淺談無縫線路鋪設(shè)中焊接技術(shù)的應(yīng)用

1、淺談無縫線路鋪設(shè)中焊接技術(shù)的應(yīng)用摘要：軌道焊接、道岔焊接是鋪設(shè)無縫線路的重要環(huán)節(jié)，本文主要介紹了國內(nèi)無縫線路鋪設(shè)時(shí)的三大主流焊接技術(shù)：鋁熱焊技術(shù)、接觸焊技術(shù)、氣壓焊技術(shù)，并詳細(xì)對(duì)各個(gè)焊接技術(shù)的工藝流程進(jìn)行了分析，對(duì)無縫線路鋪設(shè)中焊接技術(shù)開展方向和施工進(jìn)行了探討。關(guān)鍵字：無縫線路鋼軌焊接鋁熱焊接觸焊氣壓焊鋪設(shè)無縫線路，應(yīng)在鋪設(shè)基地對(duì)長鋼軌和道岔進(jìn)行焊接，它是鋪設(shè)無縫線路的重要環(huán)節(jié)，其幾何外形尺寸的平順和內(nèi)部質(zhì)量，是保證無縫線路正常運(yùn)用的關(guān)鍵，實(shí)踐證明，假設(shè)鋼軌焊接質(zhì)量不良，將使線路維修工作后患無窮，嚴(yán)重者危及行車平安，本文將鋪設(shè)無縫線路所涉及的主要焊接技術(shù)作一介紹。1.鋁熱焊接法現(xiàn)如今鋁熱焊接法

2、已被公認(rèn)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(dòng)作業(yè)，利于工地焊接聯(lián)合接頭和斷軌復(fù)原復(fù)焊。1.1鋼軌鋁熱焊的原理鋼軌鋁熱焊是利用鋁和氧化鐵在化學(xué)反響過程中釋放的大量熱量熔化金屬，使金屬之間形成熔接或堆焊。鋁熱化學(xué)反響是氧化復(fù)原反響，主要反響產(chǎn)物為液態(tài)鋁熱鋼和氧化鋁熔渣，鐵元素被復(fù)原成具有高溫的鋁熱鋼水，鋁被氧化成氧化鋁熔渣。鋁熱焊化學(xué)反響的表達(dá)式為3FeO+2AI=3Fe+Al2O3+199.5kCalFe2O3+2AI=2Fe+Al2O3+99kCal3Fe2O3+8AI=9Fe+4Al2O3+773.3kCal鋼軌鋁熱焊接就是將鋁粉、氧化鐵和其他合金添加物配制成的

3、鋁熱焊劑放在特制的反響坩堝中，用高溫火柴點(diǎn)燃引發(fā)鋁熱反響。在反響過程中，放出大量的熱熔化合金添加物，與反響合成的鐵形成為鋼液，由于其密度大沉于坩堝底部，反響生成的熔渣較輕而浮在上部，在很短時(shí)間內(nèi)，高溫的鋁熱鋼水熔化坩堝底部的自熔塞，澆鑄到與鋼軌外形尺寸一致的砂型和局部預(yù)熱待焊鋼軌形成的封閉空腔中，同時(shí)鋁熱鋼水本身又作為填充金屬，與熔化的鋼軌共同結(jié)晶、冷卻，將2段鋼軌焊成整體，圖1為鋼軌鋁熱焊接示意圖。1.2鋼軌鋁熱焊工藝圖表1鋁熱焊裝備示意圖我國鐵路對(duì)鋼軌鋁熱焊法，進(jìn)過推廣應(yīng)用實(shí)踐和理論研究，制定了大劑量、寬焊縫、三片?？ㄏ洹⒍〞r(shí)預(yù)熱和自動(dòng)澆注的鋁熱焊工藝，它是運(yùn)用于50kg/m、60kg/m

4、和75kg/m鋼軌焊接。1.3工藝裝備制作砂型設(shè)備：烘干箱、磨具等。制作砂型原料：石英砂、膨潤土、水玻璃。制作砂型成品：砂型、砂芯、排渣砂槽、坩堝等。熱源及預(yù)熱設(shè)備：熱源氧氣、丙烷、乙炔。工具預(yù)熱具、點(diǎn)火槍、秒表等。焊接材料：焊劑、高溫火柴、封砂箱。其他：鋸軌機(jī)、推凸機(jī)、砂輪、大錘、平錘等。1.4工藝程序制作砂型、坩堝工地布置氧氣瓶、石油液化氣或乙炔瓶的布置應(yīng)距焊點(diǎn)5m以上，所有設(shè)備應(yīng)布置在施焊一側(cè)的路肩，烘烤坩堝時(shí)應(yīng)離所有氣瓶5m以上。切軌用于段軌再焊時(shí)，插入的焊接鋼軌長度應(yīng)大于6m，不得有彎曲、歪扭和損傷，并與線路上鋼軌磨耗相近，切軌應(yīng)采用雙向擺動(dòng)式切軌機(jī)，切軌應(yīng)按照線切割，允許橫向誤差為

