鋼軌現場焊接的焊頭正火打磨工藝方案制定及缺陷分析

劉寧

【摘 要】 由于鋼軌熱脹冷縮的特性，以及野外施工環境條件的不同，鋼軌現場焊接的各個環節都影響著焊頭質量，為使焊頭達到鐵標要求，在正火及打磨環節應控制起拱量、溫度、打磨量等因素，避免出現高低接頭、正火溫度不均勻、裂紋等施工缺陷，達到減少返工及提高焊頭質量的目的。

【關鍵詞】 鋼軌焊接 正火 打磨 起拱量 高低接頭 裂紋 探傷

1 引言

一個合格的焊頭需要經過下列工序方能獲得：松扣件墊滾筒→應力放散（鎖定焊）→焊前打磨→對軌焊軌→粗磨→軌底探傷→焊頭正火→緊扣件→精磨→整體探傷→修軌（打磨、正火），各個工序都會對最終焊頭質量造成影響。在鋼軌現場焊接的施工過程中，常常因為焊頭出現高接頭、低接頭、正火溫度不均勻、裂紋、接頭探傷顯示超標等焊頭質量缺陷，出現返工，耗費了大量的人力財力物力，有時甚至影響到交驗工期。

2 典型焊頭質量缺陷的產生原因及解決方法

2.1 高接頭

用一米型尺測量，軌頭上面起拱量大于0.3mm，稱之為高接頭。高接頭可以通過后續正火及打磨環節得到合格焊頭。但過高的起拱量，如正火精磨后的拱量大于1mm的焊頭，增加了后續環節的工作量。

2.1.1 高接頭產生原因

2.1.1.1 鋼軌焊接時，在對軌及夾持鋼軌時，向上提得過高，造成起拱量過大。

2.1.1.2 焊頭正火后，沒有及時測量起拱量，采取用液壓彎軌器適當下壓接頭頂部及鎖緊相應扣件。

2.1.1.3 焊頭精磨時，沒有根據當時環境溫度及鋼軌溫度確定打磨余量，過大的起拱量可以經打磨減小。

2.1.2 高接頭解決方法

2.1.2.1 正火和打磨操作人員應及時將后續焊頭質量情況反饋給焊軌機操作人員，控制焊接環節的起拱量。

2.2.2.2 焊頭正火后，及時測量起拱量，采取用液壓彎軌器適當下壓接頭頂部及鎖緊相應扣件。保證軌頭上面起拱量4mm-5mm，行車面0.3mm以內（此時溫度要保證在450℃以上）。

2.2.2.3 焊頭精磨時，增加打磨量。

2.2 低接頭

用一米型尺測量，軌頭上面起拱量低于0mm，稱之為低接頭。在施工中應避免出現低接頭。

2.2.1 低接頭產生原因

2.2.1.1 鋼軌焊好精磨后，經過一段時間的熱脹冷縮內部應力作用，及線上行車對焊縫的碾壓，焊頭會產生下降。為了避免在工程交驗出現低接頭，在正火時應控制起拱量，在精磨時預留打磨余量，保證交驗合格。

2.2.2 低接頭解決方法

2.2.2.1 獲得焊接環節的理想起拱量，并做到正火和打磨操作人員與焊軌機操作人員及時溝通反饋。

2.2.2.2 在正火環節，熟練運用液壓正軌器及撬棍進行校正，使用1米專用型尺及塞尺，保證軌頭上面起拱量4mm-5mm，行車面0.3mm以內（此時溫度要保證在450℃以上）。

2.2.2.3 在精磨環節，用鋼軌精磨機及磨頭砂輪，打磨鋼軌軌頭焊縫位置頂面上行車面，使軌頭焊縫與軌頭形狀一致。使用1m型尺及塞尺，保證起拱量留0.6mm-0.8mm，溫度高可留0.8mm-01mm，打磨方向與鋼軌軸向長度方向同向。精磨范圍在1m以內。

