胶济气压焊技术.doc

无缝线路钢轨小型气压焊接技术施工技术陈翔中铁二十五局集团二公司摘 要介绍无缝线路钢轨小型气压焊接的施工工艺过程及质量标准。关键词无缝线路 小型气压焊接 施工一、前言：随着我国铁路跨越式的发展，高速、重载已是铁路发展的主要方向，而线路的无缝化更是铁路技术发展的主要要求。目前我国线路无缝化处理，主要采用接触焊、气压焊、及铝热焊三种方式，通过不同的工艺对轨端进行处理，使其母材达塑性状态从而获得优质的焊接接头。通过对三种焊接方式的比较后我们发现：1、接触焊属于工厂长轨条焊接，目前虽然由二局首先开发并试用工地移动式接触焊，但其工艺尚未完全成熟，较多出现焊接缺陷，重焊率较高，还不适于工地移动焊接；2、铝热焊，通过广大铁路工作者的不断努力，将施工工艺标准化，尽量减少了人为因素的影响，虽然各个生产厂家均采用了独特的施工工艺来提高钢质，例如法国拉伊台克国际公司的QPCJ一次性坩埚技术，但由于其是属于填充焊，焊接的钢质及金相组织均不如其他方式，通过铁科院的相关试验数据表明，焊接强度是三种焊接方式中最低的，考虑到山东气温较低，而我标段钢轨存在较多的联合接头，线路运行后，气温发生变化钢轨的冷脆性会进一步降低接头强度，故不采用；3、气压焊，通过对铁科院资料的查询，发现其焊接强度高于铝热焊，且是铁路线路设备大修规则中优先采用的工地焊接方式，对于联合接头更有着不可替代的焊接优势，具有焊接强度高，质量稳定可靠等诸多优点，所以我们选择了移动式气压焊作为开发课题，本文对于气压焊的工艺作一个介绍：二、作业流程图焊前准备（整理设备及场地）轨端面处理对轨和夹轨调整设备并将其就位焊接作业焊后处理整理现场三、焊接工艺原理：通过气体火焰对钢轨两紧密贴合的清洁端面加热，待贴合面附近的钢轨被加热到塑性状态，金属原子具有足够的：“活化能”，能够穿过粘合面互相急剧扩散时，即对贴面加压顶锻。在高温高压的条件下，施以足够的挤压力使焊接表面之间的距离缩短到原子间力的互相作用半径，达到分子间的金属键连接，完成重新再结晶，从而获得牢固的焊接接头。四、焊前准备：检查高压泵运转是否正常；压接机各部位是否完好；推凸装置是否灵便；加热器点火和试水是否正常，油、水、气路是否通畅；气体是否足量。五、焊前钢轨端面打磨气压焊是通过两被焊端面之间的互相结晶，原子互相扩散，建立起金属键连接，实现两零件之间牢固结合的。为了获得高强度的焊接接头，就必须使两被焊端面之间互相接近到足以建立金属键的距离之内。实际的钢轨端面有很多厚的金属锈、氧化层及其他油、水、等污物，端面也凹凸不平，在这种状态下是不能建立起金属键连接的，因此必须进行处理。端面处理的作业通常有两种：一种是用锉刀手工锉平；另一种采用机械打磨；目前项目部采用的打磨程序为先用机械打磨，然后用人工锉刀打磨。以此使钢轨待焊端面与钢轨纵端轴线尽量垂直和具有低的粗糙度同时使之露出金属光泽。端面越平，则表面上存在的半晶粒就越多，半晶粒存在的使金属表面非常活泼，在高温作用下两端面接触时就更容易重新结晶，从而形成新的金属键。但是由于过于活泼，该颗粒也较容易与氧结合，形成不利于焊接的其他成分。因此，对已打磨或锉好的端面必须抓紧时间焊接，以免在暴露过程中被氧化或污染。打磨作业中端面平面度和端面与纵轴线的垂直度公差必须控制在0.1毫米之内。打磨时必须注意轨底两角不能凹于其它部位。焊接前必须检查端头部位是否存在翘起或弯曲变形等情况。在打磨前，要用钢丝刷和清洗剂清除距轨端30毫米以内和用压接机夹紧部位钢轨表面上的油污水锈等。如遇天气寒冷，要用火焰烘烤钢轨表面，待将钢轨表面的水气烤干后再打磨端头，烘烤长度为自轨端起400毫米。锉的方向为先锉中心，后锉轨脚。六、对轨和夹轨轨缝调整，先将压接机扣放在一侧待焊的钢轨上，然后把轨缝调整至1-3毫米，轨缝太小，会因轨温的升高，钢轨的热膨胀而挤死，影响焊接质量；轨缝过大，又会造成压接机行程不够，完不成顶锻。夹轨：夹轨通过固定压接机来实现，二者是同步进行的，夹轨时，待焊两根钢轨的轨底要求齐平，不平时要加垫片垫平，并用靠尺精调，然后拧紧轨顶螺栓，检查高低，调整轨平。七、安放加热器加热器安放调试要符合标准，同步调整火孔平面与钢轨周边平面距离，并控制在24-25毫米范围内。加热器的火孔平面要与钢轨纵轴平面垂直，而后通气、水管路（在装加热器时，严禁水滴入焊缝）。八、安放推凸装置推凸装置安装分刀垫和前刀体两步安装。安放推凸装置前，首先要检查推凸装置各部件是否灵活，定位是否准确等。