摘 要：針對目前地鐵鋼軌焊接接頭采用氧乙炔火焰熱處理后接頭質(zhì)量不穩(wěn)定問題，介紹具有中頻感應(yīng)正火功能的移動式鋼軌正火車。采用軌頭溫度和時間雙控模式，降低終了軌頭溫度，縮短高頻階段時間等工藝參數(shù)，獲得了良好的焊后熱處理效果，順利通過型式實驗，并在地鐵施工過程中得到良好應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地鐵鋼軌焊接；感應(yīng)正火；正火參數(shù)；地鐵施工

中圖分類號：U213 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）08-0053-03

1 運用現(xiàn)狀

地鐵鋼軌焊接接頭焊后熱處理時絕大部分采用氧乙炔火焰正火方式[1]，此方式采用人工操作實現(xiàn)加熱器的掛載、對位、點火、調(diào)節(jié)氣體配比及流量，通過人工測溫或加熱時間來控制加熱溫度。受限于鋼軌異性截面和火焰加熱的特點，軌頭和軌底三角區(qū)通常存在未正透的現(xiàn)象。該區(qū)域內(nèi)部組織部分易發(fā)生相變，晶粒較粗，使鋼軌焊接接頭整體力學性能變差。

2 移動式鋼軌正火車

移動式鋼軌正火車是采用中頻電磁感應(yīng)加熱工藝對鋼軌焊接接頭正火熱處理的專用設(shè)備，主要用于地鐵鋼軌正火作業(yè)，也可用于基地內(nèi)的固定式鋼軌正火作業(yè)。該車型配備的電驅(qū)式走行平板車，可實現(xiàn)低速連掛、自走行，適用于小曲線、大坡道的地鐵線路。

加熱器采用分離式線圈結(jié)構(gòu)，作業(yè)時線圈閉合，鋼軌由于產(chǎn)生渦流而被加熱。此加熱方式可有效克服火焰正火時的火孔狀態(tài)、氣體質(zhì)量、氣流流量等不利因素的影響，使得焊縫晶粒組織細膩[2]。

2.1 設(shè)備構(gòu)成

移動式鋼軌正火車主要由電驅(qū)走行平板車、鋼軌感應(yīng)正火機組構(gòu)成，如圖1所示。其中電驅(qū)走行平板車由操作臺、牽引傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、車架、照明等組成。鋼軌感應(yīng)正火機組由正火主機、起重機、柴油發(fā)電機組、電氣控制柜、冷水機、空氣儲罐、艙體等組成[3]。

2.2 技術(shù)參數(shù)

移動式鋼軌正火車設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3 鋼軌正火車工藝調(diào)試思路

鋼軌閃光焊后，焊接接頭組織尤其是奧氏體組織晶粒粗大，塑韌性大幅下降。數(shù)據(jù)表明，焊縫及附近區(qū)域奧氏體晶粒度達到2～3級，沖擊功一般只有母材的30%～40%，塑性為母材的50%～60%。為解決上述問題，需要將焊接接頭進行焊后熱處理。

采用移動式鋼軌正火車中頻電感應(yīng)方式加熱，使其晶粒度等級和接頭力學性能滿足TB/T1632的相關(guān)要求，具體要求為：①軌頭加熱溫度為900±20℃。②軌頭與軌腳溫差≤50℃。③軌頭、軌腳邊緣部位晶粒度不低于8級，軌底三角區(qū)不低于6級。④鋼軌全端面溫度均勻，滿足探傷檢驗要求。

移動式鋼軌正火車正火記錄曲線如圖2所示，曲線包含5個階段，其中0～3階段均包含階段時間、軌頭溫度、軌腳溫度、頻率、電流等工藝參數(shù)，階段4為噴風階段，采用壓縮空氣的欠速淬火方式，包含階段時間和噴風壓力等工藝參數(shù)。

