移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接頭缺陷分析及應(yīng)對(duì)措施

移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接頭缺陷分析及應(yīng)對(duì)措施

近年來(lái)，鐵路快速發(fā)展，對(duì)鋼絲繩連接質(zhì)量提出了更高的要求。移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接頭質(zhì)量高,設(shè)備輕便,操作簡(jiǎn)單,在國(guó)內(nèi)外新建線路和維修中得到廣泛應(yīng)用。移動(dòng)式鋼軌氣壓焊是將鋼軌的兩個(gè)端面緊密貼合,采用氣體火焰加熱,將貼合面及其附近區(qū)域加熱至塑性狀態(tài)。在金屬原子具有足夠的“活化能”,并穿過(guò)界面互相急劇擴(kuò)散時(shí),對(duì)貼合面加以頂鍛,以建立原子間的金屬鍵聯(lián)結(jié),完成再結(jié)晶而獲得焊接接頭的方法。這種塑性壓力焊接的接頭與母材材質(zhì)接近,抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材標(biāo)準(zhǔn)90%以上,斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到母材80%以上,正火后焊縫沖擊韌性與鋼軌母材材質(zhì)相同。移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接頭受人為因素影響較大,施工中受環(huán)境和氣候條件影響,焊接過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生各種焊接缺陷。通過(guò)對(duì)焊縫的檢查,以及對(duì)落錘、靜彎試驗(yàn)接頭斷裂的端面檢查和小件試驗(yàn)的金相組織分析,移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接頭存在外觀和內(nèi)在缺陷。外觀缺陷是焊接接頭的幾何形狀偏差和局部凹陷;內(nèi)在缺陷是光斑、未焊透、過(guò)燒及粗晶組織。1焊接連接的外觀缺陷1.1壓接種工藝操作不當(dāng)采用1m平尺測(cè)量鋼軌頂面,焊縫與原鋼軌向上(向下)的凸出(凹陷)量超過(guò)規(guī)定的允許值稱為高(低)接頭,低接頭不允許出現(xiàn)。高低錯(cuò)位是焊接的兩根鋼軌端面上下偏差超過(guò)規(guī)定的允許值。(1)產(chǎn)生原因。移動(dòng)式鋼軌氣壓焊焊接是靠壓接機(jī)的軌頂和軌底螺栓將待焊鋼軌上下定位(見(jiàn)圖1),若壓接機(jī)的4根軌底螺栓高低不平,導(dǎo)致出現(xiàn)高(低)接頭或高低錯(cuò)位。加熱器擺放不正,其底部火焰溫度高于頂部或頂部火焰溫度高于底部,出現(xiàn)高低錯(cuò)位或高(低)接頭。目前,鋼軌運(yùn)輸采用長(zhǎng)軌車將200~500m的長(zhǎng)鋼軌運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)并擺放到線路砟肩上,砟肩本身高低不平,在其上需進(jìn)行順軌、墊軌、對(duì)軌等一系列作業(yè)。若順軌距離不夠、墊軌不平與不實(shí)、對(duì)軌不正,采用壓接機(jī)矯正,鋼軌接頭內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力。鋼軌焊接結(jié)束后,解除壓接機(jī)支座的約束力,鋼軌接頭內(nèi)部應(yīng)力釋放,將出現(xiàn)高(低)接頭或高低錯(cuò)位。鋼軌端面采用磨削和銼削處理,如果接頭端面垂直度未達(dá)到工藝要求,也可出現(xiàn)高低外觀缺陷。