2.2.2.4 如出現低接頭，允許再正火二次。利用鋼軌的特殊形狀，即軌頭截面積大軌底板截面積小，加熱后冷卻是軌底板先回縮形成起拱量來改善低接頭。

2.3 焊頭正火溫度不均勻

2.3.1 正火溫度不均勻的原因

2.3.1.1 加熱器火孔大小沒有調整好，造成焊頭軌頭與軌底的溫度不一致。嚴重的會出現軌底過燒，造成焊頭報廢。

2.3.1.2 加熱器局部火孔因積碳產生堵塞，造成局部加熱溫度低。

2.3.1.3 加熱器出火孔距鋼軌各部分間隙沒有保證基本一致，致使鋼軌溫度不均勻。

2.3.1.4 氧氣與乙炔的混合比不正確，加熱熱量不充分。

2.3.1.5 正火操作人員不熟練，不能正確調整加熱器，調整混合比，擺火動作不正確。

2.3.2 焊頭正火溫度不均勻的解決方法

2.3.2.1 培訓正火操作人員，能夠正確調整加熱器，調整混合比。

2.3.2.2 加熱焊縫以內60毫米鋼軌，正確使用測溫儀，U75V控制在900--920℃， U71Mn控制在870--900℃。

2.3.2.3 要求軌頭軌腰軌底板溫度基本一致，軌底板溫度允許高50℃以內，避免過燒。

2.4 焊頭裂紋

2.4.1 焊頭裂紋產生的原因

2.4.1.1 鋼軌焊接完成后，由于鋼軌冷卻過程中的回縮，造成軌底焊縫裂紋。

2.4.1.2 由于松扣件墊滾筒環節扣件沒有完全松完，滾筒沒有按規定間隔放置，在焊機拉鋼軌對軌的過程中產生一個向后的拉力，造成焊接完成后軌底焊縫裂紋，也可能在正火后造成軌底焊縫裂紋。這個問題，在低溫環境特別是在鎖定焊時多有發生。

2.4.1.3 在低溫條件及鎖定焊正火時沒有注意焊縫前后各20扣以外應鎖緊5對扣件以上，以致加熱時鋼軌回縮產生裂紋、拉細焊縫甚至拉斷焊縫。

2.4.2 避免焊頭裂紋的方法

2.4.2.1 鋼軌焊接最好采用保壓推瘤的方法，利用焊軌機保壓推瘤的功能，焊頭焊好后維持5分鐘的壓力，待焊頭溫度下降到350℃以下時松開鋼軌。

2.4.2.2 焊接前應確認扣件完全松完，滾筒按規定間隔放置。

2.4.2.3 焊頭正火前確認焊縫前后各20扣以外應鎖緊5對扣件以上。

2.5 接頭探傷顯示超標

2.5.1 接頭探傷顯示超標的原因

2.5.1.1 由于正火溫度不均勻，焊縫內部金相組織不一，粗晶反射現象造成顯示超標。

2.5.1.2 焊頭軌頭軌底打磨沒打磨平，在凹凸部造成顯示超標。

2.5.1.3 焊頭軌底露頭的小灰斑、小夾渣造成探傷顯示超標。

2.5.1.4 焊頭軌底打磨棱角沒做好園弧過度，在棱角處造成探傷顯示超標。

2.5.2 解決焊頭接頭探傷顯示超標的措施

2.5.2.1 保證焊頭正火溫度均勻，溫度達到規定要求。

2.5.2.2 焊頭打磨按規定打磨到位。

2.5.2.3焊頭軌底露頭的小灰斑、小夾渣有一部分可以通過加大打磨量消除。

3 鋼軌現場焊接的正火及打磨工藝方案制定

通過以上的分析，影響鋼軌焊縫接頭質量的因素，包括人、機、料、法、環的各個方面，制定詳細的、定量的鋼軌現場焊接的正火及打磨工藝方案，對提高焊頭質量的一次合格率，減少返工造成的損失，有很大的現實意義。

以下為鋼軌現場焊接的正火及打磨工藝方案。

3.1 鋼軌焊頭正火工藝方案（以60軌為例）

3.1.1 待軌溫冷卻至300℃以下，焊縫兩端松開15-20扣，打壓機墊入150-175mm木頭方墩。

3.1.2 打粗磨，打磨軌底板上面、側面及軌底面。

3.1.3 如鎖定焊，需加入探傷工序，判定是否傷頭。

3.1.4 固定加熱器，保證加熱器出火孔距鋼軌各部分間隙基本一致。

3.1.5 開啟氧氣乙炔控制箱。

3.1.6 用點火器點燃加熱器。

3.1.7 擺火，移動距離60mm，加熱時間3.5分鐘至5分鐘。

3.1.8 測溫，當溫度達到870℃--900℃即達到加熱溫度。測溫部位為軌頭正中及軌底板三角區上部。

3.1.9 加速擺幾次火，關閉氧氣乙炔控制箱，停火。

3.1.10 快速取下加熱器及擺火架。

3.1.11 快速用壓機取下墊塊。

3.1.12 快速用1米專用直尺及塞尺測量軌頭上面起拱量及行車面。

3.1.13 快速用液壓正軌器進行校正，使用1米專用型尺及塞尺，保證軌頭上面起拱量4mm-5mm，行車面0.3mm以內（此時溫度要保證在450℃以上），并鎖緊扣件。

