試論鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量控制

霍思睿

（中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司呼和焊軌段，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

隨著國家投融資體制改革的不斷深入，鐵路建設(shè)格局與環(huán)境已發(fā)生變化，一方面是地方在鐵路建設(shè)方面的責(zé)任增大，另一方面是社會對鐵路建設(shè)提出了新的要求，特別是高速鐵路鋼軌焊縫外觀質(zhì)量。從整體上來看，我國鐵路發(fā)展空間較大，同時(shí)具備多種外部條件，如技術(shù)能力和管理手段等。因此，及時(shí)制定滿足當(dāng)前焊接工作的技術(shù)措施，進(jìn)一步統(tǒng)一質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)動焊接工作人員積極性，從根本上推動鋼軌焊接質(zhì)量的全面提升。

1 焊接缺陷主要形式

從缺陷類型進(jìn)行劃分，主要可以分為內(nèi)部缺陷和外觀缺陷兩種類型。其中，外觀缺陷多指在尚未使用相關(guān)儀器設(shè)備的前提下，缺陷發(fā)生于工件表面結(jié)構(gòu)，常見缺陷類型主要包括魚鱗波高低不平、整體外觀質(zhì)量過于粗糙、焊縫和母材之間的過渡過于強(qiáng)硬、寬窄發(fā)生突變等。當(dāng)前階段，所有焊接方法中外觀質(zhì)量控制不達(dá)標(biāo)的手段方法主要是錯(cuò)邊，且母材被推傷等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，該方法現(xiàn)已不提倡應(yīng)用。而以下缺陷，如末焊合、氣孔、過燒、夾渣、裂紋以及灰斑等均屬于內(nèi)部缺陷問題。通常情況下，不同的缺陷采用不同的焊接方法，目前，我國鋼軌焊接所采用方式有鋁熱焊、氣壓焊以及閃光焊。其中，閃光焊的應(yīng)用頻率較高，所控制對象以內(nèi)部缺陷居多，如鋼軌接縫中的光斑問題等。但是，在綜合對比分析外觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量兩種不同形式后可發(fā)現(xiàn)，比較理想的焊接方法是閃光焊。

2 鋼軌焊接外觀缺陷產(chǎn)生原因

鋼軌焊接外觀缺陷的產(chǎn)生，在某種程度上受到來自多方面因素的影響，人為因素、冶金因素以及自然因素的影響均可包括在內(nèi)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)鋼軌焊接特別是位于施工現(xiàn)場的焊接作業(yè)，所處自然環(huán)境相對惡劣，且受焊接人員自身專業(yè)操作限制，對于外觀質(zhì)量的控制難以達(dá)到實(shí)際焊接要求。其中，冶金因素的影響主要集中在鋼軌出廠階段，在不同鋼軌上，或多或少存在幾何尺寸方面的偏差，而這種自然生產(chǎn)所造成的偏差現(xiàn)象很難通過人為操作進(jìn)行改善。且焊接內(nèi)在缺陷又可細(xì)分夾渣、氣孔、末融合、灰斑以及過燒等，在焊接氣孔時(shí)，氣泡在熔池中進(jìn)行凝結(jié)時(shí)，因無法有效益出而形成相關(guān)空穴。該氣體的吸收很有可能源于熔池外界，也有可能生成于冶金焊接過程中。對于氣孔形狀而言，可分為針孔、條蟲狀氣孔以及柱孔，而從氣孔分布角度來看，又可分為鏈孔和密集氣孔。氣孔在具體生成過程中主要影響因素有2種，一種是冶金因素，另一種是工藝因素。工藝因素產(chǎn)生的主要條件為是否存在規(guī)范性焊接操作，所填充金屬表面或者母材中是否附著有銹跡或油污等。并且由于在高溫狀態(tài)下水分與氣體的轉(zhuǎn)化相對困難，氣體在高溫金屬中的含油量不斷升高，熔池冷卻速度隨之升高，無多余時(shí)間進(jìn)行氣體的逸出，最終導(dǎo)致焊縫中殘留有大量氣孔。與此同時(shí)，在鋁熱焊過程中也容易出現(xiàn)氣孔，在某種程度上冶金因素的形成，受鋼軌凝固界面上所排出的氫、氧、氮、水蒸氣以及一氧化碳的影響。除此之外，熔渣等現(xiàn)象容易發(fā)生鋼軌焊接完成之后，并長時(shí)間存在與焊縫之中，但相互之間以條狀和點(diǎn)狀進(jìn)行區(qū)分。其產(chǎn)生主要是由于熔池中熔化金屬的凝固速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出熔渣的流動速度，當(dāng)熔化金屬完全凝固時(shí)，熔渣未能在第一時(shí)間與熔池相互分離。它主要存于焊縫之間和焊縫與母材之間.其主要是由于鋼軌斷面有油污或者灰塵造成的。

