井下钢轨焊接工艺的应用分析

郭东方

河南龙宇能源股份有限公司车集煤矿机修厂 河南 永城 476600

当前，煤矿井下钢轨连接主要采用夹板和螺栓为主，这种连接方式中存在轨缝和接地电阻，从而使架线式机车线路杂散电流较大。基于此，本文详细阐述了井下钢轨焊接工艺的应用。

1 钢轨焊接工艺

钢轨的功用在于引导车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。

（1）接触焊。①焊前准备。焊接单元轨前，安装支垫滚筒，将待焊长钢轨摆正，焊机对位，做好焊轨前的准备工作。并对钢轨接头两端进行除锈、打磨处理。并通过夹紧钢夹的动作对待焊钢轨接头的水平和垂直方向进行调直，并调整垂向尖峰和工作边。夹紧力作用在钢轨中轴线上。②自动焊接。焊接含闪平、预热、闪光和顶锻过程，由控制柜指挥焊机按焊接程序自动完成。③焊瘤推凸。焊接完毕后几秒钟，焊机的推凸装置自动将整个钢轨周围的焊瘤剪平。由于闪光焊属于压力焊的一种，这使得通过最后顶锻的施压过程致使焊接接头呈现锻造组织特征，对于高温接头，若焊后不通过保持一定的压力使接头不承受拉伸载荷，极易造成结晶不良，甚至导致焊缝被拉开或一些焊接缺陷的产生。因此保压和推瘤阶段在闪光焊焊接循环中对形成优质的焊接接头非常重要，同时是完整的焊接操作不可缺少的。④焊后粗磨。用角磨机对焊缝处轨顶面、工作面、轨底角表面进行粗打磨。⑤矫直。采用矫直机对焊缝进行校直，使焊缝在轨顶面和工作面的平顺度均满足要求。然后通过人工采用打磨机对钢轨踏面及工作边进行最后打磨。⑥探伤和外观检查。对打磨后的焊头进行探伤，不合格的锯掉重焊，以保证焊头合格率。对焊接后的外观进行检查时，需使用1m直靠尺和塞尺对经探伤合格的焊头踏面、工作边及轨底进行检查，平直度符合要求，不符合要求的重新进行修磨或锯掉重焊。

（2）铝热焊。钢轨铝热焊的焊接原理是铝热剂在坩埚中点燃，形成高温铝热钢水，注入焊接砂型和待焊钢轨组成的空腔中。高温钢水通过专门设计的砂型浇注系统熔化待焊钢轨端面，冷却凝固后将待焊钢轨连接成一个整体。在铝热焊焊接中，钢轨的几何位置在焊接过程中几乎无变化，其平顺性取决于夹具。因此，焊接接头的平整度优于气压焊。由于钢轨在焊接中不移动，特别适用于跨区域无缝钢轨的焊接。铝热焊实际是铸造过程，在铸造中，铝热焊焊缝金属为铸态组织。因此，界面的性质具有铸造的特点，力学性能比闪光焊差[1]。

（3）气压焊接。钢轨气压焊是无缝线路接头焊接的主要方法，多年来为无缝线路的推广做出了突出贡献。然而，气压焊工艺要求相对严格，影响焊接质量的人为因素很多。比如技术管理失控，很容易造成质量事故。气压焊主要通过对钢轨接头进行加热和加压来完成，这种焊接方法起源于美国，后来在日本和其他国家采用。钢轨气压焊是一种成熟可靠的焊接技术，气压焊接接头具有较高的强度、韧性和抗疲劳性能，优于钢轨铝热焊接头和闪光焊的接头。但也有一些原因造成气压焊钢轨焊头的重伤及折断。当焊接过程控制存在问题，焊接头存在影响焊接头寿命的焊接缺陷，焊接缺陷分为内外部缺陷，外部缺陷主要为接头高低不平、错缝和钢轨底角塌陷。由于这种缺陷引起的截面突变，在工作条件下逐渐发展成裂纹。内部缺陷主要是亮斑和未完全焊透，影响最大，因它们降低了钢轨的有效截面，在边缘产生应力集中，损伤发展很快，极易断线。未焊透错误检测很少被检测到，因此其危害大。

2 钢轨接头焊接工艺优点

①减少运输事故，提高运输效率。在轨道运输中，轨缝是影响安全运输的主要问题。若轨缝较大，易造成矿车掉道、翻车事故，从而影响生产及人身安全。采用焊接长轨，消灭轨缝，可使机车及矿车平稳运行，以减少生产事故，从而提高机车效率。②减少轨道维护工作。夹板螺栓连接的轨道，其接头易松动，日常维护工作量大。使用焊接长轨，焊接轨缝强度比夹板螺栓强度大3～4倍，能大幅度减少日常维护工作量。此外，还减少了运输设备的损坏，从而降低了设备的维修成本，进而延长其使用寿命。③减少杂散电流的产生。在井下架线机车轨道运输线路中，为了防止产生过大的杂散电流，要焊接有良好的接地线。但实际上，由于诸多因素的影响，仍然会产生较大的杂散电流。采用焊接，可节省接地线，减小轨缝电阻，以提高导电性能，从而减少杂散电流[2]。

3 钢轨接头的焊接工艺

（1）电焊机和电焊条的选择。交直流焊机可在焊接钢轨时使用，但需注意焊条的选择。目前常用的焊接焊条有J422、J506和J507。相比之下，J506和J507优于J422,J507优于J506，J507只能用于直流焊机。

（2）焊接方法。焊接前清除道泥，保持钢轨接头的清洁。先在轨道下方放置一块小钢板，然后放正轨道，调整钢轨接头的间隙为3～5mm(可插进焊条)。将轨道与小钢板焊接在一起后用大电流(200～250A)焊接轨缝。其焊接顺序为：①焊底盘的一侧。②从轨底接头处往上，顺轨颈一侧向上焊，直至半面轨颈。③在轨缝的另一侧重复上述步骤。④焊轨头，从里向外焊，直至轨缝焊平，轨头必须焊透。⑤焊完后马上用手锤敲打轨面及轨头内侧至平滑为止，然后用石棉粉堆满整个轨头，保温4 h后，清除石棉粉，并装袋，以便下次再用。⑥用砂轮磨光机打磨轨面及轨头内侧直至平滑为止。

4 钢轨接头焊接应注意的问题

①钢轨属中碳钢，含碳量高，焊接难度大。严格按照工艺流程施工，从而确保焊接质量。②由于井下风量大，接头焊接后需立即堆埋石棉粉，并进行退火处理，以消除焊接应力。③井下焊接必须严格遵守《煤矿安全规程》，制定专项防灭火措施，严禁在有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所焊接。