孫立本?。ㄖ需F四局集團有限公司第八工程分公司，安徽 合肥 230011）

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論移動閃光焊軌機現(xiàn)場施工工藝對焊接質量的影響

孫立本（中鐵四局集團有限公司第八工程分公司，安徽 合肥 230011）

主要介紹移動閃光焊軌機現(xiàn)場施工工藝，并論述工藝中的施工方法對焊接質量的影響。每個工序操作不當都會對焊接質量產(chǎn)生影響，其中現(xiàn)場焊接的質量包括內部質量和外觀質量。焊頭質量的不合格將會發(fā)生斷軌現(xiàn)象，甚至會造成列車運行脫軌、傾覆的嚴重安全事故。因此在使用移動閃光焊軌機現(xiàn)場施工中，如何控制各個工藝質量、確保鋼軌焊接質量將是討論的重點。

移動閃光焊軌機；焊軌施工工藝；提高焊接質量

1　移動閃光焊軌機型檢參數(shù)調試

影響鋼軌閃光焊接質量的主要因素就是焊接參數(shù)。移動閃光焊軌機（如圖1）焊接工藝參數(shù)主要有：時間、電壓、電流、位移、前進速度、后退速度、頂鍛量等（如圖2）。鋼軌閃光焊接參數(shù)的調整實際是各個焊接參數(shù)的優(yōu)化匹配過程。為了獲得優(yōu)質的焊接接頭，焊接工藝參數(shù)的調整與定位應當滿足以下條件：

①鋼軌焊接端頭必須有足夠的加熱區(qū)和適當?shù)臏囟忍荻?，并確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、探傷、外觀等決定，因此選擇合理的焊接參數(shù)是保證鋼軌焊接質量的主要因素。

圖1

圖2

2　鋼軌焊接前準備

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

3　焊接前鋼軌軌端的除銹

對于移動閃光焊軌機，用手提式砂輪機延鋼軌縱向打磨端頭600mm范圍內（如圖3）的鋼軌軌腰和焊接端面的鐵銹，對母材的打磨量不超過0.2mm，如果軌腰打磨范圍內剛好有凸出的廠標、字母等符號時，必須打磨平整。如果不按要求打磨，焊機和鋼軌之間容易打滑，對焊接的直接影響為焊頭頂鍛量不夠，從而影響焊頭的內部質量。打磨時不得用力過猛，防止鋼軌表面局部發(fā)黑發(fā)藍。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，減小了焊機導電電極與鋼軌之間的阻抗，增加導電性。

4　焊軌機的對位與焊接

當拉軌到位后，固定端松開10m扣件，用起道機在離焊軌端面3.2m處軌底墊上第一個厚度適當?shù)膲|塊（墊塊厚度現(xiàn)場決定，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）。再離第一個墊塊每隔2根枕木墊上第二、第三、第四個墊塊，一個墊塊比一個墊塊低。保證鋼軌焊頭兩端墊起的高度基本一致（如圖4）。通過調車員聯(lián)系與協(xié)調，用機車將焊軌機推進到焊接崗位。讓黑平板車第一個輪子剛好壓在我們標示的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）。然后放下焊軌機機頭，機組人員檢查清理完焊機就可以進行焊軌操作。用機頭夾鉗夾兩端鋼軌，利吊架升降，左右旋轉移動來完成鋼軌的對正。操作員用手摸鋼軌各個面，利用長的銅墊片來調節(jié)鋼軌左右錯牙，利用焊機機頭張開、夾緊、升降來調節(jié)鋼軌軌頂錯牙。如此反復以確保鋼軌焊接工作面對準精度在0.5mm以內。鋼軌對好位之后，在遠處看看鋼軌焊接線形，如焊接頭高了，往下降機頭；如果低了，往上升機頭。焊完留有一定的起拱量。焊接過程分為：對位、焊接、保壓、推瘤。大體過程如下圖6。

圖5

焊機的焊接與對位是焊接接頭外觀質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量。夾持焊接工序在保證接頭外觀平直度質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，兼顧其他部位進行對中，確保接頭錯邊處于合理范圍內，控制好焊接接頭的錯邊量，也可以改善焊接接頭的平直度；二是控制焊接預拱度，以控制焊后平直度，為接頭正火打下良好的平直度基礎。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，當焊機夾緊鉗口松開后，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，推凸時推凸外力加上兩側長鋼軌拉伸后回縮，所有這些對焊接區(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

焊接完成用空壓機清理鉗口焊渣，不得留有塵渣，防止下次焊接時焊渣進入焊縫，影響焊接的內部質量。對焊接圖形與數(shù)據(jù)進行記錄與分析，無誤后方可進行下一次的焊接。

