王 剛，王宇紅

(呼和浩特鐵路局 呼和浩特工務(wù)機(jī)械段，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

無縫線路的鋪設(shè)對(duì)鋼焊接技術(shù)提出了更高的要求，目前我國(guó)鐵路多以閃光焊和氣壓焊為主，鋁熱焊、凍結(jié)、膠粘為輔進(jìn)行無縫鋼軌鋪設(shè)。呼和浩特工務(wù)機(jī)械段焊軌車間自2014年成立以來，大修更換鋼軌現(xiàn)場(chǎng)線下焊接主要以閃光焊接為主，焊機(jī)采用昆明中鐵和襄樊金鷹移動(dòng)閃光焊軌車；線上焊接主要以氣壓焊接為主，焊機(jī)采用昆明中鐵氣壓焊軌車。隨著焊接機(jī)械化程度的不斷提高，對(duì)焊接工藝的要求更加嚴(yán)格。

1 焊接工藝探討

鋼軌焊接方法主要有3種：接觸閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊。

1.1 接觸閃光焊

接觸閃光焊主要是利用電流通過電阻時(shí)產(chǎn)生的熱量熔接焊件，經(jīng)過前期預(yù)熱，中期持續(xù)加熱，后期快速爆破閃光，最后經(jīng)頂鍛和保壓自然冷卻完成焊接。 其特點(diǎn)是設(shè)備的自動(dòng)化控制水平高，一旦焊接參數(shù)調(diào)試成功，焊接質(zhì)量人為影響因素極小，焊接效率高質(zhì)量穩(wěn)定可靠。通過正火優(yōu)化焊接質(zhì)量，鋼軌內(nèi)部晶粒細(xì)化，更接近于鋼軌母材。其中連續(xù)閃光焊、預(yù)熱閃光焊和脈沖閃光焊統(tǒng)稱為接觸閃光焊。

接觸閃光焊最核心的部分就在于焊接參數(shù)的調(diào)整，可調(diào)模板中，從第0階段到第5階段及最后的加速階段，每個(gè)階段又由不同的時(shí)間、位移、電壓、三組電流、前進(jìn)速度、后退速度等許多不同參數(shù)共同決定，累計(jì)共有58個(gè)參數(shù)小組可調(diào)，每一個(gè)參數(shù)都有特定的意義和恰當(dāng)?shù)姆秶?，將每一種參數(shù)都調(diào)試到最佳值，才是優(yōu)化閃光焊接質(zhì)量最可靠的關(guān)鍵。而且不同軌型的參數(shù)都不一樣，越是含碳量高的新型鋼軌，焊接參數(shù)越難調(diào)試。

閃光焊接過程中，除了未焊合、焊渣等問題，最需要注意的就是焊接質(zhì)量中的灰斑缺陷。

灰斑主要有焊接工藝參數(shù)、設(shè)備性能、發(fā)動(dòng)機(jī)提供的電流電壓、鋼軌端面?zhèn)让娓蓛舫潭?、端面平整程度、預(yù)留兩鋼軌端面距離、天氣環(huán)境、長(zhǎng)鋼軌可能存在的鋼軌應(yīng)力、作業(yè)人員操作水平等影響因素引起?；野呤情W光焊焊接中比較頑固的缺陷，隨著鋼軌焊接技術(shù)的提高，只能做到控制到最小，盡可能將灰斑控制在合理區(qū)域，遠(yuǎn)離軌底三角區(qū)和軌角邊緣等危險(xiǎn)區(qū)域，避免鋼軌應(yīng)力集中發(fā)生扯斷等情況。鋼軌焊縫超聲波探傷儀對(duì)有些小范圍的灰斑，因回波偏弱有時(shí)可能出現(xiàn)探測(cè)不到或漏探等情況。 而像夾渣、未焊合、過燒、欠燒等屬于鋼軌較嚴(yán)重缺陷，比灰斑嚴(yán)重，大多需要鋸斷重焊。夾渣和未焊合一般可能由于斷閃引起；過燒是因?yàn)閰?shù)提供熱量過大，需要減少提供熱量的相關(guān)參數(shù)時(shí)間、電流、電壓和推送速度等；而欠燒恰好和過燒相反。

