向莆铁路现场移动式闪光焊接工艺

张先文

前言：新建铁路向莆线（XPFJ-5标段：长庆～福州段DK454+100～DK543+674.01、永泰～莆田段DK489+460～DK545+875.699）正线铺轨280公里，其中无碴轨道140公里。正线采用一次铺设跨区间无缝线路，钢轨焊接采用闪光焊，长钢轨焊接长度不小于500m，钢轨焊接前均已进行焊接试验，钢轨焊接质量、力学性能指标符合国家现行标准《钢轨焊接》（TB/T1632）的规定，所有焊头进行打磨，且焊接接头平直度满足设计要求。

(关键词：铁路、焊接、工艺)

中图分类号：F530文献标识码： A

随着我国铁路交通运输能力的大力发展，无缝线路已成为现代化铁路施工中的重要内容，其中闪光焊接因内部质量与外观质量均良好，成为高速铁路、普速铁路、城市轨道交通等无缝线路施工中最具优势的钢轨焊接方法。

一、原理：钢轨闪光焊接又分为工厂闪光焊接和现场闪光焊接。闪光焊接的原理是：钢轨装配成对接接头，钢轨在动静夹具中加紧。接通焊接电源，然后移动可动夹具，使其端面逐渐移近达到局部接触，即开始通电加热，并有接触点，利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端面在一定深度范围内达到预定温度时，动夹具突然加速，以很大的压力使钢轨端面相互挤压，焊接区发生强烈的塑性变形，结合面相互结晶，从而形成牢固的接头。

二、型式检验、周期性检验：现场移动式闪光焊接在开始施工前要掌握钢轨的生产厂家和炉号，认真分析长钢轨母材的化学成分、机械性能、金相组织等资料。按照所分析的结果设定初始的焊接参数，然后通过焊头落锤实验结果和对断口的分析，对焊接参数进行调整，通过实验和调整的不断循环，直至最后能够达到铁标要求，完成钢轨焊接型式检验。移动式闪光焊接每焊接500个焊头要按要求进行周期性检验，符合要求后才能继续焊接施工。

三、工艺：现场闪光焊接又分为单元焊接与锁定焊接，以UN-150焊机为例，其工艺流程为：作业准备→拉轨→前打磨、除锈→顺轨、垫轨→焊机对位→焊接→焊缝正火、调直→粗磨→打磨→探伤→施工现场清理。

1、作业准备主要是施工前钢轨扣配件的拆除、钢轨轨底垫放窜轨滚筒，主要注意扣件要拆除彻底，钢轨处于完全悬空状态，以便焊接过程中活动端钢轨能够自由窜动。

2、拉轨主要是当两待焊钢轨断面距离超过10mm时，借助钢轨拉伸器等设备将活动端钢轨窜动至端面距离一公分以内。

3、前打磨、除锈作业是将钢轨端面用端磨机磨平，达到端面±0.15mm，并清除钢轨轨腰距端面700mm（根据不同类型焊机的夹钳位置确定）范围内铁锈，露出85%以上金属光泽，以增加电极的导电性能。在现场施工过程中端面平直度往往不被重视，但通过多次型式检验试验，钢轨端面平直度队焊接质量的影响很大，平直度符合要求时，焊接起弧从整个端面起弧，加热均匀，相反则起弧从局部起弧，加热不均匀。

4、垫轨、顺轨是保证焊接外观质量的关键工序，首先在距固定端钢轨端面3.15m（根据焊机类型和焊机装载位置确定）处轨底垫放枕木(在无砟轨道时用160mm厚方木),使钢轨轨底高出承轨槽75mm,在距固定端长轨端4.9m处轨底垫放枕木(在无砟轨道时用160mm厚方木),使钢轨轨底高出承轨槽75mm,并用木楔顺坡，以免钢轨发生变形，活动端钢轨根据固定端高度垫轨,距活动端钢轨端面3m、8m、15m、25m处各垫1个枕木头和放散用滚筒（在无砟轨道时用100mm厚方木和放散用滚筒），必要时用木楔、扳钩等调整钢轨垫高度和扭曲，以保证活动端30m钢轨与固定端钢轨平顺，在固定端安装轨距拉杆，以保证轨距符合要求。

5、焊机对位，现场移动式闪光焊机装载在平板车上，每班由调车员联系和协调，将移动式焊轨机和工班作业人员运抵焊接作业区，载有移动式焊轨机的平板车第一个轮对距焊接中心线为3.5米左右，移动式焊轨机对位完成后，焊接作业人员应迅速打上平板车支腿。焊机对位要把行车安全放在第一位，对位过程一定要缓慢平稳。

6、焊接施工步骤：⑴打开焊轨机吊臂系统，移出焊轨机；⑵对焊轨机进行日常检查和保养检查，检查发电机组机油等是否在规定范围之内，启动发电机组，检查发电机组的输出电压等是否在规定范围之内，启动配电柜24V直流电源和配电柜焊轨机主电源；⑶启动焊轨机，启动焊轨机功能按钮，启动焊接电源、液压泵站和冷却装置，确认控制面板焊轨机状态显示正常；⑷确认焊接参数设置为焊接型式检验确定的参数；⑸焊接之前再次检查钢轨端面垂直度和钢轨端面、轨腰导电面除锈质量，不符合工艺要求的必须重新进行处理。⑹钢轨就位必须保证两根钢轨纵向处于一条直线，保证轨端间隙小于10mm。焊轨机对位通过操作焊轨机吊臂系统实现，必须保证动架侧钢轨伸出长度为20mm左右。⑺钢轨的夹紧是通过手动选择模式开关进行，夹紧后检查轨顶和工作边是否平直，如果不符合要求，松开夹钳在轨腰处垫放导电性能良好的垫片后重新夹紧，再次检查工作边是否平直，如果还不符合要求再次调整直至符合要求，轨顶平直度可通过焊机固定端和活动端分别提升调整至符合要求。⑻钢轨夹紧之后，方可启动自动焊接按钮，钢轨焊接程序自动进行。焊接过程完成后实际参数偏离正常范围的焊接接头，应锯切重焊。⑼焊接结束之后，必须迅速提起焊轨机，清除焊瘤，检查焊接接头的外观质量，左右高低错牙超过要求锯切重焊，并用石笔写下焊接接头编号。