5、1mm，垂直誤差為2mm,切后應(yīng)用手提砂輪或銼刀除去切面的紫藍(lán)斑痕及氧化物，軌段各邊應(yīng)倒角，無毛刺和金屬飛濺物。對(duì)軌將焊接的軌端對(duì)正，用1m直尺密貼鋼軌頂面及內(nèi)、外側(cè)面，檢查鋼軌焊接端各面縱向是否一直，要求不要有錯(cuò)牙，歪扭。扣箱及封箱扣箱：扣箱前應(yīng)清理砂型內(nèi)各通道，而后將砂箱吻合在鋼軌焊接的焊口上，沙箱如果有缺角、掉塊、裂紋、松脫者均不可使用。封箱：封箱砂應(yīng)與焊前制備好，并置于容器內(nèi)密封。砂箱所有接縫及與鋼軌吻合處，均用封箱砂密封，兩側(cè)流鋼槽應(yīng)與沙箱冒口緊密結(jié)合，并用封箱砂護(hù)好兩側(cè)各100mm以內(nèi)的軌面和所有裸漏及易被鋼水濺傷的金屬。坩堝裝料及安防支架在裝料之前，應(yīng)先烘干坩堝，裝料時(shí)坩堝應(yīng)穩(wěn)在

6、專用支架上，封箱時(shí)應(yīng)預(yù)先測(cè)好安放在支架的位置，裝澆鋼槽時(shí)，即將支架固定在鋼軌上，并裝好坩堝框架，封箱結(jié)束即將坩堝抬入框架。調(diào)整坩堝位置，使封口釘之端，與砂箱頂面相距100±10mm，并垂直對(duì)準(zhǔn)砂芯座中心，將坩堝旋轉(zhuǎn)90°固定。預(yù)熱將火嘴插入砂芯座中心呈垂直狀態(tài)，焰流對(duì)準(zhǔn)砂箱底面而不沖向兩端鋼軌面，根據(jù)兩側(cè)冒口焰流反彈高度，隨時(shí)調(diào)整手把，使其高度保持一致，扣箱人員隨時(shí)消除封箱部位的“跑火現(xiàn)象，預(yù)熱3min，到時(shí)點(diǎn)火。澆注點(diǎn)火時(shí)必須見到高溫火柴發(fā)出火花才能插入焊劑，確定點(diǎn)燃焊劑前方可關(guān)閉預(yù)熱器并密蓋砂芯，點(diǎn)燃焊劑冒出黑煙時(shí)才能加蓋坩堝蓋，點(diǎn)燃焊劑后，迅速將坩堝推至封口釘與砂芯中

7、心垂直對(duì)準(zhǔn)的位置并固定，保持焊劑沸騰時(shí)不位移。如以下圖所示圖表2現(xiàn)場(chǎng)鋁熱焊及澆注模型推凸及修整推凸時(shí)撤除支架后，立即去除屏蔽軌面的沙土，一分鐘后松下緊箱器和砂箱托，抬上推凸機(jī)，二分鐘后推凸機(jī)可緩緩加力，使刀具進(jìn)入砂箱，隨砂箱開裂鋼水冷卻情況逐步加大進(jìn)刀量，三分鐘后加大進(jìn)刀速度；整修時(shí)先跺除推凸機(jī)后軌面剩余局部，然后打磨，打磨時(shí)先軌面后兩側(cè)，跺修和打磨均不得傷及母材，焊縫與母材不得出現(xiàn)臺(tái)階，精磨后應(yīng)出現(xiàn)金屬光澤，不得游覽的斑痕。圖表3現(xiàn)場(chǎng)鋼軌打磨質(zhì)量檢查包括外觀檢查和探傷檢查，外傷檢查時(shí)焊接接頭不得有臺(tái)階和扭曲，軌頭平整圓順，用1m直尺測(cè)量，頂面、側(cè)面不平度應(yīng)在以內(nèi)，頂面不得有負(fù)值，打磨后焊面應(yīng)

