余江濤 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海工務(wù)段
該工藝流程共分12個(gè)步驟:去焊接現(xiàn)場(chǎng)前的準(zhǔn)備→到達(dá)焊接現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備→軌道的準(zhǔn)備→鋼軌端頭對(duì)正→立砂?!A(yù)熱→裝焊劑、放置坩堝→點(diǎn)火、鋼水澆注→拆除砂模、推瘤→粗打磨→精打磨→焊頭檢測(cè)。為確保工地現(xiàn)場(chǎng)鋁熱焊接質(zhì)量,施工時(shí)必須嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行操作,控制好每一個(gè)步驟。
1.2.1 去焊接現(xiàn)場(chǎng)前準(zhǔn)備內(nèi)容
(1)編制當(dāng)日日計(jì)劃、派工單、焊接記錄必要項(xiàng)。
(2)點(diǎn)名預(yù)想,帶班人點(diǎn)名及下達(dá)任務(wù)。檢查所有作業(yè)人員是否按規(guī)定穿戴工作服和勞動(dòng)保護(hù)用品。
(3)工具材料登記、清點(diǎn),對(duì)所有機(jī)工具試發(fā)檢查狀態(tài)是否良好,檢查工具檢定合格證是否在有效期內(nèi);材料開(kāi)箱確認(rèn)焊劑、坩堝有無(wú)損壞或受潮;氧氣、丙烷鋼瓶是否檢驗(yàn)合格;氣體壓力是否符合要求。
(4)交通運(yùn)輸工具檢查,出車(chē)前必須對(duì)運(yùn)輸車(chē)盡量進(jìn)行安全性能檢查,確保道路交通安全。
1.2.2 在焊接現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備
(1)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量軌溫,掌握施工時(shí)的軌溫情況。
(2)確認(rèn)鋼軌類(lèi)型并記錄,檢查是否和焊劑類(lèi)型一致。
(3)在線外合適的地方挖一個(gè)深300 mm的坑,放置澆注后的坩堝等廢棄物,要注意是否有地下電纜。
(4)氧氣、丙烷鋼瓶擺放滿(mǎn)足5 m以上,距離明火10 m以上。
(5)鋼軌兩端各卸掉3-6根軌枕上的扣件,如果是曲線部分,需依據(jù)曲線半徑的大小去掉更多的扣件。
1.2.3 軌道的準(zhǔn)備
(1)無(wú)縫線路根據(jù)配軌切割點(diǎn)進(jìn)行鋸軌;有縫線路用一米直鋼尺檢查焊接處兩端軌縫的平直度和表面,檢查軌頭是否有壓塌現(xiàn)象,如有壓塌應(yīng)先進(jìn)行鋸軌,鋸軌時(shí),應(yīng)注意保證鋼軌斷面的垂直度,垂直高差為1 mm,不能內(nèi)斜,確保澆注時(shí)鋼水能灌滿(mǎn)軌縫,鋸軌外斜時(shí),應(yīng)保證兩端軌頭上下間距均在25 mm-28 mm范圍內(nèi)。
(2)檢查鋼軌端頭的位置,鋁熱焊頭位置距軌枕邊緣不得小于100 mm。
(3)軌端干燥、打磨、除銹,使用預(yù)熱槍對(duì)鋼軌焊縫兩側(cè)各1米范圍內(nèi)進(jìn)行烘烤去除水分并加熱至37℃;使用角磨機(jī)對(duì)軌端、兩側(cè)、軌底進(jìn)行打磨清潔除銹,軌端需除去100 mm范圍內(nèi)的銹蝕和油污,踏面和工作面清理長(zhǎng)度大于500 mm,距軌端50 mm用砂輪打磨機(jī)打磨至露出金屬光澤,軌端倒棱。對(duì)軌端進(jìn)行打磨作業(yè),可消除鋼軌端面不平和鋼軌端面與縱軸線不垂直的差,偏差控制在1 mm之內(nèi)。
