论移动闪光焊轨机现场施工工艺对焊接质量的影响

孙立本　（中铁四局集团有限公司第八工程分公司，安徽 合肥 230011）



论移动闪光焊轨机现场施工工艺对焊接质量的影响

孙立本（中铁四局集团有限公司第八工程分公司，安徽 合肥 230011）

主要介绍移动闪光焊轨机现场施工工艺，并论述工艺中的施工方法对焊接质量的影响。每个工序操作不当都会对焊接质量产生影响，其中现场焊接的质量包括内部质量和外观质量。焊头质量的不合格将会发生断轨现象，甚至会造成列车运行脱轨、倾覆的严重安全事故。因此在使用移动闪光焊轨机现场施工中，如何控制各个工艺质量、确保钢轨焊接质量将是讨论的重点。

移动闪光焊轨机；焊轨施工工艺；提高焊接质量

1　移动闪光焊轨机型检参数调试

影响钢轨闪光焊接质量的主要因素就是焊接参数。移动闪光焊轨机（如图1）焊接工艺参数主要有：时间、电压、电流、位移、前进速度、后退速度、顶锻量等（如图2）。钢轨闪光焊接参数的调整实际是各个焊接参数的优化匹配过程。为了获得优质的焊接接头，焊接工艺参数的调整与定位应当满足以下条件：

①钢轨焊接端头必须有足够的加热区和适当的温度梯度，并确保焊接端面温度分布均匀；

②确保钢轨焊接闪光过程连续而稳定；

③钢轨焊接端面必须有足够的塑性变形。

参数的选择是由落锤试验、探伤、外观等决定，因此选择合理的焊接参数是保证钢轨焊接质量的主要因素。

图1

图2

2　钢轨焊接前准备

型检是以短钢轨焊接为试验，当铺设到线路上的钢轨扣件松开完时，应在钢轨轨底下每间隔20根枕木垫上一个专用滚筒，以保证钢轨底面与滚筒面为滚动接触，使钢轨在受到温度力或外力拉伸时处于自由状态。其目的在于减小钢轨焊接时的摩擦力，使线路长钢轨焊接与型式检验时的试验钢轨焊接状态保持一致，保证焊接参数满足现场钢轨焊接质量的要求。

3　焊接前钢轨轨端的除锈

对于移动闪光焊轨机，用手提式砂轮机延钢轨纵向打磨端头600mm范围内（如图3）的钢轨轨腰和焊接端面的铁锈，对母材的打磨量不超过0.2mm，如果轨腰打磨范围内刚好有凸出的厂标、字母等符号时，必须打磨平整。如果不按要求打磨，焊机和钢轨之间容易打滑，对焊接的直接影响为焊头顶锻量不够，从而影响焊头的内部质量。打磨时不得用力过猛，防止钢轨表面局部发黑发蓝。经打磨的表面要求见金属光泽，不得有锈斑。钢轨打磨干净之后，减小了焊机导电电极与钢轨之间的阻抗，增加导电性。

4　焊轨机的对位与焊接

当拉轨到位后，固定端松开10m扣件，用起道机在离焊轨端面3.2m处轨底垫上第一个厚度适当的垫块（垫块厚度现场决定，根据轨枕和扣件形式，保证钢轨轨底刚好高出扣件螺杆为宜）。再离第一个垫块每隔2根枕木垫上第二、第三、第四个垫块，一个垫块比一个垫块低。保证钢轨焊头两端垫起的高度基本一致（如图4）。通过调车员联系与协调，用机车将焊轨机推进到焊接岗位。让黑平板车第一个轮子刚好压在我们标示的3.2m处，打好止轮器，防止溜车。

