鋼軌焊接技術(shù)與質(zhì)量控制

1、畢 業(yè) 論 文題 目：鋼軌焊接技術(shù)與質(zhì)量控制系（分院）：路橋?qū)W院 專業(yè)：鐵道工程技術(shù)姓 名： 指導(dǎo)教師： 2010年05月 25日鋼軌焊接技術(shù)與質(zhì)量控制夏午炎浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，路橋?qū)W院09160230摘 要：鋼軌焊接是鋪設(shè)無縫線路的重要環(huán)節(jié)，是線路行車安全重要保證。文章對無縫線路鋼軌焊接技術(shù)進行了研究，分析了幾種長軌焊接方法的特點、工藝及設(shè)備以及常見缺陷產(chǎn)生原因和相應(yīng)對策，指出各自的優(yōu)缺點，找出各自影響長鋼軌焊接的主要因素并加以解決。關(guān)鍵詞：鋼軌焊接，質(zhì)量控制目 錄1. 前 言32. 鋼軌焊接方法、焊接工藝及設(shè)備、缺陷及對策32.1鋼軌鋁熱焊 32.1.1鋁熱焊的特點42.1.2鋁熱焊工藝

2、 42.1.3鋁熱焊常見缺陷和原因分析 42.1.4鋁熱焊質(zhì)量控制措施 42.2鋼軌移動式氣壓焊 52.2.1氣壓焊的特點 52.2.2移動式氣壓焊工藝 52.2.3移動式氣壓焊沒備 52.2.4氣壓焊常見缺陷和原因分析 62.2.5移動式氣壓焊質(zhì)量控制措施 62.3鋼軌閃光焊 62.3.1閃光焊的特點 72.3.2閃光焊焊接工藝 72.3.3鋼軌閃光焊設(shè)備 72.3.4閃光焊常見缺陷和原因分析 72.3.5閃光焊質(zhì)量控制措施 72.4三種鋼軌焊接方法的對比 73. 高鋼軌焊接質(zhì)量措施的建議84.總結(jié)91.前 言 客運高速和貨運重載是當(dāng)今世界各國鐵路發(fā)展的兩大趨勢。高速鐵路要求軌道具有高平順性

3、和 高穩(wěn)定性，而鋼軌的焊接質(zhì)量則是影響無縫線路平順性和強度的主要因素之一。隨著國民經(jīng)濟和社會 的不斷發(fā)展，我國也提出了實現(xiàn)鐵路跨越式發(fā)展的奮斗目標(biāo)。目前，武廣、石太、鄭西、京津客運專線已經(jīng)相繼完成建設(shè),這些客運專線均采用u75v鋼軌，因此，提高鋼軌焊接接頭的質(zhì)量對于保證高速列車安全 、舒適、平穩(wěn)地運行顯得猶為重要 。2.鋼軌焊接方法、焊接工藝及設(shè)備、缺陷及對策我國鐵路鋼軌焊接主要采用鋁熱焊、氣壓焊和閃光焊。在正式焊接鋼軌前以及焊接過程的質(zhì)量檢驗中,除鋁熱焊不做落錘試驗外，其他都必須通過tbt 1632- 2005鋼軌焊接接頭技術(shù)條件中所規(guī)定的各項試驗和性能要求，確定工藝參數(shù) 。 2.1鋼軌鋁熱

4、焊 鋁熱焊是利用釩和氧化鐵(含添加劑)，在一定的溫度下進行氧化還原反應(yīng)，形成高溫液態(tài)金屬注入特制的鑄模內(nèi)，將被焊兩個鋼軌端部熔化而實現(xiàn)連接的一種焊接方法 。 2.1.1鋁熱焊的特點 (1)優(yōu)點 ：無需電源，設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)成本低，沒有頂鍛過程，接頭外觀平順性好，占用封鎖時間短。尤其適用于斷軌修復(fù)、跨區(qū)間無縫線路道岔聯(lián)焊和運輸任務(wù)繁忙的線上聯(lián)焊。目前，我國鋼軌現(xiàn)場焊接廣泛采用法國的 qpcj 釩熱焊技術(shù)。(2)缺點 ：鋁熱焊的實質(zhì)是冶金鑄焊其熱輸入量大、導(dǎo)致焊接接頭受熱面積較大，使接頭的組織和性能降低 。 因此我國部分高速鐵路的現(xiàn)場不提倡鋁熱焊，但是一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路軌道工程施工中又

