無(wú)縫線路是鋼軌連續(xù)焊接的軌道結(jié)構(gòu),。首次焊接通常是在焊軌基地或焊軌廠將標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的鋼軌焊成長(zhǎng)鋼軌;第二次焊接是在線路上將長(zhǎng)鋼軌焊成長(zhǎng)軌條;第三次焊接是在軌道上完成長(zhǎng)軌條的焊接,。
客運(yùn)專(zhuān)線的運(yùn)行速度在200km/h以上,，對(duì)焊接接頭的特殊要求是:具有高的平順性和直線度,，其中高速鐵路焊接接頭軌頂lm長(zhǎng)度垂直偏差應(yīng)在0-0.2 Mm,。
1 客運(yùn)專(zhuān)線對(duì)鋼軌的要求
1.1 鋼軌長(zhǎng)度
焊接用軌的定尺長(zhǎng)度在歐洲已由36 m發(fā)展到長(zhǎng)定尺,，例如法國(guó)已生產(chǎn)72m-80m長(zhǎng)定尺鋼軌,，德國(guó)的最長(zhǎng)定尺鋼軌達(dá)120m。日本1990年的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISE1101中,，就將60kg/m鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度定尺到50mo法國(guó)TGV鐵路將80m的長(zhǎng)尺軌在焊軌廠閃光焊接成400m長(zhǎng)鋼軌,，日本鐵路在焊軌基地將50m長(zhǎng)尺軌焊接成300m長(zhǎng)鋼軌，我國(guó)鐵路焊軌廠長(zhǎng)鋼軌產(chǎn)品在300m-500ma,。
鐵道部2004年2月1日實(shí)施的鐵路用熱軋鋼軌訂貨技術(shù)條件(TB/T2344-2003)中已將50m,100m長(zhǎng)度(倍尺)鋼軌列人標(biāo)準(zhǔn)軌定尺長(zhǎng)度,，鞍鋼目前已具備生產(chǎn)50m長(zhǎng)尺鋼軌的能力，攀鋼和包鋼正在進(jìn)行100m長(zhǎng)尺鋼軌生產(chǎn)的技術(shù)改造,。
鋼軌焊接后形成由焊縫和熱影響區(qū)(HAZ)組成的焊頭,，其強(qiáng)度、塑性,、韌性學(xué)力學(xué)性能出現(xiàn)不同程度降低,，焊縫中也會(huì)出現(xiàn)焊接缺陷,，是無(wú)縫線路鋼軌的薄弱環(huán)節(jié)。倍尺長(zhǎng)度鋼軌可以減少焊接接頭數(shù)量,，從而減少線路上焊頭引發(fā)的事故,。例如，50m長(zhǎng)度鋼軌焊接成500m長(zhǎng)鋼軌,，與25 m長(zhǎng)度鋼軌焊接相比較,，可由19個(gè)焊頭減少到9個(gè)焊頭，100m長(zhǎng)度鋼軌焊接可減少到4個(gè)焊頭,。
焊接用鋼軌最小長(zhǎng)度對(duì)于不同運(yùn)行速度的線路有不同要求,，表1是德國(guó)聯(lián)邦鐵路的最小軌長(zhǎng)要求。
日本新干線也要求焊接用鋼軌的最短長(zhǎng)度不應(yīng)小于20m,。
1.2 鋼軌的斷面尺寸偏差
歐洲高速鐵路使用鋼軌斷面主要為UIC60,，抗拉強(qiáng)度)880MPa;日本新干線使用60kg/m鋼軌斷面，抗拉強(qiáng)度)800MPa;我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線確定為60kg/m軌型,，抗拉強(qiáng)度)880MPa,。