1.2.4 鋼軌端頭的對(duì)正
這是焊接過(guò)程中重要的步驟,鋼軌端頭對(duì)正時(shí),須依次考慮四個(gè)參數(shù),即間隙、尖點(diǎn)、水平對(duì)正和扭轉(zhuǎn)。
(1)間隙調(diào)整:軌端間隙必須為25 mm-28 mm(如果間隙<25 mm將達(dá)不到預(yù)熱的效果,而且熔化的鋼水會(huì)因過(guò)量而溢出廢渣盤(pán)。如果間隙>28 mm,預(yù)熱也將達(dá)不到效果,而且熔化的鋼水還會(huì)注不滿(mǎn)整個(gè)間隙),間隙尺寸檢測(cè)采用梯度式測(cè)距尺或采用端帶尺分別測(cè)量鋼軌頭部和根部的兩點(diǎn),得到四個(gè)尺寸,四個(gè)尺寸必須在公差范圍內(nèi)(25 mm-28 mm)。
(2)尖點(diǎn)(垂直對(duì)正):在焊接之前,兩端鋼軌向上應(yīng)有一尖點(diǎn),這樣就不會(huì)因施焊后的冷卻造成焊縫凹陷,并能保證留有一定的凸余量供打磨調(diào)平。調(diào)整方式為:將1 m直鋼尺放置在鋼軌運(yùn)行表面的正中央,測(cè)量鋼軌運(yùn)行表面與直尺軌端頭間隙值,法鋁正常尖點(diǎn)預(yù)留上拱度值為1.5 mm。對(duì)鋼軌在進(jìn)行拉伸作業(yè)時(shí),鎖定軌溫達(dá)到要求,拉伸作業(yè)結(jié)束后,將焊縫間隙控制在25 mm-28 mm之內(nèi),鎖定焊縫兩端線路,確定焊縫沒(méi)有太大的變化,方可進(jìn)行作業(yè)。
(3)水平對(duì)正:用直鋼尺分別檢查鋼軌對(duì)接處的一段鋼軌軌頭、軌腰和軌底,如果兩根鋼軌寬度稍有差異,將兩端鋼軌的中心線對(duì)齊,差異均分。當(dāng)高差<3 mm時(shí),用焊軌直尺將鋼軌作用面一側(cè)對(duì)齊(焊軌直尺全部靠在兩鋼軌作用面上),再將焊軌直尺置于兩鋼軌端頭頂面,直尺端頭與鋼軌頂間隙(尖點(diǎn)尺寸)要嚴(yán)格保證:鋼筋混凝土軌枕為1.6根,木枕為3.2根。當(dāng)高差在3 mm~8 mm時(shí),需采用特制的中和組件進(jìn)行焊接,對(duì)軌的方法與高差<3 mm時(shí)相同。鋼軌一側(cè)端頭過(guò)高(錯(cuò)牙>5 mm)時(shí),要使用起道器將偏低的鋼軌端頭一端抬高,起道器要放在離該端4至5根軌枕處,抬高到兩鋼軌端頭水平,高低符合規(guī)定尺寸要求,直到焊接完畢焊頭溫度降至350℃以下時(shí)方可撤出起道器(根據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般為澆注結(jié)束30 min撤出)。
(4)扭轉(zhuǎn):軌頭內(nèi)側(cè)表面和軌肋的底部必須同時(shí)對(duì)直。端頭對(duì)正時(shí)用鋼軌對(duì)正架或?qū)φ龡U來(lái)調(diào)整各個(gè)參數(shù)。鋼軌端頭的對(duì)正是鋁熱焊接工藝中最難也是最關(guān)鍵的一個(gè)步驟,將直接影響到焊接接頭的質(zhì)量。在鋼軌端頭對(duì)正的過(guò)程中,絕對(duì)不能擾動(dòng)施焊地段的鋼軌、軌枕,對(duì)正后,還要按照同樣的程序再檢查一遍,確保對(duì)正的準(zhǔn)確性。
1.2.5 立砂模
