廠焊鐵路長鋼軌質(zhì)量探討

馮 牧，鄭 濤

(武漢鐵路局 工務(wù)大修段，武漢 430050)

1 廠焊長鋼軌焊接方法及工藝缺陷

目前高速無縫線路鋼軌接頭的焊接方式主要有鋼軌接觸焊、氣壓焊和鋁熱焊三種。其中，鋼軌接觸焊，也稱閃光焊，一般應(yīng)用于工廠焊?？鐓^(qū)間無縫線路95%是采用此種工藝完成的，即把長度為100 m的無孔標(biāo)準(zhǔn)軌焊接成為500 m的長軌條。其原理是利用電流通過鋼軌接觸面產(chǎn)生熱量熔化鋼軌局部端面，再經(jīng)頂鍛完成焊接。由于接觸焊的焊接熱源是來自工件的內(nèi)部熱源，熱量集中，加熱時間短，焊接過程不需要填充金屬，冶金過程比較簡單，熱影響區(qū)較小，易獲得質(zhì)量較好的焊接接頭。焊軌廠所采用的焊接流程基本相同，包括配軌、整修鋼軌端面、進(jìn)入待焊臺位、焊接、粗磨、正火、調(diào)直、精磨、探傷、進(jìn)入成品臺、裝車運送至現(xiàn)場。在所有工序中，焊接是最關(guān)鍵的一道工序。其焊接質(zhì)量好壞直接關(guān)系到線路維修工作量的多少，如果出現(xiàn)問題，嚴(yán)重時會危機(jī)到行車安全。焊軌流水線采用的焊機(jī)有瑞士產(chǎn)的GAaS-80系列焊機(jī)，烏克蘭巴頓焊研所的 K190、K900系列焊機(jī)。以 GAaS-80系列焊機(jī)為例，其焊接過程大體分為鋼軌對接調(diào)平、預(yù)熱、加速燒化、有電流頂鍛、保壓推瘤五個階段。與其它鋼軌焊接方法相比，接觸焊具有自動化程度高，受人為因素影響小，焊接設(shè)備配有計算機(jī)控制，焊接質(zhì)量波動小，焊接生產(chǎn)率高等特點。

雖然接觸焊具有許多優(yōu)點，但它同時也存在一些影響生產(chǎn)質(zhì)量的不良因素。根據(jù)各種相關(guān)文獻(xiàn)[4]記載，在正常情況下，與氣壓焊、鋁熱焊相比，鋼軌的接觸焊焊縫強度較高，線路上斷頭率約在0.5/10 000以內(nèi)。然而，與母材相比，它的強度仍低于母材，原因如下:

1)鋼軌屬大斷面軋材，其心部材料較差，有低熔點夾雜條帶，疏松，晶粒粗大。在焊接頂鍛過程中，邊緣較好材料被擠出，而以心部材料向外擴(kuò)展代替，纖維組織中斷且彎曲。頂鍛量愈大，這種情況愈明顯。

2)存在焊接高溫?zé)嵊绊?，高溫?dǎo)致在焊縫左右1～2 mm區(qū)域晶粒粗大，降至 1～2級，如圖1所示。

圖1 焊縫金相圖

3)鋼軌斷面不均勻，軌頂、軌底屬緊湊型斷面，軌底兩角是展開型斷面。焊接時，軌底兩角溫度偏低，焊接后，全斷面冷卻不均勻，產(chǎn)生較大的殘余溫度應(yīng)力，如圖2所示。

4)焊縫上存在難以消除的缺陷——灰斑。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[4]，對焊接質(zhì)量的影響大多數(shù)是以灰斑的形式顯現(xiàn)。由圖3(a)可以清晰地見到，灰斑內(nèi)存在夾雜物，斷口存在韌窩，夾雜物大小不等。由圖3(b)可見，正常區(qū)(灰斑以外)是清晰的解理斷口，正常區(qū)無夾雜。