5、無法完全回避 (至少道岔的焊接目前仍然離不開)鋁熱焊，所以，客運專線道岔內(nèi)及兩端與線路連接的鋼軌鎖定焊仍然采用鋁熱焊，這就要求加強隊鋁熱焊工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、無損檢測設(shè)備和辦法等的完善和改進。2.1.2鋁熱焊工藝 (1)工藝裝備。砂模、坩堝、支架、焊前加熱裝置、焊后保溫加熱裝置(低溫條件下用)、鋸軌機、鋼軌拉伸器、推瘤機、打磨機、對正設(shè)備和鋼軌探傷儀器等。(2)工藝流 程 。目前現(xiàn)場銷熱焊 的工藝流程為： 施工準(zhǔn)備一軌端打磨一調(diào)整軌縫一鋼軌對正一砂模準(zhǔn)備一安放坩堝和焊藥一鋼軌預(yù)熱一點火澆注一拆模及推瘤一熱打磨和冷打磨一探傷檢驗、記錄一恢復(fù)線路 。 2.1.3鋁熱焊常見缺陷和原因分析 (1)氣扎和夾渣

6、。主要是南于鋼軌預(yù)熱不當(dāng)(預(yù)熱過度或欠熱)、砂模和坩堝受潮、焊劑質(zhì)量有問題、母材成分不穩(wěn)定、氣候過于寒冷或潮濕、焊接用燃料質(zhì)量有問題等諸多因素所致。 (2)裂 紋。主要是由于砂型偏移，高溫時焊頭受到強外力的作用，拆箱及推瘤時間過早，焊頭冷卻速度過快，預(yù)熱溫度過低，母材s、p含量大等因素所致。 (3)未熔合。主要是由于預(yù)熱欠火、預(yù)熱后溫度降低快、施工環(huán)境寒冷或潮濕、軌端處理不徹底、焊劑質(zhì)量有問題等諸多因素形成。 (4)焊頭過燒 。由于焊軌預(yù)熱溫度不均勻、出現(xiàn)熔融現(xiàn)象造成。 (5)焊頭上拱或下塌、外觀超標(biāo)、或出現(xiàn)高低接頭。主要是由于對軌時預(yù)留上拱度過高或不足、焊頭兩側(cè)受力不對稱、鋼軌外觀幾何尺寸超

7、差等因素造成。2.1.4鋁熱焊質(zhì)量控制措施 (1)正確掌握鋁熱焊的工藝要點，嚴(yán)格按工藝操作規(guī)程進行焊接。 (2)預(yù)熱時選用質(zhì)量合格的燃料；在預(yù)熱過程中不間斷地觀察軌端各部位的預(yù)熱狀況，既要防止預(yù)熱欠火，又不能預(yù)熱過度，保證最佳的預(yù)熱效果；選用質(zhì)量合格的焊劑。 (3)氣溫低于0 不宜進行工地焊接；刮風(fēng)、下雨天氣焊接時，應(yīng)采取防風(fēng)，防雨措施；中雨、大雨和風(fēng)力大于4級時不應(yīng)進行焊接作業(yè)。 (4)在寒冷氣候下盡量避免焊接施避免焊接施工，如特殊情況需要施工，當(dāng)軌溫低于15 時，必須在預(yù)熱前和預(yù)熱過程中用加熱器將砂模兩側(cè)各1m長范圍內(nèi)的鋼軌加熱至37 ，防止產(chǎn)生結(jié)晶缺陷；在焊接完、推瘤后立即用保溫罩保溫焊