圖1 鋼軌焊縫斷口處灰斑

由于閃光焊的大電流爆破，焊接后內(nèi)部組織晶粒普遍粗大，達(dá)不到鋼軌上線標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)其進(jìn)行正火(二次加熱處理)，其目的在于使得鋼軌焊接組織內(nèi)部晶粒細(xì)化和碳化物分布更均勻，形成更為細(xì)小的奧氏體組織，可以明顯提高接頭延伸性和抗沖擊性，同時(shí)對(duì)焊接殘余應(yīng)力有重新調(diào)整的作用，對(duì)緩解焊縫區(qū)域的應(yīng)力集中有一定效果?，F(xiàn)階段主要采用火焰正火(氧氣乙炔一定比例燃燒提供熱量)和正火車電磁感應(yīng)正火方法。電磁感應(yīng)正火比火焰正火提供的熱量更加均勻，細(xì)化晶粒水平更高，接頭質(zhì)量提高更穩(wěn)定，而且不受大風(fēng)、風(fēng)沙等相對(duì)惡劣天氣的影響。

1.2 移動(dòng)氣壓焊

移動(dòng)氣壓焊主要是氣壓焊軌車設(shè)備，其原理類似傳統(tǒng)的小型氣壓焊。利用乙炔氧氣提供適當(dāng)熱量，最后通過指定的壓力將熔化的軌端擠壓到一起達(dá)到焊接的目的。

影響氣壓焊焊接質(zhì)量最關(guān)鍵的就是氧氣乙炔的質(zhì)量、壓力、燃燒提供的熱量和兩鋼軌端面的處理。其最不可控制的焊接缺陷就是光斑，和端面處理是否規(guī)范有很大關(guān)系；還有就是夾渣問題，是因?yàn)槎嗣嫣幚聿桓蓛?，可能有油、沙、土、鐵屑等雜質(zhì)；假焊或未焊合是因?yàn)轫斿懥窟^大，將熔化的有益鐵水組織擠出過多，剩下凝結(jié)部分不足以提供大荷載作用。

氣壓焊焊軌的正火工藝和氣壓焊軌有一定的相同部分，用氧氣乙炔燃燒進(jìn)行二次加熱，氣壓焊和其正火工藝最怕雨天遮擋不嚴(yán)實(shí)和風(fēng)天擋風(fēng)不徹底，焊接過程和焊頭一旦被雨水澆灌或大風(fēng)影響，容易造成焊接不良的不合格焊頭。

由于氣壓焊焊接和正火一體化，而氧氣乙炔的質(zhì)量不定和壓力受穩(wěn)定影響，不同環(huán)境燃燒提供的熱量不同，對(duì)火焰要求很是嚴(yán)格，鋼軌焊接需要的熱量全部由人員眼睛觀察調(diào)控，這對(duì)于觀火人員和控火參數(shù)要求很高。當(dāng)然，焊接質(zhì)量的穩(wěn)定和外觀平順與焊軌車參數(shù)、性能及自然條件等也有關(guān)系。

1.3 鋁熱焊

鋁熱焊主要以輕便、簡(jiǎn)易、高效率、快速焊接而被運(yùn)用廣泛，鋁熱焊接是采用鋁和重金屬氧化物的混合物為焊劑，通過氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)鑄造工藝。

圖2 鋁熱焊原理

鋁熱焊的藥劑很關(guān)鍵，焊劑的化學(xué)成分以碳、硅、錳元素為主要元素，用其他微量元素調(diào)解焊縫的金屬的強(qiáng)度、硬度、韌性等綜合性能，還有不同元素的粒目不同，其最后反應(yīng)效果也是不一樣的，選擇質(zhì)量可靠的藥劑是保證焊接質(zhì)量的核心。藥劑的反應(yīng)不充分，反應(yīng)后有其他雜質(zhì)成分未及時(shí)完全排出，夾雜在鋼軌焊縫之中，就形成夾渣缺陷，還有夾沙、沙眼的缺陷大多是因?yàn)樯迟|(zhì)模具上的掉落物夾雜焊縫中間。

