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(zhuān)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(wú)縫線(xiàn)路的重要環(huán)節(jié)，是線(xiàn)路行車(chē)安全重要保證。文章對(duì)無(wú)縫線(xiàn)路鋼軌焊接技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了幾種長(zhǎng)軌焊接方法的特點(diǎn)、工藝及設(shè)備以及常見(jiàn)缺陷產(chǎn)生原因和相應(yīng)對(duì)策，指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)，找出各自影響長(zhǎng)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(duì)策32.1鋼軌鋁熱焊 32.1.1鋁熱焊的特點(diǎn)42.1.2鋁熱焊工藝

2、 42.1.3鋁熱焊常見(jiàn)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(dòng)式氣壓焊 52.2.1氣壓焊的特點(diǎn) 52.2.2移動(dòng)式氣壓焊工藝 52.2.3移動(dòng)式氣壓焊沒(méi)備 52.2.4氣壓焊常見(jiàn)缺陷和原因分析 62.2.5移動(dòng)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(diǎn) 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(jiàn)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(duì)比 73. 高鋼軌焊接質(zhì)量措施的建議84.總結(jié)91.前 言 客運(yùn)高速和貨運(yùn)重載是當(dāng)今世界各國(guó)鐵路發(fā)展的兩大趨勢(shì)。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(wú)縫線(xiàn)路平順性和強(qiáng)度的主要因素之一。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì) 的不斷發(fā)展，我國(guó)也提出了實(shí)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(yùn)專(zhuān)線(xiàn)已經(jīng)相繼完成建設(shè),這些客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)均采用u75v鋼軌，因此，提高鋼軌焊接接頭的質(zhì)量對(duì)于保證高速列車(chē)安全 、舒適、平穩(wěn)地運(yùn)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(duì)策我國(guó)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(guò)程的質(zhì)量檢驗(yàn)中,除鋁熱焊不做落錘試驗(yàn)外，其他都必須通過(guò)tbt 1632- 2005鋼軌焊接接頭技術(shù)條件中所規(guī)定的各項(xiàng)試驗(yàn)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(jìn)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(gè)鋼軌端部熔化而實(shí)現(xiàn)連接的一種焊接方法 。 2.1.1鋁熱焊的特點(diǎn) (1)優(yōu)點(diǎn) ：無(wú)需電源，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)成本低，沒(méi)有頂鍛過(guò)程，接頭外觀平順性好，占用封鎖時(shí)間短。尤其適用于斷軌修復(fù)、跨區(qū)間無(wú)縫線(xiàn)路道岔聯(lián)焊和運(yùn)輸任務(wù)繁忙的線(xiàn)上聯(lián)焊。目前，我國(guó)鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接廣泛采用法國(guó)的 qpcj 釩熱焊技術(shù)。(2)缺點(diǎn) ：鋁熱焊的實(shí)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(guó)部分高速鐵路的現(xiàn)場(chǎng)不提倡鋁熱焊，但是一次鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線(xiàn)路軌道工程施工中又

