移動式鋼軌正火車在地鐵焊后熱處理的應用研究

摘 要：針對目前地鐵鋼軌焊接接頭采用氧乙炔火焰熱處理后接頭質量不穩定問題，介紹具有中頻感應正火功能的移動式鋼軌正火車。采用軌頭溫度和時間雙控模式，降低終了軌頭溫度，縮短高頻階段時間等工藝參數，獲得了良好的焊后熱處理效果，順利通過型式實驗，并在地鐵施工過程中得到良好應用。

關鍵詞：地鐵鋼軌焊接；感應正火；正火參數；地鐵施工

中圖分類號：U213 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）08-0053-03

1 運用現狀

地鐵鋼軌焊接接頭焊后熱處理時絕大部分采用氧乙炔火焰正火方式[1]，此方式采用人工操作實現加熱器的掛載、對位、點火、調節氣體配比及流量，通過人工測溫或加熱時間來控制加熱溫度。受限于鋼軌異性截面和火焰加熱的特點，軌頭和軌底三角區通常存在未正透的現象。該區域內部組織部分易發生相變，晶粒較粗，使鋼軌焊接接頭整體力學性能變差。

2 移動式鋼軌正火車

移動式鋼軌正火車是采用中頻電磁感應加熱工藝對鋼軌焊接接頭正火熱處理的專用設備，主要用于地鐵鋼軌正火作業，也可用于基地內的固定式鋼軌正火作業。該車型配備的電驅式走行平板車，可實現低速連掛、自走行，適用于小曲線、大坡道的地鐵線路。

加熱器采用分離式線圈結構，作業時線圈閉合，鋼軌由于產生渦流而被加熱。此加熱方式可有效克服火焰正火時的火孔狀態、氣體質量、氣流流量等不利因素的影響，使得焊縫晶粒組織細膩[2]。

2.1 設備構成

移動式鋼軌正火車主要由電驅走行平板車、鋼軌感應正火機組構成，如圖1所示。其中電驅走行平板車由操作臺、牽引傳動系統、制動系統、車架、照明等組成。鋼軌感應正火機組由正火主機、起重機、柴油發電機組、電氣控制柜、冷水機、空氣儲罐、艙體等組成[3]。

2.2 技術參數

移動式鋼軌正火車設備技術參數如表1所示。

3 鋼軌正火車工藝調試思路

鋼軌閃光焊后，焊接接頭組織尤其是奧氏體組織晶粒粗大，塑韌性大幅下降。數據表明，焊縫及附近區域奧氏體晶粒度達到2～3級，沖擊功一般只有母材的30%～40%，塑性為母材的50%～60%。為解決上述問題，需要將焊接接頭進行焊后熱處理。

采用移動式鋼軌正火車中頻電感應方式加熱，使其晶粒度等級和接頭力學性能滿足TB/T1632的相關要求，具體要求為：①軌頭加熱溫度為900±20℃。②軌頭與軌腳溫差≤50℃。③軌頭、軌腳邊緣部位晶粒度不低于8級，軌底三角區不低于6級。④鋼軌全端面溫度均勻，滿足探傷檢驗要求。

移動式鋼軌正火車正火記錄曲線如圖2所示，曲線包含5個階段，其中0～3階段均包含階段時間、軌頭溫度、軌腳溫度、頻率、電流等工藝參數，階段4為噴風階段，采用壓縮空氣的欠速淬火方式，包含階段時間和噴風壓力等工藝參數。

4 鋼軌正火車現場調試試驗

上海地鐵15號線正線段使用60 kg/m鞍鋼U75V熱軋鋼軌。采用軌頭溫度與正火時間雙控模式開展此次正火工藝的參數調試，分別設置3種正火工藝參數進行正火試驗，每組試驗正火3個焊接接頭，試驗結果記錄見表2～表7。

4.1 第一種正火參數及結果

表2、表3中階段0和階段1為低頻階段，階段2和階段3為高頻階段，參數試驗過程中，鋼軌軌底升溫過快，嘗試增加低頻加熱時間，提高軌頭芯部溫度，為高頻熱傳導提高足夠熱量。

4.2 第二種正火參數及結果

表4、表5中加長低頻階段時間，低頻狀態熱透距離深，軌頭芯部受熱。提高軌頭芯部受熱時間，可使軌頭溫度進一步提升，故軌頭、軌腳溫差變小。考慮采用軌頭溫度和時間雙控模式，嘗試降低終了軌頭溫度，縮短正火高頻階段時間。

4.3 第三種正火參數及結果

表6、表7中降低終了軌頭溫度，軌頭軌腳溫差進一步縮小。

經過以上3組試驗，最終選用表7中的第三種正火參數，對37組型檢鋼軌全部進行焊后熱處理，順利通過鋼軌焊接型式檢驗，各項檢測數據均滿足TB/T1632.2中相關要求。

5 地鐵施工工序

地鐵線路曲線半徑小，設計時速低，多采用25 m定尺鋼軌進行鋪設，焊后接頭數量多。采用新型的移動式鋼軌正火車，可減少氧-乙炔氣體的使用，提高施工的經濟性和安全性。同時采用自行式平板車，不需另配置軌道車，可單獨正火施工，運用靈活。

合理的施工工序既能保證施工效率，也能保障接頭焊后熱處理質量。移動式鋼軌正火車在地鐵施工作業中作業工序如下：①正火作業車自走行，作業側輪對預對位鋼軌焊縫。②打開液控翻轉門，吊放正火機頭，鋼軌抬離道床。③啟動正火管理軟件、遠程故障檢測平臺、中頻電源、液壓泵站、工業冷水機。④正火機頭張開夾緊裝置，落下機頭，線圈夾緊，微調線圈平移機構，確保紅外測溫位于軌縫中央。⑤正火啟動。⑥正火結束，焊后噴風，張開線圈，升起正火機頭。⑦檢查接頭外觀，撤放起道機，鋼軌落槽。⑧正火作業車駛向下一作業點。⑨重復步驟4～8。正火工序時間表如表8所示。

6 結束語

適當延長低頻加熱時間，提高軌頭芯部受熱狀態，能有效降低軌頭軌腳的溫差。調試后的移動式鋼軌正火車運用于地鐵鋼軌焊后熱處理，提高了施工作業的安全性和經濟性，并保障了鋼軌焊后熱處理質量的穩定。

參考文獻

[1] 宋甜，夏彬，陳曉琳.鋼軌焊后熱處理方法的應用與分析[J].電子制作，2014，22（3X）：206-207.

[2] 宋宏圖，李周玉，官有文，等.U71Mn鋼軌焊后火焰正火與感應正火接頭性能對比[J].材料熱處理技術，2009（24）：140-142.

[3] 劉曉磊，周濤，李賢元，等.地鐵鋼軌感應正火作業車的研制[J].軌道交通裝備與技術，2020（5）：31-33.