8、頭 120 min，防冷速過快而產(chǎn)淬硬馬氏體組織、然后進行打磨。(5)加強焊接人員的責(zé)任心和業(yè)務(wù)培訓(xùn)，嚴(yán)格組織管理，加強焊前鋼軌的工序控制，增加鋁熱焊焊后熱處理工序 。(6)制定適臺客運專線的鋼軌熱焊接頭技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和探傷工藝標(biāo)準(zhǔn)，改進探傷設(shè)備和方法，有效控制和檢查鋁熱焊焊縫質(zhì)量，實現(xiàn)鋁熱焊的現(xiàn)場施工。2.2鋼軌移動式氣壓焊 氣壓焊利用氣體燃燒產(chǎn)生的熱能將軌端加熱至熔化狀態(tài)或塑性狀態(tài)，并施加足夠的壓力(頂鍛力)，以形成接頭的一種固態(tài)連接方法 。 2.2.1氣壓焊的特點 (1)優(yōu)點：鋼軌氣壓焊是塑性壓力焊，接頭是鍛造組織且沒有脫碳層，在理論上其強度不低于閃光焊，而且一次性投資小，無需大功率電源，焊接

9、時間短。目前，主要用于現(xiàn)場焊接聯(lián)合接頭。(2)缺點：氣壓焊時對接頭端 面的處理要求十分嚴(yán)格，焊接工藝受諸多人為因素影響，焊頭質(zhì)量波動較大，不易控制 。 日本鐵路長軌條焊接主要使用移動式氣壓焊，我國鐵路也在使用?？瓦\專線如要采用氣壓焊技術(shù)，必須加強對焊工的培訓(xùn)和對焊軌組織管理體系和技術(shù)力量方面的考核，同時改進氣壓焊設(shè)備，增加設(shè)備的剛度和智能化程度，降低人為因素的影響使接頭質(zhì)量穩(wěn)定性得到可靠保證。 2.2.2移動式氣壓焊工藝 目前移動式氣壓焊的工藝流程為：焊前準(zhǔn)備一 拉軌一鋼軌端面處理一對軌和夾軌一安裝加熱器一 點火焊接一加熱及頂鍛一推瘤一焊后處理(正火、打 磨、探傷檢驗)一恢復(fù)線路 。 2.2.

10、3移動式氣壓焊沒備 (1)小型移動式氣壓焊設(shè)備主要包括： 壓接機、加熱器、控制箱、水冷裝置、高壓電動泵站和部分輔 助配套設(shè)備 (2)目前普遍采用小型移動式鋼軌氣壓焊機和三段加壓新工藝進行鋼軌現(xiàn)場焊接。 典型設(shè)備有：hg- ii 鋼軌超長氣壓焊機、yj 一 660 型氣壓 焊機、y hj - iv 型分體式保壓攤瘤鋼軌氣壓焊機 。 (3)近年來 ， 通過不斷提高小型氣壓焊機的機械化、自動化控制水平， 保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定性 ， 使氣壓焊焊接質(zhì)節(jié)得到明顯改善。 2.2.4氣壓焊常見缺陷和原因分析 (1)焊接接頭上凸、或下凹、高低錯位、側(cè)錯位、旁彎、軌角塌陷等均屬外觀缺陷。主要原因是由于設(shè)備本身 的缺

11、陷 、軌端面尺 寸誤差超標(biāo)和焊接操作不當(dāng)所引起 。(2)未焊透、光斑(屬于未焊透現(xiàn)象)、過燒、軌底角凹陷 、粗品組織、裂紋、氣孔等均屬內(nèi)部缺 陷。主要原因有：操作不規(guī)范 ， 軌端面處理不潔，頂鍛力不足或過大，加熱不均勻，火焰使用不當(dāng)，設(shè)備狀態(tài)不良，加熱溫度控制不當(dāng)，加熱器位置不正，火孔不正常，加熱時間掌握不好、正火工藝掌握不嚴(yán)，施工環(huán)境差等 (3)生產(chǎn)氣焊機的家很多，焊機存在的問題也很多，基本處于失控狀態(tài)，從而影響焊接質(zhì)量 。 (4) 氣壓焊工藝比較復(fù)雜、施工環(huán)境復(fù)雜多變、焊接時易出現(xiàn)加熱不均、頂鍛偏載、 焊頭變形等缺陷。2.2.5移動式氣壓焊質(zhì)量控制措施 (1)正確掌握氣壓焊的工藝要點、嚴(yán)格

