起重機軌道閃光焊焊接技術

無錫華東重型機械股份有限公司 無錫 214161

0 引言

集裝箱起重機是用于吊裝集裝箱進行堆放、移位的一種大型起重設備，在大型港口自動化碼頭的集裝箱堆場內得到了普遍的應用。起重機的運行軌道主要有大、小車運行軌道，大車運行軌道通常選用國標GB2585—2007《鐵路用熱軋鋼軌》的QU70、QU80、QU100和QU120軌道，通常由碼頭建造方制作和安裝。小車運行軌道通常選用德標DIN536-1—1991《德國起重機軌道標準》的A65、A75、A100和A120軌道，由起重機制造廠家焊接并安裝。起重機軌道截面多為工字形，軌道頂部是凸狀的，底部配有一定寬度的平板以增加與安裝面的接觸面，并具有良好的抗彎強度。雖然生產標準和規格型號上有所不同，但起重機軌道通常均用C、Mn含量較高的U71Mn鋼軋制而成。考慮到起重機運行時負載較大，剎車慣性大，而運行需要良好的平穩性，則要求軌道的連續性和接頭的平滑度較高，故起重機軌道需要焊接接頭。由于U71Mn鋼屬于高碳中錳鋼，焊接性能差，軌道焊接難道大。加之集裝箱碼頭堆場向無人化、自動化方向發展，對小車運行要求越來越高，對軌道接頭要求也越來越高，所以，對傳統軌道焊接工藝的改革迫在眉睫。

1 閃光焊運用于起重機軌道焊接的研究

閃光焊采用大功率專用移動或固定式焊接設備，在工廠或線路上進行焊接，其特點是焊接速度快，接頭質量穩定，成為鐵路鋼軌焊接的主要方式，由閃光焊完成的鋼軌接頭數占總焊接頭數的85%以上。閃光焊作為一種高鐵軌道成熟的軌道焊接形式，引進并運用于起重機的軌道對接焊，采用的焊接設備為YHG-1200TH型閃光焊焊機，自行配套設計軌道吊裝設備，軌道焊接工裝架，焊接輸送設備，軌道轉運設備等，組成閃光焊工作站。閃光焊經過20對起重機軌道的試驗焊接，不斷調整焊接參數，經過探傷檢驗、拉伸、宏觀、靜彎及重錘等檢驗，焊接的軌道接頭完全符合對接要求。

閃光對接焊原理是將焊接件裝配成對接接頭，接通電源，并使其端面逐漸移近達到局部接觸，利用電阻即熱這些觸點（產生閃光），使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內達到預定溫度時，迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。閃光焊相對于傳統手工對接焊，焊接的產品強度高，致密性好，無假焊，無氣孔；焊接品質好，牢固美觀；焊接速度快，打磨工作量小。采用微電腦控制器，完成對夾緊、閃光、頂鍛、頂接、停止，全部焊接過程的控制，控制精度高。

2 閃光焊軌道焊接施工工藝

2.1 準備階段

1）檢驗軌道母材、外形尺寸、外觀，保證軌道沒有內部缺陷，外形符合尺寸，外觀沒有麻點凹陷等。

2）鋸軌 根據軌道對接預縮短尺寸進行鋸短，避免軌道對接完成后整根不易上鋸床。鋸軌應嚴格安裝技術標準和操作規程進行，盡量保證鋸口的橫向、縱向的垂直度。

3）焊前打磨除銹 焊前打磨包括鋼軌端面打磨、軌腰與焊機鉗口電極接觸部位的打磨；鋼軌端面打磨目的是清除鋼軌端面的鐵銹和雜質，使得開始焊接時容易激發閃光；軌腰打磨的目的是使軌腰與焊機鉗口電極接觸部位接觸良好，減少接觸電阻，放置軌腰與電極之間打火灼傷鋼軌。軌腰與焊機鉗口電極接觸部位要打磨出金屬光澤，清除其上的雜物。軌腰部位凸出的鋼廠標記要完全打磨平整，以免在焊機夾持過程中損傷電極。打磨過程中，打磨軌腰母材的深度不得超過0.5 mm。

4）閃光焊設備所有潤滑點加注潤滑油，焊機設備內側面涂乳膠漆，避免焊渣沾染在設備上，檢查設備電極上是否有雜質，需清理干凈。使用壓縮空氣槍清灰。

5）檢查軌道輸送托輥是否正常運行，起吊設備是否正常，軌道吊裝設備吊梁、吊鉗預備使用。

2.2 軌道焊接

1）打開設備電腦和閃光焊軟件。打開設備主電源、冷卻設備電源、液壓站電源，檢查設備是否運行正常。

2）使用吊梁和吊鉗夾住軌道，吊裝軌道上托輥輸送架，注意軌道箭頭方向，軌道焊接端輸送至軌道焊接機位，安裝推瘤刀，刀口面向焊縫端，距離焊縫端面約30 mm；吊裝另一根軌道上輸送架，利用輸送架將第二根軌道輸送到焊接機位，使兩軌道焊接端面接觸，調整兩軌道直線度。

