钢轨现场焊接的焊头正火打磨工艺方案制定及缺陷分析

刘宁

【摘 要】 由于钢轨热胀冷缩的特性，以及野外施工环境条件的不同，钢轨现场焊接的各个环节都影响着焊头质量，为使焊头达到铁标要求，在正火及打磨环节应控制起拱量、温度、打磨量等因素，避免出现高低接头、正火温度不均匀、裂纹等施工缺陷，达到减少返工及提高焊头质量的目的。

【关键词】 钢轨焊接 正火 打磨 起拱量 高低接头 裂纹 探伤

1 引言

一个合格的焊头需要经过下列工序方能获得：松扣件垫滚筒→应力放散（锁定焊）→焊前打磨→对轨焊轨→粗磨→轨底探伤→焊头正火→紧扣件→精磨→整体探伤→修轨（打磨、正火），各个工序都会对最终焊头质量造成影响。在钢轨现场焊接的施工过程中，常常因为焊头出现高接头、低接头、正火温度不均匀、裂纹、接头探伤显示超标等焊头质量缺陷，出现返工，耗费了大量的人力财力物力，有时甚至影响到交验工期。

2 典型焊头质量缺陷的产生原因及解决方法

2.1 高接头

用一米型尺测量，轨头上面起拱量大于0.3mm，称之为高接头。高接头可以通过后续正火及打磨环节得到合格焊头。但过高的起拱量，如正火精磨后的拱量大于1mm的焊头，增加了后续环节的工作量。

2.1.1 高接头产生原因

2.1.1.1 钢轨焊接时，在对轨及夹持钢轨时，向上提得过高，造成起拱量过大。

2.1.1.2 焊头正火后，没有及时测量起拱量，采取用液压弯轨器适当下压接头顶部及锁紧相应扣件。

2.1.1.3 焊头精磨时，没有根据当时环境温度及钢轨温度确定打磨余量，过大的起拱量可以经打磨减小。

2.1.2 高接头解决方法

2.1.2.1 正火和打磨操作人员应及时将后续焊头质量情况反馈给焊轨机操作人员，控制焊接环节的起拱量。

2.2.2.2 焊头正火后，及时测量起拱量，采取用液压弯轨器适当下压接头顶部及锁紧相应扣件。保证轨头上面起拱量4mm-5mm，行车面0.3mm以内（此时温度要保证在450℃以上）。

2.2.2.3 焊头精磨时，增加打磨量。

2.2 低接头

用一米型尺测量，轨头上面起拱量低于0mm，称之为低接头。在施工中应避免出现低接头。

2.2.1 低接头产生原因

2.2.1.1 钢轨焊好精磨后，经过一段时间的热胀冷缩内部应力作用，及线上行车对焊缝的碾压，焊头会产生下降。为了避免在工程交验出现低接头，在正火时应控制起拱量，在精磨时预留打磨余量，保证交验合格。

2.2.2 低接头解决方法

2.2.2.1 获得焊接环节的理想起拱量，并做到正火和打磨操作人员与焊轨机操作人员及时沟通反馈。

2.2.2.2 在正火环节，熟练运用液压正轨器及撬棍进行校正，使用1米专用型尺及塞尺，保证轨头上面起拱量4mm-5mm，行车面0.3mm以内（此时温度要保证在450℃以上）。

2.2.2.3 在精磨环节，用钢轨精磨机及磨头砂轮，打磨钢轨轨头焊缝位置顶面上行车面，使轨头焊缝与轨头形状一致。使用1m型尺及塞尺，保证起拱量留0.6mm-0.8mm，温度高可留0.8mm-01mm，打磨方向与钢轨轴向长度方向同向。精磨范围在1m以内。