砂模安裝前將兩側(cè)的砂模在鋼軌上輕輕摩擦,使其與鋼軌結(jié)合得更緊密。砂模的中心線與鋼軌接頭的軸線必須在同一條直線上。在砂模的出料口及夾具螺紋處抹上防漏泥。如現(xiàn)場(chǎng)舊鋼軌垂直磨耗過(guò)大,應(yīng)選用接近垂直磨耗的再用短軌進(jìn)行焊接,將砂模底部挫磨相應(yīng)高度,使砂模上部與軌面間隙<1 mm,消滅焊接軌面的拗邊現(xiàn)象。
1.2.6 預(yù)熱
預(yù)熱也是焊接過(guò)程中的一道重要工序,其作用在于消除砂模中的濕氣及提高鋼軌和砂模的溫度,預(yù)防焊頭出現(xiàn)氣孔、夾渣等質(zhì)量缺陷。它以氧氣、丙烷為燃料,通過(guò)加熱器來(lái)完成,預(yù)熱過(guò)程如下:
(1)用軌溫計(jì)記錄鋼軌的溫度。
(2)使用調(diào)節(jié)器增大壓力,獲得丙烷壓力為10PSI,然后關(guān)掉氣瓶。
(3)將加熱器裝于支架上,調(diào)整噴咀對(duì)準(zhǔn)砂模的中心,并將分流塞放在砂模的邊緣上。
(4)將加熱器從支架上拿開(kāi),點(diǎn)燃噴火嘴。調(diào)整丙烷氣和氧氣的壓力混合比,得到最佳的火焰。預(yù)熱時(shí)間從火焰調(diào)節(jié)好之后計(jì)起,用跑表計(jì)時(shí)控制在5 min(60 kg/m鋼軌)左右,主要以軌腰顏色(橙紅色)及軌腰溫度為準(zhǔn)(700℃-900℃)。
(5)預(yù)熱完成后,將預(yù)熱器拿出,依次關(guān)掉丙烷氧氣、烷氣,操作時(shí)注意不要碰撞砂模壁。注意:預(yù)熱時(shí)要注意觀察各縫隙上的防漏泥是否有裂紋或掉落。
(6)在預(yù)熱之前或預(yù)熱過(guò)程中,再次檢查坩堝是否干凈,有無(wú)裂縫、裂紋;自熔塞是否安全地位于底部中央位置;焊劑的包裝袋在開(kāi)封之前是否密封、干燥、是否有破裂或受潮,嚴(yán)禁使用結(jié)塊的焊劑。
1.2.7 點(diǎn)火、澆注
澆注前,焊工穿戴好安全保護(hù)裝備,待預(yù)熱結(jié)束后,將一次性坩堝放置在砂模的正中央,30 s內(nèi)將焊藥點(diǎn)燃,引火芯插入焊劑中最深為25 mm。在澆注的過(guò)程中,在鋼軌的兩側(cè)分別準(zhǔn)備兩根裹有防漏泥的堵漏棒,以防萬(wàn)一有熔化鋼水漏出的情況發(fā)生。當(dāng)廢渣停止流出,按下跑表開(kāi)始計(jì)時(shí)。
1.2.8 拆除砂模、推瘤
在澆注結(jié)束5 min時(shí),拆除砂模;在澆注結(jié)束6.5 min時(shí),將多余的焊料推除,并把軌底兩側(cè)凸出的焊料打彎。
1.2.9 熱打磨
熱打磨要在澆注完畢,推瘤機(jī)推瘤過(guò)后在進(jìn)行,在鋼軌熱打磨過(guò)程中應(yīng)注意以下事項(xiàng):
(1)穿戴好安全保護(hù)裝備。
(2)先打頂面再打側(cè)面最后打磨圓角。
(3)在鋼軌踏面上保留高出鋼軌+0.5 mm~1 mm的焊頭金屬。
(4)焊頭的內(nèi)側(cè)及外側(cè)與鋼軌的兩側(cè)平齊。
(5)在澆注結(jié)束15 min時(shí)去掉楔子。
(6)若使用了起軌器,在澆注后30 min將其撤掉。
1.2.10 精打磨
精打磨目的是去除由于焊接生成的任何幾何不連續(xù)表面缺陷。精打磨應(yīng)焊縫溫度低于90℃以下時(shí)進(jìn)行。注意:千萬(wàn)不能集中在某一處打磨過(guò)度,避免在短時(shí)高溫的條件下產(chǎn)生易斷裂的馬氏體晶粒,并邊檢測(cè)邊打磨直至符合質(zhì)量要求。
1.2.11 收尾
清理焊接現(xiàn)場(chǎng)的廢渣、廢料,在焊頭旁寫(xiě)好焊接標(biāo)記,完成焊接記錄報(bào)告。
