無錫華東重型機械股份有限公司 無錫 214161

0 引言

集裝箱起重機是用于吊裝集裝箱進行堆放、移位的一種大型起重設(shè)備，在大型港口自動化碼頭的集裝箱堆場內(nèi)得到了普遍的應(yīng)用。起重機的運行軌道主要有大、小車運行軌道，大車運行軌道通常選用國標(biāo)GB2585—2007《鐵路用熱軋鋼軌》的QU70、QU80、QU100和QU120軌道，通常由碼頭建造方制作和安裝。小車運行軌道通常選用德標(biāo)DIN536-1—1991《德國起重機軌道標(biāo)準(zhǔn)》的A65、A75、A100和A120軌道，由起重機制造廠家焊接并安裝。起重機軌道截面多為工字形，軌道頂部是凸?fàn)畹模撞颗溆幸欢▽挾鹊钠桨逡栽黾优c安裝面的接觸面，并具有良好的抗彎強度。雖然生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格型號上有所不同，但起重機軌道通常均用C、Mn含量較高的U71Mn鋼軋制而成?？紤]到起重機運行時負(fù)載較大，剎車慣性大，而運行需要良好的平穩(wěn)性，則要求軌道的連續(xù)性和接頭的平滑度較高，故起重機軌道需要焊接接頭。由于U71Mn鋼屬于高碳中錳鋼，焊接性能差，軌道焊接難道大。加之集裝箱碼頭堆場向無人化、自動化方向發(fā)展，對小車運行要求越來越高，對軌道接頭要求也越來越高，所以，對傳統(tǒng)軌道焊接工藝的改革迫在眉睫。

1 閃光焊運用于起重機軌道焊接的研究

閃光焊采用大功率專用移動或固定式焊接設(shè)備，在工廠或線路上進行焊接，其特點是焊接速度快，接頭質(zhì)量穩(wěn)定，成為鐵路鋼軌焊接的主要方式，由閃光焊完成的鋼軌接頭數(shù)占總焊接頭數(shù)的85%以上。閃光焊作為一種高鐵軌道成熟的軌道焊接形式，引進并運用于起重機的軌道對接焊，采用的焊接設(shè)備為YHG-1200TH型閃光焊焊機，自行配套設(shè)計軌道吊裝設(shè)備，軌道焊接工裝架，焊接輸送設(shè)備，軌道轉(zhuǎn)運設(shè)備等，組成閃光焊工作站。閃光焊經(jīng)過20對起重機軌道的試驗焊接，不斷調(diào)整焊接參數(shù)，經(jīng)過探傷檢驗、拉伸、宏觀、靜彎及重錘等檢驗，焊接的軌道接頭完全符合對接要求。

閃光對接焊原理是將焊接件裝配成對接接頭，接通電源，并使其端面逐漸移近達到局部接觸，利用電阻即熱這些觸點（產(chǎn)生閃光），使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達到預(yù)定溫度時，迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。閃光焊相對于傳統(tǒng)手工對接焊，焊接的產(chǎn)品強度高，致密性好，無假焊，無氣孔；焊接品質(zhì)好，牢固美觀；焊接速度快，打磨工作量小。采用微電腦控制器，完成對夾緊、閃光、頂鍛、頂接、停止，全部焊接過程的控制，控制精度高。

2 閃光焊軌道焊接施工工藝

2.1 準(zhǔn)備階段

1）檢驗軌道母材、外形尺寸、外觀，保證軌道沒有內(nèi)部缺陷，外形符合尺寸，外觀沒有麻點凹陷等。

2）鋸軌 根據(jù)軌道對接預(yù)縮短尺寸進行鋸短，避免軌道對接完成后整根不易上鋸床。鋸軌應(yīng)嚴(yán)格安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程進行，盡量保證鋸口的橫向、縱向的垂直度。

