鐵路無縫線路鋼軌焊接技術分析

蔣玉飛

身份證號：410223198511153016

鐵路無縫線路鋼軌焊接技術分析

蔣玉飛

身份證號：410223198511153016

文章對不同焊接方法的鋼軌焊頭質量進行比較，深入分析各種焊接技術優缺點，并提出了建議。

無縫線路；鋼軌；焊接

1　線路設計對鋼軌的要求

我國鐵路鋼軌產品長度在 300～500m范圍內。鐵道部2004年2月1日實施的鐵路用熱軋鋼軌訂貨技術條件（TB/T2344-2003）中已將50m、100m長度鋼軌列入標準規定長度。鋼軌焊接后形成由焊縫和熱影響區組成的焊頭，其強度、塑性、韌性等力學性能出現不同程度降低，焊縫中也會出現焊接缺陷。這是無縫線路鋼軌的薄弱環節。我國客運專線確定為60kg/m軌型，抗拉強度為880MPa。斷面尺寸偏差直接影響焊接軌端面對正程度，偏差較大可出現焊頭錯位（錯口），導致外觀質量缺欠。

2　無縫鋼軌的焊接方法及原理

2.1鋁熱焊接法

現如今鋁熱焊接法已被公認為是一種高效、快速的鋼軌焊接方法。鋁熱焊接法工藝簡單，適合工地流動作業，利于工地焊接聯合接頭和斷軌復原復焊。

工藝程序：1）制作砂型、坩堝。2）工地布置氧氣瓶、石油液化氣和乙炔瓶的布置應距焊點5m以上，所有設備應布置在施焊一側的路肩，烘烤坩堝時應離所有氣瓶5m以上。3）切軌用于段軌再焊時，插入的焊接鋼軌長度應大于6m，不得有彎曲、彎扭和損傷，并與線路上鋼軌磨耗相近。切軌應采用雙向擺動式切軌機，切軌應按照線切割，允許橫向誤差為1mm，垂直誤差2mm，切后應用手提砂輪或銼刀除去切面的紫藍斑痕及氧化物，軌段各端應倒角，無毛刺及金屬飛濺物。4）扣箱及封箱。扣箱：扣箱前應清理砂型內各通道，而后將砂箱吻合在鋼軌焊接的焊口上，砂箱如果有缺角、掉塊、裂紋、松脫者均不可使用。封箱砂應焊前制備好，并置于容器內密封，砂箱所有接縫及與鋼軌吻合處，均用封箱砂密封，兩側流鋼槽應與砂箱冒口緊密結合。5）坩堝裝料裝料及安放支架在裝料之前，應先烘干坩堝，裝料時坩堝應穩在專用支架上，封箱時應預先測好安放在支架的位置。調整坩堝位置，使封口釘之端，與砂箱頂面相距（100±10）mm，并垂直對準砂芯座中心，將坩堝旋轉90°固定。6）將火嘴插入砂芯座中心呈垂直狀態，焰流對準砂箱底面而不沖向兩端剛軌面，根據兩側冒口焰流反彈高度，隨時調整手把，使其高度保持一致。扣箱人員隨時消除封箱部位的“跑火”現象，預熱3min，到時點火。7）澆筑點火時必須見到高溫火柴發出火花才能插入焊劑，確定點燃焊劑后方可關閉預熱器并密蓋砂芯，點燃焊劑冒出黑煙時才能加蓋坩堝蓋，然后迅速將坩堝推至封口釘與砂芯中心垂直對準的位置并固定，保證焊劑沸騰時不位移。8）拆除支架后，立即清除屏蔽軌面的砂土，一分鐘后松下緊箱器和砂箱托，抬上推凸機，2min后推凸機可緩緩加力，使刀具進入砂箱，隨砂箱開裂鋼水冷卻情況逐步加大進刀量。整修時先除掉推凸機后軌面剩余部分，然后打磨，打磨時先軌面后兩側。9）正火可在整修之后，軌溫降至500℃以下時進行。亦可在常溫下正火，加熱氧氣工作壓力0.6MP，液化石油氣工作壓力為0.04MP，氧氣流量為3000mL/h，焰心長度應為10～20mm，火焰加熱器垂直于焊縫位置。每隔2min用測溫計測量軌溫一次，當軌溫在900～950℃時，保溫10 min之后拆除保溫箱自然冷卻［1］。

