無縫線路鋼軌焊接接頭病害與防治

楊紅梅

蘭州鐵路局嘉峪關(guān)工務(wù)段，甘肅 嘉峪關(guān) 735100

鐵路線路是鐵路運輸?shù)闹饕O(shè)備，是行車的基礎(chǔ)，是由無數(shù)根鋼軌連接起來形成的線路，分為普通線路和焊接無縫線路。隨著無縫線路的大量鋪設(shè)，推動了焊接技術(shù)在無縫線路上的廣范應(yīng)用，提高無縫線路的焊接質(zhì)量，愈來愈重要。實踐證明，無縫線路是軌道結(jié)構(gòu)的一大變革。它以無可爭議的優(yōu)越性為鐵路所應(yīng)用，成為高速﹑重載鐵路的最優(yōu)選擇。鋼軌焊接是無縫線路應(yīng)用建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前全國采用的焊接方法有接觸焊﹑移動氣壓焊和鋁熱焊。線路上鋪設(shè)的無縫線路焊頭基本上是由接觸焊和移動式氣壓焊完成，焊接技術(shù)的應(yīng)用顯得極為重要。首先介紹一下無縫鐵路焊接的主要方法。

1 氣壓焊

鋼軌氣壓焊主要應(yīng)用于我國鐵路線路上焊接無縫線路各類型長鋼軌的聯(lián)合接頭，亦可進(jìn)行異型鋼軌接頭﹑線路上斷軌的焊接以及組成“移動式焊軌基地”代替廠焊。傳統(tǒng)的氣壓焊工藝采用定壓或兩段加壓頂鍛焊接方式焊接。目前普遍采用小型移動式鋼軌氣壓焊機(jī)﹑“三段加壓”新工藝進(jìn)行鋼軌現(xiàn)場焊接。HG-I工鋼軌超長氣壓焊接機(jī)﹑YJ-660氣壓焊機(jī)﹑YHJ-W型鋼軌氣壓焊機(jī)等焊機(jī)是其典型設(shè)備。近年來，隨著小型氣壓焊機(jī)的機(jī)械化﹑自動化控制水平的不斷提高，保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定性，焊接質(zhì)量得到明顯改善。

2 鋁熱焊

鋼軌鋁熱焊接工藝，保證在無縫線路鎖定軌溫不變的前提下，進(jìn)行無縫線路傷損鋼軌修復(fù)和應(yīng)力放散，具有作業(yè)程序簡單﹑方法易于掌握﹑作業(yè)人員少﹑機(jī)具輕便﹑勞動強(qiáng)度低﹑焊頭外觀平順性好﹑焊頭質(zhì)量無缺陷﹑占用封鎖時間短﹑擴(kuò)大了作業(yè)軌溫范圍﹑不出現(xiàn)無縫線路應(yīng)力峰﹑并能保證原鎖定軌溫不變的優(yōu)點，對超長無縫線路的傷損鋼軌修復(fù)﹑應(yīng)力放散和將普通無縫線路改造為超長無縫線路，為鋪設(shè)高速鐵路無縫線路提供了一種理想的焊接方法。

3 電弧焊及電渣焊

近年來電弧焊有一些新方法用于焊軌。英國WA公司采用藥芯焊絲﹑明弧自保護(hù)半自動焊接方法進(jìn)行鋼軌焊接及道岔焊接，不需焊劑和保護(hù)氣體，焊前只需簡單預(yù)熱，焊后不需熱處理，工藝簡單，已經(jīng)正式應(yīng)用與線路鋪設(shè)中，效果好，是一種值得推廣的方法。

電渣焊接法（自動溶化焊接）是RJ東日本在山形新干線（1999年通車）延長工程中鋪設(shè)長鋼軌時所采用的一種焊接鋼軌新方法。該焊接法是用自動溶化焊接機(jī)在鋼軌母材之間進(jìn)行電渣焊，熔化焊接金屬。其方法焊接時間短，但質(zhì)量尚待進(jìn)一步提高。

無縫線路的快速發(fā)展，鋼軌焊接質(zhì)量在運營線路上顯得越來越突出，焊接接頭的病害越來越多，經(jīng)調(diào)查，線路使用的無縫線路常見的焊接接頭病害主要類型有以下幾種，現(xiàn)分別對其病害表征及處理控制措施分別介紹如下∶

1）低接頭

現(xiàn)場焊接作業(yè)時，由于挑選鋼軌不嚴(yán)，鋼軌斷面的尺寸大于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，或?qū)訒r未嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，焊接接頭的焊縫及熱影響區(qū)的硬度較鋼軌母材低，使用中造成該區(qū)磨耗和塌陷較快。