1.2.12 焊頭檢測(cè)
焊頭所有工序完成后,探傷人員對(duì)焊頭進(jìn)行探傷并給出探傷結(jié)論,如焊頭有傷損,說(shuō)明本次焊接失敗,按傷損等級(jí)重新安排計(jì)劃換軌焊接,并分析焊接失敗原因,制定整改措施,預(yù)防下次焊接出現(xiàn)同樣問(wèn)題。
挖洞之前一定要檢查是否有地下電纜,對(duì)任何會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)或安全事故的隱患進(jìn)行清除。進(jìn)行鋁熱焊接及處理洞的地方要保持干燥。
鋼軌端頭必須使用鋸軌機(jī)切割,確定以前未被氣焊或電焊過(guò)。鋼軌端頭的對(duì)正應(yīng)包括水平、縱向、扭轉(zhuǎn)、發(fā)現(xiàn)有傾斜的軌枕或低接頭,必須在鋼軌對(duì)正之前將該區(qū)域整平。如無(wú)特殊要求,不要增加或減短鋼軌的長(zhǎng)度,以免影響鋼軌的無(wú)應(yīng)力溫度。移動(dòng)鋼軌不要用錘子敲擊,要通過(guò)鋼軌墊板來(lái)調(diào)節(jié),最好整根移動(dòng)。
底托和砂模應(yīng)對(duì)稱(chēng)于軌縫中心線安裝,安裝完畢后用紙板將砂??谏w上。封箱泥均勻涂抹,不宜過(guò)多,以免水氣不易排出。
火焰調(diào)整好,預(yù)熱器正式就位并調(diào)節(jié)好火焰開(kāi)始計(jì)時(shí),預(yù)熱時(shí)間根據(jù)軌型選定,不要將加熱砂模邊緣的分流塞推進(jìn)入口。
焊劑必須在預(yù)熱完畢后30 s之內(nèi)點(diǎn)燃。將點(diǎn)火引信插入焊劑中,最深為25 mm。當(dāng)廢渣停止流動(dòng)時(shí),開(kāi)始計(jì)時(shí)。
在廢渣冷卻之后,方可將廢渣盤(pán)內(nèi)的廢渣倒入廢渣處理洞中。在澆注結(jié)束5 min后拆模。在澆注結(jié)束6.5 min后,可進(jìn)行焊頭推瘤。
粗打磨時(shí)操作者與鋼軌保持一定距離,精打磨時(shí)不要在某一處打磨過(guò)度而造成鋼軌淬火。
鋼軌軌頂咬邊、鋼軌熱裂紋、鋼軌焊接產(chǎn)生氣孔、鋼軌表面拉傷等等。
(1)焊頭上拱、外觀超標(biāo)或出現(xiàn)高低接頭
其原因一是對(duì)軌時(shí)預(yù)留上拱度過(guò)大,焊后不按時(shí)復(fù)位;二是焊頭兩側(cè)鋼軌受力不對(duì)稱(chēng);三是新舊鋼軌磨耗程度各不相同,兩鋼軌端面高差較大;四是鋼軌端面與鋼軌縱軸線不垂直,鋼軌端面不平整,間隙距離超限,使加熱器不能正確對(duì)中,預(yù)熱不均勻;五是打磨焊縫經(jīng)驗(yàn)不足,打磨過(guò)量,使焊頭接口處產(chǎn)生凹陷;六是安裝砂模時(shí),在鋼軌表面與砂模之間存在2 mm~5 mm的縫隙,致使堵封泥侵入砂模內(nèi),并殘留于鋼軌表面上,使個(gè)別焊縫與鋼軌母材表面結(jié)合部出現(xiàn)1 mm~2 mm的凹陷不平順,形成拗邊現(xiàn)象,這六個(gè)原因會(huì)出現(xiàn)焊頭上拱,外觀超標(biāo)或出現(xiàn)高低接頭。
(2)焊頭裂縫
其原因是在高溫時(shí),焊頭受到了外力作用,拆除砂模打口柱以及推瘤時(shí)間過(guò)早,焊頭降溫速度過(guò)快引起裂縫。
(3)焊頭出現(xiàn)氣孔、夾雜物
其原因是砂模、坩堝、焊劑受潮;焊劑質(zhì)量存在問(wèn)題;鎮(zhèn)靜時(shí)間不夠或鋁熱反應(yīng)不充分,澆入砂型后繼續(xù)作用形成氣孔、夾雜物。
