邵紅林 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海工務(wù)大修段

1 背景

我段自2015年10月陸續(xù)引進(jìn)YHGQ-1200型移動(dòng)氣壓焊軌車(chē)以來(lái)，截至2017年7月，已有5臺(tái)設(shè)備并全面投入使用，2017年年底累計(jì)上道焊頭數(shù)達(dá)到2006個(gè)，運(yùn)用在封鎖施工中線上、線下焊接，承擔(dān)著全段4個(gè)線路車(chē)間既有線換軌、換枕的焊接任務(wù)，該車(chē)已成為我段現(xiàn)場(chǎng)焊接的主要手段。在180 min的封鎖時(shí)間段內(nèi)，要完成線上2個(gè)焊頭或線下6個(gè)焊頭的焊接任務(wù)，根據(jù)整體施工節(jié)點(diǎn)安排，線上焊接作業(yè)時(shí)間要控制在50 min～60 min內(nèi)完成，線下最多只有150 min的焊接時(shí)間。因此設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用的穩(wěn)定性已直接影響到其他各項(xiàng)工序的順利進(jìn)行。由于移動(dòng)氣壓焊軌車(chē)的焊接特性，完全避免回火目前難以做到，只能盡可能減少回火的頻次或在回火的前提下進(jìn)行有效的應(yīng)急處理手段，避免對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接的影響顯得尤為重要。

2 焊接原理

YHGQ-1200型移動(dòng)氣壓焊軌車(chē)由昆明中鐵集團(tuán)公司與西南交通大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)、達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的自有技術(shù)焊軌車(chē)。該車(chē)可以在施工現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)焊接兩根鋼軌、做到邊作業(yè)、邊對(duì)中，保證焊頭的平順性，滿足鐵路施工需要。工作原理是通過(guò)氧氣、乙炔燃燒產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱鋼軌焊縫，待其加熱到足夠溫度時(shí)快速施加頂鍛壓力，使鋼軌接頭壓合在一起的一種焊接方式，屬于塑性焊接。是一種集焊接、保壓推瘤、保壓冷卻、正火為一體的自動(dòng)化氣壓焊軌設(shè)備，可在同一工位實(shí)現(xiàn)拉軌、焊接、保壓熱處理等連續(xù)作業(yè)。

3 主要產(chǎn)生故障及原因分析

3.1 主要故障

移動(dòng)氣壓焊軌車(chē)在2年多的現(xiàn)場(chǎng)使用中，對(duì)該車(chē)的故障類(lèi)型進(jìn)行了詳實(shí)的記錄分析，發(fā)現(xiàn)主要影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的是回火問(wèn)題，據(jù)統(tǒng)計(jì)：5臺(tái)移動(dòng)氣壓焊軌車(chē)，2016年全年累計(jì)回火22次，其中3月至10月現(xiàn)場(chǎng)回火18次，回火次數(shù)占總封鎖天窗的5.2%，因缺乏有效的處理措施，絕大多數(shù)影響了正常的施工流程。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間的反復(fù)試驗(yàn)和總結(jié)，我們形成了一整套較為完善的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施。因此自2016年10月至12月，僅回火4次，回火次數(shù)占總封鎖天窗的0.2%，2017年5臺(tái)車(chē)全年回火次數(shù)僅3次，且由于采取了有效的緊急處理方式，未有一次因回火問(wèn)題而影響正常施工。

3.2 產(chǎn)生原因

焊接過(guò)程中混合氣體的流速小于混合比例下的燃燒速度，火焰會(huì)回縮至加熱器內(nèi)部，進(jìn)行反向燃燒，這種情況時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)產(chǎn)生回火現(xiàn)象。造成回火的原因諸多，如加熱器火孔不暢、氣體管路泄漏、混合腔體壓力過(guò)大、氣體不純、人為點(diǎn)火操作不當(dāng)?shù)鹊纫蛩卦斐伞?/p>

3.3 各階段發(fā)生回火所帶來(lái)的不同影響

（1）回火發(fā)生在焊機(jī)夾持鋼軌焊縫后或加熱時(shí)間不足100 s時(shí)，回火產(chǎn)生的大量煙塵直接污染焊縫，必須重新處理焊頭端面，這樣不僅浪費(fèi)人力，而且需重新處理端面，至少影響封鎖時(shí)間15 min以上。

（2）回火發(fā)生在加熱時(shí)間大于100 s時(shí)，雖然不污染端面，但需拆除加熱器重新清潔，處理加熱器等管路需要浪費(fèi)大量時(shí)間，一般需要6 min～8 min左右，而且一次處理并不能完全恢復(fù)正常。