图3

图4

如果在曲线上，两股钢轨有高低差，需要用支腿油缸把平板车支撑（图5）。然后放下焊轨机机头，机组人员检查清理完焊机就可以进行焊轨操作。用机头夹钳夹两端钢轨，利吊架升降，左右旋转移动来完成钢轨的对正。操作员用手摸钢轨各个面，利用长的铜垫片来调节钢轨左右错牙，利用焊机机头张开、夹紧、升降来调节钢轨轨顶错牙。如此反复以确保钢轨焊接工作面对准精度在0.5mm以内。钢轨对好位之后，在远处看看钢轨焊接线形，如焊接头高了，往下降机头；如果低了，往上升机头。焊完留有一定的起拱量。焊接过程分为：对位、焊接、保压、推瘤。大体过程如下图6。

图5

焊机的焊接与对位是焊接接头外观质量控制最重要的一步，此工位很大程度上决定了焊头的外观质量。夹持焊接工序在保证接头外观平直度质量方面主要起两方面的作用，一是以轨顶面及工作边为基准，兼顾其他部位进行对中，确保接头错边处于合理范围内，控制好焊接接头的错边量，也可以改善焊接接头的平直度；二是控制焊接预拱度，以控制焊后平直度，为接头正火打下良好的平直度基础。焊接过程使用保压推瘤，在长钢轨焊接中如果不使用保压推瘤，当焊机夹紧钳口松开后，两段钢轨刚刚顶锻焊接上，焊接区域马上又处于拉伸状态，焊接区域金属处于熔热状态，金属键及晶格组织不稳定，推凸时推凸外力加上两侧长钢轨拉伸后回缩，所有这些对焊接区域金属极易产生撕裂作用，极易产生产生裂纹等缺陷。

图6

焊接完成用空压机清理钳口焊渣，不得留有尘渣，防止下次焊接时焊渣进入焊缝，影响焊接的内部质量。对焊接图形与数据进行记录与分析，无误后方可进行下一次的焊接。

5　焊头的轨底轨腰打磨与正火

5.1焊缝打磨

焊接完成后，通过调车员联系与协调，用机车将焊轨机牵出焊接岗位。待焊头温降到300℃以下时，方可进行打磨。打磨有如下要求。

①粗磨部位：焊接接头轨头非工作边、距轨脚边缘35mm范围内的上下表面、轨脚边缘，轨底。

②粗磨后的表面应平整、光洁，与母材过渡圆顺，轨脚边缘上下棱角应倒成圆角。防止轨脚边应力集中，出现焊接接头的断裂。

③打磨时应沿钢轨方向纵向打磨，不允许横向打磨。

④打磨时砂轮不应在钢轨上剧烈跳动，不应冲击钢轨，钢轨打磨表面不应出现打磨灼伤。

⑤粗磨后应检查接头表面质量，不应有裂纹、夹渣等缺陷，否则切掉接头重新焊接。

⑥粗磨不允许损伤钢轨母材，不应将接头磨亏。

⑦对于推凸余量超标的个别接头，可以采用粗磨方式打磨平整，但应特别注意不要损伤钢轨母材。推凸余量连续超标时，应调整或更换推凸刀具。

焊头打磨好提高了焊头的外观质量，同时也可以防止因打磨不到位而引起的探伤不合格，提高焊头的焊接质量。

5.2焊头正火

钢轨焊接中正火分为中频正火和火焰正火，在现场施工中由于各方面因素而采用火焰正火（如图7），但火焰正火的效果并不比中频正火差。

图7

①将火焰加热器、流量控制箱、乙炔过滤器、氧气瓶、乙炔瓶和冷却水泵用质量好的胶管连接。

②将正火架放置在钢轨上，将火焰加热器放置在正火架的圆柱形导杠上，调整加热器与钢轨表面间隙，使得间隙均匀，对称之后锁定。

③启动冷却水泵。检查水路是否畅通。

④调节加热器位置，使焊接接头处于加热器摆动中心，摆动距离在中心线两端各50mm处。

⑤调节乙炔瓶输出压力在0.15MPa，调节氧气瓶输出压力为0.6MPa。通过控制箱快速开关阀调节乙炔流量大约在3.8格，氧气流量大约在4.2格。点火后摆动频率控制在60次/min。达到正火温度后应同时关闭控制箱快速开关阀。

