業(yè)于安徽理工大學(xué)，工程師。