8、平順；探傷檢查到達(dá)重傷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)切除重焊。正火可在整修之后，軌溫降至500以下時(shí)進(jìn)行，亦可在常溫下正火，加熱氧氣工作壓力位0.6MP，液化石油氣工作壓力為0.04MP，氧氣流量為3000/h，焰心長度應(yīng)為1020mm，火焰加熱器垂直與焊縫位置，有軌頂向兩側(cè)來回移動(dòng)，每隔2min用測(cè)溫計(jì)測(cè)量軌溫一次，根據(jù)軌溫情況調(diào)整加熱器移動(dòng)速度和加熱時(shí)間，當(dāng)軌溫到達(dá)900950時(shí)，保溫10min之后撤除保溫箱自然冷卻。2.接觸焊接法我國鐵路的長鋼軌焊接以廣泛采用接觸焊法，接觸焊法焊接質(zhì)量好，效率高，世界各國普遍采用，近年來我國鐵路焊軌廠全面配備了接觸焊機(jī)。圖表4接觸焊示意圖接觸焊接法采用移動(dòng)式接觸焊機(jī)，多將25

9、m長鋼軌焊成125m長的軌條。由于列車高速行駛時(shí)對(duì)軌道的平順性要求很高，所以長軌條焊接前要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)軌的外形幾何尺寸和平直度及扭曲允許偏差進(jìn)行檢驗(yàn)。接觸焊接法的工藝流程為:配軌鋸軌軌端打磨焊接推瘤正火接頭打磨探傷存放。圖表5鋼軌接觸焊流程工藝圖2.1工藝要求:焊軌前先在滾道上進(jìn)行對(duì)軌，兩軌根本保持在同一水平面上，以作用面為準(zhǔn)不得出現(xiàn)豎向和橫向錯(cuò)位，各部偏差不大于間隙。調(diào)整焊機(jī)位置使焊機(jī)中心與軌縫對(duì)中。焊機(jī)內(nèi)側(cè)涂刷防渣液，以利去除粘連在焊機(jī)上的焊渣。落下焊機(jī)夾緊鋼軌，再次檢查軌縫，確認(rèn)無誤后開始焊接。焊接按工藝試驗(yàn)中獲得并經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可的工藝參數(shù)進(jìn)行。焊后推瘤及清理焊瘤塊。焊接結(jié)束后，松開鋼軌，提

10、升焊機(jī)。根據(jù)配軌表，對(duì)接頭進(jìn)行編號(hào)。用卷揚(yáng)機(jī)將鋼軌沿滾道線向前傳送(卷揚(yáng)機(jī)的循環(huán)鋼絲繩通過專用卡具將鋼軌兩端卡緊，鋼軌傳動(dòng)速度約/s)。一個(gè)接頭焊接結(jié)束后，在熱態(tài)下進(jìn)行調(diào)直(要求在焊縫兩側(cè)各500mm范圍內(nèi)，水平方向作用面一側(cè)的不平直度不大于/m，垂直方向的不平直度不大于/m)。當(dāng)鋼軌焊頭溫度降至500以下時(shí)開始正火，加熱器沿焊頭縱向擺動(dòng)量7一10cm，用機(jī)械式凸輪控制行程，光電測(cè)溫計(jì)檢測(cè)正火溫度。焊頭打磨后由檢驗(yàn)工用lm直尺檢查平直度，并用超聲波探傷。3.氣壓焊接法氣壓焊接發(fā)自1937年在美國和加拿大得到廣泛應(yīng)用后，憑著其設(shè)備簡單、本錢低廉焊接質(zhì)量優(yōu)良，世界各國鐵路自1955年以來相繼采用，

11、并得到了進(jìn)一步開展。氣壓焊接法多是在長鋼軌鋪設(shè)完成后，經(jīng)整道作業(yè)，線路根本到達(dá)穩(wěn)定后，可實(shí)施工地鋼軌焊接并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行線路鎖定，長軌聯(lián)合接頭采用氣壓焊接法。3.1氣壓焊工藝氣壓焊焊軌工藝試驗(yàn)應(yīng)在正式焊接前按規(guī)定要求完成。施工多采用的是雙導(dǎo)柱臥式壓接機(jī)以斜鐵夾緊軌腰的新型移動(dòng)式氣壓焊機(jī)，對(duì)開單混合室的射吸式加熱器，雙流量計(jì)控制箱和一套三段頂壓法焊接工藝。3.2工藝流程：施工準(zhǔn)備鋸配軌拉軌軌端處理對(duì)軌固定點(diǎn)火焊接焊縫正火打磨及矯直焊縫探傷焊縫驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)清理。3.3施工工藝圖表6鋼軌氣壓焊工藝流程圖(1)施工準(zhǔn)備檢查設(shè)備施工前應(yīng)全面檢查設(shè)備情況,包括檢查電源、泵站、壓接機(jī)、加熱器的工作情況;各油路、