3 鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量控制分析

3．1 做好焊接前的準(zhǔn)備工作

鋼軌焊接前要對鋼軌母材外觀檢查，表面缺陷檢測、除銹等工序，然后方可進(jìn)行焊接焊頭的最高熔點(diǎn)溫度超過1000攝氏度為確保鋼軌焊接接頭質(zhì)量焊接好的鋼軌接頭要進(jìn)行熱處理，目前，國內(nèi)鋼軌焊接生產(chǎn)線已經(jīng)采用這項(xiàng)設(shè)備及工藝技術(shù)焊接好的鋼軌還要經(jīng)過多項(xiàng)工序。其中，焊接接頭軌頂行車面，導(dǎo)向面的平直度要控制在0～0.2mm，拿我們的頭發(fā)絲做個(gè)對比，一根頭發(fā)直徑大約是0.07mm也就是誤差相當(dāng)于2根頭發(fā)絲落錘試驗(yàn)是對焊接質(zhì)量檢測的重要一環(huán)焊接接頭能夠承受1噸重的鐵錘從5.2m的高度自由落體落下時(shí)的沖擊錘擊后的焊頭不裂不斷驗(yàn)收合格的焊接鋼軌我們還要為它發(fā)放 身份證 記錄著鋼軌材質(zhì)、出廠日期生產(chǎn)編號、作業(yè)人員等信息確保每根鋼軌都可進(jìn)行質(zhì)量追蹤。

3．2 預(yù)留適中焊縫

對軌時(shí)焊縫寬度要求在25±2mm之間，端頭面要平整與縱向垂直，保證熔化的鋼水澆筑時(shí)填滿整個(gè)空隙。因此，首先要保證鋸軌機(jī)的技術(shù)狀態(tài)、操作人員操作規(guī)范，減少端面誤差（允許誤差0.8mm）；其次，必須計(jì)算好溫度變化對鋼軌伸縮的影響，保證預(yù)留焊縫大小適中，以防止軌縫超出范圍后預(yù)熱達(dá)不到預(yù)期效果。

3．3 適當(dāng)打磨焊接接頭表面

在對鋼軌焊接接頭表面進(jìn)行打磨時(shí)，應(yīng)確保位于焊接接頭位置的焊接材料，不得超過鋼軌表面高度的0.8mm。對鋼軌焊接接頭進(jìn)行有效打磨，保證焊接接頭的輪廓半徑與鋼軌頭半徑處于同一標(biāo)準(zhǔn)，并且保持其與鋼軌內(nèi)側(cè)和外側(cè)的齊平狀態(tài)。當(dāng)焊接接頭溫度完全適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境溫度時(shí)，應(yīng)對其外觀進(jìn)行精心打磨，具體打磨過程中需注意的是應(yīng)精準(zhǔn)測量專用電子鋼軌焊縫平直尺，以測量所得數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)對鋼軌焊接接頭進(jìn)行打磨，直至與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成一致即可。此外，在鋼軌焊接接頭打磨過程中，應(yīng)盡可能的避免對過大力度的使用，防止因鋼軌溫度升高而產(chǎn)生的鋼軌淬火現(xiàn)象。