斷面尺寸偏差直接影響焊接軌端面對(duì)正程度，偏差較大可出現(xiàn)焊頭錯(cuò)位(錯(cuò)口),，導(dǎo)致外觀質(zhì)量缺欠,，鋼軌高度、軌頭寬度,、軌底寬度和斷面不對(duì)稱(chēng)的尺寸偏差是影響焊接的主要因素。我國(guó)時(shí)速200km客運(yùn)專(zhuān)線和時(shí)速300km高速鐵路鋼軌暫行技術(shù)條件中,，對(duì)60kg/m鋼軌上述尺寸允許偏差要求見(jiàn)表2a
通過(guò)秦沈客運(yùn)專(zhuān)線國(guó)產(chǎn)鋼軌進(jìn)口法國(guó)鋼軌幾何尺寸抽檢結(jié)果比較,，法國(guó)鋼軌較好，國(guó)產(chǎn)鋼軌幾何尺寸波動(dòng)較大,，并出現(xiàn)有超過(guò)允許偏差的鋼軌,。
1.3 鋼軌的焊接性
焊接性是指結(jié)合性能和使用性能。使用性能(使用焊接性)是通過(guò)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)檢查焊頭是否達(dá)到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求,。我國(guó)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定焊頭試件應(yīng)進(jìn)行落錘,、靜彎、疲勞和焊頭解剖后試樣的硬度,、拉伸,、沖擊和金相組織檢驗(yàn)。在推薦標(biāo)準(zhǔn)TB/T1632-1991中要求的鋁熱焊接頭落錘檢驗(yàn),，是達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求;固定式焊光焊和移動(dòng)氣壓焊接頭分別要求連續(xù)25個(gè)試件和15個(gè)試件落錘合格,，對(duì)于U71 Mn牌號(hào)鋼軌焊頭正火后是可以達(dá)到的，對(duì)于高碳,、高硅的U75V(原PD3)牌號(hào)的鋼軌是困難的,。
國(guó)外鐵路標(biāo)準(zhǔn)中,，不要求鋼軌焊頭落錘檢驗(yàn)，而是通過(guò)靜彎,、硬度,、疲勞(確定疲勞強(qiáng)度)以及顯微組織檢驗(yàn)評(píng)定使用焊接性，其中靜彎?rùn)z驗(yàn)指標(biāo)嚴(yán)于我國(guó)標(biāo)準(zhǔn),。
鋼軌的使用焊接性與鋼軌材質(zhì)有關(guān),。不同鋼廠生產(chǎn)的相同牌號(hào)鋼軌焊接性是有差異的，因此更換供貨廠商時(shí)也需要進(jìn)行焊接型式試驗(yàn),。
2 鋼軌的對(duì)焊方法及焊頭特征
2.1 鋼軌閃光對(duì)焊
閃光對(duì)焊是各國(guó)鐵路無(wú)縫線路中使用最廣泛,、也是最主要的鋼軌焊接方法，其焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良,、力學(xué)性能接近鋼軌母材,。閃光焊有連續(xù)閃光焊、預(yù)熱閃光焊和脈動(dòng)閃光焊三種方式,。
圖1是連續(xù)閃光焊記錄曲線,。鋼軌端面連續(xù)閃光，焊接電流產(chǎn)生的熱量加熱鋼軌端頭,，最后實(shí)現(xiàn)擠壓(頂鍛)形成焊頭,。
連續(xù)閃光焊的焊縫中出現(xiàn)“灰斑”缺陷的幾率多、面積和數(shù)量也較多,，焊接高強(qiáng)耐磨軌的使用焊接性受到限制,。
圖2是預(yù)熱閃光焊的記錄曲線。焊接過(guò)程中,，主要通過(guò)鋼軌端面短路預(yù)熱電流產(chǎn)生的熱量加熱鋼軌端頭,，因此需要大功率的焊接電源。