12、按照工藝操作規(guī)程進行焊接；時刻以最佳狀態(tài)的沒備、工具、材料等供應(yīng)現(xiàn)場施工。(2)加強焊接人員的責(zé)任心和業(yè)務(wù)培 訓(xùn)，嚴(yán)格組織管理，提高質(zhì)量意識，健全質(zhì)量管理體系。 (3)施工環(huán)境惡劣時應(yīng)采取相應(yīng)的措施、以保證焊接過程符合工藝規(guī)程要求 。(4)加強對鋼軌氣壓焊質(zhì)量和氣壓焊沒備質(zhì)量的監(jiān)督和檢查、實現(xiàn)氣壓焊的現(xiàn)場施工。 (5)加快研制開發(fā)智能型氣壓焊沒備、減少人為因素對焊接質(zhì)量的影響 。2.3鋼軌閃光焊 閃光焊是將焊件裝備成對接接頭、通電使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸、利用電阻熱加熱這些接觸點(產(chǎn)生閃光)，使端面全部熔化，直至端部在一定深度范 圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定溫度時，迅速施加 頂鍛力完成焊接的方法。閃光焊有

13、預(yù)熱閃光焊、連續(xù)閃光焊和脈沖閃光焊。 鋼軌閃光焊分為工廠或鋪軌基地焊接(固定式焊接)和線上移動式焊接 。 2.3.1閃光焊的特點 (1)優(yōu)點：閃光焊內(nèi)動化程度高，工藝穩(wěn)定，焊接 質(zhì)量優(yōu)良，力學(xué)性能接近鋼軌母材、生產(chǎn)效率高足。是客運專線鋼軌焊接的首選方法、是固定式鋼軌焊接的最佳方式，更是線上移動式鋼軌焊接發(fā)展的趨勢和方向。客運專線軌道施。指南 (tz21 l 一 2005)明確規(guī)定工地鋼軌焊接宜優(yōu)先采用閃光焊。(2)缺點：閃光焊機價格昂貴，一次件投資大，設(shè)備復(fù)雜且需配備大功率電源、柴油發(fā)電機組(線上移動式鋼軌閃光焊用)， 焊接工藝參數(shù)較多、凋節(jié)繁瑣。2.3.2閃光焊焊接工藝 (1)閃光焊工藝參數(shù)

14、較多，具體參數(shù)值因機型而異。但各參數(shù)對質(zhì)量的影響有共性。一般選擇的焊接工藝參數(shù)主要有：不同閃光階段的電壓和焊接時間、不同閃光階段的閃光速 度、閃光流量、頂鍛量、頂鍛力、有電頂鍛時間和無電頂鍛時間、頂端速等。 (2)客運專線基地鋼軌閃光焊足將長 l00 m 的鋼軌焊接成長 500 m的長鋼軌、然后將長鋼軌運輸?shù)浆F(xiàn)場進行焊接。 其工藝流程為：選配鋼軌一軌頭調(diào)直和除銹一預(yù)熱軌端(環(huán)境溫度低于 10 時進行) 一焊軌 、 推瘤一正火一焊縫粗打磨一焊縫冷卻一鋼軌四向調(diào)直一焊縫精打磨一探傷檢驗一成品入庫。由于現(xiàn)場焊接受到電力和其他條件的限制，以前主要采用鋁熱焊和氣壓焊兩種焊接方法 ， 線上移動式鋼軌閃光焊

15、用得很少 。近年來通過科技創(chuàng)新和實踐經(jīng)驗已經(jīng)積累了豐富的線上移動式閃光焊經(jīng)驗。閃光焊工藝流程為：施工準(zhǔn)備一除銹打磨一 預(yù)熱軌端(環(huán)境溫度低于 10 時進行)一焊機對位一 閃光焊、推瘤一正火一調(diào)直一打磨一探傷檢驗一恢復(fù)線路。2.3.3鋼軌閃光焊設(shè)備 (1)基地鋼軌焊接應(yīng)配備軌端除銹、鋼軌焊接、焊縫正火、冷卻、鋼軌校直、焊縫打磨、探傷等設(shè)備。(2)工地閃光焊主要設(shè)備有：工地鋼軌閃光焊作業(yè)車、抽軌、鋸軌、打磨、正火、調(diào)直、探傷等。 2.3.4閃光焊常見缺陷和原因分析 (1)灰斑足鋼軌閃光焊最常見的缺陷。主要原因是焊接過程中頂鍛力不足或過大、火坑過大難以封閉、火坑殘留物、焊口金屬氧化物未被完全擠出等因

