無縫線路鋼軌焊接接頭病害與防治

曹金東

摘 要：在鐵路系統(tǒng)中，無縫鋼軌的使用是非常普遍的。無縫鋼軌焊接的質(zhì)量影響著鐵路的施工質(zhì)量，為此要想實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的安全運營，就要及時的做好無縫線路鋼軌焊接接頭的病害與防治。現(xiàn)對無縫線路鋼軌的重要性及其焊接技術(shù)做了比較詳細(xì)的分析，并就無縫線路常見的焊接接頭病害與防治措施進(jìn)行了具體闡述，以實現(xiàn)無縫線路鋼軌焊接技術(shù)的不斷提升。

關(guān)鍵詞：鐵路線路；無縫線路；鋼軌焊接；病害；防治

在鐵路運輸?shù)脑O(shè)備中，鐵路線路是行車的基礎(chǔ)，這些由無數(shù)根鋼軌連接起來形成的線路可以分為普通線路和焊接無縫線路。隨著我國無縫線路在實踐中的不斷應(yīng)用，提高無縫線路的焊接質(zhì)量就顯得愈來愈重要。無縫線路是軌道結(jié)構(gòu)的一個重大變革，它在鐵路中的應(yīng)用能夠為鐵路所應(yīng)用，成為高速及重載鐵路的最優(yōu)選擇。鋼軌焊接可以說是無縫線路應(yīng)用建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前全國采用的焊接方法有接觸焊、移動氣壓焊和鋁熱焊。

1 無縫鐵路焊接的主要方法

1.1 氣壓焊

鋼軌氣壓焊在鐵路線路上的應(yīng)用，主要表現(xiàn)為鐵路線路上焊接無縫線路各類型長鋼軌的聯(lián)合接頭上，在氣壓焊的過程中，可以進(jìn)行異型鋼軌接頭、線路上斷軌的焊接以及組成“移動式焊軌基地”代替廠焊。傳統(tǒng)的氣壓焊工藝會采用定壓或兩段加壓頂鍛焊接的方式來實現(xiàn)焊接任務(wù)?，F(xiàn)階段，鋼軌的現(xiàn)場焊接可以通過小型移動式鋼軌氣壓焊機來實現(xiàn)，另外 “三段加壓”新工藝進(jìn)行鋼軌現(xiàn)場焊接。HG-I工鋼軌超長氣壓焊接機、YJ-660氣壓焊機、YHJ-W型鋼軌氣壓焊機等焊機是其典型設(shè)備。隨著我國自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的小型氣壓焊機的機械化及自動化控制水平能夠得到不斷的提高，還能保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定性，最終確保焊接質(zhì)量的逐步完善。

1.2 鋁熱焊

鋁熱焊具有程序簡捷的特點，在鋼軌鋁熱的焊接工藝中，進(jìn)行無縫線路傷損鋼軌修復(fù)和應(yīng)力放散，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)程序的簡單，還易于介紹給相關(guān)的工作業(yè)人員。鋁熱焊的勞動強度較低，并且能夠?qū)崿F(xiàn)焊頭外觀的平順性，在實踐中這一焊接技術(shù)的運用能夠保障焊頭的質(zhì)量無缺陷，還能保證在無縫線路鎖定軌溫不變的前提下占用封鎖時間短、擴大了作業(yè)軌溫范圍、不出現(xiàn)無縫線路應(yīng)力峰、并能保證原鎖定軌溫不變的優(yōu)點。鋁熱焊的焊接方法能夠?qū)⑵胀o縫線路改造為超長無縫線路，這是一種理想的實現(xiàn)高速鐵路無縫線路鋪設(shè)的焊接方法。

1.3 電弧焊及電渣焊

在鐵路系統(tǒng)中，無縫焊接技術(shù)也是不斷發(fā)展的。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展及更新，一些新的方法也在逐步應(yīng)用于軌道焊接中來。電弧焊及電渣焊就是近年來的軌道焊接新方法，這一技術(shù)的發(fā)明及應(yīng)用極大的提高了無縫軌道焊接技術(shù)。一些公司還逐步進(jìn)行了藥芯焊絲及明弧自保護半自動的焊接方法，來實現(xiàn)鋼軌焊接及道岔焊接的需要。這種焊接方法在焊接前需要做簡單的預(yù)熱，不需焊劑和保護氣體，在焊后也不需要熱處理，具有工藝簡單的特點，這些技術(shù)已經(jīng)正式應(yīng)用到線路的鋪設(shè)中，并取得了比較好的效果，是一種值得推廣的方法。電渣焊接法也就是所說的自動溶化焊接，這一焊接技術(shù)能夠用自動溶化焊接機來實現(xiàn)鋼軌母材之間的電渣焊，以達(dá)到熔化焊接金屬的目的。目前采取這一焊接方法能夠有效的縮短焊接時間短，然而其焊接的質(zhì)量還是要不斷進(jìn)行提高。

2 無縫線路常見的焊接接頭病害

2.1 低接頭

在進(jìn)行焊接作業(yè)時，要嚴(yán)格進(jìn)行鋼材及鋼軌的選擇，要注意鋼軌斷面尺寸大小的具體規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，還要對那些沒有嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝的焊接接頭的焊縫，以及熱影響區(qū)的硬度較鋼軌母材低的情況。在處理措施中，要堅持具體問題具體分析及實事求是的原則，根據(jù)焊接方法的不同來進(jìn)行改進(jìn)正火熱處理工藝。這種方法能夠有效的控制冷卻速度，以實現(xiàn)軌頭在使用中的強度和韌性的不斷提高。

