廠焊鐵路長鋼軌質量探討

馮 牧，鄭 濤

(武漢鐵路局 工務大修段，武漢 430050)

1 廠焊長鋼軌焊接方法及工藝缺陷

目前高速無縫線路鋼軌接頭的焊接方式主要有鋼軌接觸焊、氣壓焊和鋁熱焊三種。其中，鋼軌接觸焊，也稱閃光焊，一般應用于工廠焊。跨區間無縫線路95%是采用此種工藝完成的，即把長度為100 m的無孔標準軌焊接成為500 m的長軌條。其原理是利用電流通過鋼軌接觸面產生熱量熔化鋼軌局部端面，再經頂鍛完成焊接。由于接觸焊的焊接熱源是來自工件的內部熱源，熱量集中，加熱時間短，焊接過程不需要填充金屬，冶金過程比較簡單，熱影響區較小，易獲得質量較好的焊接接頭。焊軌廠所采用的焊接流程基本相同，包括配軌、整修鋼軌端面、進入待焊臺位、焊接、粗磨、正火、調直、精磨、探傷、進入成品臺、裝車運送至現場。在所有工序中，焊接是最關鍵的一道工序。其焊接質量好壞直接關系到線路維修工作量的多少，如果出現問題，嚴重時會危機到行車安全。焊軌流水線采用的焊機有瑞士產的GAaS-80系列焊機，烏克蘭巴頓焊研所的 K190、K900系列焊機。以 GAaS-80系列焊機為例，其焊接過程大體分為鋼軌對接調平、預熱、加速燒化、有電流頂鍛、保壓推瘤五個階段。與其它鋼軌焊接方法相比，接觸焊具有自動化程度高，受人為因素影響小，焊接設備配有計算機控制，焊接質量波動小，焊接生產率高等特點。

雖然接觸焊具有許多優點，但它同時也存在一些影響生產質量的不良因素。根據各種相關文獻[4]記載，在正常情況下，與氣壓焊、鋁熱焊相比，鋼軌的接觸焊焊縫強度較高，線路上斷頭率約在0.5/10 000以內。然而，與母材相比，它的強度仍低于母材，原因如下:

1)鋼軌屬大斷面軋材，其心部材料較差，有低熔點夾雜條帶，疏松，晶粒粗大。在焊接頂鍛過程中，邊緣較好材料被擠出，而以心部材料向外擴展代替，纖維組織中斷且彎曲。頂鍛量愈大，這種情況愈明顯。

2)存在焊接高溫熱影響，高溫導致在焊縫左右1～2 mm區域晶粒粗大，降至 1～2級，如圖1所示。

圖1 焊縫金相圖

3)鋼軌斷面不均勻，軌頂、軌底屬緊湊型斷面，軌底兩角是展開型斷面。焊接時，軌底兩角溫度偏低，焊接后，全斷面冷卻不均勻，產生較大的殘余溫度應力，如圖2所示。

4)焊縫上存在難以消除的缺陷——灰斑。根據相關文獻[4]，對焊接質量的影響大多數是以灰斑的形式顯現。由圖3(a)可以清晰地見到，灰斑內存在夾雜物，斷口存在韌窩，夾雜物大小不等。由圖3(b)可見，正常區(灰斑以外)是清晰的解理斷口，正常區無夾雜。

圖2 殘余溫度應力圖

圖3 灰斑金相圖

2 對焊接質量的分析

廠焊長鋼軌焊接質量問題可以歸納為管理問題和技術問題。

2.1 管理問題

1)管理體制不健全，不能完全執行標準。許多焊軌施工組織缺乏健全有效的管理體制，焊接出現問題時，由于沒有溝通、分析，沒有解決問題的機制，或者主管人員不能對問題作出正確的分析，使問題不了了之。在焊軌現場，沒有技術人員監督指導，焊接質量完全依靠焊工的責任心，因此，容易導致質量失控。在質量和進度的關系上，質量服從進度的事情時有發生。

2)作業過程缺乏監督。對于生產過程中的情況，沒有接收方或第三方的監督。沒有過程監督，在型式檢驗、周期性生產檢驗、作業人員的資格、作業過程是否標準化等方面，就容易產生疏漏。而這些容易疏漏的方面，正是影響焊軌質量的關鍵。

