無縫線路鋼軌焊接接頭病害與防治

曹金東

摘 要：在鐵路系統(tǒng)中，無縫鋼軌的使用是非常普遍的。無縫鋼軌焊接的質(zhì)量影響著鐵路的施工質(zhì)量，為此要想實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)，就要及時(shí)的做好無縫線路鋼軌焊接接頭的病害與防治。現(xiàn)對(duì)無縫線路鋼軌的重要性及其焊接技術(shù)做了比較詳細(xì)的分析，并就無縫線路常見的焊接接頭病害與防治措施進(jìn)行了具體闡述，以實(shí)現(xiàn)無縫線路鋼軌焊接技術(shù)的不斷提升。

關(guān)鍵詞：鐵路線路；無縫線路；鋼軌焊接；病害；防治

在鐵路運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備中，鐵路線路是行車的基礎(chǔ)，這些由無數(shù)根鋼軌連接起來形成的線路可以分為普通線路和焊接無縫線路。隨著我國(guó)無縫線路在實(shí)踐中的不斷應(yīng)用，提高無縫線路的焊接質(zhì)量就顯得愈來愈重要。無縫線路是軌道結(jié)構(gòu)的一個(gè)重大變革，它在鐵路中的應(yīng)用能夠?yàn)殍F路所應(yīng)用，成為高速及重載鐵路的最優(yōu)選擇。鋼軌焊接可以說是無縫線路應(yīng)用建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前全國(guó)采用的焊接方法有接觸焊、移動(dòng)氣壓焊和鋁熱焊。

1 無縫鐵路焊接的主要方法

1.1 氣壓焊

鋼軌氣壓焊在鐵路線路上的應(yīng)用，主要表現(xiàn)為鐵路線路上焊接無縫線路各類型長(zhǎng)鋼軌的聯(lián)合接頭上，在氣壓焊的過程中，可以進(jìn)行異型鋼軌接頭、線路上斷軌的焊接以及組成“移動(dòng)式焊軌基地”代替廠焊。傳統(tǒng)的氣壓焊工藝會(huì)采用定壓或兩段加壓頂鍛焊接的方式來實(shí)現(xiàn)焊接任務(wù)。現(xiàn)階段，鋼軌的現(xiàn)場(chǎng)焊接可以通過小型移動(dòng)式鋼軌氣壓焊機(jī)來實(shí)現(xiàn)，另外 “三段加壓”新工藝進(jìn)行鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接。HG-I工鋼軌超長(zhǎng)氣壓焊接機(jī)、YJ-660氣壓焊機(jī)、YHJ-W型鋼軌氣壓焊機(jī)等焊機(jī)是其典型設(shè)備。隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的小型氣壓焊機(jī)的機(jī)械化及自動(dòng)化控制水平能夠得到不斷的提高，還能保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定性，最終確保焊接質(zhì)量的逐步完善。

1.2 鋁熱焊

鋁熱焊具有程序簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)，在鋼軌鋁熱的焊接工藝中，進(jìn)行無縫線路傷損鋼軌修復(fù)和應(yīng)力放散，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)程序的簡(jiǎn)單，還易于介紹給相關(guān)的工作業(yè)人員。鋁熱焊的勞動(dòng)強(qiáng)度較低，并且能夠?qū)崿F(xiàn)焊頭外觀的平順性，在實(shí)踐中這一焊接技術(shù)的運(yùn)用能夠保障焊頭的質(zhì)量無缺陷，還能保證在無縫線路鎖定軌溫不變的前提下占用封鎖時(shí)間短、擴(kuò)大了作業(yè)軌溫范圍、不出現(xiàn)無縫線路應(yīng)力峰、并能保證原鎖定軌溫不變的優(yōu)點(diǎn)。鋁熱焊的焊接方法能夠?qū)⑵胀o縫線路改造為超長(zhǎng)無縫線路，這是一種理想的實(shí)現(xiàn)高速鐵路無縫線路鋪設(shè)的焊接方法。