2.2 馬鞍形磨耗

焊接接頭的焊接質(zhì)量會造成焊接接頭的硬度差異。由于焊接接頭焊縫和兩邊的熱影響區(qū)范圍內(nèi)的金相組織及晶粒度是不同的，所以這種硬度差異能夠提高焊縫區(qū)的硬度，如果焊接接頭的兩側(cè)存在硬度較低的情況，就會導(dǎo)致使用中出現(xiàn)與鞍形磨耗的不平順情形。對于馬鞍形磨耗可通過正火熱處理的方法來進(jìn)行問題的解決，具體可采用正火熱處理，及強制冷卻的方法，這樣就能夠使焊接接頭的硬度趨于均勻，實現(xiàn)馬鞍形磨耗病害的再次產(chǎn)生。

2.3 鋼軌焊縫斷裂

在鐵路的無縫鋼軌焊接中，如果采用的焊接工藝出現(xiàn)異常，或焊縫內(nèi)存在超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊接缺陷，就會造成焊縫的斷裂。除此之外，焊機如果出現(xiàn)潮濕或者返潮情形，這就導(dǎo)致氣孔、縮孔及加碴等情形的缺陷，為此必須做好應(yīng)力作用下的焊縫斷問題。鋼軌的焊縫斷裂時，要及時的采取處理措施，已通過嚴(yán)格操作規(guī)定，來實現(xiàn)焊接工藝的提高和焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢查工作的開展。

2.4 鋼軌接觸焊焊機電極接觸區(qū)域的斷裂

鋼軌接觸焊焊機電極接觸區(qū)域的斷裂，多數(shù)是由鋼軌焊接的表面發(fā)生燒傷所致。對于鋼軌接觸焊焊機電極接觸區(qū)域的斷裂，要及時的采取措施來進(jìn)行問題的解決。在進(jìn)行焊接的時候，要嚴(yán)格按照相關(guān)的操作程序來進(jìn)行操作和檢查，這樣做的目的是能夠防止接觸面焊渣或異物，達(dá)到及時更換不良電極的目的。

2.5 軌頭踏面碎裂掉塊

在進(jìn)行焊接過后，如果正火工藝的選擇不能符合適宜需要，由于焊接后正火工藝選擇的不當(dāng)，以及設(shè)備的異常和帽形淬硬層的不規(guī)則。另外，如果正火的溫度過高還會造成馬氏體組織的出現(xiàn)，最終使得鋼軌碎裂和掉塊情形的出現(xiàn)，為了有效控制這一問題，在處理措施的選擇上，也要對正火工藝進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。通過嚴(yán)格的堅持系統(tǒng)來減少內(nèi)部缺陷而引起的內(nèi)缺陷。為此，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行正火工藝，以實現(xiàn)內(nèi)部缺陷或因雜質(zhì)造成的內(nèi)缺陷，最終來實現(xiàn)與加強操作人員的責(zé)任心。

2.6 砂輪打磨焊縫易出現(xiàn)質(zhì)量問題

在運營線路上，如果焊頭的軌頭踏面的焊縫以及熱影響區(qū)出現(xiàn)不同的光面，這就說明焊頭的硬度存在著差異性。這種差異性還會造成母材各位置不同光面的出現(xiàn)。對于這種情況就需要采取相關(guān)處理措施，來實現(xiàn)焊后和線路養(yǎng)護中打磨力度的降低。在操作中還需要注意，為了防止發(fā)藍(lán)、馬氏體組織和白層疲勞源的出現(xiàn)，可以避免用力，長時間打磨一個位置導(dǎo)致斷軌事故發(fā)生。

2.7 鋼軌的焊接殘余應(yīng)力

在熱軋后如果不能實現(xiàn)冷卻速度的均勻性，就會造成鋼軌母材殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。無論是鋼軌表面或內(nèi)部，殘余拉應(yīng)力和壓應(yīng)力應(yīng)相互平衡。這里所說的鋼軌焊接殘余應(yīng)力，主要是指焊接結(jié)束后所存留在鋼軌內(nèi)部的任一截面自平衡的內(nèi)應(yīng)力。造成鋼軌焊接殘余應(yīng)力的主要原因就是焊接熱循環(huán)過程的不均勻加熱和冷卻，以及組織轉(zhuǎn)變引起的。殘余應(yīng)力具有一定的分布趨勢，而且其分布區(qū)域是相似的。殘余壓力可以實現(xiàn)疲勞強度的提高，還能運用殘余拉應(yīng)力來降低疲勞強度。殘余應(yīng)力影響著鋼軌的硬度和耐磨性能。比如在列車通過時車輪與鋼軌接觸呈壓應(yīng)力狀態(tài)，而焊頭的位置的焊縫縱向則呈壓應(yīng)力。在鋼軌焊接殘余應(yīng)力的處理措施中，要處理好鋼軌的焊接殘余應(yīng)力與焊接過程中使用的焊接機具、焊接工藝和方法的關(guān)系，只有通過嚴(yán)格規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程操作，才能實現(xiàn)焊接作業(yè)的不斷改善，提高相關(guān)作業(yè)人員的焊接水平，最終實現(xiàn)焊接殘余應(yīng)影響程度的減輕。

3 結(jié)束語

總而言之，做好無縫線路鋼軌焊接接頭病害的分析，能夠有效的提高焊接作業(yè)的焊接水平，促進(jìn)焊接水平的不斷提高。除此之外，還要加強焊接技術(shù)的研究及應(yīng)用，以實現(xiàn)無縫鋼管焊接的焊接質(zhì)量。

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