12、乙炔路、氧氣路是否通暢,有無跑、冒、漏現(xiàn)象;乙炔、氧氣存氣量是否足夠;推凸刀的刀刃是否完整;各運(yùn)動(dòng)部件是否活動(dòng)自如。發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)處理。平安情況檢查檢查施工點(diǎn)附近是否有揮發(fā)性氣體、易燃、易爆物等,假設(shè)有,要設(shè)法轉(zhuǎn)移或采取必要的平安保護(hù)措施。操作人員應(yīng)按要求穿戴好勞動(dòng)保護(hù)用品。(2)鋸軌配軌：用方尺檢查兩接頭的相錯(cuò)量,如相錯(cuò)量大于100mm,那么需要鋸軌。(3)拉軌：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(duì)位。(4)軌端處理鋼軌調(diào)直焊前必須對(duì)鋼軌進(jìn)行調(diào)直,經(jīng)調(diào)直的鋼軌用1m直尺檢查其矢度不得超過±。端面打磨打磨鋼軌端面時(shí)應(yīng)注意,端面打磨機(jī)的兩

13、個(gè)定位面必須與鋼軌接觸密貼;使用端面打磨機(jī)應(yīng)做到輕拿輕放,以免破壞打磨機(jī)的精度。圖表7現(xiàn)場(chǎng)端面打磨(5)對(duì)軌固定，待焊軌裝壓接機(jī)并夾緊后,用300mm鋼板尺檢查,應(yīng)到達(dá)如下要求:兩軌頂面齊平,焊縫處矢度不大于,上下錯(cuò)位不大于,當(dāng)兩軌高度差較大時(shí),可用墊片調(diào)整至以下,軌頂面不準(zhǔn)下凹;工作面要平,誤差不大于,當(dāng)軌頭寬度偏差過大或軌端有旁彎無法調(diào)直時(shí),應(yīng)以根本軌輪廓面為基準(zhǔn)保持工作面在1m長度內(nèi)直線度偏差不大于;兩軌底面平行錯(cuò)位不大于;端面在按焊軌要求實(shí)施預(yù)頂后應(yīng)密貼,局部間隙不大于,但兩底角必須密貼;固定過程中如因某項(xiàng)因素偏差過大,無法到達(dá)上述要求時(shí),應(yīng)翻開壓接機(jī),重新處理鋼軌端面直至到達(dá)焊接的技

14、術(shù)要求,不能強(qiáng)行焊接,以免影響焊接質(zhì)量。(6)點(diǎn)火焊接安裝加熱器a1將加熱器兩側(cè)分別從壓接機(jī)導(dǎo)桿鋼軌之間側(cè)向掐入后,旋轉(zhuǎn)90°置于導(dǎo)桿之上,并將其按要求正確連接;b1調(diào)整壓接機(jī)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的掛鉤長度,轉(zhuǎn)動(dòng)加熱器支承小車的轉(zhuǎn)動(dòng)軸,使加熱器的火孔面與焊接端平行,最大偏差處不大于;同時(shí),搖動(dòng)加熱器23次,再檢查其火孔平面是否與焊接端平行。調(diào)整加熱器支承塊小車構(gòu)件,使加熱器火孔端面與鋼軌外輪廓周邊的距離為(25±1)mm。預(yù)頂高壓泵站加油門使預(yù)頂力到達(dá)1820MPa。點(diǎn)火焊接a1應(yīng)在翻開氧、乙炔開關(guān)后,34s點(diǎn)火,不能少于3s或時(shí)間過長,以免發(fā)生事故;b1擺動(dòng)加熱器加熱,從03.5mi