圖2 殘余溫度應(yīng)力圖

圖3 灰斑金相圖

2 對焊接質(zhì)量的分析

廠焊長鋼軌焊接質(zhì)量問題可以歸納為管理問題和技術(shù)問題。

2.1 管理問題

1)管理體制不健全，不能完全執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。許多焊軌施工組織缺乏健全有效的管理體制，焊接出現(xiàn)問題時，由于沒有溝通、分析，沒有解決問題的機(jī)制，或者主管人員不能對問題作出正確的分析，使問題不了了之。在焊軌現(xiàn)場，沒有技術(shù)人員監(jiān)督指導(dǎo)，焊接質(zhì)量完全依靠焊工的責(zé)任心，因此，容易導(dǎo)致質(zhì)量失控。在質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)系上，質(zhì)量服從進(jìn)度的事情時有發(fā)生。

2)作業(yè)過程缺乏監(jiān)督。對于生產(chǎn)過程中的情況，沒有接收方或第三方的監(jiān)督。沒有過程監(jiān)督，在型式檢驗、周期性生產(chǎn)檢驗、作業(yè)人員的資格、作業(yè)過程是否標(biāo)準(zhǔn)化等方面，就容易產(chǎn)生疏漏。而這些容易疏漏的方面，正是影響焊軌質(zhì)量的關(guān)鍵。

3)進(jìn)口設(shè)備使用保養(yǎng)不良，配件投入少。進(jìn)口設(shè)備使用不良，配件投入少的情況尤為突出。武漢焊軌基地配備了國際上較為先進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備，諸如除銹機(jī)、焊機(jī)、矯直機(jī)、精磨機(jī)等，保修期過后，對設(shè)備的保養(yǎng)、檢修都由焊軌廠自行解決。焊軌廠在設(shè)備保養(yǎng)、檢修方面做得不到位，比如使用的潤滑油牌號不對，降低了設(shè)備的精度或造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p傷;電氣連接件沒有定期檢查;設(shè)備長期使用后不進(jìn)行必要的檢查和標(biāo)定等等。其次，焊軌廠對進(jìn)口設(shè)備的養(yǎng)護(hù)費用投入太少，沒有足夠的配件儲備。雖然開發(fā)了一些國產(chǎn)化配件，但是缺乏全面的跟蹤考核評價，配件國產(chǎn)化沒有實現(xiàn)規(guī)范化，這種現(xiàn)象在全路范圍內(nèi)普遍存在。設(shè)備狀態(tài)不良，甚至帶病作業(yè)，影響接頭質(zhì)量。

2.2 質(zhì)量問題

1)對新鋼種焊接性評價不夠充分。鋼軌成分不同，焊接時的組織轉(zhuǎn)變機(jī)理不同，形成焊接缺陷的敏感性也不同。目前，對鋼軌焊接性的評價偏重于使用焊接性，對工藝焊接性和熱焊接性研究不夠。

2)鐵標(biāo)中缺少過程控制的內(nèi)容?，F(xiàn)行鐵標(biāo)“鋼軌焊接接頭技術(shù)條件”側(cè)重接頭性能的檢驗，缺少過程控制的內(nèi)容。國外的標(biāo)準(zhǔn)都強調(diào)過程控制。過程控制不僅應(yīng)包括焊接過程中關(guān)鍵的技術(shù)要求，也應(yīng)包括施工資質(zhì)、檢驗及批準(zhǔn)的程序等廣義的控制要求。

3)生產(chǎn)過程中影響工藝不穩(wěn)定的因素過多。在焊軌的整個生產(chǎn)工序中，存在許多影響工藝不穩(wěn)定的因素，比如:軌端除銹打磨作業(yè)不充分;軌腰存在油垢，頂鍛前未能及時清除;焊后調(diào)直時，墊鐵容易造成軌腰裂紋;手工電砂輪打磨整修焊縫時，易造成局部磨虧;由于鋼軌外形公差，易造成錯牙;未能及時清理電極銅塊上的熔渣和及時整修或更換電極銅塊等。