圖3是脈動(dòng)閃光焊記錄曲線,。脈動(dòng)焊接的主要特征是:送進(jìn)油缸油壓脈動(dòng),，脈動(dòng)加熱過(guò)程閃光火花飛濺少。與連續(xù)閃光焊相比較,，脈動(dòng)閃光焊焊縫中出現(xiàn),，’灰斑”缺陷的幾率低，適用焊接高強(qiáng)耐磨鋼軌,。
2.2 移動(dòng)氣壓焊
日本鐵路長(zhǎng)軌條焊接主要使用移動(dòng)氣壓焊,，我國(guó)鐵路也在使用。氣壓焊接是人工操作氣壓焊設(shè)備,、用氧一乙炔火焰加熱焊接軌端頭并施工加頂鍛擠壓力,，使其產(chǎn)生塑性凸起、軌頭出現(xiàn)“鏡面熔池”,，隨之高壓頂鍛形成接頭,。
良好的氣壓接頭力學(xué)性能接近鋼軌母材,，但對(duì)焊接技術(shù)要求較高。焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和外觀平順性與焊工素質(zhì),、壓接機(jī)質(zhì)量及焊接工況緊密相關(guān),。
“光斑”和“未焊合”是氣壓焊接頭結(jié)合面上出現(xiàn)的主要缺陷，大面積“光斑”易造成線路上焊頭斷裂,。
2.3 電弧焊
焊工使用電焊條或焊絲與鋼軌端面產(chǎn)生電弧電熱熔化,，冷卻后形成對(duì)焊焊頭，是熔化焊方法,。目前只有日本鐵路干線上使用電弧焊,，日本鋼管(NKK)稱(chēng)其為強(qiáng)迫成型電弧焊，用于單元軌節(jié)的焊接,。這種方法不僅焊接時(shí)間長(zhǎng),，而且對(duì)焊接工藝、焊工技術(shù)要求很高,，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性較差,。
2.4 鋁熱焊
常用于線路上鋼軌對(duì)焊，其實(shí)質(zhì)是冶金鑄焊,，焊頭力學(xué)性能與交光焊相比較,，各項(xiàng)檢驗(yàn)指標(biāo)均較低。法國(guó)TGV鐵路2001年統(tǒng)計(jì),，自1983年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后斷軌80起,，焊縫斷裂占30%，其中90%是鋁熱焊頭,。各國(guó)鐵路對(duì)鋁熱焊使用的情況不同,，西歐使用較多，日本較少而且新干線上不再使用,。從我國(guó)秦沈客運(yùn)專(zhuān)線焊頭檢驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，鋁熱焊頭的塑性,、韌性指標(biāo)很難達(dá)到TB/T1632-1991標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要求,。
氣孔、夾渣,、裂紋,、未熔合是鋁熱焊縫的主要缺陷，也是造成焊頭斷裂的直接原因,。
2.5 我國(guó)鐵路焊軌質(zhì)狀況
鐵道部運(yùn)輸局基礎(chǔ)部在2002年3月發(fā)布的全路鋼軌焊接質(zhì)量報(bào)告中,，對(duì)存在的問(wèn)題、原因進(jìn)行了分析,，并提出要求,。
共性問(wèn)題:
(1)鋼軌外形尺寸差異較大,，造成焊頭錯(cuò)口，使焊縫產(chǎn)生應(yīng)力集中;
(2)鋼軌成分波動(dòng)范圍較大,，加大了最佳焊接工藝選擇難度;
(3)焊接設(shè)備技術(shù)狀態(tài)不良,，引發(fā)各種類(lèi)型焊接缺陷;
(4)焊接作業(yè)人員技術(shù)水平不高，缺乏系統(tǒng)的業(yè)務(wù)培訓(xùn);
(5)焊接管理工作不嚴(yán)格,，缺乏嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系,。
