李明明

摘要：簡(jiǎn)述了鋁熱焊縫溢流飛邊的對(duì)鋁熱焊縫強(qiáng)度的影響，針對(duì)目前鋁熱焊接方法提出了控制措施，通過現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)實(shí)踐證明，能有效的控制焊縫溢流飛邊產(chǎn)生;同時(shí)對(duì)線上鋁熱焊縫溢流飛邊打磨進(jìn)度慢、傷母材、質(zhì)量不高等問題進(jìn)行探索，提出了有效的打磨機(jī)具及作業(yè)方式，通過現(xiàn)場(chǎng)打磨實(shí)踐，打磨效率得到有效提高。

關(guān)鍵詞：鋁熱焊縫、溢流飛邊、控制措施、打磨效率

隨著無縫線路的發(fā)展，鋼軌鋁熱焊接接頭取代了原有的普通接頭，鋁熱焊縫質(zhì)量成為無縫線路安全關(guān)鍵。由于在焊接過程中當(dāng)砂模封箱不嚴(yán)或焊縫不正，澆鑄時(shí)鋼水從砂模和鋼軌之間的縫隙中溢流出來，在焊筋邊緣的鋼軌表面上形成與母材相連的溢流飛邊，溢流飛邊根部容易產(chǎn)生鑄造缺陷，且干擾探傷波，容易造成應(yīng)力集中及傷損漏探，引發(fā)斷軌，影響行車安全。

一、溢流飛邊產(chǎn)生原因及影響

1.溢流飛邊產(chǎn)生原因

⑴待焊焊縫兩端母材磨耗不均。主要原因?yàn)槟ズ能墝?duì)軌時(shí)以軌頂面為基準(zhǔn)，高低差留在軌底，底模砂型安裝后上下偏斜，導(dǎo)致側(cè)模砂型安裝后左右偏斜與軌頭下顎、軌腰或軌底上表面存在間隙，鋼水澆鑄時(shí)從間隙中溢流出來，從而在軌頭下顎、軌腰或軌底上表面產(chǎn)生溢流飛邊。

⑵焊接時(shí)封箱不嚴(yán)。為對(duì)已有形成的間隙，未使用封箱砂進(jìn)行填塞堵實(shí)，鋼水澆鑄時(shí)易產(chǎn)生溢流飛邊，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生跑鐵現(xiàn)象。

⑶砂模制作工藝缺陷。一是砂模出廠時(shí)表面粘貼的高溫棉不規(guī)整，未與砂型邊緣對(duì)齊，在高溫棉邊緣存在間隙。二是在砂型底模板、側(cè)模板粘貼高溫棉的起終點(diǎn)存在殘留固體凝膠，導(dǎo)致砂模安裝完成后由于固體凝膠支撐，使得砂型底模板、側(cè)模板未與鋼軌完全貼合，形成間隙。

2.溢流飛邊對(duì)焊縫的影響

⑴溢流飛邊根部可能存在鑄造缺陷，易形成應(yīng)力集中。一是因溢流飛邊與鋼軌母材相平行，在根部形成折疊夾縫，在列車荷載作用下形成應(yīng)力集中。二是在澆鑄過程中流入縫隙中的鋼水優(yōu)先冷卻凝固，剛水中的氣孔來不及排出，可能在溢流飛邊根部形成疏松或氣孔等鑄造缺陷，加速了裂紋發(fā)展速率，造成安全隱患。

⑵溢流飛邊干擾探傷，易造成傷損漏探。一是溢流飛邊掩蓋焊縫表面缺陷，影響探傷人員對(duì)焊縫外觀的判斷，造成明傷的漏檢。二是軌底下表面缺陷主要用一次波或三次檢測(cè)，上表面缺陷用二次波檢測(cè)，若溢流飛邊與母材、焊筋完全熔合形成棱角時(shí)，探傷時(shí)產(chǎn)生干擾回波，當(dāng)焊縫內(nèi)部存在傷損且與溢流飛邊在同一位置時(shí)，極易誤導(dǎo)探傷人員對(duì)出波的判斷。三是軌底上表面及圓弧探測(cè)面處溢流飛邊影響單探頭聲波的掃查范圍，致使出現(xiàn)焊縫盲區(qū)。

