起重机轨道闪光焊焊接技术

无锡华东重型机械股份有限公司 无锡 214161

0 引言

集装箱起重机是用于吊装集装箱进行堆放、移位的一种大型起重设备，在大型港口自动化码头的集装箱堆场内得到了普遍的应用。起重机的运行轨道主要有大、小车运行轨道，大车运行轨道通常选用国标GB2585—2007《铁路用热轧钢轨》的QU70、QU80、QU100和QU120轨道，通常由码头建造方制作和安装。小车运行轨道通常选用德标DIN536-1—1991《德国起重机轨道标准》的A65、A75、A100和A120轨道，由起重机制造厂家焊接并安装。起重机轨道截面多为工字形，轨道顶部是凸状的，底部配有一定宽度的平板以增加与安装面的接触面，并具有良好的抗弯强度。虽然生产标准和规格型号上有所不同，但起重机轨道通常均用C、Mn含量较高的U71Mn钢轧制而成。考虑到起重机运行时负载较大，刹车惯性大，而运行需要良好的平稳性，则要求轨道的连续性和接头的平滑度较高，故起重机轨道需要焊接接头。由于U71Mn钢属于高碳中锰钢，焊接性能差，轨道焊接难道大。加之集装箱码头堆场向无人化、自动化方向发展，对小车运行要求越来越高，对轨道接头要求也越来越高，所以，对传统轨道焊接工艺的改革迫在眉睫。

1 闪光焊运用于起重机轨道焊接的研究

闪光焊采用大功率专用移动或固定式焊接设备，在工厂或线路上进行焊接，其特点是焊接速度快，接头质量稳定，成为铁路钢轨焊接的主要方式，由闪光焊完成的钢轨接头数占总焊接头数的85%以上。闪光焊作为一种高铁轨道成熟的轨道焊接形式，引进并运用于起重机的轨道对接焊，采用的焊接设备为YHG-1200TH型闪光焊焊机，自行配套设计轨道吊装设备，轨道焊接工装架，焊接输送设备，轨道转运设备等，组成闪光焊工作站。闪光焊经过20对起重机轨道的试验焊接，不断调整焊接参数，经过探伤检验、拉伸、宏观、静弯及重锤等检验，焊接的轨道接头完全符合对接要求。

闪光对接焊原理是将焊接件装配成对接接头，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻即热这些触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。闪光焊相对于传统手工对接焊，焊接的产品强度高，致密性好，无假焊，无气孔；焊接品质好，牢固美观；焊接速度快，打磨工作量小。采用微电脑控制器，完成对夹紧、闪光、顶锻、顶接、停止，全部焊接过程的控制，控制精度高。

2 闪光焊轨道焊接施工工艺

2.1 准备阶段

1）检验轨道母材、外形尺寸、外观，保证轨道没有内部缺陷，外形符合尺寸，外观没有麻点凹陷等。

2）锯轨 根据轨道对接预缩短尺寸进行锯短，避免轨道对接完成后整根不易上锯床。锯轨应严格安装技术标准和操作规程进行，尽量保证锯口的横向、纵向的垂直度。

3）焊前打磨除锈 焊前打磨包括钢轨端面打磨、轨腰与焊机钳口电极接触部位的打磨；钢轨端面打磨目的是清除钢轨端面的铁锈和杂质，使得开始焊接时容易激发闪光；轨腰打磨的目的是使轨腰与焊机钳口电极接触部位接触良好，减少接触电阻，放置轨腰与电极之间打火灼伤钢轨。轨腰与焊机钳口电极接触部位要打磨出金属光泽，清除其上的杂物。轨腰部位凸出的钢厂标记要完全打磨平整，以免在焊机夹持过程中损伤电极。打磨过程中，打磨轨腰母材的深度不得超过0.5 mm。

4）闪光焊设备所有润滑点加注润滑油，焊机设备内侧面涂乳胶漆，避免焊渣沾染在设备上，检查设备电极上是否有杂质，需清理干净。使用压缩空气枪清灰。

5）检查轨道输送托辊是否正常运行，起吊设备是否正常，轨道吊装设备吊梁、吊钳预备使用。

2.2 轨道焊接

1）打开设备电脑和闪光焊软件。打开设备主电源、冷却设备电源、液压站电源，检查设备是否运行正常。

2）使用吊梁和吊钳夹住轨道，吊装轨道上托辊输送架，注意轨道箭头方向，轨道焊接端输送至轨道焊接机位，安装推瘤刀，刀口面向焊缝端，距离焊缝端面约30 mm；吊装另一根轨道上输送架，利用输送架将第二根轨道输送到焊接机位，使两轨道焊接端面接触，调整两轨道直线度。