3)進口設備使用保養不良，配件投入少。進口設備使用不良，配件投入少的情況尤為突出。武漢焊軌基地配備了國際上較為先進的進口設備，諸如除銹機、焊機、矯直機、精磨機等，保修期過后，對設備的保養、檢修都由焊軌廠自行解決。焊軌廠在設備保養、檢修方面做得不到位，比如使用的潤滑油牌號不對，降低了設備的精度或造成設備嚴重損傷;電氣連接件沒有定期檢查;設備長期使用后不進行必要的檢查和標定等等。其次，焊軌廠對進口設備的養護費用投入太少，沒有足夠的配件儲備。雖然開發了一些國產化配件，但是缺乏全面的跟蹤考核評價，配件國產化沒有實現規范化，這種現象在全路范圍內普遍存在。設備狀態不良，甚至帶病作業，影響接頭質量。

2.2 質量問題

1)對新鋼種焊接性評價不夠充分。鋼軌成分不同，焊接時的組織轉變機理不同，形成焊接缺陷的敏感性也不同。目前，對鋼軌焊接性的評價偏重于使用焊接性，對工藝焊接性和熱焊接性研究不夠。

2)鐵標中缺少過程控制的內容?，F行鐵標“鋼軌焊接接頭技術條件”側重接頭性能的檢驗，缺少過程控制的內容。國外的標準都強調過程控制。過程控制不僅應包括焊接過程中關鍵的技術要求，也應包括施工資質、檢驗及批準的程序等廣義的控制要求。

3)生產過程中影響工藝不穩定的因素過多。在焊軌的整個生產工序中，存在許多影響工藝不穩定的因素，比如:軌端除銹打磨作業不充分;軌腰存在油垢，頂鍛前未能及時清除;焊后調直時，墊鐵容易造成軌腰裂紋;手工電砂輪打磨整修焊縫時，易造成局部磨虧;由于鋼軌外形公差，易造成錯牙;未能及時清理電極銅塊上的熔渣和及時整修或更換電極銅塊等。

3 提高鋼軌焊接質量的建議

1)完善鋼軌焊接接頭技術條件，強調過程控制。應對現行的鐵標“鋼軌焊接接頭技術條件”額外增加過程控制的內容，包括焊工資質、設備條件、檢驗及批準的程序、以及各種鋼種焊接方法實施過程的基本要求等，提出統一的要求，為促進標準化作業奠定基礎。

2)監理施工過程。鋼軌焊接生產實行監理制，確保過程控制達到預期目的。焊軌監理人員應該經過鋼軌焊接專業培訓后，持證上崗。

3)開展技術培訓和交流。對焊工和管理人員進行系統的培訓、考試，提高技術素質和管理水平，使施工組織能夠主動地發現問題，控制作業過程，扭轉被動解決問題的局面。

4)對焊接設備和新鋼種進行充分研究和評價。對焊機的能力和狀態進行專業評估，對焊接質量不穩定的設備進行升級，減少人為因素對質量的影響;新鋼種的技術鑒定，應特別重視對其焊接性的評價。評價焊接性，應考慮鋼軌成分含量的變化范圍，尤其應重視工藝焊接性評價，如缺陷的敏感性等，對于未經充分評價焊接性的鋼種，慎重推廣應用。

5)重點加強部分技術要求，從工序中消除影響工藝不穩定的因素。作好軌端除銹打磨作業，采用機械除銹方式，保證除銹打磨質量;清除軌腰油垢，防止頂鍛時打滑;焊后調直，防止墊鐵造成軌腰裂紋;采用多頭機械銑床，取代手工電砂輪打磨整修焊縫?，F行手砂輪打磨作業中，應防止局部磨虧;對于由于鋼軌外形公差造成的錯牙，均應磨順，防止應力集中影響焊縫強度;及時清理電極銅塊上的熔渣和及時整修或更換電極銅塊;采用焊縫中頻正火方法，通過自控中頻正火，確保細化焊縫晶粒，提高焊縫沖擊韌性;在保證穩定閃光和不出現深、大火口的前提下，提高焊接燒化速度。據相關文獻記載，這有助于焊接端面在任一瞬時形成較多的觸點，提高單位時間內觸點的爆破數目，在焊接端面周圍形成良好的氣體保護環，減少焊接端面的氧化傾向。而且，大量觸點爆破，有益于焊接面加熱均勻和保持頂鍛前均勻的液態金屬層，從而提高焊縫質量。

4 結論

隨著新建鐵路自身技術要求的不斷提高和完善，新建鐵路軌道特性也會向高強耐磨、安全穩定、平順舒適等方向發展，這就必然導致對廠焊長鋼軌焊接質量要求越來越高，對焊接裝備水平的要求也就越來越高。接觸焊接技術裝備與其它焊接設備相比，其所具有的自動化、數字化、智能化、信息化、高效化特征將更加突出，因此，要求加快鋼軌接觸焊接工藝各方面的探討研究，從整體上提高鋼軌的焊接質量，以確保鐵路軌道施工質量。

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