⑶典型事故案例：2018年10月26日包蘭線下行沙坡頭至孟家灣區(qū)間K712+400處曲線上股（左股）鋁熱焊縫拉開。原因?yàn)橐皇呛缚p拉開處裂紋源位于鋼軌軌底上表面三角區(qū)焊筋邊緣，在焊筋邊緣的鋼軌表面有少量溢流飛邊，與鋼軌表面形成8mm長(zhǎng)度折疊裂紋夾縫，鋼軌溢流飛邊跟部形成3×8mm疏松缺陷，造成應(yīng)力集中導(dǎo)致焊縫拉開。二是由于缺陷區(qū)域在焊接邊緣處，缺陷面積小，探傷波形難以發(fā)現(xiàn)。

二、溢流飛邊的控制

1.源頭控制磨耗軌焊接。做好焊接前工作量調(diào)查，主要對(duì)待焊鋼軌磨耗情況進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，選取磨耗相同的鋼軌進(jìn)行焊接，新舊軌焊接時(shí)高低錯(cuò)牙超過5mm時(shí)，嚴(yán)禁焊接，避免由于鋼軌高低錯(cuò)牙砂模偏斜形成溢流飛邊。

2.做好焊接材料的檢查及整修。對(duì)砂模表面粘貼的高溫棉不規(guī)整，重新對(duì)高溫棉進(jìn)行粘貼，確保與砂型邊緣對(duì)齊;檢查砂型底模板、側(cè)模板粘貼高溫棉的起終點(diǎn)是否存在殘留固體凝膠，及時(shí)對(duì)固體凝膠進(jìn)行清除，確保砂模安裝完成后與軌腰完成貼合。

3.嚴(yán)格落實(shí)焊接工藝，提高焊接質(zhì)量。一是磨耗軌焊接時(shí)，對(duì)無法避免出現(xiàn)的軌腰、軌底縫隙使用高溫棉進(jìn)行堵塞，確保與鋼軌母材高度貼合。二是底模、側(cè)模安裝完成后必須使用白卡紙對(duì)軌底、軌腰間隙進(jìn)行復(fù)核，出現(xiàn)縫隙時(shí)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。三是確保封箱質(zhì)量，封箱時(shí)必須使用搗實(shí)棒進(jìn)行密實(shí)性搗實(shí)，并且在封箱完成后由焊接負(fù)責(zé)人對(duì)封箱質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，確保封箱質(zhì)量。

三、溢流飛邊打磨方法探索

1.打磨標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)溢流飛邊分布及對(duì)探傷的影響，制定打磨標(biāo)準(zhǔn)如下：

⑴溢流飛邊打磨時(shí)不得傷及母材，打磨面輪廓應(yīng)圓滑，不得出現(xiàn)凹坑，無明顯微裂紋、剝落掉塊、利器剁傷等痕跡，打磨后必須消除打磨棱角防止出現(xiàn)應(yīng)力集中。

⑵溢流飛邊根部與母材相連其余部分與母材分層時(shí)，這種溢流飛邊可以進(jìn)行剔除。在焊接完成后進(jìn)行精打磨作業(yè)時(shí)，使用扁鏟和小錘在溢流飛邊根部連接處進(jìn)行剔除，剔除后使用角向磨光機(jī)或棒式打磨機(jī)對(duì)軌腰及焊筋處毛刺進(jìn)行打磨處理。

⑶軌底上表面及圓弧探測(cè)面處溢流飛邊打磨時(shí)必須打磨至熔合線，且打磨光滑，確保探傷時(shí)探頭耦合良好。

⑷軌腰、軌底處溢流飛邊打磨至熔合線，突出部分打磨與母材平齊，消除打磨棱角且倒棱圓順。

⑸軌顎打磨后圓滑平順，無棱角、凸起，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中。

⑹軌底角至圓弧處焊筋要打磨成圓弧狀，打磨后圓滑，無棱角、凸起、凹坑。

2.有效的打磨機(jī)具及作用

⑴手錘及扁鏟：主要用于鑿除焊筋兩側(cè)二次棱臺(tái)明顯分層部分，減少打磨工作量。

⑵手持砂輪機(jī)：主要用于焊筋冒口處打磨修理。

⑶角磨機(jī)，安裝2種磨片：安裝1mm厚切割片用于切割凸出澆筑棒（法焊為主）;安裝角磨片主要用于軌底上表面溢流飛邊粗打磨、軌底溢流飛邊打磨及澆筑棒平順打磨。

⑷直磨機(jī)（主要打磨機(jī)具），安裝2種磨頭：安裝剛玉磨頭的，主要打磨軌頭下顎、軌腰、軌底上表面及圓弧部位，打磨速度快，也可用于拋光且不傷母材。安裝合金旋轉(zhuǎn)銼，用于打磨焊接兩側(cè)融合線死角處的打磨。

