鍛制鋼坯轍叉焊接工藝研究

姜麗麗 閆佳 尉小明

1. 概述

2014年是中國現代有軌電車線路第一次集中開通運營的一年，截止目前，我公司已承擔了沈陽和珠海有軌電車道岔設計和制造任務。而道岔的轍叉部分由于閃光焊機的結構以及轍叉本身角度等因素，導致無法用閃光焊方式焊接所有接頭，探索用電弧焊方法焊接接頭成為必然。

2. 焊前準備

（1）母材及設備工裝 試驗材料為（斷面尺寸見圖1）U75V槽型軌，其化學成分及力學性能如表1所示。該槽型軌為113mm×180mm毛坯料機加工而成。試驗件長度600～650mm，10根。將槽型軌對接截面及兩側80mm范圍內的鐵銹、油污、水分等雜物清除干凈，并打磨出金屬光澤。

根據焊條選用的一般規則，焊條強度應接近焊接母材強度，故選擇J857焊條（φ 3.2mm、φ4mm）焊接。所用設備及工裝如下：ZX7－400逆變直流焊機、預熱裝置、焊條烘箱、C型夾、保溫棉砂、尖頭錘、紅外線測溫儀；主要檢測設備為智能型電液伺服3 000kN鋼軌靜彎試驗機、鋼軌焊接接頭超聲波探傷儀。

（2）焊條烘干 烘干溫度400℃，保溫1h，烘干后放入保溫桶待用。

圖1 鍛制鋼坯斷面

圖2 焊條電弧焊接

圖3 清除熔渣

（3）槽型軌對正和預熱 將待焊槽型軌找正、找平，鋼軌間隙13～15mm，將軌底銅墊板與槽型軌點固，對接口及周圍100mm范圍內用火焰預熱350～400℃，用紅外線測溫儀在接口兩側70～80mm處測預熱溫度。

3. 焊接工藝

（1）焊接 采用短弧施焊（見圖2），每層間應徹底清除熔渣及飛濺物（見圖3），層間溫度保證不低于預熱溫度，否則應重新預熱。層間應及時使用尖頭錘錘擊焊縫，以減小應力，防止裂紋產生。焊后應對全斷面進行檢查，缺肉時使用小電流補焊。具體的焊接參數如表2所示。

表1 鍛制鋼坯化學成分及力學性能

表2 焊接參數及要求

（2）焊后保溫 由于所焊鋼坯斷面不對稱性，焊縫區域不同部位冷卻速度不同，導致軌腰處極易產生裂紋，故采用焊后保溫緩慢冷卻的方法避免這一情況的發生。具體操作如下：焊接完成后使用兩把烤炬同時將焊縫及端頭8 0mm范圍加熱到600～650℃，石棉砂掩埋保溫12h，自然冷卻至室溫。

（3）打磨 采用手持砂輪機對焊頭全斷面沿鋼軌縱向進行打磨，打磨力量不宜過大，勿使打磨表面發黑發藍，或發生打磨灼傷。

4. 試驗

由于國內尚無槽型軌焊接的相關國家標準，我公司參照TB/T1632《鋼軌焊接接頭技術條件》及相關文獻制訂了“沈陽有軌電車項目轍叉焊接技術條件”，本次試驗按暫行技術條件執行。

（1）靜彎試驗 靜彎試驗在智能型電液伺服3000kN鋼軌靜彎試驗機上進行，支座間距1m，壓頭位于支點中部的焊縫頂部，靜彎試驗結果如表3所示。靜彎斷口如圖4所示，無組織缺陷。

圖4 鍛制鋼坯斷口

表3 焊接接頭靜彎試驗結果

表4 拉伸試驗結果

（2）拉伸試驗 接頭拉伸性能如表4所示，抗拉強度平均值為998MPa，斷后伸長率平均值為6.3%。拉伸性能只做參考。

5. 結語

2012年8月17日，鐵科院下發了槽型鋼軌鋁熱焊焊接技術條件，此文件參考TB/T1632－2005《鋼軌焊接 第1部分通用技術條件》及TB/T1632－2005《鋼軌焊接 第3部分：鋁熱焊接頭》，其中靜彎強度要求≥1100MPa。公司技術條件要求靜彎強度達到1176MPa以上，本試驗采用手工電弧焊焊接接頭強度均超過此技術要求，并很好的應用于沈陽和珠海有軌電車項目的轍叉焊接中，如圖5所示。

圖5 現場實物