(2)應(yīng)對(duì)措施。針對(duì)焊接設(shè)備(壓接機(jī)、加熱器)造成的焊接缺陷,應(yīng)按《移動(dòng)式鋼軌氣壓焊設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠檢查;保證設(shè)備工況良好,壓接機(jī)軌底螺栓高低應(yīng)采用專用檢驗(yàn)棒檢查。4根軌底螺栓的平面度偏差應(yīng)小于規(guī)定的0.1mm,超差采用圓銼或半圓銼配合檢驗(yàn)棒和塞尺進(jìn)行修正,若施工條件限制不能及時(shí)修正,可采用在鋼軌底面與軌底螺栓間加墊片的臨時(shí)矯正措施。因加熱器火焰分布不合理產(chǎn)生的高(低)接頭,應(yīng)按對(duì)應(yīng)軌型的火孔分布圖加工(見(jiàn)圖2)。通過(guò)調(diào)整火孔大小改變火焰功率,溫度低的部位采取擴(kuò)孔增加火焰功率,溫度高的部位采取縮孔降低火焰功率。如果加熱器的火孔分布平面度不良,調(diào)整超差的火孔部位,保證火孔平面度偏差小于規(guī)定的1mm。針對(duì)工藝操作不當(dāng)造成的高低錯(cuò)位外觀缺陷,應(yīng)保證順軌時(shí)兩側(cè)待焊鋼軌的順直距離達(dá)到25m以上,采用檢測(cè)平尺檢查焊縫處1m范圍,要求基本無(wú)高低偏差。對(duì)軌完成后,檢查墊軌枕木墩是否墊平、墊實(shí),枕木墩下的道砟應(yīng)夯實(shí),保證列車通過(guò)時(shí)的振動(dòng)不會(huì)改變待焊鋼軌位置。對(duì)軌時(shí)保留適當(dāng)軌縫,以滿足精銼處理為準(zhǔn);夏季應(yīng)考慮漲軌量,冬季應(yīng)考慮縮軌量,避免對(duì)軌后采用壓接機(jī)長(zhǎng)距離拉軌;焊接頂鍛過(guò)程中枕木墩出現(xiàn)傾斜,應(yīng)及時(shí)調(diào)整回位。鋼軌端頭按工藝要求處理。針對(duì)操作不當(dāng)出現(xiàn)的高(低)接頭,采用正火后墊軌矯正,出現(xiàn)高接頭可在焊縫兩側(cè)墊墩,架空焊縫,在高溫狀態(tài)下利用壓接機(jī)和鋼軌自重壓迫焊縫,緩慢消除高接頭,也可采用鋼軌豎直調(diào)直機(jī)調(diào)直。出現(xiàn)不嚴(yán)重的低接頭可重新墊軌,待鋼軌溫度冷卻至500℃以下,進(jìn)行二次加熱頂鍛。如果鋼軌接頭高低錯(cuò)位和無(wú)法消除高(低)接頭,必須割開(kāi)重焊。1.2旁彎或左右錯(cuò)位采用1m平尺測(cè)量鋼軌軌頭側(cè)面,焊縫與原鋼軌向內(nèi)(向外)的凸出(凹陷)量超過(guò)規(guī)定的允許值稱為旁彎接頭。左右錯(cuò)位是指焊接的2根鋼軌端面左右偏差超過(guò)規(guī)定的允許值。(1)產(chǎn)生原因。壓接機(jī)導(dǎo)柱彎曲變形、壓接機(jī)2個(gè)油缸走行不同步等原因造成鋼軌接頭旁彎或左右錯(cuò)位。加熱器兩側(cè)火焰功率差別較大造成接頭旁彎,鋼軌接頭向火焰功率低的一側(cè)凸出。對(duì)軌時(shí)順直距離不夠、墊軌不實(shí),以及鋼軌端頭本身的硬彎、扭曲均造成旁彎和左右錯(cuò)位。壓接機(jī)對(duì)4塊斜鐵施加的鎖緊力不均勻造成旁彎和左右錯(cuò)位。鋼軌端面垂直度超差造成旁彎或左右錯(cuò)位。(2)應(yīng)對(duì)措施。針對(duì)焊接設(shè)備造成的縱向缺陷,應(yīng)按照“鐵標(biāo)”進(jìn)行出廠驗(yàn)收,定期保養(yǎng);發(fā)現(xiàn)導(dǎo)柱彎曲,輕微的拆機(jī)后調(diào)直,嚴(yán)重的更換;壓接機(jī)活塞走行不同步檢查活塞桿鎖緊螺母是否松動(dòng),檢查及更換密封圈,如果油缸內(nèi)壁拉傷應(yīng)及時(shí)修整或更換。加熱器火焰功率不均勻通過(guò)調(diào)整火孔修正。