無(wú)縫線路焊接傷損和折斷數(shù)量見(jiàn)表3
從表中數(shù)據(jù)可算出固定式閃光焊重傷率0.1%，移動(dòng)氣壓焊重傷率7.2%,，鋁熱焊重傷率7.1%,。
焊頭傷損和折斷的原因:
(1)焊接質(zhì)量不良。焊縫內(nèi)存在嚴(yán)重缺陷或出現(xiàn)馬氏體組織,，造成早期疲勞斷裂,。
(2)鋼軌質(zhì)量缺陷殃及焊頭。
(3)線路狀態(tài)不良和焊頭外觀質(zhì)量差,。焊頭平順性差和出現(xiàn)焊頭低塌,，加之軌道空吊板，增大列車(chē)的動(dòng)力響應(yīng),，加快了焊縫重傷和折斷發(fā)生,。
3 長(zhǎng)鋼軌的焊接
3.1 廠焊(基地焊)工序、工位的配置
長(zhǎng)鋼軌產(chǎn)品是在焊軌廠(或焊軌基地)加工制作,，我國(guó)的長(zhǎng)鋼軌生產(chǎn)工序流程有:焊接軌吊卸,、分類(lèi)存放葉配軌、傳送斗焊前檢查,、矯直斗軌端除銹斗焊接,、推凸葉焊后熱處理升焊頭粗磨斗強(qiáng)制冷卻葉矯直、檢測(cè)葉外形精整(精磨)斗直線度檢測(cè)葉探傷斗長(zhǎng)軌吊運(yùn),、存放斗長(zhǎng)軌裝車(chē),。
國(guó)外焊軌的工序工位少于我國(guó)。例如,，比利時(shí)鐵路布魯塞爾焊軌廠(可焊接100m長(zhǎng)定尺鋼軌)不設(shè)置焊前矯直,、粗磨、熱處理(正火),、強(qiáng)制冷卻,、探傷工序，這是由于其鋼軌外觀尺寸和內(nèi)在質(zhì)量好,，以及不進(jìn)行焊頭落錘檢驗(yàn)之故,，不設(shè)強(qiáng)制冷卻工位是由于焊接工位至冷矯、精磨工位距離長(zhǎng)達(dá)300m,焊后接頭足以自然冷卻到室溫。
超聲波探傷極難探出焊縫中“灰斑”缺陷,，而“裂紋”,、“過(guò)燒”缺陷由焊接工藝可消除，因此國(guó)外鐵路很少設(shè)置焊頭超聲波探傷工序,，個(gè)別國(guó)家設(shè)置有磁粉探傷,。
秦沈客運(yùn)專(zhuān)線焊接PD3熱軋軌，焊軌基地車(chē)間內(nèi)工位工序配置如下:
從熱處理工位至矯直工位間隔125 m,，焊頭實(shí)際矯直溫度仍高于室溫,，如果矯直結(jié)果達(dá)到lm長(zhǎng)度垂直方向直線度在0-0.3 mm，精磨后冷卻到環(huán)境溫度仍會(huì)出現(xiàn)低接頭,。
3.2 影響焊頭質(zhì).的關(guān)鍵工位-焊接,，熱處理，打磨
焊接-決定焊縫質(zhì)量和外觀質(zhì)量,。工藝參數(shù)應(yīng)通過(guò)型式試驗(yàn)確定,，保證焊縫具有足夠的強(qiáng)度，不出現(xiàn)“過(guò)燒”缺陷,，“灰斑”面積在規(guī)定范圍之內(nèi),。錯(cuò)口取決對(duì)正工況，鋼軌斷面尺寸偏差較大時(shí)應(yīng)以軌頭垂直中心找正,，偏差小時(shí)以工作邊找正,，尺寸超差時(shí)重新配軌。
熱處理-提高熱軋軌焊頭韌性(正頭)或恢復(fù)熱處理軌焊頭丟失的強(qiáng)韌性(欠速淬火),。熱處理不能消除焊縫中的質(zhì)量缺陷,。由于正火后接頭硬度降低，易形成線路上低接頭,，因此正火工位必須配置噴風(fēng),，快速冷卻焊頭。
打磨-恢復(fù)焊縫部位鋼軌外形輪廓和鋼軌平順性,。不正確的打磨可造成外觀缺欠和質(zhì)量缺陷,，如外形虧損，馬氏體白層,。
3.3 長(zhǎng)定尺軌焊接生產(chǎn)線工位
