鋼軌閃光焊接頭火焰正火過程控制的重要性

余楚華

【摘?要】本文根據工地鋼軌閃光焊施工接特點，以氧氣-乙炔火焰正火為研究對象，結合以往的施工經驗進行理論分析，通過不斷的實踐，總結出一套具體可控的正火措施。

【關鍵詞】鋼軌閃光焊;火焰正火;可控;措施

Importance of flame normalizing process control of rail flash welding head

Yu Chu-hua

（China Railway First Bureau Group New Transportation Engineering Co.， Ltd?Xianyang?Shanxi?712000）

【Abstract】In this paper， according to the characteristics of rail flash welding in construction site， taking oxygen-acetylene flame normalizing as the research object， combining with previous construction experience， theoretical analysis is carried out， and through continuous practice， a set of concrete and controllable normalizing measures are summarized.

【Key words】Flash welding of rail;Flame normalizing;Controllable;Measures

1. 前言

隨著鐵路運輸的高速發展，為了滿足提速和重載的需要，無縫線路建設已經全面普及。無縫線路鋼軌焊接主要以閃光焊為主體，其焊后的接頭性能并不是很完美，容易形成粗晶和發展缺陷，接頭的金屬性能不穩定，組織結構不牢固，，對鐵路預算和安全運行造成很大的影響。因此，需要對鋼軌閃光焊接頭進行熱處理，通過正火工藝來改善和加強鋼軌閃光焊接頭的韌性和塑性，減少應力，增加抗脆裂性能，從而提高鋼軌使用壽命。

2. 正火的目的與工藝原理

（1）鋼軌焊接后正火熱處理的目的是消除因焊接熱循環而產生的熱影響，改善焊接接頭的綜合機械性能，細化晶粒，提高韌性，改善焊接殘余應力的分布。鋼軌焊后正火熱處理對接頭的質量起著決定性作用。

（2）正火熱處理方式大概分為中頻感應正火和氣體火焰正火兩種，廠焊基本都采用的是中頻電感應正火的方法，而施工現場因地制宜，仍使用火焰正火的熱處理的方法。氧氣-乙炔正火屬于外熱式傳導加熱，它是利用氧氣-乙配比混合后通過加熱器使熱量通過鋼軌外部向鋼軌內部傳導，屬于熱傳導加熱方式，這種方式熱處理具有溫度不容易控制，分布不均勻，速度慢，效率差等缺點，人為和環境因素影響較大，熱處理效果不穩定，但是如果能嚴格控制正火工藝流程，也可以達到預期的效果（現場氣體火焰正火見圖1、廠焊中頻感電應正火見圖2）。

3. 正火過程中存在的問題

施工單位的正火人員中，有許多是聘用的勞務工或是分包給勞務隊，他們沒有經過系統的培訓，不明白正火的原理，隨性操作很容易導致焊接的接頭沒有達到預期的效果甚至報廢焊頭。

3.1?正火時的起始溫度較高。夏季施工時，尤其是地鐵隧道內焊頭降溫速度慢，由于著急搶工，在表面溫度還沒有降至500℃以下就開始正火作業，使接頭內部金屬組織還沒有完全轉變的情況下進行再次加熱，很容易形成粗晶，導致接頭的機械性能差，給探傷造成阻礙，最終結果就是返工，對接頭進行二次正火。

3.2?正火時的終止溫度過高或過低。焊后正火加熱溫度控制是否合適，是衡量焊后熱處理效果的關鍵。當正火結束時溫度大于 950 ℃時，奧氏體晶粒組織會迅速長大，冷卻后，轉變成的珠光體和鐵素體晶粒組織也變得相對粗大，接頭的韌性和塑性會很低。當正火結束時溫度低于850℃時，會導致焊接的接頭無法達到正火熱處理的目的，由于正火加熱不足，使焊接接頭奧氏體化未能充分進行，從而形成粒狀珠光體顯微組織，使焊頭硬度較低，接頭內部存在金屬組織不均衡，不牢固的現象，線路長期運營過程中容易出現低塌和嚴重的磨損，抗沖擊和疲勞效果很差。

3.3?氣體配比調試不合適導致加熱時間縮短或增加。氧氣-乙炔正火屬于熱傳導加熱方式，這種方式熱處理具有溫度不容易控制，分布不均勻等特點。

（1）乙炔適當，氧氣過大時，火焰相對較硬，正火時間縮短。首先，這種調節方法，容易爆管，中途正火時出現正火停頓，嚴重影響接頭正火質量。其次，由于火焰很硬，容易造成表面溫度達到，而內部導熱溫度沒有達到要求，只是強化了鋼軌表層，在空冷過程中金屬組織高溫應力過大，形成內部斷層，在運營過程中形成裂紋源和掉塊現像。

（2）乙炔適當，氧氣過低時，火焰相對較軟，正火時間長。這種加熱模式接頭塑性差，接頭氧化損耗和正火氣體損耗大，成本控制較難，不建議使用。

（3）氧氣適當，乙炔過低或過高時，火焰狀態不理想，乙炔低時火焰呈藍色細短，火焰成分大部分是氧氣，達不到加熱效果。乙炔過高時，火焰呈白色粗長，氧氣顯得又不足，火焰噴射力度小，強度不夠，同樣達不到加熱效果。只有根據氣控箱的性能適當的調節氧氣-乙炔配比，才能高效率的達到接頭正火達到目的。

3.4?正火加熱寬度和擺幅對接頭的影響。接頭正火對于加熱的寬度和加熱器的擺動速度也有很高的要求，加熱范圍過窄，接頭焊縫和兩端的鋼軌母材金屬組織不一致，更容易形成接頭缺陷;加熱范圍過寬，范圍越長越能接近表面溫度要求，但太長勢必會造成不必要的材料浪費和時間浪費。加熱器來回擺動的頻率具有較高的要求，擺動過慢時，在兩端的邊緣會形成溫度差，容易造成鋼軌從溫差處斷裂;擺動過快時，接頭升溫極快，形成較大的高溫應力，不利于空冷結晶過程，對接頭的綜合性能影響較大。