铁路线路移动式闪光焊车焊接工艺探讨

王宏

【摘 要】本文结合闪光焊车对攀钢U75v钢轨焊接型式检验，介绍了YHG-1200型移动式闪光焊车焊接关键工艺、技术及配套的设备机具，闪光焊车应用于我国高速、重载铁路和既有线路大修换轨焊接具有重要的意义。

【关键词】闪光焊车 无缝线路 焊接工艺

引言

无缝线路的铺设在我国铁路发展中具有举足轻重的作用，其铺设过程的关键环节之一是钢轨焊接。钢轨焊接的质量对铁路行车安全和延长钢轨使用寿命具有十分重要的意义。目前，我国铁路铺设的无缝线路，采用先在工厂用闪光接触焊方法焊成500m长轨，再利用长轨列车将500m长轨运输到施工现场，现场焊则采用移动式闪光焊车、气压焊车和铝热焊焊接方法。因闪光焊车焊机自动机械化程度高，焊接后焊缝材质与母材等同，且焊机有质量监控系统，保证每个焊接头质量稳定一致，所以在三种焊接方式中，闪光焊的焊接质量最好。闪光焊轨车的使用解决了线路高速重载对钢轨焊缝的高要求和目前现场焊轨质量不稳定的矛盾，在我国新建高速铁路和既有线路换轨施工中，均推荐首先使用闪光焊接。

YHG-1200型移动式闪光焊车在一个封锁点内（180min）可焊接8-10个钢轨接头，该设备取消了气压焊用乙炔瓶和氧气瓶等具有爆炸危险的设备，实现了现场钢轨焊接的机械化，改善了作业环境，提高了施工人员的劳动安全保护。该车采用494KW发电机组作为动力，安装了较为先进的悬挂式闪光焊机，焊接过程自动控制，具有保压推凸功能，拉伸顶锻力大，有效地保证焊接接头的高质量和高稳定性。

1.工艺原理

闪光焊又称为接触焊，焊接时，将钢轨置于两电极之间，对中加压夹紧，并对钢轨通过电流，利用钢轨及其连接处的电阻加热工件，形成局部熔化或塑性状态，通电结束后，压力继续作用，形成牢固接头。焊接过程不需要填充金属，热影响区小，易获得质量较好的焊接接头。闪光焊的焊头重伤头率很低，质量高于气压焊和铝热焊。

2.工艺过程

焊接工艺包含：焊前钢轨选配，轨端打磨，起拱量的大小，焊接规范（焊接电流、电压、烧化量、顶锻量、焊接时间等）及焊后冷却、正火、调直、检查、打磨、探伤等。

2.1轨端及表面处理：钢轨焊前应对轨头两端进行除锈处理。要求表面光洁，不得有锈斑，出锈打磨量一次不超过0.2mm；对轨腰两侧表面800mm范围内除锈，不得将表面打亏和发蓝现象，使其露出98%以上的金属光泽。如果在此范围有凸出的厂标、生产日期等也必须同时磨平。

2.2焊机焊接：焊接之前必须清洁导电钳口及钢轨夹紧区域，保证良好的电接触。检查钢轨端面垂直度和钢轨端面、轨腰导电面除锈质量。钢轨就位必须保证2根钢轨纵向处于一条直线，焊机对位通过操作焊机吊臂系统实现。对位合格后，接通电源，激活自动焊接程序，分别进入预闪阶段、稳定高压闪光阶段、低压闪光、加速闪光以及顶锻阶段。闪光焊接完成后，钢轨夹紧装置快速松开两钳口，焊机头内的推瘤刀立即进行推瘤，完成一个钢轨接头的焊接。焊接结束后，必须迅速提起焊轨机，清除焊瘤，检查焊接接头的外观质量，发现存在表面烧伤、严重错位、推瘤推亏、裂纹等缺陷，应判为不合格，并作好记录。

2.3正火：钢轨焊接接头需进行焊后热处理。热处理采用（氧气+乙炔）火焰正火。当接头温度降至500℃以下时开始正火。加热器沿焊接头纵向摆动，轨头加热的表面温度一般不超过950℃，轨底角加热的表面温度不低于850℃，钢轨表面正火加热温度采用光电测温仪，并作好正火记录。当焊头温度低于400℃时，立即进行焊接接头的矫直作业。

2.4打磨：利用钢轨打磨机具打磨钢轨焊接接头的轨顶面、侧面，打磨时不宜横向打磨焊缝，且不使钢轨表面“发蓝”。在打磨时若温度高，要暂停打磨，待温度适宜时再进行打磨。利用角磨机对焊缝及其附近轨头侧面、轨脚和轨底进行打磨，适当预留余量，打磨表面不应出现打磨灼伤，焊缝表面无突然起伏。

2.5焊缝探伤检查：利用超声波探伤仪对钢轨焊缝进行探伤检查。检查时要待焊缝自然冷却到50℃以下才能进行。焊缝内部任何部位发现有未焊透、裂纹、夹渣等缺陷时，该焊头必须截锯重焊。