3）起吊闪光焊设备，焊接模式开关调至模拟模式，模拟焊接过程，模拟合格后可进行实际焊接。

4）将闪光焊设备吊至轨道上方，将焊接模式调至手动模式，速度调至快速，卡钳口调至张开模式，机架调至后退，后退至38 mm左右停止。下降闪光焊设备，对准轨道中心及一侧靠近推瘤刀，设备落于轨道上。速度调至低速模式，手动关闭钳口，缓慢夹紧钳口，确保卡钳准确夹紧轨腰及上平面。再次检查钢轨对中情况，上平面及侧面平整度偏差，手感触摸无突兀感，参考尺寸小于0.2 mm，超差需松开焊钳进行二次夹紧，对中及平面度符合标准后，方可完全夹紧钳口。

5）调整焊接轨道面间隙，根据电脑数据，微调机架调使轨道焊接面间隙至1～2 mm之间。

6）打开设备工作电源，关闭设备防护门，焊接模式调至自动模式，速度为低速模式，钳口为夹紧状态，检查油路运行状态；起吊设备使轨道焊接面略高于托辊输送架，启动开始焊接。如图1所示。

图1 闪光焊过程

7）焊接结束后，焊接电脑显示OK状态，推焊瘤完成。关闭设备焊接电源，模式调至手动模式，钳口张开，起吊设备离开轨道。

8）闪光焊设备移至旁边，钳口夹紧，放下设备，清理焊渣、焊灰。

9）及时拆除推瘤刀，铲除焊瘤，避免焊瘤冷却后无法去除。尚未冷却的焊接接头使用支架支撑稳固，以防止焊头下沉变形，形成低接头。同时从远端检查焊接的两根钢轨左右方向是否在统一直线上，如有偏差立即根据偏差方向左右调整钢轨，防止焊接的轨道出现急弯。焊后轨道接头如图2所示。

10）输送架移动轨道，吊装另一根轨道，开始新一段轨道的焊接过程。

图2 闪光焊焊后轨道接头

2.3 接头调直

轨道焊接后，如果轨道对接偏差尺寸较大，发生侧弯或高低接头，经打磨不能满足检验标准时，需进行接头焊后矫直。矫直可在热态或冷态下进行，热矫直稳定应高于600℃。

2.4 焊后接头打磨

轨顶面及轨头工作面用仿形打磨机打磨，轨底角、轨底面用手砂轮或角箱磨光及打磨。打磨后钢轨接头的平直度要符合技术规范的要求。要特别注意：应不断移动打磨机具，每次打磨量不要太大，避免长时间打磨同一位置，导致局部过热，产生缺陷。

2.5 焊后探伤

焊接接头温度降至常温时方可探伤，每个焊接接头必须经过磁粉探伤，焊接试验段可采用静压和重锤进行检验，以检验整批轨道焊接工艺的合理性。探伤判废的接头必须锯切重焊。

2.6 轨道状态整理

当焊接工序全部完成并检验合格后，按有关标准进行轨道状态整理，排列整齐，以备主梁安装使用。

3 轨道焊接常见缺陷分析及处理

轨道对接后，经过磁粉探伤，发现部分轨道在轨道轨腰处有细微裂纹，部分裂纹较浅，经过打磨后可消除；部分裂纹较深，需将轨道接头位置锯掉后重新焊接。对接头进行锯切后观察裂纹，裂纹只存在表面，没有延展到内部，经分析为打磨形成的裂纹。钢轨焊接的顶锻阶段是闪光焊机夹持两根钢轨纵向加力，将焊接端头的液态金属和过热塑性金属挤出、凸出钢轨表面。推瘤刀再对钢轨挤出部分进行切除，切除时，对钢轨母材留有余量。为了获得良好的外观质量和平直度要求，必须用砂轮机进行打磨。手持砂轮长时间的用力打磨已经完全冷却焊头某个部位表面时，极易形成表层马氏体组织并伴随有微裂纹。通过对此焊头检验分析，马氏体白层的硬度值达到752 HV，而基体的硬度值仅为283 HV，在应力的作用下，裂纹进行扩展。

处理方法：1）轨道焊后打磨推凸余量，一个位置分多次进行打磨，避免一个位置长时间打磨过热形成马氏体；2）焊后对接头位置用保温棉进行保温缓冷，避免接头位置急冷产生裂纹；3）调整焊接参数，微调减少预闪、连续闪光时间，减少焊接总输入热量，降低轨道焊缝产生裂纹机率。

4 结语

闪光焊作为目前国内外最先进的高速铁路轨道对接方式，其特点是焊接速度快，接头质量稳定，自动化水平高，人为因素影响较小，焊接过程可监控和采集，焊接质量好，可通过焊接数据判定焊接质量优劣。文中将本设备运用于起重机产品的轨道焊接，现已投入于生产，已焊接多条产品轨道，运用于多个起重机产品上，轨道焊接无缺陷率在95%以上。本工艺的使用，对于提高起重机产品轨道焊接质量及效率具有重要的意义。