氣壓焊軌車現場回火問題的分析及處置措施

邵紅林 中國鐵路上海局集團有限公司上海工務大修段

1 背景

我段自2015年10月陸續引進YHGQ-1200型移動氣壓焊軌車以來，截至2017年7月，已有5臺設備并全面投入使用，2017年年底累計上道焊頭數達到2006個，運用在封鎖施工中線上、線下焊接，承擔著全段4個線路車間既有線換軌、換枕的焊接任務，該車已成為我段現場焊接的主要手段。在180 min的封鎖時間段內，要完成線上2個焊頭或線下6個焊頭的焊接任務，根據整體施工節點安排，線上焊接作業時間要控制在50 min～60 min內完成，線下最多只有150 min的焊接時間。因此設備現場運用的穩定性已直接影響到其他各項工序的順利進行。由于移動氣壓焊軌車的焊接特性，完全避免回火目前難以做到，只能盡可能減少回火的頻次或在回火的前提下進行有效的應急處理手段，避免對現場焊接的影響顯得尤為重要。

2 焊接原理

YHGQ-1200型移動氣壓焊軌車由昆明中鐵集團公司與西南交通大學聯合開發，具有完全知識產權、達到國際領先水平的自有技術焊軌車。該車可以在施工現場同時焊接兩根鋼軌、做到邊作業、邊對中，保證焊頭的平順性，滿足鐵路施工需要。工作原理是通過氧氣、乙炔燃燒產生的熱量來加熱鋼軌焊縫，待其加熱到足夠溫度時快速施加頂鍛壓力，使鋼軌接頭壓合在一起的一種焊接方式，屬于塑性焊接。是一種集焊接、保壓推瘤、保壓冷卻、正火為一體的自動化氣壓焊軌設備，可在同一工位實現拉軌、焊接、保壓熱處理等連續作業。

3 主要產生故障及原因分析

3.1 主要故障

移動氣壓焊軌車在2年多的現場使用中，對該車的故障類型進行了詳實的記錄分析，發現主要影響現場作業的是回火問題，據統計：5臺移動氣壓焊軌車，2016年全年累計回火22次，其中3月至10月現場回火18次，回火次數占總封鎖天窗的5.2%，因缺乏有效的處理措施，絕大多數影響了正常的施工流程。經過較長一段時間的反復試驗和總結，我們形成了一整套較為完善的預防和應對措施。因此自2016年10月至12月，僅回火4次，回火次數占總封鎖天窗的0.2%，2017年5臺車全年回火次數僅3次，且由于采取了有效的緊急處理方式，未有一次因回火問題而影響正常施工。

3.2 產生原因

焊接過程中混合氣體的流速小于混合比例下的燃燒速度，火焰會回縮至加熱器內部，進行反向燃燒，這種情況時間稍長就會產生回火現象。造成回火的原因諸多，如加熱器火孔不暢、氣體管路泄漏、混合腔體壓力過大、氣體不純、人為點火操作不當等等因素造成。

3.3 各階段發生回火所帶來的不同影響

（1）回火發生在焊機夾持鋼軌焊縫后或加熱時間不足100 s時，回火產生的大量煙塵直接污染焊縫，必須重新處理焊頭端面，這樣不僅浪費人力，而且需重新處理端面，至少影響封鎖時間15 min以上。

（2）回火發生在加熱時間大于100 s時，雖然不污染端面，但需拆除加熱器重新清潔，處理加熱器等管路需要浪費大量時間，一般需要6 min～8 min左右，而且一次處理并不能完全恢復正常。

（3）回火發生在加熱后期(頂斷前50 s)，這時鋼軌已經產生形變，回火后，鋼軌降溫再加熱就出現預熱困難，如果不預熱直接頂鍛會出現未焊合或大面積光斑等，而且大面積光斑是探傷難點所在?？傊湮：κ秋@而易見的。

