淺談軌道鋼的焊接方法及問題解決

劉俊杰

摘要：近年來，隨著鐵路高速化重載化的快速發展，軌道結構逐漸由無縫線路取代為普通線路。與普通鋼軌相比，無縫線路取消了大量的鋼軌連接接頭，具有行車平穩、軌道維護成本低、使用壽命長等優點。它已成為高速鐵路建設中最重要的方法。無縫線路是鐵路軌道的一項重要新技術。將普通鋼軌焊接成一定長度的長鋼軌，再把焊接成一定長度的長鋼軌連接鋪設，稱為無縫線路。長鋼軌焊接是鋪設無縫線路的重要環節。軌道鋼的焊接技術也得到了大量應用。此篇論文就軌道鋼的焊接提出一些問題和解決方案。

關鍵詞：軌道鋼焊接;焊接工藝;焊接技術

0 ?引言

高速鐵路技術，是指與高速鐵路系統有關的一切科學技術，包括鐵路建設技術、列車制造技術、材料組裝技術、信息采集技術、調度控制技術、維修技術等，常規運輸能力和管理水平。與航空技術一樣，高鐵技術是一個非常龐大復雜的工程系統，不能用單一的速度來概括。近年來隨著我國高速鐵路的發展，軌道鋼的制造及焊接技術也有了長足的發展。目前我國軌道鋼焊接技術主要有以下三種方法：軌道鋼接觸焊接、氣壓焊接、鋁熱焊接。

1 ?鋼軌接觸焊

鋼軌接觸焊又稱閃光焊接。其基本原理是兩條軌道鋼斷面相互接觸，起初只有幾個點相互接觸，形成最初的通電過梁，當強大的電流通過兩個軌道接觸面時，軌道鋼就會產生很大的電阻熱，直到鋼軌過梁被爆破、噴弧，發出飛濺和閃光，并出現金屬熔滴變成了一個新的過梁，所以爆破、噴弧飛濺和閃光將持續進行，直到鋼軌端面的污垢被噴射干凈并加熱至熔化狀態，同時切斷電源并使端部相對，同時對表面加壓，使其在擠壓作用下相互結晶，完成兩軌的焊接。鋼軌接觸焊（閃光焊）一般應用于鋼軌工廠內部的焊接，無縫絨路百分之九十五是采用此種工藝完成的。由于鋼軌接觸焊的焊接熱源來自工件內部熱源，熱量集中，加熱時間短，焊接過程不需要補充金屬。加工金屬的過程比較簡單，熱影響區相對較小，容易獲得質量較好的焊接連接件，鋼軌焊接廠采用的焊接工藝基本相同，包括：鋼軌分配、探傷、鋼軌端面修復、進入焊接工位、焊接、粗磨、精磨、矯直、正火、探傷、進入鋼軌承力平臺、裝車運至現場。各工序中最關鍵的焊接質量直接關系到鐵路線維護工作量的多少。如果存在任何問題，焊接過程的質量嚴重時直接關系到線路的維護工作量，更甚者會危及行車安全。

軌道鋼屬于大斷面材料。其型材中部材質差，熔點低，有夾渣帶。松散，產品顆粒粗糙。在焊接和頂鍛過程中，擠壓出邊緣較好的材料，而中心的較差材料向外膨脹，纖維結構被打斷和彎曲。這對鋼軌的質量有很大的影響。

鋼軌焊接質量分為外觀質量和內部質量兩部分。均應符合TB/t1632.2-2005的要求。

外觀質量主要包括軌頂面平直度和工作邊緣平直度的達標。

內部質量包括：有無焊接、過燒、夾渣、灰斑、電擊斑等。焊接后，首先檢查焊接接縫是否合格，然后用超聲波探傷儀進行檢查。焊接機自身采集的數據和我們肉眼所得的數據，可以幫助我們分析焊接接頭的質量和鋼軌焊接機的工作狀態。但對焊接質量最準確的判斷是有超聲波探傷儀，我們主要采用cts-23b超聲波探傷儀進行檢查。

鋼軌閃光焊最常見的缺陷是灰斑。其主要原因是焊接過程中頂鍛力不足或過大，焊口過大而無法閉合，焊口殘留及焊口金屬氧化物未完全擠出。灰斑產生的原因還有很多，焊機電極板清理不到位也是其中之一。焊機底座破壞絕緣不好、鋼軌除銹不徹底、焊接端面不垂直、電壓不穩等都是產生的原因。基于目前的鋼軌材質和焊接技術灰斑還無法徹底鏟除。焊接中其他內部質量的達標只能通過以下方法解決。