1.3 電弧焊及電渣焊

在鐵路系統(tǒng)中，無縫焊接技術(shù)也是不斷發(fā)展的。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展及更新，一些新的方法也在逐步應(yīng)用于軌道焊接中來。電弧焊及電渣焊就是近年來的軌道焊接新方法，這一技術(shù)的發(fā)明及應(yīng)用極大的提高了無縫軌道焊接技術(shù)。一些公司還逐步進(jìn)行了藥芯焊絲及明弧自保護(hù)半自動(dòng)的焊接方法，來實(shí)現(xiàn)鋼軌焊接及道岔焊接的需要。這種焊接方法在焊接前需要做簡(jiǎn)單的預(yù)熱，不需焊劑和保護(hù)氣體，在焊后也不需要熱處理，具有工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，這些技術(shù)已經(jīng)正式應(yīng)用到線路的鋪設(shè)中，并取得了比較好的效果，是一種值得推廣的方法。電渣焊接法也就是所說的自動(dòng)溶化焊接，這一焊接技術(shù)能夠用自動(dòng)溶化焊接機(jī)來實(shí)現(xiàn)鋼軌母材之間的電渣焊，以達(dá)到熔化焊接金屬的目的。目前采取這一焊接方法能夠有效的縮短焊接時(shí)間短，然而其焊接的質(zhì)量還是要不斷進(jìn)行提高。

2 無縫線路常見的焊接接頭病害

2.1 低接頭

在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，要嚴(yán)格進(jìn)行鋼材及鋼軌的選擇，要注意鋼軌斷面尺寸大小的具體規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，還要對(duì)那些沒有嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝的焊接接頭的焊縫，以及熱影響區(qū)的硬度較鋼軌母材低的情況。在處理措施中，要堅(jiān)持具體問題具體分析及實(shí)事求是的原則，根據(jù)焊接方法的不同來進(jìn)行改進(jìn)正火熱處理工藝。這種方法能夠有效的控制冷卻速度，以實(shí)現(xiàn)軌頭在使用中的強(qiáng)度和韌性的不斷提高。

2.2 馬鞍形磨耗

焊接接頭的焊接質(zhì)量會(huì)造成焊接接頭的硬度差異。由于焊接接頭焊縫和兩邊的熱影響區(qū)范圍內(nèi)的金相組織及晶粒度是不同的，所以這種硬度差異能夠提高焊縫區(qū)的硬度，如果焊接接頭的兩側(cè)存在硬度較低的情況，就會(huì)導(dǎo)致使用中出現(xiàn)與鞍形磨耗的不平順情形。對(duì)于馬鞍形磨耗可通過正火熱處理的方法來進(jìn)行問題的解決，具體可采用正火熱處理，及強(qiáng)制冷卻的方法，這樣就能夠使焊接接頭的硬度趨于均勻，實(shí)現(xiàn)馬鞍形磨耗病害的再次產(chǎn)生。

2.3 鋼軌焊縫斷裂

在鐵路的無縫鋼軌焊接中，如果采用的焊接工藝出現(xiàn)異常，或焊縫內(nèi)存在超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊接缺陷，就會(huì)造成焊縫的斷裂。除此之外，焊機(jī)如果出現(xiàn)潮濕或者返潮情形，這就導(dǎo)致氣孔、縮孔及加碴等情形的缺陷，為此必須做好應(yīng)力作用下的焊縫斷問題。鋼軌的焊縫斷裂時(shí)，要及時(shí)的采取處理措施，已通過嚴(yán)格操作規(guī)定，來實(shí)現(xiàn)焊接工藝的提高和焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢查工作的開展。

2.4 鋼軌接觸焊焊機(jī)電極接觸區(qū)域的斷裂

鋼軌接觸焊焊機(jī)電極接觸區(qū)域的斷裂，多數(shù)是由鋼軌焊接的表面發(fā)生燒傷所致。對(duì)于鋼軌接觸焊焊機(jī)電極接觸區(qū)域的斷裂，要及時(shí)的采取措施來進(jìn)行問題的解決。在進(jìn)行焊接的時(shí)候，要嚴(yán)格按照相關(guān)的操作程序來進(jìn)行操作和檢查，這樣做的目的是能夠防止接觸面焊渣或異物，達(dá)到及時(shí)更換不良電極的目的。