2.2.2.4 如出现低接头，允许再正火二次。利用钢轨的特殊形状，即轨头截面积大轨底板截面积小，加热后冷却是轨底板先回缩形成起拱量来改善低接头。

2.3 焊头正火温度不均匀

2.3.1 正火温度不均匀的原因

2.3.1.1 加热器火孔大小没有调整好，造成焊头轨头与轨底的温度不一致。严重的会出现轨底过烧，造成焊头报废。

2.3.1.2 加热器局部火孔因积碳产生堵塞，造成局部加热温度低。

2.3.1.3 加热器出火孔距钢轨各部分间隙没有保证基本一致，致使钢轨温度不均匀。

2.3.1.4 氧气与乙炔的混合比不正确，加热热量不充分。

2.3.1.5 正火操作人员不熟练，不能正确调整加热器，调整混合比，摆火动作不正确。

2.3.2 焊头正火温度不均匀的解决方法

2.3.2.1 培训正火操作人员，能够正确调整加热器，调整混合比。

2.3.2.2 加热焊缝以内60毫米钢轨，正确使用测温仪，U75V控制在900--920℃， U71Mn控制在870--900℃。

2.3.2.3 要求轨头轨腰轨底板温度基本一致，轨底板温度允许高50℃以内，避免过烧。

2.4 焊头裂纹

2.4.1 焊头裂纹产生的原因

2.4.1.1 钢轨焊接完成后，由于钢轨冷却过程中的回缩，造成轨底焊缝裂纹。

2.4.1.2 由于松扣件垫滚筒环节扣件没有完全松完，滚筒没有按规定间隔放置，在焊机拉钢轨对轨的过程中产生一个向后的拉力，造成焊接完成后轨底焊缝裂纹，也可能在正火后造成轨底焊缝裂纹。这个问题，在低温环境特别是在锁定焊时多有发生。

2.4.1.3 在低温条件及锁定焊正火时没有注意焊缝前后各20扣以外应锁紧5对扣件以上，以致加热时钢轨回缩产生裂纹、拉细焊缝甚至拉断焊缝。

2.4.2 避免焊头裂纹的方法

2.4.2.1 钢轨焊接最好采用保压推瘤的方法，利用焊轨机保压推瘤的功能，焊头焊好后维持5分钟的压力，待焊头温度下降到350℃以下时松开钢轨。

2.4.2.2 焊接前应确认扣件完全松完，滚筒按规定间隔放置。

2.4.2.3 焊头正火前确认焊缝前后各20扣以外应锁紧5对扣件以上。

2.5 接头探伤显示超标

2.5.1 接头探伤显示超标的原因

2.5.1.1 由于正火温度不均匀，焊缝内部金相组织不一，粗晶反射现象造成显示超标。

2.5.1.2 焊头轨头轨底打磨没打磨平，在凹凸部造成显示超标。

2.5.1.3 焊头轨底露头的小灰斑、小夹渣造成探伤显示超标。

2.5.1.4 焊头轨底打磨棱角没做好园弧过度，在棱角处造成探伤显示超标。

2.5.2 解决焊头接头探伤显示超标的措施

2.5.2.1 保证焊头正火温度均匀，温度达到规定要求。

2.5.2.2 焊头打磨按规定打磨到位。

2.5.2.3焊头轨底露头的小灰斑、小夹渣有一部分可以通过加大打磨量消除。

3 钢轨现场焊接的正火及打磨工艺方案制定

通过以上的分析，影响钢轨焊缝接头质量的因素，包括人、机、料、法、环的各个方面，制定详细的、定量的钢轨现场焊接的正火及打磨工艺方案，对提高焊头质量的一次合格率，减少返工造成的损失，有很大的现实意义。

以下为钢轨现场焊接的正火及打磨工艺方案。

3.1 钢轨焊头正火工艺方案（以60轨为例）

3.1.1 待轨温冷却至300℃以下，焊缝两端松开15-20扣，打压机垫入150-175mm木头方墩。

3.1.2 打粗磨，打磨轨底板上面、侧面及轨底面。

3.1.3 如锁定焊，需加入探伤工序，判定是否伤头。

3.1.4 固定加热器，保证加热器出火孔距钢轨各部分间隙基本一致。

3.1.5 开启氧气乙炔控制箱。

3.1.6 用点火器点燃加热器。

3.1.7 摆火，移动距离60mm，加热时间3.5分钟至5分钟。

3.1.8 测温，当温度达到870℃--900℃即达到加热温度。测温部位为轨头正中及轨底板三角区上部。

3.1.9 加速摆几次火，关闭氧气乙炔控制箱，停火。

3.1.10 快速取下加热器及摆火架。

3.1.11 快速用压机取下垫块。

3.1.12 快速用1米专用直尺及塞尺测量轨头上面起拱量及行车面。

3.1.13 快速用液压正轨器进行校正，使用1米专用型尺及塞尺，保证轨头上面起拱量4mm-5mm，行车面0.3mm以内（此时温度要保证在450℃以上），并锁紧扣件。