針對(duì)操作工藝引起的縱向缺陷,精細(xì)對(duì)軌,保證鋼軌端面垂直度,對(duì)軌端的硬彎和扭曲進(jìn)行矯正(見(jiàn)圖3)。對(duì)已產(chǎn)生的旁彎,在焊接結(jié)束或正火后,采用直軌機(jī)調(diào)直。接頭左右錯(cuò)位和無(wú)法矯正的旁彎必須割開(kāi)重焊。1.3火孔平面度低,導(dǎo)致熱壓降焊接頂鍛結(jié)束后,焊縫處軌底角向下凹陷稱為軌角塌陷或塌角。(1)產(chǎn)生原因。加熱器整體火焰功率或軌角位置火焰功率偏低,導(dǎo)致焊接加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng),鋼軌受熱寬度過(guò)大,軌底非焊接區(qū)域受熱變軟,頂鍛時(shí)出現(xiàn)下塌。由于加工誤差或受擠壓變形,導(dǎo)致加熱器火孔平面偏差大。燃?xì)饣蜓鯕饧兌冗^(guò)低,導(dǎo)致加熱時(shí)間延長(zhǎng)。加熱器擺放不正,火孔平面與焊縫不平行,擺動(dòng)幅度過(guò)寬、擺動(dòng)量不均勻,引起鋼軌受熱寬度加大,造成塌角。(2)應(yīng)對(duì)措施。選擇符合要求的氣體,提高加熱器功率,按規(guī)定時(shí)間加熱。嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收并調(diào)整好加熱器,使火孔平面的平面度符合要求。安裝加熱器時(shí)調(diào)整好火孔平面,應(yīng)與焊縫平行。加熱器按規(guī)定的擺動(dòng)量擺動(dòng),在工藝規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成加熱、焊接。1.4風(fēng)線以上缺陷的治療在氣割除瘤和矯正塌角時(shí)引起的局部金屬缺失或凹陷稱為局部凹陷。(1)產(chǎn)生原因。切除焊瘤時(shí),有熔渣阻擋“風(fēng)線”,不易判定母材軌面位置,瞬時(shí)在軌面上燒蝕母材金屬,形成凹陷。矯正塌角時(shí),矯正不足或矯正過(guò)度造成凹陷。(2)應(yīng)對(duì)措施。采用推刀除瘤,氣割除瘤一次切完,如需二次切割需先清渣。不在軌頂和軌頭兩側(cè)的較淺凹陷,在允許范圍內(nèi)縱向打磨消除;在軌頂面和軌頭側(cè)面的凹陷,待鋼軌冷卻后二次加熱頂鍛消除。1.5切割火焰燒研ws鋼軌接頭表面燒傷后發(fā)藍(lán),深度一般為軌面以下0.5~0.7mm。(1)產(chǎn)生原因。氣割除瘤時(shí),切割火焰燒灼鋼軌表面造成的金屬燒傷;焊后未等軌溫降低即進(jìn)行打磨或砂輪機(jī)進(jìn)刀量過(guò)大造成表面燒傷。(2)應(yīng)對(duì)措施。氣割除瘤時(shí),留有適當(dāng)余量,避免切割火焰長(zhǎng)時(shí)間直接接觸母材軌面;打磨時(shí)采用適當(dāng)顆粒度的砂輪(一般為46#白剛玉樹(shù)脂砂輪),控制合適的進(jìn)刀量(單次進(jìn)刀量≤0.08mm)。2焊接連接的內(nèi)部缺陷2.1頂鍛時(shí)鋼干預(yù)頂光斑是指2個(gè)接頭端面沒(méi)有焊合,稱為光板、白板、白斑,斷口呈灰色、平滑,手觸摸無(wú)毛刺。光斑是埋在焊縫內(nèi)部的裂紋,減少了鋼軌的有效面積,產(chǎn)生應(yīng)力集中,使用中光斑以裂紋的形式急劇擴(kuò)散,極易造成斷軌。(1)產(chǎn)生原因。焊接端面的垂直度和表面粗糙度超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,焊接端面不潔凈,如粘有油污、水汽、灰塵,或加熱器點(diǎn)火時(shí)有積碳煙塵。對(duì)軌時(shí)兩個(gè)待焊軌端面不密貼。焊接時(shí)鋼軌端面在高溫作用下形成氧化膜,阻礙了金屬原子的相互擴(kuò)散。鋼軌焊縫未達(dá)到焊接要求的塑性狀態(tài)進(jìn)行頂鍛。