2.2接觸焊接法

我國鐵路的長鋼軌焊接已廣泛采用接觸焊接法，接觸焊接法焊接質量好，效率高，世界各國廣泛采用，近年來我國鐵路焊軌廠全面配備了接觸焊機。其工藝要求如下：

1）焊軌前先在滾道上進行對軌，兩軌基本保持在同一水平面上，以作用面為準不得出現豎向和橫向錯位，各部偏差不大于0.3mm，并使端面間保持0.5～2.0mm間隙。2）焊機內側涂刷防渣液，已利清除黏連在焊機上的焊渣。3）落下焊機夾緊鋼軌，再次檢查軌縫，確認無誤后開始焊接，焊后推瘤及清理焊瘤塊。4）焊接結束后，松開鋼軌，提升焊機。5）用卷揚機將鋼軌沿滾道線向前傳送。6）一個接頭焊接結束后，在熱態下進行調直。7）當鋼軌焊頭溫度降至500℃以下時開始正火，加熱器沿焊頭縱向擺動量7～10cm，用機械式凸輪控制行程，光電測溫計檢測正火溫度。8）焊頭打磨后用1m直尺檢查平直度，并用超聲波探傷。

2.3氣壓焊接法

氣壓焊接法自1937年在美國和加拿大得到廣泛應用后，憑著設備簡單、成本低廉、焊接質量優良等優點，自1955年以來在世界各國鐵路相繼采用，并得到了進一步發展。

接法多采用雙導柱臥式以斜鐵夾緊軌腰的新型移動式氣壓焊機。其焊接工藝如下。

施工準備→鋸配軌→拉軌→軌端處理→對軌固定→點火焊接→打磨及矯直→焊縫探傷→焊縫驗收→現場清理。

1）鋸軌配軌：用方尺檢查兩接頭的相錯量，如相錯量大于100mm，則需要鋸軌。2）松開鋼軌的扣件，將鋼軌支撐在滾輪上，用拉軌器拉軌。在鋼軌接頭處用枕木支撐，便于接頭對位。3）軌端處理。4）對軌固定，待焊軌裝壓接機并夾緊后，用300mm鋼板尺檢查。5）點火焊接。6）焊縫正火。7）焊后打磨并矯直。8）焊縫探傷［2］。

3　建議

為了滿足客運專線鋼軌焊頭高平順性和直線度要求，焊接用軌應具有嚴格的斷面尺寸偏差和平順性。為避免運行線路出現低接頭，不僅要求焊后接頭縱向平直，而且還要求焊頭的軌頭硬度不低于鋼軌母材硬度，因此應在熱軋軌焊頭正火后噴風快速冷卻。鋁熱焊接法焊接的接頭質量優于其他焊接方法，建議采用鋁熱焊接法進行線路長鋼軌、長軌節的焊接以及低溫拉伸鎖定焊接。低溫環境焊接時，應采取防風和焊后緩冷措施。

4　結語

無縫線路技術含量是很高的，世界各國都在不懈地探索其中的問題及解決的方法，以追求鐵路的速度和安全系數。我國鐵路第六次大提速也是兩條鋼軌上不斷的科技突破，雖然如此，我們還要努力的探索新的技術，讓無縫線路更好的為人們服務。

［1］靳玉保.探秘鐵路無縫鋼軌［J］.現代物理知識，2010（1）.

［2］鄭小民.超長無縫鋼軌的焊接與安裝［J］.機電工程技術，2006（3）.