3.1.14 自然冷卻，允許吹風。特殊情況（如夏季溫度高），溫度降至300℃以下，可以淋水降溫。

3.1.15 接下進行精磨及測量，保證軌頭上面起拱量0.6mm-1mm，行車面0.2mm以內。完全冷卻后，軌頭上面起拱量會降至0.2-0.6mm，通過以后修軌可避免低接頭。

3.2 鋼軌焊頭打磨工藝方案（以60軌為例）

打磨共分粗打磨、精打磨及修軌。

3.2.1 粗打磨工藝方案

3.2.1.1 鋼軌焊接完成，待焊縫溫度降至300℃以下。

3.2.1.2 啟動小型發電機，在合適位置放置電源插板。

3.2.1.3 機車及焊機后退25m以外。

3.21.4 用壓機起軌，墊好墊塊。

3.2.1.5 用棒砂輪機及粗砂輪，打磨鋼軌焊縫位置軌底板三角區，使焊縫與軌底板三角區形狀一致。打磨方向與鋼軌軸向長度方向同向。

3.2.1.6 用棒砂輪機及粗砂輪，打磨軌底，將軌底焊縫打平。

打磨方向與鋼軌軸向長度方向同向。如夜間，需通過頭燈照射軌底位置，用鏡子反射看清軌底進行打磨。

3.2.1.7 銳邊倒角。

3.2.2 精打磨工藝方案

3.2.2.1 鋼軌正火完成，待焊縫溫度降至300℃以下。

3.2.2.2 啟動小型發電機，在合適位置放置電源插板。

3.2.2.3 機車及焊機后退25m以外。

3.2.2.4 用壓機起軌，取下墊塊，水平落入軌枕。

3.2.2.5 用鋼軌精磨機及磨頭砂輪，打磨鋼軌軌頭焊縫位置頂面上行車面，使軌頭焊縫與軌頭形狀一致。使用1m型尺及塞尺，保證起拱量留0.6mm-0.8mm，溫度高可留0.8mm-01mm，打磨方向與鋼軌軸向長度方向同向。精磨范圍在1m以內。

3.2.2.6 用鋼軌精磨機及磨頭砂輪，打磨軌頭內行車面，使軌頭內行車面焊縫與軌頭行車面形狀一致，使用1m型尺及塞尺，保證行車面直線度為0到0.2mm。打磨方向與鋼軌軸向長度方向同向。精磨范圍在1m以內。

3.2.2.7用鋼軌精磨機及磨頭砂輪，打磨軌頭非行車面，使軌頭非行車面焊縫與軌頭非行車面形狀一致，打磨方向與鋼軌軸向長度方向同向。精磨范圍在1m以內。

3.2.2.8 精磨時注意圓弧過度。

3.2.3 修軌工藝方案

3.2.3.1 高接頭處理

打磨鋼軌軌頭焊縫位置頂面上行車面，使軌頭焊縫與軌頭形狀一致，起拱量為0-0.2mm，要求控制到上限。打磨方向與鋼軌軸向長度方向同向。修軌范圍在1m以內。

打磨軌頭內行車面，使軌頭內行車面焊縫與軌頭行車面形狀一致，保證行車面直線度為-0.2到0.2mm。打磨方向與鋼軌軸向長度方向同向。修軌范圍在1m以內。

3.2.3.2 低接頭處理

再次正火按正火工藝，如正火后起拱量大按高接頭處理。

4 總結

經過京滬高鐵、海南東環線、漢宜高鐵、寧杭高鐵等工程的實踐摸索，通過進行細致的實驗分析，找出影響焊頭質量的因素，制定詳細的、定量的鋼軌現場焊接的正火及打磨工藝方案，施工進度得到加快，一次合格率大大提高，返工率控制到了很小到范圍，焊頭質量得到了保證，產生了很好的綜合效益。

參考文獻

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