加熱時(shí)溫升過(guò)快,焊接熱量未能充分傳導(dǎo),鋼軌焊縫外表呈熔化狀態(tài)而內(nèi)部未達(dá)到焊接溫度,焊接端面不能全部再結(jié)晶為一體。加熱器局部火焰不穩(wěn)定,出現(xiàn)脫火或跳火,使鋼軌受熱不足,溫度偏低產(chǎn)生光斑。燃?xì)饣蜓鯕饧兌炔粔?揮發(fā)不充分導(dǎo)致加熱器火焰功率降低且不穩(wěn)定,造成光斑。頂鍛量不夠?qū)е略阡撥壦苄宰冃芜^(guò)程中空穴濃度不足,降低了擴(kuò)散速度,鋼軌兩個(gè)端面間的金屬原子無(wú)法充分互相擴(kuò)散,重新結(jié)晶成為一體形成牢固的聯(lián)結(jié)。頂鍛速度不夠使鋼軌鋼中的鋁、鉻、硅、鉬等元素生成高熔點(diǎn)氧化物,影響金屬原子擴(kuò)散和再結(jié)晶。(2)應(yīng)對(duì)措施。選用合格的燃?xì)?≥98%)和氧氣(≥99.5%),適當(dāng)調(diào)整加熱器火孔。嚴(yán)格按工藝要求處理鋼軌端面,避免二次污染。精細(xì)對(duì)軌,保證預(yù)頂后無(wú)錯(cuò)位和間隙。加熱器點(diǎn)火時(shí)遠(yuǎn)離焊縫,采用較高速度頂鍛,較大的壓強(qiáng)和頂鍛量。2.2磨削及頂鍛等操作未焊透是指2個(gè)接頭端面局部或部分焊合,稱為半焊、假焊,斷口呈暗灰色、平整,手觸摸有毛刺,毛刺間有平滑的微小白斑,其危害如光斑,超聲波很難檢測(cè)到,危害性更大。(1)產(chǎn)生原因。打磨太薄,有污物;焊接操作不當(dāng),污染端面;打磨后待焊時(shí)間過(guò)長(zhǎng),端面重新污染。加熱器火孔堵塞,出現(xiàn)故障發(fā)生回火、放炮或氣體質(zhì)量不合格與匹配不當(dāng),擺放不正、偏燒、升溫不均,擺動(dòng)量不符合要求。2個(gè)接頭端面間隙過(guò)大,頂鍛量過(guò)小或頂鍛過(guò)早,加熱時(shí)間短,焊接溫度達(dá)不到要求。(2)應(yīng)對(duì)措施。嚴(yán)格執(zhí)行打磨及保護(hù)工藝、對(duì)軌和壓接機(jī)操作,以及加熱器焊前試火及裝夾工藝要求。加熱器按規(guī)定擺動(dòng)量擺動(dòng),按規(guī)定精度打磨端面。局部低溫處用焊把或割把補(bǔ)火,掌握好頂鍛時(shí)間及溫度,頂鍛量達(dá)到要求。輕微的表面過(guò)燒可通過(guò)打磨或二次加熱頂鍛消除,過(guò)燒嚴(yán)重的必須割開(kāi)重焊。2.3鋼板火焰吹偏,破腹火孔斷口有灰黑焊接時(shí)加熱溫度過(guò)高,導(dǎo)致部分金屬接近熔化狀態(tài)或熔化,引起晶界氧化,失去強(qiáng)度,無(wú)塑性,極脆,斷口呈暗褐色,為松散的顆粒狀組織。(1)產(chǎn)生原因。加熱器火孔分布不合理或施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力過(guò)大,將火焰吹偏導(dǎo)致鋼軌加熱部位溫度過(guò)高,造成局部熔化或接近熔化狀態(tài)。(2)應(yīng)對(duì)措施?？刂坪眉訜釡囟忍貏e是兩軌底角處的溫度,控制好氧、乙炔配比,保證其為微還原焰加熱,采用擋火措施降低高溫區(qū)溫度。2.4圍過(guò)寬導(dǎo)致熱影響區(qū)產(chǎn)生粗晶軌頭晶粒粗大,導(dǎo)致塑韌性及強(qiáng)度降低,且硬而脆,不能使用。(1)產(chǎn)生原因。加熱范圍過(guò)寬,導(dǎo)致熱影響區(qū)產(chǎn)生粗晶。焊接后未等軌溫降至500℃以下進(jìn)行正火處理,導(dǎo)致焊縫金屬晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大,形成粗晶。(2)應(yīng)對(duì)措施?？刂萍訜崞鲾[動(dòng)距離(以焊縫為中心8~12mm),軌溫降至500℃以下進(jìn)行正