3 提高鋼軌焊接質(zhì)量的建議

1)完善鋼軌焊接接頭技術(shù)條件，強調(diào)過程控制。應(yīng)對現(xiàn)行的鐵標(biāo)“鋼軌焊接接頭技術(shù)條件”額外增加過程控制的內(nèi)容，包括焊工資質(zhì)、設(shè)備條件、檢驗及批準(zhǔn)的程序、以及各種鋼種焊接方法實施過程的基本要求等，提出統(tǒng)一的要求，為促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

2)監(jiān)理施工過程。鋼軌焊接生產(chǎn)實行監(jiān)理制，確保過程控制達(dá)到預(yù)期目的。焊軌監(jiān)理人員應(yīng)該經(jīng)過鋼軌焊接專業(yè)培訓(xùn)后，持證上崗。

3)開展技術(shù)培訓(xùn)和交流。對焊工和管理人員進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)、考試，提高技術(shù)素質(zhì)和管理水平，使施工組織能夠主動地發(fā)現(xiàn)問題，控制作業(yè)過程，扭轉(zhuǎn)被動解決問題的局面。

4)對焊接設(shè)備和新鋼種進(jìn)行充分研究和評價。對焊機(jī)的能力和狀態(tài)進(jìn)行專業(yè)評估，對焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的設(shè)備進(jìn)行升級，減少人為因素對質(zhì)量的影響;新鋼種的技術(shù)鑒定，應(yīng)特別重視對其焊接性的評價。評價焊接性，應(yīng)考慮鋼軌成分含量的變化范圍，尤其應(yīng)重視工藝焊接性評價，如缺陷的敏感性等，對于未經(jīng)充分評價焊接性的鋼種，慎重推廣應(yīng)用。

5)重點加強部分技術(shù)要求，從工序中消除影響工藝不穩(wěn)定的因素。作好軌端除銹打磨作業(yè)，采用機(jī)械除銹方式，保證除銹打磨質(zhì)量;清除軌腰油垢，防止頂鍛時打滑;焊后調(diào)直，防止墊鐵造成軌腰裂紋;采用多頭機(jī)械銑床，取代手工電砂輪打磨整修焊縫?，F(xiàn)行手砂輪打磨作業(yè)中，應(yīng)防止局部磨虧;對于由于鋼軌外形公差造成的錯牙，均應(yīng)磨順，防止應(yīng)力集中影響焊縫強度;及時清理電極銅塊上的熔渣和及時整修或更換電極銅塊;采用焊縫中頻正火方法，通過自控中頻正火，確保細(xì)化焊縫晶粒，提高焊縫沖擊韌性;在保證穩(wěn)定閃光和不出現(xiàn)深、大火口的前提下，提高焊接燒化速度。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，這有助于焊接端面在任一瞬時形成較多的觸點，提高單位時間內(nèi)觸點的爆破數(shù)目，在焊接端面周圍形成良好的氣體保護(hù)環(huán)，減少焊接端面的氧化傾向。而且，大量觸點爆破，有益于焊接面加熱均勻和保持頂鍛前均勻的液態(tài)金屬層，從而提高焊縫質(zhì)量。

4 結(jié)論

隨著新建鐵路自身技術(shù)要求的不斷提高和完善，新建鐵路軌道特性也會向高強耐磨、安全穩(wěn)定、平順舒適等方向發(fā)展，這就必然導(dǎo)致對廠焊長鋼軌焊接質(zhì)量要求越來越高，對焊接裝備水平的要求也就越來越高。接觸焊接技術(shù)裝備與其它焊接設(shè)備相比，其所具有的自動化、數(shù)字化、智能化、信息化、高效化特征將更加突出，因此，要求加快鋼軌接觸焊接工藝各方面的探討研究，從整體上提高鋼軌的焊接質(zhì)量，以確保鐵路軌道施工質(zhì)量。

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