钢轨电弧焊工艺的研究

程志东

摘 要：本文对钢轨的对接堆焊工艺进行了分析，采用手工焊条电弧焊方法施焊。主要讨论了焊接工艺的流程及焊接工艺参数。希望能够对钢轨焊接的实训教学和工业生产中的相关工艺技术提供参考。

关键词：钢轨；对接堆焊；电弧焊；工艺流程；工艺参数

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.002

0 引言

随着铁路向高速重载方向的发展，无缝线路因其具有高可靠性和高稳定性，故成为高速重载轨道结构的最优选择，作为无缝线路关键技术之一的钢轨焊接技术，对无缝线路的发展有着重要影响。常用的钢轨焊接方法很多，但各自有其优势和不足。钢轨闪光焊需要专门设备，且其适合于厂内不适合于现场。钢轨铝热焊适合于野外操作，但其焊缝为铸态组织，接头组织和性能较差。钢轨气压焊对表面要求高，且不适合于超长钢轨的焊接。钢轨电弧焊接头性能较好，但对焊接工艺及焊工技术要求比较高。几种焊接方法相比较而言钢轨电弧焊方法需要的设备简单、操作灵活方便、焊接成本低而且接头性能能够满足需求。因此本文主要讨论钢轨电弧焊工艺问题。

1 试验材料及设备

本试验所使用的材料为U71Mn钢轨，即截取钢轨部分轨头做为试验用工件，并且在轨头上表面开槽做为模拟焊口，焊件成分如表1所示。焊材采用低氢碱性焊条，焊接设备采用直流焊机，采用手工电弧焊、直流反接焊接方式。

2 焊接工艺流程

（1）焊件的准备：考虑到轨道钢硬度较高，现场加工坡口比较困难，因此采用对接方式，利用钢轨既有的端面做为操作面，如果端面锈蚀比较严重需要利用角磨将表面打磨光亮即可。

（2）确定对接间隙：考虑到钢轨本身的高度问题，间隙不能过小，否则无法将焊条深入其中进行焊接操作，因此需要预留出足够的间隙。

（3）焊件预热：预热过程采用了气焊焊炬进行预热，并利用红外测温枪确保预热达到指定的温度。

（4）对接堆焊过程：整个焊接过程采取多层多道焊的焊接方式，这种方式虽然效率相对较低，但能够保证焊接强度，同时还要确保层间温度。

（5）焊后热处理：加热方法扔采用气焊焊炬，加热到指定温度后，利用石棉毡进行保温，以防止焊后急冷导致裂纹出现。

（6）焊后工件打磨：使焊缝与钢轨母材保持平滑。

3 试验过程及其工艺参数

3.1 焊条的烘干工艺

因为采用的是低氢碱性焊条，所以焊条在使用之前需要进行烘干处理，烘干过程在烘干箱中进行，烘干温度经试验在350-400℃为宜，为避免焊条使用过程中受潮，烘干后的焊条置于120℃的保温箱中备用。

3.2 对接间隙

因为整个钢轨在厚度方向大约150mm，为确保焊条顺利施焊，需要预留出一定的间隙，否则焊条无法触及轨底。在参考相关文献和试验后，两段轨道之间的对接间隙确定为20mm比较适宜。

3.3 预热温度

因钢轨的碳含量很高，属于高碳钢范畴。其特点是淬硬倾向大、可焊性差，焊接热影响区易产生硬化和脆化，焊接接头易形成高碳马氏体，从而造成冷裂纹和产生热裂纹。针对该特点，宜采取焊接前对母材预先加热、焊接后热处理等措施来消除钢轨内部应力和改善材质，已达到预期的焊接效果为防止焊接冷裂纹的产生。经试验焊前预热热温度为300-350℃较适宜，预热方法是利用气焊焊炬对焊口及周边母材进行烘烤，并实时用红外点温仪检测焊件温度，当达到预定温度即可以实施焊接。

3.4 对接堆焊工艺

为确保对接强度，采用多层多道焊工艺，并且特别强调的是焊接过程不能摆条，否则強度会受到影响。并且每焊完一道要将焊渣清理干净，否则容易造成夹渣缺陷，影响钢轨使用。另外层间温度一定要保证，经试验验证层间温度保持在300-350℃之间能够保证焊接过程顺利进行，焊接每层前要用红外点温仪测温。

3.5 焊后热处理工艺

焊后为防止焊接裂纹产生及消除应力，需要将焊好的对接焊件加热，经试验加热温度在650-750℃为宜，用红外点温仪测量达到指定温度后，将石棉保温毡覆盖到焊件上，保温一段时间即可。

4 结论

综上的工艺流程和工艺参数经过试验验证，能够满足钢轨的焊接要求，但试验过程只针对U71Mn牌号的钢轨。如果将本工艺应用到其他牌号的钢轨焊接中，还需要在此基础上进行小规模的试验为宜。最后希望本文的试验流程和工艺参数能够为钢轨焊接的相关实训教学和工业生产中的相关工艺技术提供参考。

参考文献：

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