2.5 軌頭踏面碎裂掉塊

在進(jìn)行焊接過后，如果正火工藝的選擇不能符合適宜需要，由于焊接后正火工藝選擇的不當(dāng)，以及設(shè)備的異常和帽形淬硬層的不規(guī)則。另外，如果正火的溫度過高還會(huì)造成馬氏體組織的出現(xiàn)，最終使得鋼軌碎裂和掉塊情形的出現(xiàn)，為了有效控制這一問題，在處理措施的選擇上，也要對(duì)正火工藝進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。通過嚴(yán)格的堅(jiān)持系統(tǒng)來減少內(nèi)部缺陷而引起的內(nèi)缺陷。為此，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行正火工藝，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部缺陷或因雜質(zhì)造成的內(nèi)缺陷，最終來實(shí)現(xiàn)與加強(qiáng)操作人員的責(zé)任心。

2.6 砂輪打磨焊縫易出現(xiàn)質(zhì)量問題

在運(yùn)營(yíng)線路上，如果焊頭的軌頭踏面的焊縫以及熱影響區(qū)出現(xiàn)不同的光面，這就說明焊頭的硬度存在著差異性。這種差異性還會(huì)造成母材各位置不同光面的出現(xiàn)。對(duì)于這種情況就需要采取相關(guān)處理措施，來實(shí)現(xiàn)焊后和線路養(yǎng)護(hù)中打磨力度的降低。在操作中還需要注意，為了防止發(fā)藍(lán)、馬氏體組織和白層疲勞源的出現(xiàn)，可以避免用力，長(zhǎng)時(shí)間打磨一個(gè)位置導(dǎo)致斷軌事故發(fā)生。

2.7 鋼軌的焊接殘余應(yīng)力

在熱軋后如果不能實(shí)現(xiàn)冷卻速度的均勻性，就會(huì)造成鋼軌母材殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。無論是鋼軌表面或內(nèi)部，殘余拉應(yīng)力和壓應(yīng)力應(yīng)相互平衡。這里所說的鋼軌焊接殘余應(yīng)力，主要是指焊接結(jié)束后所存留在鋼軌內(nèi)部的任一截面自平衡的內(nèi)應(yīng)力。造成鋼軌焊接殘余應(yīng)力的主要原因就是焊接熱循環(huán)過程的不均勻加熱和冷卻，以及組織轉(zhuǎn)變引起的。殘余應(yīng)力具有一定的分布趨勢(shì)，而且其分布區(qū)域是相似的。殘余壓力可以實(shí)現(xiàn)疲勞強(qiáng)度的提高，還能運(yùn)用殘余拉應(yīng)力來降低疲勞強(qiáng)度。殘余應(yīng)力影響著鋼軌的硬度和耐磨性能。比如在列車通過時(shí)車輪與鋼軌接觸呈壓應(yīng)力狀態(tài)，而焊頭的位置的焊縫縱向則呈壓應(yīng)力。在鋼軌焊接殘余應(yīng)力的處理措施中，要處理好鋼軌的焊接殘余應(yīng)力與焊接過程中使用的焊接機(jī)具、焊接工藝和方法的關(guān)系，只有通過嚴(yán)格規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程操作，才能實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè)的不斷改善，提高相關(guān)作業(yè)人員的焊接水平，最終實(shí)現(xiàn)焊接殘余應(yīng)影響程度的減輕。

3 結(jié)束語

總而言之，做好無縫線路鋼軌焊接接頭病害的分析，能夠有效的提高焊接作業(yè)的焊接水平，促進(jìn)焊接水平的不斷提高。除此之外，還要加強(qiáng)焊接技術(shù)的研究及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)無縫鋼管焊接的焊接質(zhì)量。

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