3）起吊閃光焊設備，焊接模式開關調至模擬模式，模擬焊接過程，模擬合格后可進行實際焊接。

4）將閃光焊設備吊至軌道上方，將焊接模式調至手動模式，速度調至快速，卡鉗口調至張開模式，機架調至后退，后退至38 mm左右停止。下降閃光焊設備，對準軌道中心及一側靠近推瘤刀，設備落于軌道上。速度調至低速模式，手動關閉鉗口，緩慢夾緊鉗口，確保卡鉗準確夾緊軌腰及上平面。再次檢查鋼軌對中情況，上平面及側面平整度偏差，手感觸摸無突兀感，參考尺寸小于0.2 mm，超差需松開焊鉗進行二次夾緊，對中及平面度符合標準后，方可完全夾緊鉗口。

5）調整焊接軌道面間隙，根據電腦數據，微調機架調使軌道焊接面間隙至1～2 mm之間。

6）打開設備工作電源，關閉設備防護門，焊接模式調至自動模式，速度為低速模式，鉗口為夾緊狀態，檢查油路運行狀態；起吊設備使軌道焊接面略高于托輥輸送架，啟動開始焊接。如圖1所示。

圖1 閃光焊過程

7）焊接結束后，焊接電腦顯示OK狀態，推焊瘤完成。關閉設備焊接電源，模式調至手動模式，鉗口張開，起吊設備離開軌道。

8）閃光焊設備移至旁邊，鉗口夾緊，放下設備，清理焊渣、焊灰。

9）及時拆除推瘤刀，鏟除焊瘤，避免焊瘤冷卻后無法去除。尚未冷卻的焊接接頭使用支架支撐穩固，以防止焊頭下沉變形，形成低接頭。同時從遠端檢查焊接的兩根鋼軌左右方向是否在統一直線上，如有偏差立即根據偏差方向左右調整鋼軌，防止焊接的軌道出現急彎。焊后軌道接頭如圖2所示。

10）輸送架移動軌道，吊裝另一根軌道，開始新一段軌道的焊接過程。

圖2 閃光焊焊后軌道接頭

2.3 接頭調直

軌道焊接后，如果軌道對接偏差尺寸較大，發生側彎或高低接頭，經打磨不能滿足檢驗標準時，需進行接頭焊后矯直。矯直可在熱態或冷態下進行，熱矯直穩定應高于600℃。

2.4 焊后接頭打磨

軌頂面及軌頭工作面用仿形打磨機打磨，軌底角、軌底面用手砂輪或角箱磨光及打磨。打磨后鋼軌接頭的平直度要符合技術規范的要求。要特別注意：應不斷移動打磨機具，每次打磨量不要太大，避免長時間打磨同一位置，導致局部過熱，產生缺陷。

2.5 焊后探傷

焊接接頭溫度降至常溫時方可探傷，每個焊接接頭必須經過磁粉探傷，焊接試驗段可采用靜壓和重錘進行檢驗，以檢驗整批軌道焊接工藝的合理性。探傷判廢的接頭必須鋸切重焊。

2.6 軌道狀態整理

當焊接工序全部完成并檢驗合格后，按有關標準進行軌道狀態整理，排列整齊，以備主梁安裝使用。

3 軌道焊接常見缺陷分析及處理

軌道對接后，經過磁粉探傷，發現部分軌道在軌道軌腰處有細微裂紋，部分裂紋較淺，經過打磨后可消除；部分裂紋較深，需將軌道接頭位置鋸掉后重新焊接。對接頭進行鋸切后觀察裂紋，裂紋只存在表面，沒有延展到內部，經分析為打磨形成的裂紋。鋼軌焊接的頂鍛階段是閃光焊機夾持兩根鋼軌縱向加力，將焊接端頭的液態金屬和過熱塑性金屬擠出、凸出鋼軌表面。推瘤刀再對鋼軌擠出部分進行切除，切除時，對鋼軌母材留有余量。為了獲得良好的外觀質量和平直度要求，必須用砂輪機進行打磨。手持砂輪長時間的用力打磨已經完全冷卻焊頭某個部位表面時，極易形成表層馬氏體組織并伴隨有微裂紋。通過對此焊頭檢驗分析，馬氏體白層的硬度值達到752 HV，而基體的硬度值僅為283 HV，在應力的作用下，裂紋進行擴展。

處理方法：1）軌道焊后打磨推凸余量，一個位置分多次進行打磨，避免一個位置長時間打磨過熱形成馬氏體；2）焊后對接頭位置用保溫棉進行保溫緩冷，避免接頭位置急冷產生裂紋；3）調整焊接參數，微調減少預閃、連續閃光時間，減少焊接總輸入熱量，降低軌道焊縫產生裂紋機率。

4 結語

閃光焊作為目前國內外最先進的高速鐵路軌道對接方式，其特點是焊接速度快，接頭質量穩定，自動化水平高，人為因素影響較小，焊接過程可監控和采集，焊接質量好，可通過焊接數據判定焊接質量優劣。文中將本設備運用于起重機產品的軌道焊接，現已投入于生產，已焊接多條產品軌道，運用于多個起重機產品上，軌道焊接無缺陷率在95%以上。本工藝的使用，對于提高起重機產品軌道焊接質量及效率具有重要的意義。