處理措施：應(yīng)根據(jù)焊接方法不同采用改進(jìn)正火熱處理工藝,并控制好冷卻速度,提高軌頭在使用中的強(qiáng)度和韌性。

2）馬鞍形磨耗

由于焊接接頭焊縫和兩邊的熱影響區(qū)范圍內(nèi)的金相組織﹑晶粒度等不同，造成焊接接頭各部分的硬度差異。焊縫區(qū)的硬度較高，而其兩側(cè)的硬度較低，因而使用中出現(xiàn)與鞍形磨耗的不平順。

處理措施：可采用正火熱處理，及強(qiáng)制冷卻的方法，使焊接接頭的硬度趨于均勻，減少馬鞍形磨耗病害。

3）鋼軌焊縫斷裂

通常是由于焊接工藝異常，或焊縫內(nèi)存在超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊接缺陷，導(dǎo)致焊縫斷裂。另外因焊機(jī)潮濕，造成里面有氣孔﹑縮孔﹑加碴等缺陷，而在應(yīng)力作用下致使焊縫斷。

處理措施：應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)定，改善焊接工藝和加強(qiáng)對焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢查。對焊機(jī)洪干，對母材進(jìn)行預(yù)熱。

4）鋼軌接觸焊焊機(jī)電極接觸區(qū)域的斷裂

通常是由于鋼軌焊接的表面發(fā)生燒傷所致。

處理措施：焊接時應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定程序操作和檢查，防止接觸面焊渣或異物，及時更換不良電極。

5）軌頭踏面碎裂掉塊

由于焊接后正火工藝選擇不當(dāng)，或設(shè)備異常，導(dǎo)致帽形淬硬層不規(guī)則，或正火溫度過高，出現(xiàn)馬氏體組織，造成鋼軌碎裂和掉塊。

處理措施：應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行正火工藝，減少內(nèi)部缺陷或因雜質(zhì)造成的內(nèi)缺陷，加強(qiáng)操作人員責(zé)任心。

6）砂輪打磨焊縫易出現(xiàn)質(zhì)量問題

在運營線路上常常看到焊頭的軌頭踏面的焊縫﹑熱影響區(qū)以及母材各位置出現(xiàn)不同的光面，這是由于焊頭硬度差異不同而致。用砂輪打磨焊頭，在縱向打磨的平直度較差，常出現(xiàn)硬度低落部位打磨凹下量較少，硬度高部位打磨凸起量較多。

處理措施：焊后和線路養(yǎng)護(hù)時都要減輕打磨力度，避免用力長時間打磨一個位置，否則容易出現(xiàn)發(fā)藍(lán)﹑馬氏體組織和白層疲勞源，導(dǎo)致斷軌事故發(fā)生。

7）鋼軌的焊接殘余應(yīng)力

鋼軌母材殘余應(yīng)力的產(chǎn)生是由于熱軋后冷卻速度不均勻而產(chǎn)生"以及在冷矯過程中不均勻塑性變形而產(chǎn)生。60kg/m 鋼軌軌頂面具有較大拉應(yīng)力從軌頭的上半部和下半部分拉應(yīng)力逐漸減少，在軌顎已變?yōu)閴簯?yīng)力，從軌腰到軌底又由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。無論是鋼軌表面或內(nèi)部，殘余拉應(yīng)力和壓應(yīng)力應(yīng)相互平衡。

鋼軌焊接殘余應(yīng)力是在焊接過程結(jié)束后，存留在鋼軌內(nèi)部，并在鋼軌的任一截面自平衡的內(nèi)應(yīng)力。主要是焊接熱循環(huán)過程不均勻的加熱和冷卻，以及組織轉(zhuǎn)變引起的，與焊接機(jī)具有關(guān)。殘余應(yīng)力分布趨勢是相似的，焊縫處軌頂面﹑軌底面呈拉應(yīng)力，熱影響區(qū)是應(yīng)力變化區(qū)，應(yīng)力的大小與不同焊接方法﹑焊接工藝有關(guān)。殘余壓力可以提高疲勞強(qiáng)度，殘余拉應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度，使鋼軌早期疲勞損壞。殘余應(yīng)力也影響著鋼軌的硬度和耐磨性能。當(dāng)列車通過時，車輪與鋼軌接觸呈壓應(yīng)力，焊頭位置的焊縫縱向呈壓應(yīng)力，線路出現(xiàn)高溫時接頭處呈壓應(yīng)力相疊加后總壓應(yīng)力超過焊縫處的屈服極限后，使軌頭頂面出現(xiàn)塑性變形，形成軌頭壓潰。

處理措施：鋼軌的焊接殘余應(yīng)力主要與焊接過程中使用的焊接機(jī)具﹑焊接工藝和方法有關(guān)，因此改善焊接作業(yè)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，提高作業(yè)人員的水平，使作業(yè)更加規(guī)范，工藝流程更為合理，焊接殘余應(yīng)力的影響程度會減輕許多。