鋼軌電弧焊工藝的研究

程志東

摘 要：本文對鋼軌的對接堆焊工藝進行了分析，采用手工焊條電弧焊方法施焊。主要討論了焊接工藝的流程及焊接工藝參數。希望能夠對鋼軌焊接的實訓教學和工業生產中的相關工藝技術提供參考。

關鍵詞：鋼軌；對接堆焊；電弧焊；工藝流程；工藝參數

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.002

0 引言

隨著鐵路向高速重載方向的發展，無縫線路因其具有高可靠性和高穩定性，故成為高速重載軌道結構的最優選擇，作為無縫線路關鍵技術之一的鋼軌焊接技術，對無縫線路的發展有著重要影響。常用的鋼軌焊接方法很多，但各自有其優勢和不足。鋼軌閃光焊需要專門設備，且其適合于廠內不適合于現場。鋼軌鋁熱焊適合于野外操作，但其焊縫為鑄態組織，接頭組織和性能較差。鋼軌氣壓焊對表面要求高，且不適合于超長鋼軌的焊接。鋼軌電弧焊接頭性能較好，但對焊接工藝及焊工技術要求比較高。幾種焊接方法相比較而言鋼軌電弧焊方法需要的設備簡單、操作靈活方便、焊接成本低而且接頭性能能夠滿足需求。因此本文主要討論鋼軌電弧焊工藝問題。

1 試驗材料及設備

本試驗所使用的材料為U71Mn鋼軌，即截取鋼軌部分軌頭做為試驗用工件，并且在軌頭上表面開槽做為模擬焊口，焊件成分如表1所示。焊材采用低氫堿性焊條，焊接設備采用直流焊機，采用手工電弧焊、直流反接焊接方式。

2 焊接工藝流程

（1）焊件的準備：考慮到軌道鋼硬度較高，現場加工坡口比較困難，因此采用對接方式，利用鋼軌既有的端面做為操作面，如果端面銹蝕比較嚴重需要利用角磨將表面打磨光亮即可。

（2）確定對接間隙：考慮到鋼軌本身的高度問題，間隙不能過小，否則無法將焊條深入其中進行焊接操作，因此需要預留出足夠的間隙。

（3）焊件預熱：預熱過程采用了氣焊焊炬進行預熱，并利用紅外測溫槍確保預熱達到指定的溫度。

（4）對接堆焊過程：整個焊接過程采取多層多道焊的焊接方式，這種方式雖然效率相對較低，但能夠保證焊接強度，同時還要確保層間溫度。

（5）焊后熱處理：加熱方法扔采用氣焊焊炬，加熱到指定溫度后，利用石棉氈進行保溫，以防止焊后急冷導致裂紋出現。

（6）焊后工件打磨：使焊縫與鋼軌母材保持平滑。

3 試驗過程及其工藝參數

3.1 焊條的烘干工藝

因為采用的是低氫堿性焊條，所以焊條在使用之前需要進行烘干處理，烘干過程在烘干箱中進行，烘干溫度經試驗在350-400℃為宜，為避免焊條使用過程中受潮，烘干后的焊條置于120℃的保溫箱中備用。

3.2 對接間隙

因為整個鋼軌在厚度方向大約150mm，為確保焊條順利施焊，需要預留出一定的間隙，否則焊條無法觸及軌底。在參考相關文獻和試驗后，兩段軌道之間的對接間隙確定為20mm比較適宜。

3.3 預熱溫度

因鋼軌的碳含量很高，屬于高碳鋼范疇。其特點是淬硬傾向大、可焊性差，焊接熱影響區易產生硬化和脆化，焊接接頭易形成高碳馬氏體，從而造成冷裂紋和產生熱裂紋。針對該特點，宜采取焊接前對母材預先加熱、焊接后熱處理等措施來消除鋼軌內部應力和改善材質，已達到預期的焊接效果為防止焊接冷裂紋的產生。經試驗焊前預熱熱溫度為300-350℃較適宜，預熱方法是利用氣焊焊炬對焊口及周邊母材進行烘烤，并實時用紅外點溫儀檢測焊件溫度，當達到預定溫度即可以實施焊接。

3.4 對接堆焊工藝

為確保對接強度，采用多層多道焊工藝，并且特別強調的是焊接過程不能擺條，否則強度會受到影響。并且每焊完一道要將焊渣清理干凈，否則容易造成夾渣缺陷，影響鋼軌使用。另外層間溫度一定要保證，經試驗驗證層間溫度保持在300-350℃之間能夠保證焊接過程順利進行，焊接每層前要用紅外點溫儀測溫。

3.5 焊后熱處理工藝

焊后為防止焊接裂紋產生及消除應力，需要將焊好的對接焊件加熱，經試驗加熱溫度在650-750℃為宜，用紅外點溫儀測量達到指定溫度后，將石棉保溫氈覆蓋到焊件上，保溫一段時間即可。

4 結論

綜上的工藝流程和工藝參數經過試驗驗證，能夠滿足鋼軌的焊接要求，但試驗過程只針對U71Mn牌號的鋼軌。如果將本工藝應用到其他牌號的鋼軌焊接中，還需要在此基礎上進行小規模的試驗為宜。最后希望本文的試驗流程和工藝參數能夠為鋼軌焊接的相關實訓教學和工業生產中的相關工藝技術提供參考。

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