⑥正火加热起始阶段焊头表面温度应在450℃以下，加热终了轨底温度表面温度应为920℃左右。使用光电测温仪探头应垂直被测钢轨表面，接触时间不宜太长。

⑦正火过程中应根据焊接接头高低来调节起拱量。

正火，又称常化，是将工件加热至Ac3（Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，一般是从727℃～912℃之间）或Acm（Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线）以上30～50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。钢轨焊接后正火热处理工艺的目的是消除由于焊接热循环而产生的热影响，改善焊接接头的综合机械性能，使焊接热循环过程形成的晶粒细化，提高韧性，改善焊接残余应力的分布。焊后热处理的正火影响对接头起着决定性作用。因此正火对焊头内部质量和外部质量都有很重要的影响，现场操作中正火是很重要的工序，一定要注意细节，操作得当。

6　焊头调直与精磨

正火完毕后，焊头温度降至300℃以下时，对钢轨进行调直处理，使用1m刀口尺检查时：水平方向工作边的不平直度不大于0.5mm，垂直方向的不平直度不大于0.5mm，起拱量控制在0.5～1mm范围内。

利用仿形打磨机打磨焊接接头的轨顶面和各个侧面（如图8），打磨应延钢轨纵向打磨，不可横向打磨，母材打磨深度不超过0.3mm。打磨不得使钢轨发蓝（如图9），发蓝是产生了马氏体组织，这是一种脆性很大的金相组织，高倍显微可发现金属颗粒之间相互没有关系，不能组成纤维状结构，会导致钢轨发生脆断，存在很大安全隐患。因此钢轨打磨时需要控制打磨的速度，不得产生过高的温度，避免出现发蓝现象。打磨温度过高，要适当暂停打磨，待温度适宜时再进行打磨。

图8

图9

打磨完成后，用1m直尺进行测量：（根据现场技术要求）一般钢轨焊头轨顶工作面不直度不得大于0.3mm，轨头内侧工作面不直度不得大于0.4mm，轨底不直度不得大于1mm。

焊头的调直和精磨是提高焊头焊接外观质量最重要的工序。不仅需要技术，还需要耐心与细心，才能保证焊头的外观质量。

7　焊接接头探伤

每个焊接接头必须经过超声波探伤，探伤是对现场施工焊头内部质量的直接判定，判定为不合格的焊缝必须锯开重新焊接。探伤前应将焊头温度降到50℃以下，在打磨过的钢轨轨底、轨腰、轨头上均匀涂抹上探伤耦合剂，然后用超声波探伤仪进行探伤检测，不合格的焊头要锯断重新焊接。

现场如果出现焊头有伤，有的可能是钢轨轨底打磨不到位，还没有打磨好，重新打磨便可以解决；有的可能是正火没有正好，重新正火可以解决；有的焊头轨头有伤，是轨头下颚没有打磨干净，重新打磨可以解决；有的是现场滚筒没有垫好或者扣件没有松开完，造成的焊接接头顶锻量不够，重新检查滚筒与扣件，锯开重新焊接可以解决。

8　结语

通过以上的分析，影响钢轨焊缝接头质量的因素，包括人、机、法、料、环的各个方面，制定规范、标准的钢轨现场焊接工艺，对提高焊头质量的一次合格率，有很大的现实意义。闪光焊轨机现场施工工艺中各个工序都会对焊头的内部质量和外观质量产生影响，焊轨施工作业人员必须经培训合格持证上岗，严格按照移动闪光焊轨机现场施工工艺标准和要求作业，保证现场钢轨焊接质量。

[1]卢祖文.客运专线铁路轨道[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[2]TB/T1632.1—2014，钢轨焊接通用技术条件[S].

[3]李亚江.焊缝组织性能与质量控制[M].北京：化学工业出版社，2005.

[4]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

[5]陈裕川.焊接工艺评定手册[M].北京：机械工业出版社，1999.

U213.9+2

B

1007-7359(2016)03-0095-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.033

孙立本（1972-），男，安徽肥西人，毕业于安徽理工大学，工程师。