提高鋁熱焊焊接要求，把控焊接質(zhì)量。其焊接工藝要求有：預(yù)留合適軌縫和一定的預(yù)拱度，夾具要卡緊，坩堝要干凈完好無損無潮，與鋼軌接觸密封完好，焊劑要合格，焊前預(yù)熱溫度要達(dá)標(biāo)，焊接過程要注意安全距離，焊后拆解和打磨要嚴(yán)格把控等。

2 無縫線路鋼軌焊接的現(xiàn)場(chǎng)條件

鋼軌長(zhǎng)度受制于制造、運(yùn)輸、鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)，而現(xiàn)場(chǎng)施工采取天窗封鎖及施工環(huán)境隨機(jī)等特殊條件下，無縫線路現(xiàn)場(chǎng)焊接需要克服的問題也比較多。

天窗時(shí)間短，施工人員相對(duì)少，前打磨——拉軌——鋸軌——焊軌——正火——后打磨——探傷等閃光焊軌工作流程中，作業(yè)人員流動(dòng)性比較大，作業(yè)施工時(shí)間節(jié)點(diǎn)不能同步進(jìn)行，需要前后相互配合。單量人員所需付出的工作強(qiáng)度大。

遇夜晚、隧道、降雨、刮風(fēng)或揚(yáng)沙等惡劣天氣時(shí)，作業(yè)人員難免會(huì)受到這些惡劣環(huán)境的影響，再加上環(huán)境對(duì)焊接過程也有一定程度的影響，焊接難度系數(shù)會(huì)因天氣環(huán)境惡劣而變大。

現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)作業(yè)人員相對(duì)不足，勞務(wù)派遣工等作業(yè)人員的專業(yè)性不能完全保證，難免會(huì)出現(xiàn)一些漏洞和誤差。這就需要作業(yè)人員的仔細(xì)檢查和專業(yè)指導(dǎo)，還有增加安全防護(hù)等來保證施工安全順利。

單元軌節(jié)100m，通過廠焊焊接成500m，再由專業(yè)運(yùn)輸車送至現(xiàn)場(chǎng)，軌條卸到砟肩區(qū)域時(shí)，存在幾米的誤差，需要通過拉軌裝置將兩根500m軌條拉至特定位置，保證軌頭間距恰當(dāng)，有時(shí)還需要鋸軌等其他輔助，才能開始焊接成1km或1.5km。

遇高溫脹軌，彎道曲線半徑過小，超高大，砟肩鋼軌傾斜、彎曲，不平順、不順直時(shí)都需要提前調(diào)整，這也是保證焊接質(zhì)量的前提條件。

低溫條件下對(duì)焊接工藝的影響也是很普遍的，規(guī)定零度以下不易焊軌。當(dāng)出現(xiàn)特殊情況確實(shí)需要焊軌補(bǔ)修補(bǔ)焊時(shí)，閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊都需要對(duì)鋼軌兩端兩米部分焊前加熱至50℃左右，對(duì)焊機(jī)液壓部分還要提前預(yù)熱，保證焊接和推溜壓力；同時(shí)氣壓焊還要采取防風(fēng)保溫措施，對(duì)氧氣乙炔瓶采取水浴加熱、毛巾熱敷、熱水袋熱敷加熱保溫；鋁熱焊可能還需要提供防火保溫帳篷等措施。

3 結(jié)束語

通過對(duì)這3種鋼軌焊接的研究發(fā)現(xiàn)，閃光焊有應(yīng)用程度廣泛、自動(dòng)化程度高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、效率快等優(yōu)點(diǎn)；氣壓焊有焊接質(zhì)量高、起終點(diǎn)的高效焊接、焊軌正火降溫一體化程度高等優(yōu)點(diǎn)；鋁熱焊有工藝簡(jiǎn)單、攜帶方便、不同材質(zhì)鋼軌、新舊鋼軌焊接不受限制、搶焊搶修使用率高等優(yōu)點(diǎn)。綜合3種主要焊接方式，合理分配每種焊接方法，使得每種焊接都能夠根據(jù)自身特點(diǎn)發(fā)揮其良好的功能，為我國(guó)鐵路無縫線路的鋪設(shè)、更換和維修提供應(yīng)有的便利和可靠保障。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，無縫線路鋼軌的鋪設(shè)和焊接依舊會(huì)是我國(guó)鐵路發(fā)展重要的組成部分。