16、素引起。 (2)焊縫中的氧化物夾雜和脫碳鐵素體是疲勞裂紋的起裂點；在焊鉗接觸部位的底部出現(xiàn)電弧擊傷現(xiàn)象、在電弧擊傷處形成馬氏體組織，從而形成裂紋、引起鋼軌斷裂。 (3) 閃光過程不穩(wěn)定、燒化不夠、頂鍛力不足或頂鍛速度過低，均可能導(dǎo)致夾渣。 (4)未焊透主要是由鋼軌預(yù)熱溫度不足、焊接過程不穩(wěn)定、頂鍛速度過低、頂鍛力不足等因素造成的。 (5)對部分新焊機的性能沒有完全掌握、老焊機維修和更換配件跟不上、導(dǎo)致焊接質(zhì)量不穩(wěn)定， 也會形成一些焊接缺陷。 2.3.5閃光焊質(zhì)量控制措施 (1 )嚴(yán)格執(zhí)行工藝操作規(guī)程、徹底清理軌端的鐵銹、油污、加強焊縫內(nèi)部質(zhì)量的檢驗 。(2)通過型式實驗的工藝參 數(shù)一經(jīng) 確定，

17、不得 隨意更改：定期清焊接鉗口。 (3)嚴(yán)格執(zhí)行正火工藝。加強操作人員的責(zé)任心、定期校驗測溫儀、保證測量結(jié)果的實效性 。 (4)加強焊接人員和焊接配套設(shè)備操作檢修人員焊接技術(shù)培訓(xùn)和交流 。 (5)加強焊接前對鋼軌主要型式尺寸的檢測和焊接后對焊接接頭直線度的檢測 。 (6)不斷通過生產(chǎn)實踐和試驗，積累經(jīng)驗，提高焊軌質(zhì)量和水平。2.4三種鋼軌焊接方法的對比 (1)焊外觀質(zhì)量：固定式閃光焊外觀質(zhì)量最好，其次是鋁熱焊，最后是氣壓焊。(2)焊頭強度：閃光焊和氣壓焊的接頭強度大致相同，鋁熱焊次之。 (3)焊接質(zhì)最穩(wěn)定性：固定式閃光焊最好，鋁熱焊次之，氣壓焊最不易控制。 (4)我國每年鋪設(shè)在無縫線路上的焊接

18、接頭，閃光焊接頭約占總焊接頭數(shù)的87，移動式氣壓焊接頭約占總焊接頭數(shù)的l0，鋁熱焊接頭約占總焊接頭數(shù)的3因此 ， 閃光焊接頭的質(zhì)量決定了無縫線路的整體水平，必須加大鋼軌閃光焊的工藝技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)，提高我國鋼軌閃光焊的整體水平。3.高鋼軌焊接質(zhì)量措施的建議 (1)借鑒國外的鋼軌焊接質(zhì)量管理和先進技術(shù)、完善我國鋼軌焊接接頭技術(shù)條件的標(biāo)準(zhǔn)。 (2)加強焊接設(shè)備能和運行狀態(tài)的專業(yè)評估、對新鋼種進行焊接工藝性評定 。 (3)充分發(fā)揮大專院校和科研院所的科技和人才優(yōu)勢，加強鋼軌焊接礎(chǔ)理論的研究和焊軌機智能化的研發(fā)能力。 (4)對焊軌施工實行監(jiān)理制，對焊軌組織實行資質(zhì)認(rèn)證，加強焊軌過程的質(zhì)量控制。 (5)引進、消化、吸收國外鋼軌焊接的先進技術(shù)和設(shè)備，加強自主創(chuàng)新能力，提高我國鋼軌焊接的整體水平和焊接