5、無(wú)法完全回避 (至少道岔的焊接目前仍然離不開(kāi))鋁熱焊，所以，客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)道岔內(nèi)及兩端與線(xiàn)路連接的鋼軌鎖定焊仍然采用鋁熱焊，這就要求加強(qiáng)隊(duì)鋁熱焊工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)損檢測(cè)設(shè)備和辦法等的完善和改進(jìn)。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(jī)、鋼軌拉伸器、推瘤機(jī)、打磨機(jī)、對(duì)正設(shè)備和鋼軌探傷儀器等。(2)工藝流 程 。目前現(xiàn)場(chǎng)銷(xiāo)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(duì)正一砂模準(zhǔn)備一安放坩堝和焊藥一鋼軌預(yù)熱一點(diǎn)火澆注一拆模及推瘤一熱打磨和冷打磨一探傷檢驗(yàn)、記錄一恢復(fù)線(xiàn)路 。 2.1.3鋁熱焊常見(jiàn)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(guò)度或欠熱)、砂模和坩堝受潮、焊劑質(zhì)量有問(wèn)題、母材成分不穩(wěn)定、氣候過(guò)于寒冷或潮濕、焊接用燃料質(zhì)量有問(wèn)題等諸多因素所致。 (2)裂 紋。主要是由于砂型偏移，高溫時(shí)焊頭受到強(qiáng)外力的作用，拆箱及推瘤時(shí)間過(guò)早，焊頭冷卻速度過(guò)快，預(yù)熱溫度過(guò)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(wèn)題等諸多因素形成。 (4)焊頭過(guò)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(duì)軌時(shí)預(yù)留上拱度過(guò)高或不足、焊頭兩側(cè)受力不對(duì)稱(chēng)、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(diǎn)，嚴(yán)格按工藝操作規(guī)程進(jìn)行焊接。 (2)預(yù)熱時(shí)選用質(zhì)量合格的燃料；在預(yù)熱過(guò)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(guò)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(jìn)行工地焊接；刮風(fēng)、下雨天氣焊接時(shí)，應(yīng)采取防風(fēng)，防雨措施；中雨、大雨和風(fēng)力大于4級(jí)時(shí)不應(yīng)進(jìn)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(shí)，必須在預(yù)熱前和預(yù)熱過(guò)程中用加熱器將砂模兩側(cè)各1m長(zhǎng)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(guò)快而產(chǎn)淬硬馬氏體組織、然后進(jìn)行打磨。(5)加強(qiáng)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(qiáng)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(tái)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)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(jìn)探傷設(shè)備和方法，有效控制和檢查鋁熱焊焊縫質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)鋁熱焊的現(xiàn)場(chǎng)施工。2.2鋼軌移動(dòng)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(diǎn) (1)優(yōu)點(diǎn)：鋼軌氣壓焊是塑性壓力焊，接頭是鍛造組織且沒(méi)有脫碳層，在理論上其強(qiáng)度不低于閃光焊，而且一次性投資小，無(wú)需大功率電源，焊接

9、時(shí)間短。目前，主要用于現(xiàn)場(chǎng)焊接聯(lián)合接頭。(2)缺點(diǎn)：氣壓焊時(shí)對(duì)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(dòng)較大，不易控制 。 日本鐵路長(zhǎng)軌條焊接主要使用移動(dòng)式氣壓焊，我國(guó)鐵路也在使用?？瓦\(yùn)專(zhuān)線(xiàn)如要采用氣壓焊技術(shù)，必須加強(qiáng)對(duì)焊工的培訓(xùn)和對(duì)焊軌組織管理體系和技術(shù)力量方面的考核，同時(shí)改進(jìn)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(dòng)式氣壓焊工藝 目前移動(dòng)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(duì)軌和夾軌一安裝加熱器一 點(diǎn)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(yàn))一恢復(fù)線(xiàn)路 。 2.2.

10、3移動(dòng)式氣壓焊沒(méi)備 (1)小型移動(dòng)式氣壓焊設(shè)備主要包括： 壓接機(jī)、加熱器、控制箱、水冷裝置、高壓電動(dòng)泵站和部分輔 助配套設(shè)備 (2)目前普遍采用小型移動(dòng)式鋼軌氣壓焊機(jī)和三段加壓新工藝進(jìn)行鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接。 典型設(shè)備有：hg- ii 鋼軌超長(zhǎng)氣壓焊機(jī)、yj 一 660 型氣壓 焊機(jī)、y hj - iv 型分體式保壓攤瘤鋼軌氣壓焊機(jī) 。 (3)近年來(lái) ， 通過(guò)不斷提高小型氣壓焊機(jī)的機(jī)械化、自動(dòng)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(jiàn)缺陷和原因分析 (1)焊接接頭上凸、或下凹、高低錯(cuò)位、側(cè)錯(cuò)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(guò)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(guò)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(shí)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(jī)的家很多，焊機(jī)存在的問(wèn)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(shí)易出現(xiàn)加熱不均、頂鍛偏載、 焊頭變形等缺陷。2.2.5移動(dòng)式氣壓焊質(zhì)量控制措施 (1)正確掌握氣壓焊的工藝要點(diǎn)、嚴(yán)格