3）焊前打磨除銹 焊前打磨包括鋼軌端面打磨、軌腰與焊機鉗口電極接觸部位的打磨；鋼軌端面打磨目的是清除鋼軌端面的鐵銹和雜質(zhì)，使得開始焊接時容易激發(fā)閃光；軌腰打磨的目的是使軌腰與焊機鉗口電極接觸部位接觸良好，減少接觸電阻，放置軌腰與電極之間打火灼傷鋼軌。軌腰與焊機鉗口電極接觸部位要打磨出金屬光澤，清除其上的雜物。軌腰部位凸出的鋼廠標(biāo)記要完全打磨平整，以免在焊機夾持過程中損傷電極。打磨過程中，打磨軌腰母材的深度不得超過0.5 mm。

4）閃光焊設(shè)備所有潤滑點加注潤滑油，焊機設(shè)備內(nèi)側(cè)面涂乳膠漆，避免焊渣沾染在設(shè)備上，檢查設(shè)備電極上是否有雜質(zhì)，需清理干凈。使用壓縮空氣槍清灰。

5）檢查軌道輸送托輥是否正常運行，起吊設(shè)備是否正常，軌道吊裝設(shè)備吊梁、吊鉗預(yù)備使用。

2.2 軌道焊接

1）打開設(shè)備電腦和閃光焊軟件。打開設(shè)備主電源、冷卻設(shè)備電源、液壓站電源，檢查設(shè)備是否運行正常。

2）使用吊梁和吊鉗夾住軌道，吊裝軌道上托輥輸送架，注意軌道箭頭方向，軌道焊接端輸送至軌道焊接機位，安裝推瘤刀，刀口面向焊縫端，距離焊縫端面約30 mm；吊裝另一根軌道上輸送架，利用輸送架將第二根軌道輸送到焊接機位，使兩軌道焊接端面接觸，調(diào)整兩軌道直線度。

3）起吊閃光焊設(shè)備，焊接模式開關(guān)調(diào)至模擬模式，模擬焊接過程，模擬合格后可進行實際焊接。

4）將閃光焊設(shè)備吊至軌道上方，將焊接模式調(diào)至手動模式，速度調(diào)至快速，卡鉗口調(diào)至張開模式，機架調(diào)至后退，后退至38 mm左右停止。下降閃光焊設(shè)備，對準(zhǔn)軌道中心及一側(cè)靠近推瘤刀，設(shè)備落于軌道上。速度調(diào)至低速模式，手動關(guān)閉鉗口，緩慢夾緊鉗口，確保卡鉗準(zhǔn)確夾緊軌腰及上平面。再次檢查鋼軌對中情況，上平面及側(cè)面平整度偏差，手感觸摸無突兀感，參考尺寸小于0.2 mm，超差需松開焊鉗進行二次夾緊，對中及平面度符合標(biāo)準(zhǔn)后，方可完全夾緊鉗口。

5）調(diào)整焊接軌道面間隙，根據(jù)電腦數(shù)據(jù)，微調(diào)機架調(diào)使軌道焊接面間隙至1～2 mm之間。

6）打開設(shè)備工作電源，關(guān)閉設(shè)備防護門，焊接模式調(diào)至自動模式，速度為低速模式，鉗口為夾緊狀態(tài)，檢查油路運行狀態(tài)；起吊設(shè)備使軌道焊接面略高于托輥輸送架，啟動開始焊接。如圖1所示。

圖1 閃光焊過程

7）焊接結(jié)束后，焊接電腦顯示OK狀態(tài)，推焊瘤完成。關(guān)閉設(shè)備焊接電源，模式調(diào)至手動模式，鉗口張開，起吊設(shè)備離開軌道。

8）閃光焊設(shè)備移至旁邊，鉗口夾緊，放下設(shè)備，清理焊渣、焊灰。

9）及時拆除推瘤刀，鏟除焊瘤，避免焊瘤冷卻后無法去除。尚未冷卻的焊接接頭使用支架支撐穩(wěn)固，以防止焊頭下沉變形，形成低接頭。同時從遠端檢查焊接的兩根鋼軌左右方向是否在統(tǒng)一直線上，如有偏差立即根據(jù)偏差方向左右調(diào)整鋼軌，防止焊接的軌道出現(xiàn)急彎。焊后軌道接頭如圖2所示。