4 鋼軌正火車現(xiàn)場調(diào)試試驗

上海地鐵15號線正線段使用60 kg/m鞍鋼U75V熱軋鋼軌。采用軌頭溫度與正火時間雙控模式開展此次正火工藝的參數(shù)調(diào)試，分別設(shè)置3種正火工藝參數(shù)進行正火試驗，每組試驗正火3個焊接接頭，試驗結(jié)果記錄見表2～表7。

4.1 第一種正火參數(shù)及結(jié)果

表2、表3中階段0和階段1為低頻階段，階段2和階段3為高頻階段，參數(shù)試驗過程中，鋼軌軌底升溫過快，嘗試增加低頻加熱時間，提高軌頭芯部溫度，為高頻熱傳導提高足夠熱量。

4.2 第二種正火參數(shù)及結(jié)果

表4、表5中加長低頻階段時間，低頻狀態(tài)熱透距離深，軌頭芯部受熱。提高軌頭芯部受熱時間，可使軌頭溫度進一步提升，故軌頭、軌腳溫差變小?？紤]采用軌頭溫度和時間雙控模式，嘗試降低終了軌頭溫度，縮短正火高頻階段時間。

4.3 第三種正火參數(shù)及結(jié)果

表6、表7中降低終了軌頭溫度，軌頭軌腳溫差進一步縮小。

經(jīng)過以上3組試驗，最終選用表7中的第三種正火參數(shù)，對37組型檢鋼軌全部進行焊后熱處理，順利通過鋼軌焊接型式檢驗，各項檢測數(shù)據(jù)均滿足TB/T1632.2中相關(guān)要求。

5 地鐵施工工序

地鐵線路曲線半徑小，設(shè)計時速低，多采用25 m定尺鋼軌進行鋪設(shè)，焊后接頭數(shù)量多。采用新型的移動式鋼軌正火車，可減少氧-乙炔氣體的使用，提高施工的經(jīng)濟性和安全性。同時采用自行式平板車，不需另配置軌道車，可單獨正火施工，運用靈活。

合理的施工工序既能保證施工效率，也能保障接頭焊后熱處理質(zhì)量。移動式鋼軌正火車在地鐵施工作業(yè)中作業(yè)工序如下：①正火作業(yè)車自走行，作業(yè)側(cè)輪對預(yù)對位鋼軌焊縫。②打開液控翻轉(zhuǎn)門，吊放正火機頭，鋼軌抬離道床。③啟動正火管理軟件、遠程故障檢測平臺、中頻電源、液壓泵站、工業(yè)冷水機。④正火機頭張開夾緊裝置，落下機頭，線圈夾緊，微調(diào)線圈平移機構(gòu)，確保紅外測溫位于軌縫中央。⑤正火啟動。⑥正火結(jié)束，焊后噴風，張開線圈，升起正火機頭。⑦檢查接頭外觀，撤放起道機，鋼軌落槽。⑧正火作業(yè)車駛向下一作業(yè)點。⑨重復(fù)步驟4～8。正火工序時間表如表8所示。

6 結(jié)束語

適當延長低頻加熱時間，提高軌頭芯部受熱狀態(tài)，能有效降低軌頭軌腳的溫差。調(diào)試后的移動式鋼軌正火車運用于地鐵鋼軌焊后熱處理，提高了施工作業(yè)的安全性和經(jīng)濟性，并保障了鋼軌焊后熱處理質(zhì)量的穩(wěn)定。

參考文獻

[1] 宋甜，夏彬，陳曉琳.鋼軌焊后熱處理方法的應(yīng)用與分析[J].電子制作，2014，22（3X）：206-207.

[2] 宋宏圖，李周玉，官有文，等.U71Mn鋼軌焊后火焰正火與感應(yīng)正火接頭性能對比[J].材料熱處理技術(shù)，2009（24）：140-142.

[3] 劉曉磊，周濤，李賢元，等.地鐵鋼軌感應(yīng)正火作業(yè)車的研制[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2020（5）：31-33.