12、按照工藝操作規(guī)程進(jìn)行焊接；時(shí)刻以最佳狀態(tài)的沒(méi)備、工具、材料等供應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)施工。(2)加強(qiáng)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(shí)，健全質(zhì)量管理體系。 (3)施工環(huán)境惡劣時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施、以保證焊接過(guò)程符合工藝規(guī)程要求 。(4)加強(qiáng)對(duì)鋼軌氣壓焊質(zhì)量和氣壓焊沒(méi)備質(zhì)量的監(jiān)督和檢查、實(shí)現(xiàn)氣壓焊的現(xiàn)場(chǎng)施工。 (5)加快研制開(kāi)發(fā)智能型氣壓焊沒(méi)備、減少人為因素對(duì)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(duì)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(diǎn)(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(shí)，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(xiàn)上移動(dòng)式焊接 。 2.3.1閃光焊的特點(diǎn) (1)優(yōu)點(diǎn)：閃光焊內(nèi)動(dòng)化程度高，工藝穩(wěn)定，焊接 質(zhì)量?jī)?yōu)良，力學(xué)性能接近鋼軌母材、生產(chǎn)效率高足。是客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)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(xiàn)上移動(dòng)式鋼軌焊接發(fā)展的趨勢(shì)和方向?？瓦\(yùn)專(zhuān)線(xiàn)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(diǎn)：閃光焊機(jī)價(jià)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(jī)組(線(xiàn)上移動(dòng)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(jī)型而異。但各參數(shù)對(duì)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(shí)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(shí)間和無(wú)電頂鍛時(shí)間、頂端速等。 (2)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)基地鋼軌閃光焊足將長(zhǎng) l00 m 的鋼軌焊接成長(zhǎng) 500 m的長(zhǎng)鋼軌、然后將長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(shí)進(jìn)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(yàn)一成品入庫(kù)。由于現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)上移動(dòng)式鋼軌閃光焊

15、用得很少 。近年來(lái)通過(guò)科技創(chuàng)新和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)積累了豐富的線(xiàn)上移動(dòng)式閃光焊經(jīng)驗(yàn)。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(shí)進(jìn)行)一焊機(jī)對(duì)位一 閃光焊、推瘤一正火一調(diào)直一打磨一探傷檢驗(yàn)一恢復(fù)線(xiàn)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(chē)、抽軌、鋸軌、打磨、正火、調(diào)直、探傷等。 2.3.4閃光焊常見(jiàn)缺陷和原因分析 (1)灰斑足鋼軌閃光焊最常見(jiàn)的缺陷。主要原因是焊接過(guò)程中頂鍛力不足或過(guò)大、火坑過(guò)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(diǎn)；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(guò)程不穩(wěn)定、燒化不夠、頂鍛力不足或頂鍛速度過(guò)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(guò)程不穩(wěn)定、頂鍛速度過(guò)低、頂鍛力不足等因素造成的。 (5)對(duì)部分新焊機(jī)的性能沒(méi)有完全掌握、老焊機(jī)維修和更換配件跟不上、導(dǎo)致焊接質(zhì)量不穩(wěn)定， 也會(huì)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(qiáng)焊縫內(nèi)部質(zhì)量的檢驗(yàn) 。(2)通過(guò)型式實(shí)驗(yàn)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(qiáng)操作人員的責(zé)任心、定期校驗(yàn)測(cè)溫儀、保證測(cè)量結(jié)果的實(shí)效性 。 (4)加強(qiáng)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(qiáng)焊接前對(duì)鋼軌主要型式尺寸的檢測(cè)和焊接后對(duì)焊接接頭直線(xiàn)度的檢測(cè) 。 (6)不斷通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)，積累經(jīng)驗(yàn)，提高焊軌質(zhì)量和水平。2.4三種鋼軌焊接方法的對(duì)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(qiáng)度：閃光焊和氣壓焊的接頭強(qiáng)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(guó)每年鋪設(shè)在無(wú)縫線(xiàn)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(dòng)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(wú)縫線(xiàn)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(guó)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(guó)外的鋼軌焊接質(zhì)量管理和先進(jìn)技術(shù)、完善我國(guó)鋼軌焊接接頭技術(shù)條件的標(biāo)準(zhǔn)。 (2)加強(qiáng)焊接設(shè)備能和運(yùn)行狀態(tài)的專(zhuān)業(yè)評(píng)估、對(duì)新鋼種進(jìn)行焊接工藝性評(píng)定 。 (3)充分發(fā)揮大專(zhuān)院校和科研院所的科技和人才優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)鋼軌焊接礎(chǔ)理論的研究和焊軌機(jī)智能化的研發(fā)能力。 (4)對(duì)焊軌施工實(shí)行監(jiān)理制，對(duì)焊軌組織實(shí)行資質(zhì)認(rèn)證，加強(qiáng)焊軌過(guò)程的質(zhì)量控制。 (5)引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外鋼軌焊接的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，加強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，提高我國(guó)鋼軌焊接的整體水平和焊接