10）輸送架移動軌道，吊裝另一根軌道，開始新一段軌道的焊接過程。

圖2 閃光焊焊后軌道接頭

2.3 接頭調(diào)直

軌道焊接后，如果軌道對接偏差尺寸較大，發(fā)生側(cè)彎或高低接頭，經(jīng)打磨不能滿足檢驗標(biāo)準(zhǔn)時，需進行接頭焊后矯直。矯直可在熱態(tài)或冷態(tài)下進行，熱矯直穩(wěn)定應(yīng)高于600℃。

2.4 焊后接頭打磨

軌頂面及軌頭工作面用仿形打磨機打磨，軌底角、軌底面用手砂輪或角箱磨光及打磨。打磨后鋼軌接頭的平直度要符合技術(shù)規(guī)范的要求。要特別注意：應(yīng)不斷移動打磨機具，每次打磨量不要太大，避免長時間打磨同一位置，導(dǎo)致局部過熱，產(chǎn)生缺陷。

2.5 焊后探傷

焊接接頭溫度降至常溫時方可探傷，每個焊接接頭必須經(jīng)過磁粉探傷，焊接試驗段可采用靜壓和重錘進行檢驗，以檢驗整批軌道焊接工藝的合理性。探傷判廢的接頭必須鋸切重焊。

2.6 軌道狀態(tài)整理

當(dāng)焊接工序全部完成并檢驗合格后，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行軌道狀態(tài)整理，排列整齊，以備主梁安裝使用。

3 軌道焊接常見缺陷分析及處理

軌道對接后，經(jīng)過磁粉探傷，發(fā)現(xiàn)部分軌道在軌道軌腰處有細(xì)微裂紋，部分裂紋較淺，經(jīng)過打磨后可消除；部分裂紋較深，需將軌道接頭位置鋸掉后重新焊接。對接頭進行鋸切后觀察裂紋，裂紋只存在表面，沒有延展到內(nèi)部，經(jīng)分析為打磨形成的裂紋。鋼軌焊接的頂鍛階段是閃光焊機夾持兩根鋼軌縱向加力，將焊接端頭的液態(tài)金屬和過熱塑性金屬擠出、凸出鋼軌表面。推瘤刀再對鋼軌擠出部分進行切除，切除時，對鋼軌母材留有余量。為了獲得良好的外觀質(zhì)量和平直度要求，必須用砂輪機進行打磨。手持砂輪長時間的用力打磨已經(jīng)完全冷卻焊頭某個部位表面時，極易形成表層馬氏體組織并伴隨有微裂紋。通過對此焊頭檢驗分析，馬氏體白層的硬度值達到752 HV，而基體的硬度值僅為283 HV，在應(yīng)力的作用下，裂紋進行擴展。

處理方法：1）軌道焊后打磨推凸余量，一個位置分多次進行打磨，避免一個位置長時間打磨過熱形成馬氏體；2）焊后對接頭位置用保溫棉進行保溫緩冷，避免接頭位置急冷產(chǎn)生裂紋；3）調(diào)整焊接參數(shù)，微調(diào)減少預(yù)閃、連續(xù)閃光時間，減少焊接總輸入熱量，降低軌道焊縫產(chǎn)生裂紋機率。

4 結(jié)語

閃光焊作為目前國內(nèi)外最先進的高速鐵路軌道對接方式，其特點是焊接速度快，接頭質(zhì)量穩(wěn)定，自動化水平高，人為因素影響較小，焊接過程可監(jiān)控和采集，焊接質(zhì)量好，可通過焊接數(shù)據(jù)判定焊接質(zhì)量優(yōu)劣。文中將本設(shè)備運用于起重機產(chǎn)品的軌道焊接，現(xiàn)已投入于生產(chǎn)，已焊接多條產(chǎn)品軌道，運用于多個起重機產(chǎn)品上，軌道焊接無缺陷率在95%以上。本工藝的使用，對于提高起重機產(chǎn)品軌道焊接質(zhì)量及效率具有重要的意義。