鋁熱焊縫溢流飛邊控制及打磨方法探索

李明明

摘要：簡述了鋁熱焊縫溢流飛邊的對鋁熱焊縫強(qiáng)度的影響，針對目前鋁熱焊接方法提出了控制措施，通過現(xiàn)場焊接作業(yè)實(shí)踐證明，能有效的控制焊縫溢流飛邊產(chǎn)生;同時(shí)對線上鋁熱焊縫溢流飛邊打磨進(jìn)度慢、傷母材、質(zhì)量不高等問題進(jìn)行探索，提出了有效的打磨機(jī)具及作業(yè)方式，通過現(xiàn)場打磨實(shí)踐，打磨效率得到有效提高。

關(guān)鍵詞：鋁熱焊縫、溢流飛邊、控制措施、打磨效率

隨著無縫線路的發(fā)展，鋼軌鋁熱焊接接頭取代了原有的普通接頭，鋁熱焊縫質(zhì)量成為無縫線路安全關(guān)鍵。由于在焊接過程中當(dāng)砂模封箱不嚴(yán)或焊縫不正，澆鑄時(shí)鋼水從砂模和鋼軌之間的縫隙中溢流出來，在焊筋邊緣的鋼軌表面上形成與母材相連的溢流飛邊，溢流飛邊根部容易產(chǎn)生鑄造缺陷，且干擾探傷波，容易造成應(yīng)力集中及傷損漏探，引發(fā)斷軌，影響行車安全。

一、溢流飛邊產(chǎn)生原因及影響

1.溢流飛邊產(chǎn)生原因

⑴待焊焊縫兩端母材磨耗不均。主要原因?yàn)槟ズ能墝墪r(shí)以軌頂面為基準(zhǔn)，高低差留在軌底，底模砂型安裝后上下偏斜，導(dǎo)致側(cè)模砂型安裝后左右偏斜與軌頭下顎、軌腰或軌底上表面存在間隙，鋼水澆鑄時(shí)從間隙中溢流出來，從而在軌頭下顎、軌腰或軌底上表面產(chǎn)生溢流飛邊。

⑵焊接時(shí)封箱不嚴(yán)。為對已有形成的間隙，未使用封箱砂進(jìn)行填塞堵實(shí)，鋼水澆鑄時(shí)易產(chǎn)生溢流飛邊，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生跑鐵現(xiàn)象。

⑶砂模制作工藝缺陷。一是砂模出廠時(shí)表面粘貼的高溫棉不規(guī)整，未與砂型邊緣對齊，在高溫棉邊緣存在間隙。二是在砂型底模板、側(cè)模板粘貼高溫棉的起終點(diǎn)存在殘留固體凝膠，導(dǎo)致砂模安裝完成后由于固體凝膠支撐，使得砂型底模板、側(cè)模板未與鋼軌完全貼合，形成間隙。

2.溢流飛邊對焊縫的影響

⑴溢流飛邊根部可能存在鑄造缺陷，易形成應(yīng)力集中。一是因溢流飛邊與鋼軌母材相平行，在根部形成折疊夾縫，在列車荷載作用下形成應(yīng)力集中。二是在澆鑄過程中流入縫隙中的鋼水優(yōu)先冷卻凝固，剛水中的氣孔來不及排出，可能在溢流飛邊根部形成疏松或氣孔等鑄造缺陷，加速了裂紋發(fā)展速率，造成安全隱患。

⑵溢流飛邊干擾探傷，易造成傷損漏探。一是溢流飛邊掩蓋焊縫表面缺陷，影響探傷人員對焊縫外觀的判斷，造成明傷的漏檢。二是軌底下表面缺陷主要用一次波或三次檢測，上表面缺陷用二次波檢測，若溢流飛邊與母材、焊筋完全熔合形成棱角時(shí)，探傷時(shí)產(chǎn)生干擾回波，當(dāng)焊縫內(nèi)部存在傷損且與溢流飛邊在同一位置時(shí)，極易誤導(dǎo)探傷人員對出波的判斷。三是軌底上表面及圓弧探測面處溢流飛邊影響單探頭聲波的掃查范圍，致使出現(xiàn)焊縫盲區(qū)。