15、n至開始頂鍛前,擺動(dòng)量為1520mm,擺動(dòng)頻率為60次/min。降壓并保壓點(diǎn)火加熱至鋼軌產(chǎn)生塑性變形時(shí),焊縫處及其附近產(chǎn)生微微凸起(高度為13mm),將頂鍛壓力降低到810MPa并保壓。頂鍛a1在保壓和繼續(xù)加熱的過程中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)軌底角上外表出現(xiàn)幾個(gè)面積約1.53mm2的單個(gè)熔池,軌頭頂面出現(xiàn)有隨火焰而動(dòng)的“鏡面熔池便開始頂鍛。b1開始頂鍛時(shí)擺動(dòng)量為30mm左右,擺動(dòng)頻率約為80次/min。推凸a1當(dāng)頂鍛完,加熱器熄火后,立即摘下加熱器上的掛鉤,將加熱器迅速推向壓機(jī)右側(cè)橫梁(搖火鐵端)的極限位置;與此同時(shí),泵站換向、松開左側(cè)橫梁(活動(dòng)端)的軌頂螺栓后,泵站給油倒車,當(dāng)左橫梁松動(dòng)時(shí),立即打松該端斜鐵

16、繼續(xù)倒車,目測(cè)焊瘤與推刀墊間距能放下刀體時(shí),停止倒車,同時(shí)迅速放入前刀體,并推入腰刀裝上底刀,泵站換向給油開始推凸,當(dāng)確認(rèn)焊瘤推離焊縫,泵站換向給油倒車使兩橫梁距離拉至最大允許值后,關(guān)閉泵站,卸下推凸裝置,推凸結(jié)束。b1在推凸過程中,當(dāng)壓力升至40MPa時(shí)推凸刀仍不能前進(jìn)推除焊瘤時(shí),應(yīng)停止推凸,待卸下推凸裝置后,人工氣割除瘤。(7)焊縫正火鋼軌接頭的正火起始溫度為400500,終了溫度為850900。擺動(dòng)以焊縫為中心,在02min時(shí),擺動(dòng)總寬度40mm,每min為5060次;在23min時(shí),擺動(dòng)總寬度約為6080mm,3540次/min。待被正火處降溫至全黑后,再撤掉墊軌的枕木墩以免焊接處變形

17、。當(dāng)正火后的焊縫部位在250以上時(shí),嚴(yán)禁敲擊、火烤(二次正火除外)、澆水和引起塑性變形的一切操作。(8)焊后打磨及矯直利用仿形打磨機(jī)打磨焊接接頭的軌頂面及各側(cè)面,打磨時(shí)假設(shè)溫度過高,要暫停打磨,待溫度適宜時(shí)再進(jìn)行打磨。打磨前應(yīng)用1m直尺檢測(cè)焊縫,假設(shè)焊縫變形、彎曲,應(yīng)先用彎軌機(jī)矯直。打磨后的鋼軌,要符合鋼軌驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。(9)焊縫探傷探傷要待焊縫自然冷卻到50以下才能進(jìn)行。焊縫內(nèi)部任何部位有未焊透、裂紋、氣孔夾渣等缺陷時(shí),該焊頭必須報(bào)廢重焊。對(duì)有疑問的焊接接頭應(yīng)進(jìn)行復(fù)探。(10)焊縫驗(yàn)收焊縫探傷合格后應(yīng)檢查其外觀尺寸,外觀尺寸應(yīng)到達(dá)相關(guān)技術(shù)條件的規(guī)定。結(jié)語：鋁熱焊具有施工方便以及較易保證焊接接頭的

18、平順性，世界很多國家均采用鋁熱焊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，我國修建的秦沈客運(yùn)專線采用的就是現(xiàn)場(chǎng)鋁熱焊，一次性鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路軌道施工中的道岔焊接目前仍然只能采用鋁熱焊，完全無法回避，建議跨區(qū)間無縫線路的線上焊接多用鋁熱焊接法。接觸焊焊接的鋼軌接頭質(zhì)量及其穩(wěn)定性優(yōu)于其它焊接方法，建議采用移動(dòng)式接觸焊機(jī)進(jìn)行線路長鋼軌、長軌節(jié)的焊接以及低溫拉伸鎖定焊接；移動(dòng)式接觸焊機(jī)可作為新線無縫線路鋪軌作業(yè)流程組成單元，進(jìn)行長鋼軌、單元軌節(jié)的焊接和低溫拉伸鋼軌鎖定焊接；由于道岔鋼軌間距(作業(yè)空間)的限制，懸掛式焊軌機(jī)目前還不能實(shí)現(xiàn)道岔與長軌的最終焊接；接觸焊接是基地焊和廠焊長鋼軌的開展方向。氣壓焊具有設(shè)備簡單，一次性投資小，無需大功率電流,焊接質(zhì)量好，焊接時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，建議用于現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合接頭焊接或斷軌的永久性修復(fù)；缺點(diǎn)是在焊接時(shí)對(duì)接頭斷面的處理要求十分嚴(yán)格，并且在焊接時(shí)需要有一定的鋼軌縱向移動(dòng)，因此