5　焊頭的軌底軌腰打磨與正火

5.1焊縫打磨

焊接完成后，通過調車員聯(lián)系與協(xié)調，用機車將焊軌機牽出焊接崗位。待焊頭溫降到300℃以下時，方可進行打磨。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范圍內的上下表面、軌腳邊緣，軌底。

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

③打磨時應沿鋼軌方向縱向打磨，不允許橫向打磨。

④打磨時砂輪不應在鋼軌上劇烈跳動，不應沖擊鋼軌，鋼軌打磨表面不應出現(xiàn)打磨灼傷。

⑤粗磨后應檢查接頭表面質量，不應有裂紋、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，不應將接頭磨虧。

⑦對于推凸余量超標的個別接頭，可以采用粗磨方式打磨平整，但應特別注意不要損傷鋼軌母材。推凸余量連續(xù)超標時，應調整或更換推凸刀具。

焊頭打磨好提高了焊頭的外觀質量，同時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杠上，調整加熱器與鋼軌表面間隙，使得間隙均勻，對稱之后鎖定。

③啟動冷卻水泵。檢查水路是否暢通。

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

⑤調節(jié)乙炔瓶輸出壓力在0.15MPa，調節(jié)氧氣瓶輸出壓力為0.6MPa。通過控制箱快速開關閥調節(jié)乙炔流量大約在3.8格，氧氣流量大約在4.2格。點火后擺動頻率控制在60次/min。達到正火溫度后應同時關閉控制箱快速開關閥。

⑥正火加熱起始階段焊頭表面溫度應在450℃以下，加熱終了軌底溫度表面溫度應為920℃左右。使用光電測溫儀探頭應垂直被測鋼軌表面，接觸時間不宜太長。

⑦正火過程中應根據(jù)焊接接頭高低來調節(jié)起拱量。

正火，又稱?；?，是將工件加熱至Ac3（Ac是指加熱時自由鐵素體全部轉變?yōu)閵W氏體的終了溫度，一般是從727℃～912℃之間）或Acm（Acm是實際加熱中過共析鋼完全奧氏體化的臨界溫度線）以上30～50℃，保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風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械性能，使焊接熱循環(huán)過程形成的晶粒細化，提高韌性，改善焊接殘余應力的分布。焊后熱處理的正火影響對接頭起著決定性作用。因此正火對焊頭內部質量和外部質量都有很重要的影響，現(xiàn)場操作中正火是很重要的工序，一定要注意細節(jié)，操作得當。

6　焊頭調直與精磨

正火完畢后，焊頭溫度降至300℃以下時，對鋼軌進行調直處理，使用1m刀口尺檢查時：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。

利用仿形打磨機打磨焊接接頭的軌頂面和各個側面（如圖8），打磨應延鋼軌縱向打磨，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（如圖9），發(fā)藍是產(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系，不能組成纖維狀結構，會導致鋼軌發(fā)生脆斷，存在很大安全隱患。因此鋼軌打磨時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)藍現(xiàn)象。打磨溫度過高，要適當暫停打磨，待溫度適宜時再進行打磨。

圖8

圖9

打磨完成后，用1m直尺進行測量：（根據(jù)現(xiàn)場技術要求）一般鋼軌焊頭軌頂工作面不直度不得大于0.3mm，軌頭內側工作面不直度不得大于0.4mm，軌底不直度不得大于1mm。

焊頭的調直和精磨是提高焊頭焊接外觀質量最重要的工序。不僅需要技術，還需要耐心與細心，才能保證焊頭的外觀質量。

7　焊接接頭探傷

每個焊接接頭必須經(jīng)過超聲波探傷，探傷是對現(xiàn)場施工焊頭內部質量的直接判定，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行探傷檢測，不合格的焊頭要鋸斷重新焊接。

現(xiàn)場如果出現(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　結語

通過以上的分析，影響鋼軌焊縫接頭質量的因素，包括人、機、法、料、環(huán)的各個方面，制定規(guī)范、標準的鋼軌現(xiàn)場焊接工藝，對提高焊頭質量的一次合格率，有很大的現(xiàn)實意義。閃光焊軌機現(xiàn)場施工工藝中各個工序都會對焊頭的內部質量和外觀質量產(chǎn)生影響，焊軌施工作業(yè)人員必須經(jīng)培訓合格持證上崗，嚴格按照移動閃光焊軌機現(xiàn)場施工工藝標準和要求作業(yè)，保證現(xiàn)場鋼軌焊接質量。

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U213.9+2

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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，工程師。