⑶典型事故案例：2018年10月26日包蘭線下行沙坡頭至孟家灣區(qū)間K712+400處曲線上股（左股）鋁熱焊縫拉開。原因?yàn)橐皇呛缚p拉開處裂紋源位于鋼軌軌底上表面三角區(qū)焊筋邊緣，在焊筋邊緣的鋼軌表面有少量溢流飛邊，與鋼軌表面形成8mm長度折疊裂紋夾縫，鋼軌溢流飛邊跟部形成3×8mm疏松缺陷，造成應(yīng)力集中導(dǎo)致焊縫拉開。二是由于缺陷區(qū)域在焊接邊緣處，缺陷面積小，探傷波形難以發(fā)現(xiàn)。

二、溢流飛邊的控制

1.源頭控制磨耗軌焊接。做好焊接前工作量調(diào)查，主要對待焊鋼軌磨耗情況進(jìn)行準(zhǔn)確測量，選取磨耗相同的鋼軌進(jìn)行焊接，新舊軌焊接時(shí)高低錯(cuò)牙超過5mm時(shí)，嚴(yán)禁焊接，避免由于鋼軌高低錯(cuò)牙砂模偏斜形成溢流飛邊。

2.做好焊接材料的檢查及整修。對砂模表面粘貼的高溫棉不規(guī)整，重新對高溫棉進(jìn)行粘貼，確保與砂型邊緣對齊;檢查砂型底模板、側(cè)模板粘貼高溫棉的起終點(diǎn)是否存在殘留固體凝膠，及時(shí)對固體凝膠進(jìn)行清除，確保砂模安裝完成后與軌腰完成貼合。

3.嚴(yán)格落實(shí)焊接工藝，提高焊接質(zhì)量。一是磨耗軌焊接時(shí)，對無法避免出現(xiàn)的軌腰、軌底縫隙使用高溫棉進(jìn)行堵塞，確保與鋼軌母材高度貼合。二是底模、側(cè)模安裝完成后必須使用白卡紙對軌底、軌腰間隙進(jìn)行復(fù)核，出現(xiàn)縫隙時(shí)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。三是確保封箱質(zhì)量，封箱時(shí)必須使用搗實(shí)棒進(jìn)行密實(shí)性搗實(shí)，并且在封箱完成后由焊接負(fù)責(zé)人對封箱質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，確保封箱質(zhì)量。

三、溢流飛邊打磨方法探索

1.打磨標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)溢流飛邊分布及對探傷的影響，制定打磨標(biāo)準(zhǔn)如下：

⑴溢流飛邊打磨時(shí)不得傷及母材，打磨面輪廓應(yīng)圓滑，不得出現(xiàn)凹坑，無明顯微裂紋、剝落掉塊、利器剁傷等痕跡，打磨后必須消除打磨棱角防止出現(xiàn)應(yīng)力集中。

⑵溢流飛邊根部與母材相連其余部分與母材分層時(shí)，這種溢流飛邊可以進(jìn)行剔除。在焊接完成后進(jìn)行精打磨作業(yè)時(shí)，使用扁鏟和小錘在溢流飛邊根部連接處進(jìn)行剔除，剔除后使用角向磨光機(jī)或棒式打磨機(jī)對軌腰及焊筋處毛刺進(jìn)行打磨處理。

⑶軌底上表面及圓弧探測面處溢流飛邊打磨時(shí)必須打磨至熔合線，且打磨光滑，確保探傷時(shí)探頭耦合良好。

⑷軌腰、軌底處溢流飛邊打磨至熔合線，突出部分打磨與母材平齊，消除打磨棱角且倒棱圓順。

⑸軌顎打磨后圓滑平順，無棱角、凸起，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中。

⑹軌底角至圓弧處焊筋要打磨成圓弧狀，打磨后圓滑，無棱角、凸起、凹坑。

2.有效的打磨機(jī)具及作用

⑴手錘及扁鏟：主要用于鑿除焊筋兩側(cè)二次棱臺明顯分層部分，減少打磨工作量。

⑵手持砂輪機(jī)：主要用于焊筋冒口處打磨修理。

⑶角磨機(jī)，安裝2種磨片：安裝1mm厚切割片用于切割凸出澆筑棒（法焊為主）;安裝角磨片主要用于軌底上表面溢流飛邊粗打磨、軌底溢流飛邊打磨及澆筑棒平順打磨。

⑷直磨機(jī)（主要打磨機(jī)具），安裝2種磨頭：安裝剛玉磨頭的，主要打磨軌頭下顎、軌腰、軌底上表面及圓弧部位，打磨速度快，也可用于拋光且不傷母材。安裝合金旋轉(zhuǎn)銼，用于打磨焊接兩側(cè)融合線死角處的打磨。