（3）回火發(fā)生在加熱后期(頂斷前50 s)，這時(shí)鋼軌已經(jīng)產(chǎn)生形變，回火后，鋼軌降溫再加熱就出現(xiàn)預(yù)熱困難，如果不預(yù)熱直接頂鍛會(huì)出現(xiàn)未焊合或大面積光斑等，而且大面積光斑是探傷難點(diǎn)所在?？傊湮：κ秋@而易見(jiàn)的。

4 各時(shí)段回火概率及原因分析

4.1 點(diǎn)火回火（占總回火次數(shù)的20%左右）

（1）配比流量氧氣低于乙炔10 MPa以下。氧氣配比偏低，出現(xiàn)火焰發(fā)紅、火苗長(zhǎng)且疲軟。

（2）混合氣體不穩(wěn)定，點(diǎn)火過(guò)早，出現(xiàn)火苗短、火焰紅、黑煙大。

（3）管路漏氣，流量配比相差很大，火苗很長(zhǎng)或很短。（4）通氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)點(diǎn)火，爆鳴聲過(guò)大。

4.2 擺火10 s內(nèi)發(fā)生回火（占總回火次數(shù)的35%左右）

（1）管路臟、堵塞，火焰發(fā)紅、飛火星、黑煙大等現(xiàn)象。

（2）氧氣上升速度大于乙炔上升速度時(shí)，較多出現(xiàn)短火苗迅速縮回火孔內(nèi)。質(zhì)量流量計(jì)控制有問(wèn)題，升氧設(shè)置時(shí)間大于升乙的設(shè)置時(shí)間。

（3）混合槍混合比例不對(duì)，造成氧氣偏高，超過(guò)設(shè)定壓力，造成氣體不穩(wěn)定等。

（4）乙炔氣體純度不夠，主要是乙炔的純度或者乙炔瓶中丙酮的含量忽高忽低。

4.3 焊接過(guò)程中回火（占總回火次數(shù)的10%左右）

（1）氣體流量不穩(wěn)定出現(xiàn)火苗忽長(zhǎng)忽短，且流量計(jì)數(shù)據(jù)顯示也不穩(wěn)。

（2）火苗跳火，火孔不光滑或火孔有堵塞情況，跳火面積大壓力不穩(wěn)定。

4.4 頂鍛前回火（占總回火次數(shù)的25%左右）

（1）火花飛濺厲害，鋼軌加熱區(qū)域軌腰或軌底未打磨干凈，溫度高氧化皮會(huì)飛濺，雜質(zhì)跌落下來(lái)后落在加熱器火孔上面。

（2）流量配比不合理，火苗偏長(zhǎng)或者整體溫度過(guò)高，造成鋼軌外溫高內(nèi)溫不夠流鋼水。

4.5 正火回火（占總回火次數(shù)的10%左右）

（1）火孔堵塞、管理臟，加熱器火孔出現(xiàn)大火星而未及時(shí)清除。

（2）正火前未清理附著在加熱器表面的雜質(zhì)，火孔表面有氧化皮或其他雜質(zhì)所覆蓋。

5 相關(guān)處理措施

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素復(fù)雜，只有做好各項(xiàng)準(zhǔn)備方能對(duì)回火問(wèn)題做到安全可控。

5.1 操作方面

（1）檢查氧氣瓶壓是否大于4 MPa、乙炔瓶壓是否大于0.4 MPa。檢查氧氣通氣流量是否在120 SLM ＜P氧氣＜140SLM、乙炔通氣流量是否在130SLM＜P乙炔＜150SLM（理論上流量大于設(shè)定參數(shù)的10%以上可以正常使用，但現(xiàn)場(chǎng)使用此范圍比較穩(wěn)定）

（2）檢查氧氣二級(jí)減壓閥壓力是否在0.25MPa＜P氧氣＜0.35 MPa、乙炔二級(jí)減壓閥壓力是否在0.1MPa＜P乙炔0.15MPa。

（3）二次試火。駐地出車(chē)前保養(yǎng)時(shí)，進(jìn)行第一次試火。封鎖前在車(chē)站內(nèi)進(jìn)行第二次試火。因全年各個(gè)施工點(diǎn)環(huán)境溫度不一樣，及時(shí)合理調(diào)整瓶壓滿足焊接所需流量，同時(shí)利用試火檢測(cè)其他各部件是否良好。如遇回火，及早處理。

（4）通氣點(diǎn)火時(shí)，點(diǎn)火槍不要靠加熱器火孔太近，大概在3 cm～5 cm左右。點(diǎn)火時(shí)間控制在通氣后3 s后，且加熱器距靜端檔火板距離在10 cm～15 cm左右適宜。避免點(diǎn)火時(shí)氣體混合程度不均或產(chǎn)生過(guò)大的爆鳴而造成回火。