(4)鋼水泄漏
其原因是在焊接過(guò)程中,由于焊接封箱人員操作不當(dāng),封泥未封全面存在縫隙或模具受潮等因素,造成焊接鋼水在注入焊道時(shí)鋼水泄漏(俗稱(chēng)“跑箱”),影響焊縫質(zhì)量。
(5)焊頭未焊透
鋼軌預(yù)熱溫度低,或預(yù)熱后溫度降低過(guò)量,軌端處理不徹底導(dǎo)致鋼軌未焊合。
(6)焊頭過(guò)燒
待焊鋼軌預(yù)熱不均勻,出現(xiàn)熔融現(xiàn)象。
(1)焊接材料儲(chǔ)存與檢查
一是砂模、坩堝、焊劑儲(chǔ)存時(shí)必須選擇地勢(shì)較高并常年保持陰涼、干燥的倉(cāng)庫(kù),并在倉(cāng)庫(kù)地面鋪隔層板與地面隔開(kāi),防止焊接材料受潮(另焊劑屬于易燃材料必須要有專(zhuān)用的危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)存放);二是做好每個(gè)批次焊接材料的登記入庫(kù),搬運(yùn)時(shí)必須輕拿輕放,定期對(duì)儲(chǔ)存的焊接材料進(jìn)行抽樣檢查,查看坩堝、砂模、焊劑有無(wú)開(kāi)裂、受潮等現(xiàn)象,定期清理過(guò)期的焊接材料(目前焊接材料保質(zhì)期為2年),對(duì)長(zhǎng)時(shí)間未使用并過(guò)期的焊接材料,及時(shí)清理并通知有關(guān)部門(mén)回收后妥善處理;三是對(duì)每個(gè)不同批次的焊接材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),目前工區(qū)能做到的檢驗(yàn)方式是,對(duì)每個(gè)不同批次焊接材料抽取1-2套進(jìn)行焊接試驗(yàn),焊接后查看每個(gè)焊頭表面有無(wú)異樣,同時(shí)焊頭必須經(jīng)過(guò)探傷確認(rèn)無(wú)傷,此批焊接材料才可上道使用,如試驗(yàn)出現(xiàn)材料問(wèn)題及時(shí)與有關(guān)部門(mén)聯(lián)系,及時(shí)更換掉整批次的焊接材料。
(2)焊接作業(yè)前工具、材料的檢查
焊接作業(yè)使用材料、工具裝車(chē)運(yùn)輸前,再次檢查待使用焊接材料有無(wú)開(kāi)裂、受潮現(xiàn)象并帶好備用工具及材料,搬運(yùn)時(shí)輕拿輕放并歸類(lèi)擺放妥當(dāng)確保運(yùn)輸時(shí)不受影響,運(yùn)輸時(shí)過(guò)程中控制車(chē)速避免太大顛簸造成材料、工具破損,焊接材料嚴(yán)禁受潮并遠(yuǎn)離火種源。
到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后搬運(yùn)材料、工具輕拿輕放避免材料、工具受損,搬運(yùn)到位后開(kāi)箱檢查每個(gè)砂模、坩堝有無(wú)破損,焊劑有無(wú)受潮現(xiàn)象,禁止有問(wèn)題的材料上道焊接。
(3)焊接過(guò)程控制措