剛玉磨頭的選用建議。目前常見的剛玉磨頭有三種，分別是棕剛玉、白剛玉、紅剛玉磨頭。三種磨頭的基本情況如下：

棕剛玉磨頭：以釩土、碳素材料、鐵屑三種原料融化制成，韌性好、硬度低，適用于一般碳素鋼、合金鋼削磨。

白剛玉磨頭：以工業(yè)氧化鋁為原料，硬度高、韌性稍低、削切能力強(qiáng)，適用于淬火鋼、高碳鋼、合金鋼削磨。

紅剛玉磨頭：在白剛玉的基礎(chǔ)上增加22%的鉻，韌性比白剛玉高，比棕剛玉低，適用于淬火鋼、高碳鋼、合金鋼精細(xì)削磨。

硬度方面：白剛玉>紅剛玉>棕剛玉

韌性方面：棕剛玉>紅剛玉>白剛玉

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)打磨使用情況，建議使用紅剛玉磨頭。

3.打磨作業(yè)組織

每個(gè)溢流飛邊打磨小組宜由4名作業(yè)人員組成。1#、2#作業(yè)人員負(fù)責(zé)手錘、扁鑿剔除作業(yè)，打磨軌腰、軌顎、軌底上表面溢流飛邊，3#作業(yè)人員負(fù)責(zé)角磨機(jī)切割澆筑棒、焊筋修磨及軌底溢流飛邊打磨，4#作業(yè)人員負(fù)責(zé)磨頭更換、擋火板安裝、鎬窩扒開、回填等配合工作。

作業(yè)人員必須穿戴勞動(dòng)保護(hù)用品，按照相關(guān)規(guī)定正確使用機(jī)具，同一焊縫兩側(cè)同時(shí)打磨時(shí)應(yīng)安裝擋火板進(jìn)行隔開，防止機(jī)具傷人。作業(yè)時(shí)必須隨車攜帶臌包夾板、急救器等應(yīng)急設(shè)備，打磨后發(fā)現(xiàn)疑似傷損必須加固處理，并及時(shí)聯(lián)系探傷進(jìn)行確認(rèn)。

4.作業(yè)流程

溢流飛邊打磨按照“一鏟、二磨、三修”三個(gè)流程進(jìn)行。

“一鏟”：使用手錘、扁鏟鏟除焊筋兩側(cè)溢流肥邊分層部位，減少打磨工作量。

“二磨”：使用角磨機(jī)、手持砂輪機(jī)對(duì)焊接溢流肥邊凸出、較大部位進(jìn)行切割或打磨，使用直磨機(jī)配合剛玉磨頭的對(duì)焊縫焊接兩側(cè)全斷面進(jìn)行打磨。

“三修”：使用合金旋轉(zhuǎn)銼對(duì)軌鄂、焊筋融合線兩側(cè)死角處所進(jìn)行修磨，并對(duì)粗打磨后存在凸出、毛刺進(jìn)行修理，保證各打磨面圓順，消除應(yīng)力集中點(diǎn)。

四、結(jié)束語

經(jīng)采取以上措施，在日常鋼軌鋁熱焊接作業(yè)過程有效控制了溢流飛邊產(chǎn)生控制，提高了鋁熱焊接質(zhì)量。合理的作業(yè)組織配合紅剛玉磨頭的使用大大提高了溢流飛邊打磨進(jìn)度及作業(yè)質(zhì)量，使得每處溢流飛邊打磨節(jié)約10-20分鐘。影響鋁熱焊縫質(zhì)量的因素多種多樣，只有經(jīng)過努力鉆研積累經(jīng)驗(yàn)，不斷實(shí)踐，才能更好的促進(jìn)鐵路安全發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒定強(qiáng)，楊其全，盧觀鍵，邢麗賢，丁偉，黎連修，高春平，胡杰等.鋼軌失效分析和傷損圖譜. 中國(guó)鐵道出版社，2010.6：191-202.