（5）焊接時(shí)，待焊軌軌縫兩邊250 mm加熱器擺幅范圍必須拋光除銹，如遇再用軌焊接時(shí)，更要注意軌底除銹，避免鋼軌上的各種雜質(zhì)掉落堵住火孔。

（6）準(zhǔn)備好細(xì)長(zhǎng)金屬絲物體，焊接過(guò)程中，注意觀察加熱器火孔情況，隨時(shí)挑出加熱過(guò)程中附著在加熱器火孔上的異物。

（7）車(chē)上常備一套可隨時(shí)更換使用的加熱器組管路，包括組裝好的混合槍、回火防止器等，回火時(shí)可緊急替換，一般更換時(shí)間在10 min～15 min左右。如遇回火后，采取這種措施，大多數(shù)均能恢復(fù)正在，現(xiàn)場(chǎng)施工中，多次取得了良好的效果（機(jī)具見(jiàn)圖1）。

圖1 1副加熱器+1個(gè)混合槍+2個(gè)回火防止器

5.2 保養(yǎng)方面

5.2.1 日常維護(hù)

（1）用比規(guī)定火孔直徑小0.1 mm的通針垂直疏通加熱器火孔（加熱器是紫銅所制，通針是鋼制的，如果用對(duì)應(yīng)大小的通針通火孔會(huì)使得原有火孔逐漸變大）。

（2）拆除加熱器排污口螺絲，開(kāi)通氧氣氣源，通過(guò)依次單側(cè)反復(fù)折疊、松開(kāi)混合管的方式來(lái)吹出加熱器內(nèi)部積碳顆粒等雜質(zhì)(一般進(jìn)行3至4次，只到加熱器火孔肉眼無(wú)明顯雜質(zhì)即可）。

（3）檢查管路氣體密封性及老化情況。每天檢查氧氣、乙炔瓶口連接處、焊機(jī)各氣路卡箍及聯(lián)接處有無(wú)漏氣（一般采取通氣后用肥皂水噴灑接頭的檢測(cè)辦法或關(guān)閉氣源，查看流量計(jì)是否有數(shù)字飄移。其中氧氣、乙炔流量計(jì)的漂移數(shù)值不宜超過(guò)2個(gè)）。

5.2.2 定期維護(hù)

（1）清潔混合槍和回火防止器，比較臟的情況下用四氯化碳先清洗，再用高壓氣體清洗。

（2）把加熱器卸下后，用比規(guī)定直徑小0.1 mm的通針垂直疏通加熱器火孔，刮除火孔邊沿的銹垢，先用外用氧氣風(fēng)吹除火孔邊沿的灰塵及孔內(nèi)小雜質(zhì)等，打開(kāi)排污口對(duì)內(nèi)部進(jìn)行高壓氧氣清潔。

5.3 使用材料和配件方面

（1）乙炔氣體必須由固定供氣商統(tǒng)一供氣，保證氣體穩(wěn)定性。純度應(yīng)到達(dá)TB-1432要求，而且氣瓶中丙酮含量必須與型檢時(shí)的氣源一致，有條件時(shí)盡可能保證氧氣供氣商統(tǒng)一。

（2）乙炔質(zhì)量流量計(jì)方面對(duì)丙酮比較敏感，時(shí)間長(zhǎng)后丙酮易附著在流量計(jì)內(nèi)造成流量計(jì)不靈敏而產(chǎn)生回火。常規(guī)一個(gè)季度用氧氣對(duì)流量計(jì)清洗，以便使依附的丙酮揮發(fā)掉。

（3）安裝并使用電子氬氣關(guān)火設(shè)備，避免人工關(guān)氣時(shí)延遲熄火導(dǎo)致氣體反向燃燒造成對(duì)加熱器內(nèi)部污染。

（4）更新混合槍內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以前使用的氧氣進(jìn)氣孔為單孔，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后，在保證氧氣進(jìn)氣壓力不變的前提下，采取了多孔進(jìn)氣式。這樣做的目的是即使有輕微回火，也不至于突然完全堵塞氧氣的火孔而造成回火（見(jiàn)圖2）。

圖2 更新后的混合槍

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)幾年來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)積累，我們?cè)诟鱾€(gè)方面采取了一些行之有效的措施，合格率由2016年的99%（535/傷損5個(gè)）提高到2017年的99.4%（1471/傷損9）；基本能預(yù)防回火的產(chǎn)生，即使不能規(guī)避，也能在最短的時(shí)間內(nèi)采取應(yīng)急措施，使設(shè)備恢復(fù)正常，減少焊軌車(chē)因回火對(duì)封鎖施工帶來(lái)的影響。提高設(shè)備的穩(wěn)定性和運(yùn)用率，確保我們?cè)诖笮迵Q軌、換枕鋼軌焊接中順利的完成每一次現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)任務(wù)。