基地焊(或廠焊)長(zhǎng)定尺軌(50m-100m)是長(zhǎng)鋼軌焊接的必然趨勢(shì),。秦沈客運(yùn)專(zhuān)線將25 m定尺軌焊接成300m長(zhǎng)鋼軌，占用700m輥道線,，基地長(zhǎng)度約800mo若焊接100m長(zhǎng)尺鋼軌時(shí)，按如下工位流程配置:存軌臺(tái)1(105 m)-存軌臺(tái)2(105 m)-配軌,、矯直(110m)-除銹(110m)- 焊接(100m)-空工位(100m)-熱處理(100m)-風(fēng)冷1 (loom)一一風(fēng)冷2(100m)一一粗磨(loom)一一水冷(100m)-冷矯(100m)-精磨,、探傷(100m)-長(zhǎng)軌存放(510m)，此時(shí)需要作業(yè)總長(zhǎng)度約1 840m，若焊接50m軌時(shí),，也需作業(yè)線長(zhǎng)度約1200m,。當(dāng)長(zhǎng)度不能滿足要求時(shí),，可采用二條作業(yè)線,，主線焊軌、熱處理,，輔線冷矯,、精磨，可減少約500m基地長(zhǎng)度,，但密度增加,。
工位配置應(yīng)保證:(1)焊后接頭焊縫溫度低于500℃時(shí)，才可以開(kāi)始熱處理加熱;(2)進(jìn)行水冷前的軌頭焊縫溫度應(yīng)低于400℃.
3.4 無(wú)縫線路長(zhǎng)軌條的焊接-移動(dòng)式閃光焊
移動(dòng)式閃光焊是使用柴油發(fā)電機(jī)組供電的懸掛式鋼軌焊機(jī),，并裝載焊軌作業(yè)車(chē)上在線路上移動(dòng)式焊接鋼軌,，是優(yōu)于鋁熱焊、移動(dòng)氣壓焊的線路焊軌方法,。近20年來(lái),，國(guó)外(例如美國(guó)、歐洲)已采用移動(dòng)式焊閃光焊進(jìn)行既有線路上的鋼軌焊接作業(yè)和新選線無(wú)縫線路的鋪軌作業(yè),。我國(guó)近幾年在地鐵工程(廣州,、深圳、上海,、天津城鐵)使用了移動(dòng)式閃光焊,，鐵路管理局也開(kāi)始在換軌大修中試用。
移動(dòng)式閃光焊可作為新線無(wú)縫線路鋪軌作業(yè)流程組成單元,，進(jìn)行長(zhǎng)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(zhǎng)軌的最終焊接,。
線路移動(dòng)式閃光焊焊軌作業(yè)有三種模式:焊接與拉軌同步控制的一體式;焊接與拉軌非同步控制的分體式;焊機(jī)自身具備焊接與拉軌的保壓、推凸模式,。
4 結(jié)束語(yǔ)
(1)為了滿足客運(yùn)專(zhuān)線鋼軌焊頭高平順性和直線度要求,，焊接用軌應(yīng)具有嚴(yán)格的斷面尺寸偏差和平順性;同時(shí)也應(yīng)在焊接、熱處理,、精(細(xì))磨工序有規(guī)范化的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn),。為避免運(yùn)行線路出現(xiàn)低接頭，不僅要求焊后接頭縱向平直,，而且還要求焊頭的軌頭硬度不低于鋼軌母材硬度以及最窄的熱軟化區(qū),，因此應(yīng)在熱軋軌焊頭正火后噴風(fēng)快速冷卻,。
(2)鋼軌閃光焊接的接頭質(zhì)量及其穩(wěn)定性優(yōu)于其它焊接方法，建議采用移動(dòng)式閃光焊進(jìn)行線路長(zhǎng)鋼軌,、長(zhǎng)軌節(jié)的焊接以及低溫拉伸鎖定焊接,。低溫環(huán)境焊接時(shí)，應(yīng)采取防風(fēng)和焊后緩冷措施,。
(3)長(zhǎng)定尺鋼軌焊接是基地焊和廠焊長(zhǎng)鋼軌的發(fā)展方向,。
發(fā)表評(píng)論