一是檢查待焊鋼軌軌縫、兩側(cè)軌端高差是否符合要求,最新要求高差不得超過(guò)3 mm,對(duì)軌時(shí)上拱度不宜過(guò)高,必須將軌縫控制在25 cm~28 cm的范圍以?xún)?nèi);二是安裝模具前檢查清潔情況,待焊鋼軌的兩個(gè)端面必須清潔徹底,安裝模具后嚴(yán)禁將異物落入型腔內(nèi),砂型研磨后底清理型腔內(nèi)的浮砂,砂型合箱后如有錯(cuò)位,必重新打開(kāi)砂型并清理型腔內(nèi)部以及待焊鋼軌的兩個(gè)端面,封箱泥不得太潮濕且涂抹不易過(guò)多;三是預(yù)熱溫度必須達(dá)到800℃~900℃,鋼軌預(yù)熱完畢放置坩堝時(shí)一定要將澆注口放置在砂型上方中央不可偏斜;四是在整個(gè)焊接過(guò)程中嚴(yán)禁踩踏、敲擊、撬動(dòng)等有任何擾動(dòng)待焊軌作業(yè),焊頭澆筑完畢后,焊頭溫度溫度高于300℃嚴(yán)禁拆除對(duì)軌設(shè)備,必須溫度降至300℃以下才可拆除對(duì)軌設(shè)備;五是嚴(yán)格按照工藝要求的時(shí)間進(jìn)行拆箱和推瘤作業(yè);六是氣溫較高或較低時(shí),鋼軌會(huì)隨氣溫變化膨脹或收縮變化較大時(shí),應(yīng)采用鋼軌拉伸器固定好焊縫保持軌縫大小不變。
通過(guò)以上介紹的這些措施更好的預(yù)防鋼軌焊接質(zhì)量出現(xiàn)缺陷,進(jìn)一步提升鋼軌焊接質(zhì)量。
鋪設(shè)無(wú)縫線路是鐵路提速重載運(yùn)輸發(fā)展的需要,是減少鋼軌接頭,延長(zhǎng)軌道使用壽命的有效手段。鋼軌鋁熱焊接技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、作業(yè)時(shí)間短、占用空間小等優(yōu)點(diǎn),成為區(qū)間無(wú)縫線路、跨區(qū)間超長(zhǎng)無(wú)縫線路的鋪設(shè),以及無(wú)縫線路傷損處理原位焊復(fù)重要的焊接方法之一。我國(guó)鋁熱焊接頭焊后熱處理工藝的應(yīng)用,鋁熱焊接頭整體正火、軌頂局部淬火加自熱回火熱處理工藝為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng),其接頭性能滿(mǎn)足軌頂耐磨,接頭整體強(qiáng)韌性高的要求,其成果已運(yùn)用于大秦線75kg/m PD2軌全長(zhǎng)淬火鋼軌的焊接。我國(guó)的鋁熱焊接技術(shù)自20世紀(jì)80年代以來(lái)有了實(shí)質(zhì)性的提高,已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
本文根據(jù)我段近幾年進(jìn)行鋼軌鋁熱焊焊接管理工作的實(shí)際,主要描述了法國(guó)鋼軌鋁熱焊接的焊接工具、鋁熱焊接的施工工藝、對(duì)常見(jiàn)焊接中的質(zhì)量缺陷進(jìn)行了分析,通過(guò)焊縫的修整、焊頭打磨等方面對(duì)焊接的質(zhì)量進(jìn)行控制。目前鋼軌的焊接是鋪設(shè)無(wú)縫線路技術(shù)的難點(diǎn)之一,尤其是既有線現(xiàn)場(chǎng)的焊接,鋁熱焊接質(zhì)量的控制需要不斷加強(qiáng)焊軌人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)與學(xué)習(xí),嚴(yán)格按照工藝流程與技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行操作,同時(shí)做好焊接質(zhì)量的跟蹤調(diào)查分析,并對(duì)特殊條件下鋁熱焊焊接工藝進(jìn)行調(diào)整,不斷總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn),以確保鋼軌接頭鋁熱焊焊接質(zhì)量達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。