4 各時段回火概率及原因分析

4.1 點火回火（占總回火次數的20%左右）

（1）配比流量氧氣低于乙炔10 MPa以下。氧氣配比偏低，出現火焰發紅、火苗長且疲軟。

（2）混合氣體不穩定，點火過早，出現火苗短、火焰紅、黑煙大。

（3）管路漏氣，流量配比相差很大，火苗很長或很短。（4）通氣時間過長點火，爆鳴聲過大。

4.2 擺火10 s內發生回火（占總回火次數的35%左右）

（1）管路臟、堵塞，火焰發紅、飛火星、黑煙大等現象。

（2）氧氣上升速度大于乙炔上升速度時，較多出現短火苗迅速縮回火孔內。質量流量計控制有問題，升氧設置時間大于升乙的設置時間。

（3）混合槍混合比例不對，造成氧氣偏高，超過設定壓力，造成氣體不穩定等。

（4）乙炔氣體純度不夠，主要是乙炔的純度或者乙炔瓶中丙酮的含量忽高忽低。

4.3 焊接過程中回火（占總回火次數的10%左右）

（1）氣體流量不穩定出現火苗忽長忽短，且流量計數據顯示也不穩。

（2）火苗跳火，火孔不光滑或火孔有堵塞情況，跳火面積大壓力不穩定。

4.4 頂鍛前回火（占總回火次數的25%左右）

（1）火花飛濺厲害，鋼軌加熱區域軌腰或軌底未打磨干凈，溫度高氧化皮會飛濺，雜質跌落下來后落在加熱器火孔上面。

（2）流量配比不合理，火苗偏長或者整體溫度過高，造成鋼軌外溫高內溫不夠流鋼水。

4.5 正火回火（占總回火次數的10%左右）

（1）火孔堵塞、管理臟，加熱器火孔出現大火星而未及時清除。

（2）正火前未清理附著在加熱器表面的雜質，火孔表面有氧化皮或其他雜質所覆蓋。

5 相關處理措施

現場環境因素復雜，只有做好各項準備方能對回火問題做到安全可控。

5.1 操作方面

（1）檢查氧氣瓶壓是否大于4 MPa、乙炔瓶壓是否大于0.4 MPa。檢查氧氣通氣流量是否在120 SLM ＜P氧氣＜140SLM、乙炔通氣流量是否在130SLM＜P乙炔＜150SLM（理論上流量大于設定參數的10%以上可以正常使用，但現場使用此范圍比較穩定）

（2）檢查氧氣二級減壓閥壓力是否在0.25MPa＜P氧氣＜0.35 MPa、乙炔二級減壓閥壓力是否在0.1MPa＜P乙炔0.15MPa。

（3）二次試火。駐地出車前保養時，進行第一次試火。封鎖前在車站內進行第二次試火。因全年各個施工點環境溫度不一樣，及時合理調整瓶壓滿足焊接所需流量，同時利用試火檢測其他各部件是否良好。如遇回火，及早處理。

（4）通氣點火時，點火槍不要靠加熱器火孔太近，大概在3 cm～5 cm左右。點火時間控制在通氣后3 s后，且加熱器距靜端檔火板距離在10 cm～15 cm左右適宜。避免點火時氣體混合程度不均或產生過大的爆鳴而造成回火。

（5）焊接時，待焊軌軌縫兩邊250 mm加熱器擺幅范圍必須拋光除銹，如遇再用軌焊接時，更要注意軌底除銹，避免鋼軌上的各種雜質掉落堵住火孔。

（6）準備好細長金屬絲物體，焊接過程中，注意觀察加熱器火孔情況，隨時挑出加熱過程中附著在加熱器火孔上的異物。

（7）車上常備一套可隨時更換使用的加熱器組管路，包括組裝好的混合槍、回火防止器等，回火時可緊急替換，一般更換時間在10 min～15 min左右。如遇回火后，采取這種措施，大多數均能恢復正在，現場施工中，多次取得了良好的效果（機具見圖1）。

圖1 1副加熱器+1個混合槍+2個回火防止器

5.2 保養方面

5.2.1 日常維護

（1）用比規定火孔直徑小0.1 mm的通針垂直疏通加熱器火孔（加熱器是紫銅所制，通針是鋼制的，如果用對應大小的通針通火孔會使得原有火孔逐漸變大）。

（2）拆除加熱器排污口螺絲，開通氧氣氣源，通過依次單側反復折疊、松開混合管的方式來吹出加熱器內部積碳顆粒等雜質(一般進行3至4次，只到加熱器火孔肉眼無明顯雜質即可）。

（3）檢查管路氣體密封性及老化情況。每天檢查氧氣、乙炔瓶口連接處、焊機各氣路卡箍及聯接處有無漏氣（一般采取通氣后用肥皂水噴灑接頭的檢測辦法或關閉氣源，查看流量計是否有數字飄移。其中氧氣、乙炔流量計的漂移數值不宜超過2個）。

5.2.2 定期維護

（1）清潔混合槍和回火防止器，比較臟的情況下用四氯化碳先清洗，再用高壓氣體清洗。

（2）把加熱器卸下后，用比規定直徑小0.1 mm的通針垂直疏通加熱器火孔，刮除火孔邊沿的銹垢，先用外用氧氣風吹除火孔邊沿的灰塵及孔內小雜質等，打開排污口對內部進行高壓氧氣清潔。

5.3 使用材料和配件方面

（1）乙炔氣體必須由固定供氣商統一供氣，保證氣體穩定性。純度應到達TB-1432要求，而且氣瓶中丙酮含量必須與型檢時的氣源一致，有條件時盡可能保證氧氣供氣商統一。

（2）乙炔質量流量計方面對丙酮比較敏感，時間長后丙酮易附著在流量計內造成流量計不靈敏而產生回火。常規一個季度用氧氣對流量計清洗，以便使依附的丙酮揮發掉。

（3）安裝并使用電子氬氣關火設備，避免人工關氣時延遲熄火導致氣體反向燃燒造成對加熱器內部污染。

（4）更新混合槍內部結構，以前使用的氧氣進氣孔為單孔，經過多次試驗后，在保證氧氣進氣壓力不變的前提下，采取了多孔進氣式。這樣做的目的是即使有輕微回火，也不至于突然完全堵塞氧氣的火孔而造成回火（見圖2）。

圖2 更新后的混合槍

6 結束語

通過幾年來的現場實踐經驗總結積累，我們在各個方面采取了一些行之有效的措施，合格率由2016年的99%（535/傷損5個）提高到2017年的99.4%（1471/傷損9）；基本能預防回火的產生，即使不能規避，也能在最短的時間內采取應急措施，使設備恢復正常，減少焊軌車因回火對封鎖施工帶來的影響。提高設備的穩定性和運用率，確保我們在大修換軌、換枕鋼軌焊接中順利的完成每一次現場作業任務。