嚴格執行工藝操作規程，徹底清理鋼軌端鐵銹、油污，加強焊縫內部質量檢查。經多次試驗試驗確定的工藝參數，不得隨意進行改變，應定期清理焊口。嚴格執行正火工藝。加強操作人員的責任心，定期校準手持測溫儀，確保測量結果的有效性。加強焊接人員與焊接配套設備運行維護人員的焊接技術培訓和交流。加強焊前對鋼軌主要型式、尺寸及焊后焊縫平直度的檢查。通過生產實踐和試驗不斷積累經驗，提高鋼軌焊接質量和水平。

2 ?氣壓焊接

鋼軌氣壓焊是鐵路無縫線路接頭焊接的主要方法（見圖1），多年來為鐵路無縫線路的推廣做出了突出貢獻。然而，氣壓焊工藝要求相對嚴格，影響焊接質量的人為因素很多。比如技術管理失控，很容易造成質量事故。氣壓焊主要通過對鋼軌接頭進行加熱和加壓來完成。這種焊接方法起源于美國，后來在日本和其他國家采用。鋼軌氣壓焊是一種成熟可靠的焊接技術。氣壓焊接接頭具有較高的強度、韌性和抗疲勞性能，優于鋼軌鋁熱焊接頭和閃光焊的接頭。但也有一些原因造成氣壓焊鋼軌焊頭的重傷及折斷。當焊接過程控制存在問題，焊接頭存在影響焊接頭壽命的焊接缺陷，焊接缺陷分為外部缺陷和內部缺陷，外部缺陷主要為接頭高低不平、錯縫和鋼軌底角塌陷。由于這種缺陷引起的截面突變，在工作條件下逐漸發展成裂紋。內部缺陷主要是亮斑和未完全焊透，影響最大，因為它們降低了鋼軌的有效截面，在邊緣產生應力集中，損傷發展很快，很容易斷線。未焊透錯誤檢測很少被檢測到，因此危害更大。

究其原因主要有以下幾個方面：

目前氣壓焊系統本身存在不足。生產氣壓焊機的廠家太多了。一些技術能力低、設備精度低的小工廠，在自己的設備上存在制造誤差，經常導致焊機變形、加熱器溫度升高、加熱器局部燃燒等，影響焊接質量。

近年來，年輕工人增多，焊接隊伍不穩定。許多焊工沒有經過嚴格的系統培訓，也沒有掌握氣動焊接的關鍵技術。焊接工人素質明顯降低。

有的焊接人員不按照焊接工藝要求操作，如焊前端面受污染，端面形位公差不合格，正火溫度控制不嚴，焊后磨削不光滑，形成張力集中源。操作過程根本不按照工藝標準執行。

為了解決以上問題的產生，我們加大氣壓焊機生產廠家的資質。使出廠焊機達到優質水平。對氣壓焊接操作人員進行嚴格培訓，嚴格考核，持證上崗。實行多方位考核，考核不合格停止作業。并提高操作人員待遇。通過以上幾種方法可以有效消除不合格產品的存在。

3 ?鋁熱焊

鋼軌鋁熱焊的焊接原理是鋁熱劑在坩堝中點燃，形成高溫鋁熱鋼水，注入焊接砂型和待焊鋼軌組成的空腔中。高溫鋼水通過專門設計的砂型澆注系統熔化待焊鋼軌端面，冷卻凝固后將待焊鋼軌連接成一個整體。（見圖2）鋼軌鋁熱焊有自己的熱源。因此，該設備簡單易行，快，少量人員可進行焊接作業。在鋁熱焊焊接中，鋼軌的幾何位置在焊接過程中幾乎沒有變化，其平順性取決于夾具。因此，焊接接頭的平整度優于氣壓焊。由于鋼軌在焊接過程中不移動，特別適用于跨區域無縫鋼軌的焊接。鋁熱焊實際是鑄造過程。在鑄造過程中，鋁熱焊焊縫金屬為鑄態組織。因此，界面的性質具有鑄造的特點，力學性能比閃光焊差。

鋁熱焊的焊接缺陷主要是由于施工過程中預熱不足造成的。所以在生產中，鋼軌預熱過程是焊接過程中一個非常重要的過程。受人、機、料、法等諸多因素的制約，應因地制宜地采取保障措施。在低溫環境下，氧氣瓶、丙烷瓶和儀表應采取保溫措施，保證預熱火焰穩定、正常。鋁熱焊焊頭兩側鋼軌的母材為熱影響區。現行工藝標準未規定焊頭的正火處理。事實上，應積極開發鋁熱焊正火加熱器，應使鋁熱焊頭正火，提高焊接接頭的綜合強度指標。

總之，現行的幾種軌道鋼的焊接放法優缺點各異，根據實際情況選擇合適的加工工藝，操作者根據實際的加工工藝認真細致的按規定要求完成，就一定能得到合格的產品。

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