7、焊头正火，焊头正火是钢轨焊接的重要工艺，主要目的是细化焊头处及热影响区钢轨晶粒，提高焊头处及热影响区钢轨的韧朔性，在现场闪光焊接中还要利用焊头的温度调整焊头的平直度。⑴正火前，应用光电测温仪测量焊头温度，焊头温度应降至500℃以下，并用开口1m型尺检查钢轨平直度，确定垫轨位置和高度，目前现场闪光焊接主要利用氧气--乙炔加热器对焊接接头进行加热，轨头加热至型式检验确定轨温后，再自然冷却。⑵正火操作应按以下步骤进行：在焊头前后钢轨下根据已测焊头的平直度选定位置垫上短枕木头。将火焰加热器、流量控制箱、乙炔过滤器、乙炔瓶、氧气瓶和冷却水泵用胶管连接并检查密封性；将正火架放置在钢轨上，将火焰加热器放置在正火机架的圆柱形导杠上，调整加热器与钢轨表面间隙，使得间隙均匀、对称之后锁定；启动冷却水泵；调节加热器的位置，使焊接接头处于加热器摆动中心，摆动幅度不小于60mm；调节乙炔瓶输出压力为 0.15-0.17MPa，调节氧气瓶输出压力为0.5 MPa，通过控制箱快速开关阀调节乙炔流量、氧气流量为型式检验确定流量；将氧气流量下调爆鸣点火，点火之后氧气流量恢复规定格数，摇火摆动频率控制在60次/秒左右；达到正火温度应同时关闭控制箱快速开关阀，但乙炔比氧气先关数秒；正火加热起始阶段轨头表面中心线温度应在450℃以下，加热终了轨底表面中心线温度应为920℃左右。型式试验确定的钢轨正火工艺参数必须严格执行。光电测温仪探头应垂直被测钢轨表面，每次测量接触时间≤3秒。光电测温仪应轻拿轻放，以防探头损伤，若光电测温仪探头污染，及时用酒精清洗。正火完成后，及时用开口1m型尺检查焊接接头平直度，不符合时利用钢轨自重、钢轨温度应力或借助外力进行调整。

8、粗磨⑴工地接头粗磨作业之前应先测量推瘤余量。根据推瘤余量对接头区域轨非工作面、轨颚、轨底角上表面进行打磨。由于钢轨外形尺寸偏差造成的焊接接头不平顺，可用圆顺打磨方法进行修整。⑵粗磨作业完成，要求接头轨底面、非工作面的打磨余量为0～+0.5mm。轨底应进行打磨，轨底角上表面焊缝两侧各150mm范围内及距两侧轨底角边缘各35mm范围内应进行打磨平整，不得打亏。⑶打磨时进给量适当，不得将表面打亏，不得出现发黑和发蓝现象。不得横向打磨，打磨时砂轮片不得跳动，打磨表面须光整、平顺。⑷认真填写《粗磨质量记录表》。

9、细磨⑴工地接头细磨作业应先检查上道工序质量。打磨前应测量焊缝两侧500mm范围内水平和垂直方向的平直度，确定合适的打磨进刀量，然后对焊缝两侧500mm范围的轨顶面和工作侧面进行仿型打磨。⑵细磨使用设备为手推式钢轨仿形打磨机。量具包括1米型尺一把和塞尺一套。⑶细磨作业完成要求焊缝两侧500mm范围轨头表面和内侧工作面的平直度为0～+0.3mm/m (应考虑实际轨温)，同时打磨面应平顺光整，圆弧过渡轮廓应圆顺，不得有明显的突出和棱角。⑷打磨进给量选择应适当，避免出现打磨面发蓝发黑。⑸认真填写《细磨质量记录表》。

10、焊接接头探伤检查⑴接头探伤检验使用超声波探伤仪。⑵探伤时焊缝温度应冷却到50℃以下。每班作业之前必须进行基线校准和灵敏度测试。探测面必须按规定尺寸进行打磨,注足耦合剂。探测轨头和轨底角的缺陷,运用偏20°角的二次波，探测轨头两侧上方的缺陷，采用偏角扫查方式，加强对轨角边缘和变坡点下方缺陷的探测；轨底三角区探测，其探头移动量应大于120mm；轨腰探测，斜探头移动量应大于220mm；直探头探测焊缝中心时应适当移动，发现可疑波形，应调节灵敏度进行检查。做到一看波形显示、二量水平距离、三作波形分析、四定缺陷性质，以防误判或漏检。

11、施工现场清理、每班焊接作业完成后及时恢复线路，安装完扣配件后检查轨距，保证行车安全。

四、总结：现场移动式闪光焊接因作业场所频繁更换，每次焊接作业所处的位置、环境、轨道条件不同，要根据不同的作业环境对焊接作业的每个工序作出适当的调整，这就需要焊接操作人员长期的经验积累，灵活应用。