3.设备和机具

闪光焊车应配置必要的设备：锯轨设备、轨端除锈设备、接头矫直设备、打磨机以及热处理装置、发电机组、检测儀器等。焊接所需的主要机具设备见下表。

闪光焊车主要设备一览表

序号 设备名称 型号规格 数量

1 焊轨车 YHG-1200 1

2 轨道车 JY-290 1

3 内燃钢轨仿形打磨机 NMG4.9 2

4 发电机 10kw，380v/220v 2

5 液压直轨器 ZG-800 1

6 氧炔焰正火装置 对开式加热器：SJR-60控制箱：KZ-25 1

7 超声波探伤仪 SDW-900 1

8 直柄砂轮机 Ф150mm，380V 4

9 角向磨光机 Ф100mm，220V 4

10 轨端打磨机 GDM-1.1 2

11 红外测温仪 RayngerTM3i LT 2

12 电子平尺 SEC-1 1

13 起复装置 手动油泵：SYB-2B，复轨器：JYW-1B 1

14 对讲机 TK-3207 4

15 锯轨机 2

16 钻孔机 2

4.人员配备

大机司机2名、轨道车司机2名、设备技术人员及电脑操作员1名、焊机操作人员3名、吊机操作1名、前打磨人员1名、后打磨人员1名、正火人员2名、探伤工1名、施工负责人1名，共计15人。地面配合人员15人。

5.焊接参数选择

闪光焊焊接工艺参数众多，而不同工艺参数对焊接质量的影响是不同的。在工艺试验参数调试过程中主要应用屡试法和正交试验法。屡试法是参考过去的经验，采用反复试的方法逐步分析与调整。利用屡试法调试钢轨闪光焊的众多参数十分费时耗材，且调出的参数组合不一定优佳。正交试验法是从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点。焊接过程中钢轨送进速度的变化对焊接接头质量影响是最大的，进行工艺参数调节时必须严格控制。高压阶段的焊接电压和焊接电流基值对钢轨焊接接头质量影响都不大，在高压阶段主要为钢轨界面增加热输入，采用较低电压闪光有利于提高热输入效率。

5.1参数调节首先建立合理的加热区，消除冷断口（未焊透）和过热组织，然后减少断口的灰斑数量和灰斑面积。焊接接头的落锤质量不仅仅与灰斑缺陷有关，还与焊接接头的温度场、焊接顶锻阶段的顶锻量等因素有关，但灰斑缺陷面积小是焊接接头落锤质量好的必要条件。

5.2加速烧化电压越高，闪光越激烈，焊口被保护越好，因此灰斑会减少。但加速烧化电压太高，在加速阶段烧化的钢轨预留量太多，焊接接头的温度场会变差，因此对于加速烧化电压需要选定在一定的范围，过大或者过小都不行。

5.3顶锻量：随着顶锻量的增加，焊接接头的落锤质量变差，在温度场较窄的情况下，顶锻量越大，焊接接头处越容易出现硬顶的情况，接头处的应力大，易出现微观缺陷而使性能变差，因此在热输入一定的情况下，焊接接头的顶锻量应该有一个最佳值。

5.4高压烧化时间：高压阶段是对钢轨进行预热阶段，预热时间增长，钢轨的焊接温度场好，在低压阶段及加速烧化阶段的闪光也稳定，焊接接头的灰斑面积就会减小。但高压烧化时间长，焊接生产率降低，焊接成本增加。

5.5加速烧化时间：加速烧化时间越长，焊口被氧化的概率增加，同时加速阶段的烧化量越多，在高压、低压阶段形成的合适的温度场被破坏，氧化物在顶锻时很难从焊缝处挤压出来，从而使灰斑面积增加。

5.6高压电流基值：高压电流基值小一点，在高压阶段短路电流就小一些，形成的凹坑就小，钢轨在低压和加速时容易将钢轨端面闪平，灰斑易被挤出，从而灰斑少，落锤质量好。

5.7带电顶锻时间：带电顶锻时间加长，灰斑易于挤出，落锤质量增加，平均灰斑面积减小。

5.8加速末速：加速末速增加，落锤质量变差，平均灰斑面积增加。

5.9保壓时间：在钢轨焊接完成后长钢轨产生较大的拉应力（特别是现场锁定焊焊接接头），此时焊缝温度在900℃以上，焊缝结合强度很低，如果不进行保压，致使焊缝被局部（裂纹源）拉开，在车轮冲击及钢轨应力作用下，焊头快速断裂，因此必须设定保压时间。

结束语

上述针对YHG-1200型移动式闪光焊车焊接施工工艺的论述及有关经验介绍，是在参考相关标准及我们多年施工经验的基础上进行的总结归纳，现场焊接中可根据实际情况作适当调整及积极探索，以进一步完善施工工艺。

参考文献：

[1]吕其兵.钢轨接触焊工艺、质量及过程控制研究[D].成都：西南交通大学，2004.

[2]钢轨闪光焊接操作技术与质量控制[J].铁道建筑技术，2011（7）.

[3]移动式钢轨闪光焊设备及工艺[J].铁道建筑，2010（2）.