井下鋼軌焊接工藝的應用分析

郭東方

河南龍宇能源股份有限公司車集煤礦機修廠 河南 永城 476600

當前，煤礦井下鋼軌連接主要采用夾板和螺栓為主，這種連接方式中存在軌縫和接地電阻，從而使架線式機車線路雜散電流較大。基于此，本文詳細闡述了井下鋼軌焊接工藝的應用。

1 鋼軌焊接工藝

鋼軌的功用在于引導車輪前進，承受車輪的巨大壓力，并傳遞到軌枕上。鋼軌必須為車輪提供連續、平順和阻力最小的滾動表面。

（1）接觸焊。①焊前準備。焊接單元軌前，安裝支墊滾筒，將待焊長鋼軌擺正，焊機對位，做好焊軌前的準備工作。并對鋼軌接頭兩端進行除銹、打磨處理。并通過夾緊鋼夾的動作對待焊鋼軌接頭的水平和垂直方向進行調直，并調整垂向尖峰和工作邊。夾緊力作用在鋼軌中軸線上。②自動焊接。焊接含閃平、預熱、閃光和頂鍛過程，由控制柜指揮焊機按焊接程序自動完成。③焊瘤推凸。焊接完畢后幾秒鐘，焊機的推凸裝置自動將整個鋼軌周圍的焊瘤剪平。由于閃光焊屬于壓力焊的一種，這使得通過最后頂鍛的施壓過程致使焊接接頭呈現鍛造組織特征，對于高溫接頭，若焊后不通過保持一定的壓力使接頭不承受拉伸載荷，極易造成結晶不良，甚至導致焊縫被拉開或一些焊接缺陷的產生。因此保壓和推瘤階段在閃光焊焊接循環中對形成優質的焊接接頭非常重要，同時是完整的焊接操作不可缺少的。④焊后粗磨。用角磨機對焊縫處軌頂面、工作面、軌底角表面進行粗打磨。⑤矯直。采用矯直機對焊縫進行校直，使焊縫在軌頂面和工作面的平順度均滿足要求。然后通過人工采用打磨機對鋼軌踏面及工作邊進行最后打磨。⑥探傷和外觀檢查。對打磨后的焊頭進行探傷，不合格的鋸掉重焊，以保證焊頭合格率。對焊接后的外觀進行檢查時，需使用1m直靠尺和塞尺對經探傷合格的焊頭踏面、工作邊及軌底進行檢查，平直度符合要求，不符合要求的重新進行修磨或鋸掉重焊。

（2）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。在鋁熱焊焊接中，鋼軌的幾何位置在焊接過程中幾乎無變化，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[1]。

（3）氣壓焊接。鋼軌氣壓焊是無縫線路接頭焊接的主要方法，多年來為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，焊接缺陷分為內外部缺陷，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，極易斷線。未焊透錯誤檢測很少被檢測到，因此其危害大。

2 鋼軌接頭焊接工藝優點

①減少運輸事故，提高運輸效率。在軌道運輸中，軌縫是影響安全運輸的主要問題。若軌縫較大，易造成礦車掉道、翻車事故，從而影響生產及人身安全。采用焊接長軌，消滅軌縫，可使機車及礦車平穩運行，以減少生產事故，從而提高機車效率。②減少軌道維護工作。夾板螺栓連接的軌道，其接頭易松動，日常維護工作量大。使用焊接長軌，焊接軌縫強度比夾板螺栓強度大3～4倍，能大幅度減少日常維護工作量。此外，還減少了運輸設備的損壞，從而降低了設備的維修成本，進而延長其使用壽命。③減少雜散電流的產生。在井下架線機車軌道運輸線路中，為了防止產生過大的雜散電流，要焊接有良好的接地線。但實際上，由于諸多因素的影響，仍然會產生較大的雜散電流。采用焊接，可節省接地線，減小軌縫電阻，以提高導電性能，從而減少雜散電流[2]。

3 鋼軌接頭的焊接工藝

（1）電焊機和電焊條的選擇。交直流焊機可在焊接鋼軌時使用，但需注意焊條的選擇。目前常用的焊接焊條有J422、J506和J507。相比之下，J506和J507優于J422,J507優于J506，J507只能用于直流焊機。

（2）焊接方法。焊接前清除道泥，保持鋼軌接頭的清潔。先在軌道下方放置一塊小鋼板，然后放正軌道，調整鋼軌接頭的間隙為3～5mm(可插進焊條)。將軌道與小鋼板焊接在一起后用大電流(200～250A)焊接軌縫。其焊接順序為：①焊底盤的一側。②從軌底接頭處往上，順軌頸一側向上焊，直至半面軌頸。③在軌縫的另一側重復上述步驟。④焊軌頭，從里向外焊，直至軌縫焊平，軌頭必須焊透。⑤焊完后馬上用手錘敲打軌面及軌頭內側至平滑為止，然后用石棉粉堆滿整個軌頭，保溫4 h后，清除石棉粉，并裝袋，以便下次再用。⑥用砂輪磨光機打磨軌面及軌頭內側直至平滑為止。

4 鋼軌接頭焊接應注意的問題

①鋼軌屬中碳鋼，含碳量高，焊接難度大。嚴格按照工藝流程施工，從而確保焊接質量。②由于井下風量大，接頭焊接后需立即堆埋石棉粉，并進行退火處理，以消除焊接應力。③井下焊接必須嚴格遵守《煤礦安全規程》，制定專項防滅火措施，嚴禁在有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所焊接。