剛玉磨頭的選用建議。目前常見的剛玉磨頭有三種，分別是棕剛玉、白剛玉、紅剛玉磨頭。三種磨頭的基本情況如下：

棕剛玉磨頭：以釩土、碳素材料、鐵屑三種原料融化制成，韌性好、硬度低，適用于一般碳素鋼、合金鋼削磨。

白剛玉磨頭：以工業(yè)氧化鋁為原料，硬度高、韌性稍低、削切能力強(qiáng)，適用于淬火鋼、高碳鋼、合金鋼削磨。

紅剛玉磨頭：在白剛玉的基礎(chǔ)上增加22%的鉻，韌性比白剛玉高，比棕剛玉低，適用于淬火鋼、高碳鋼、合金鋼精細(xì)削磨。

硬度方面：白剛玉>紅剛玉>棕剛玉

韌性方面：棕剛玉>紅剛玉>白剛玉

根據(jù)現(xiàn)場打磨使用情況，建議使用紅剛玉磨頭。

3.打磨作業(yè)組織

每個(gè)溢流飛邊打磨小組宜由4名作業(yè)人員組成。1#、2#作業(yè)人員負(fù)責(zé)手錘、扁鑿剔除作業(yè)，打磨軌腰、軌顎、軌底上表面溢流飛邊，3#作業(yè)人員負(fù)責(zé)角磨機(jī)切割澆筑棒、焊筋修磨及軌底溢流飛邊打磨，4#作業(yè)人員負(fù)責(zé)磨頭更換、擋火板安裝、鎬窩扒開、回填等配合工作。

作業(yè)人員必須穿戴勞動保護(hù)用品，按照相關(guān)規(guī)定正確使用機(jī)具，同一焊縫兩側(cè)同時(shí)打磨時(shí)應(yīng)安裝擋火板進(jìn)行隔開，防止機(jī)具傷人。作業(yè)時(shí)必須隨車攜帶臌包夾板、急救器等應(yīng)急設(shè)備，打磨后發(fā)現(xiàn)疑似傷損必須加固處理，并及時(shí)聯(lián)系探傷進(jìn)行確認(rèn)。

4.作業(yè)流程

溢流飛邊打磨按照“一鏟、二磨、三修”三個(gè)流程進(jìn)行。

“一鏟”：使用手錘、扁鏟鏟除焊筋兩側(cè)溢流肥邊分層部位，減少打磨工作量。

“二磨”：使用角磨機(jī)、手持砂輪機(jī)對焊接溢流肥邊凸出、較大部位進(jìn)行切割或打磨，使用直磨機(jī)配合剛玉磨頭的對焊縫焊接兩側(cè)全斷面進(jìn)行打磨。

“三修”：使用合金旋轉(zhuǎn)銼對軌鄂、焊筋融合線兩側(cè)死角處所進(jìn)行修磨，并對粗打磨后存在凸出、毛刺進(jìn)行修理，保證各打磨面圓順，消除應(yīng)力集中點(diǎn)。

四、結(jié)束語

經(jīng)采取以上措施，在日常鋼軌鋁熱焊接作業(yè)過程有效控制了溢流飛邊產(chǎn)生控制，提高了鋁熱焊接質(zhì)量。合理的作業(yè)組織配合紅剛玉磨頭的使用大大提高了溢流飛邊打磨進(jìn)度及作業(yè)質(zhì)量，使得每處溢流飛邊打磨節(jié)約10-20分鐘。影響鋁熱焊縫質(zhì)量的因素多種多樣，只有經(jīng)過努力鉆研積累經(jīng)驗(yàn)，不斷實(shí)踐，才能更好的促進(jìn)鐵路安全發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒定強(qiáng)，楊其全，盧觀鍵，邢麗賢，丁偉，黎連修，高春平，胡杰等.鋼軌失效分析和傷損圖譜. 中國鐵道出版社，2010.6：191-202.