3.1.14 自然冷却，允许吹风。特殊情况（如夏季温度高），温度降至300℃以下，可以淋水降温。

3.1.15 接下进行精磨及测量，保证轨头上面起拱量0.6mm-1mm，行车面0.2mm以内。完全冷却后，轨头上面起拱量会降至0.2-0.6mm，通过以后修轨可避免低接头。

3.2 钢轨焊头打磨工艺方案（以60轨为例）

打磨共分粗打磨、精打磨及修轨。

3.2.1 粗打磨工艺方案

3.2.1.1 钢轨焊接完成，待焊缝温度降至300℃以下。

3.2.1.2 启动小型发电机，在合适位置放置电源插板。

3.2.1.3 机车及焊机后退25m以外。

3.21.4 用压机起轨，垫好垫块。

3.2.1.5 用棒砂轮机及粗砂轮，打磨钢轨焊缝位置轨底板三角区，使焊缝与轨底板三角区形状一致。打磨方向与钢轨轴向长度方向同向。

3.2.1.6 用棒砂轮机及粗砂轮，打磨轨底，将轨底焊缝打平。

打磨方向与钢轨轴向长度方向同向。如夜间，需通过头灯照射轨底位置，用镜子反射看清轨底进行打磨。

3.2.1.7 锐边倒角。

3.2.2 精打磨工艺方案

3.2.2.1 钢轨正火完成，待焊缝温度降至300℃以下。

3.2.2.2 启动小型发电机，在合适位置放置电源插板。

3.2.2.3 机车及焊机后退25m以外。

3.2.2.4 用压机起轨，取下垫块，水平落入轨枕。

3.2.2.5 用钢轨精磨机及磨头砂轮，打磨钢轨轨头焊缝位置顶面上行车面，使轨头焊缝与轨头形状一致。使用1m型尺及塞尺，保证起拱量留0.6mm-0.8mm，温度高可留0.8mm-01mm，打磨方向与钢轨轴向长度方向同向。精磨范围在1m以内。

3.2.2.6 用钢轨精磨机及磨头砂轮，打磨轨头内行车面，使轨头内行车面焊缝与轨头行车面形状一致，使用1m型尺及塞尺，保证行车面直线度为0到0.2mm。打磨方向与钢轨轴向长度方向同向。精磨范围在1m以内。

3.2.2.7用钢轨精磨机及磨头砂轮，打磨轨头非行车面，使轨头非行车面焊缝与轨头非行车面形状一致，打磨方向与钢轨轴向长度方向同向。精磨范围在1m以内。

3.2.2.8 精磨时注意圆弧过度。

3.2.3 修轨工艺方案

3.2.3.1 高接头处理

打磨钢轨轨头焊缝位置顶面上行车面，使轨头焊缝与轨头形状一致，起拱量为0-0.2mm，要求控制到上限。打磨方向与钢轨轴向长度方向同向。修轨范围在1m以内。

打磨轨头内行车面，使轨头内行车面焊缝与轨头行车面形状一致，保证行车面直线度为-0.2到0.2mm。打磨方向与钢轨轴向长度方向同向。修轨范围在1m以内。

3.2.3.2 低接头处理

再次正火按正火工艺，如正火后起拱量大按高接头处理。

4 总结

经过京沪高铁、海南东环线、汉宜高铁、宁杭高铁等工程的实践摸索，通过进行细致的实验分析，找出影响焊头质量的因素，制定详细的、定量的钢轨现场焊接的正火及打磨工艺方案，施工进度得到加快，一次合格率大大提高，返工率控制到了很小到范围，焊头质量得到了保证，产生了很好的综合效益。

参考文献

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