3．4 焊后質(zhì)量控制

一方面，焊后熱處理。在對鋼軌鋁進(jìn)行熱焊接過程中，由焊接熱所造成的影響不可避免，通常鋼軌鋁熱焊接縫多為鑄造組織，材料在未經(jīng)熱處理之前的承壓能力相對較小，缺乏高水平的塑性指標(biāo)，因此，為從根本上確保鋼軌鋁熱焊頭塑性指標(biāo)的全面提升，避免其發(fā)生突發(fā)性折斷現(xiàn)象，應(yīng)在焊接完成后做好相應(yīng)的熱處理工作。在法國QPCJ工藝具體應(yīng)用時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，焊接熱影響區(qū)可在一定程度上實(shí)現(xiàn)對相關(guān)硬件的系統(tǒng)控制，所產(chǎn)生危害影響相對較少，焊接完成后即使在未進(jìn)行熱處理的情況下，仍可保證其正常使用。另一方面，因在鋼軌接頭焊接完成后，在焊頭位置開展超聲波探傷檢測，提升對其檢測力度，增加儀器探傷檢查和手工外觀檢測等等。認(rèn)真仔細(xì)的總結(jié)分析焊接過程中所產(chǎn)生的相關(guān)質(zhì)量性問題，深入探尋導(dǎo)致該質(zhì)量問題產(chǎn)生的主要原因，對質(zhì)量改善措施進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。其中，儀器探傷所檢查內(nèi)容主要包括以下幾種：以焊縫為中心軌腰4個(gè)探測面、軌頭踏面2個(gè)探測面、軌底4個(gè)探測面、頭側(cè)面4個(gè)探測面，焊縫中心兩側(cè)各200mm范圍。主要是看上次探檢時(shí)波形是否有明顯的差異，如有應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)護(hù)或進(jìn)行加固處理，以防焊縫斷裂，造成行車事故。而手工外觀檢測主要有輪軌作用邊的直順度、焊頭頂面的凸凹度等。在利用電子平尺對鋼軌焊接接頭中焊縫平直度進(jìn)行檢測時(shí)，應(yīng)注意以下內(nèi)容，一是必須將鋼軌置于檢驗(yàn)平臺中，并以夾鉗做好相關(guān)穩(wěn)固工作；二是在平直度實(shí)際測量過程中，應(yīng)確保焊接溫度與室溫保持一致。當(dāng)平直度及焊接接頭表面平度嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)時(shí)，可在條件允許的情況下以角磨機(jī)進(jìn)行修磨。對于即使經(jīng)過修磨后仍不可達(dá)到實(shí)際焊縫標(biāo)準(zhǔn)的焊縫結(jié)構(gòu)，需對焊接工序進(jìn)行重新調(diào)整或者對原有焊接接頭進(jìn)行切鋸后重新焊接。此外，外觀檢驗(yàn)工位還應(yīng)對鋼軌焊接接縫的具體打磨情況進(jìn)行仔細(xì)檢查，對打磨的深度及長度進(jìn)行嚴(yán)格控制，對所有經(jīng)過打磨或者發(fā)藍(lán)的部位進(jìn)行拋光，對斬腰以及軌頭下顎處焊瘤余量進(jìn)行全面檢查。

4 結(jié)語

綜上所述，在鐵路運(yùn)貨量和運(yùn)客量不斷提升的今天，鋼軌及其焊接接頭質(zhì)量成為其運(yùn)行過程中的基礎(chǔ)保障之一。若要從根本上保證對鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量的有效控制，需深入各不同崗位、不同工序、不同規(guī)程，對各環(huán)節(jié)操作及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格控制，秉持 一個(gè)工位問題當(dāng)場解決 的原則，最大限度的遏制其影響范圍的不斷擴(kuò)大，形成每個(gè)焊接頭均質(zhì)量最優(yōu)的無縫線路，確保按期完成施工節(jié)點(diǎn)，同時(shí)賦予城市軌道交通較強(qiáng)的施工作業(yè)能力。