推刀的刃口与钢轨周边的距离要求：轨头1-1.5mm；轨腰1.5-2mm；轨底1.5-2mm。九、刀的安放 刀具可在顶锻焊接前安放。（约在点火后270s左右）。放置时，应使刀垫拉块挂在压接机的活动端的内侧端面上，使下部的凸条放进压接机拉块的槽内，确保刀垫与端板的内侧面密贴。放置刀体时，使连接体挂住刀垫之凸缘，并落实；同时推进腰刀，使定位的稍落在定位孔内；然后插入底刀，直到底刀的垫圈贴紧刀体侧面。装底刀时，刀刃需朝向焊缝部位，不能放反。上述操作完成后，即可推凸。十、点火焊接端面处理合格后，必须保持清洁绝不能污染，因为这是影响焊接接头质量的重要原因之一。点火前，必须逐项检查各项设备、安全防护是否符合要求，所需工具是否齐全；所放的位置是否合适。一切正常后，即可点火焊接。（燃烧比例见左下表）燃料气名称氧气乙炔燃 烧 比4.54.8点火时，先将加热器摇至远离焊缝的位置，点火位置要离开焊缝附近，以免污染焊缝隙。然后采用左侧之燃烧比对气体进行混合，混合后停34秒，待不符合要求的混合气完全喷出后，即进行无烟点火。点火后，加热器应迅速摇回焊缝并做加热摆动。摆动两也称作摇火或摆火。现在焊接钢轨用的加热器都是单排火孔，喷射的火焰全是在同一平面，若采用固定火焰对钢轨加热则会出现表面已经熔化而轨心还没达到焊接温度的不良现象。因此在焊接钢轨时采用往复摆动的火焰，对焊缝附近的一定宽度加热，这样则使表面升温减缓，有机会使热量传到钢轨心部，达到了钢轨内外的均匀升温。虽然如此，轨心和表面还有1000C左右的温度差。同时，为了获得高强度焊接接头，应该进行顶锻，在顶锻量范围内的钢轨温度都应该在焊接温度以上。这就是采用摆动火焰加热的基本原理。焊接时采用的摆动量见下表：加热时间0-4.304.30-55-5.30摆动量/mm8-12mm15-20mm30mm左右摆动次数/次.min60次/分钟80次/分钟当加热器摆动量过小时，钢轨表面与轨心的温度差过大，表面已经过烧，心部仍出现光斑（未焊上）；当摆动量过大时，会使轨底角下塌，破坏了焊接成型，同时热影响区加大，焊头的金属性能变劣。十一、加热及顶锻在焊接过程中，加热与顶锻是密切相关的。加热时间0-0.30.3-3.33.3-4.504.50-5.30油泵压力/Mpa预顶4提压18保压8去压35-38根据资料得知：温度为7500C-8500C时出现小串的细小晶粒。温度为9000C时便产生了结晶。这时已经不能根据晶粒确定界面。但在分界面上有明显的氧化膜。温度为10000C左右时分界面上的晶粒和基本金属的晶粒已达到基本相同。温度升到10500C-11000C时，主要由氧化物组成的杂质开始消灭。根据测定，钢轨钢在9000C时开始重新结晶，其结晶速度和晶粒度急剧增长的临界温度为11500C。综上所述，掌握好焊接温度是获得高质量接头的重要因素，在焊接过程中合理的焊接温度应控制在12500C左右，此时，钢轨的表面温度在13500C-14000C，表面已呈现半熔化状态。在焊接过程中，由于轨底脚较轨头薄，当轨底部分已过烧时，轨心部分的温度可能尚未达到焊接温度要求。因此，轨底两角的温度非常重要，过高会发生过烧，过低会出现半焊或假焊，且轨底两角在运营中位于受拉区，质量好坏直接关系到接头的质量。所以在焊接时，必须注意轨底部分的焊接情况。顶锻时顶锻量为30+2毫米。当顶锻量达到要求时，加热器熄火，然后再续顶2毫米便停止顶锻。十二、焊瘤的推除在焊接顶锻结束后，加热器熄火的同时，时间控制在10-15S内，进行推凸。寒冷天气中装刀速度要块，否则完不成推凸作业。当推凸完成后，将刀具拆除，拆开加热器，取下压机，至此，整个焊接过程全部完成。十三、焊后处理焊后采用正火热处理工艺细化品粒，提高焊缝处的强度，并适当降低、去除一部分内应力。除瘤后，待焊缝区冷却到4000C-5000C时，必须立即正火。过早的正火因钢轨心部温度尚高，有晶粒继续长大的趋势；正火过晚又有正不透留有粗晶核的可能，都会影响使用性能，达不到正火的目的。正火时，需采用下表所列之燃烧比进行正火作业。（正火燃烧比见左下表）燃料气名称氧气乙炔燃 烧 比3.53.4正火时温度定为8500C-9000C，当钢轨升至此温度时便熄灭火焰使其自然冷却。加热器的摆动，开始时以超出焊疤1-2毫米为限界，进行摆动，摆动频率为50-55次/分，时间：0-1分30秒，这一时段采用小摆动量，使焊缝的粗大晶粒迅速升温。当达到时限时，以超出焊疤20毫米为界限进行摆动，每分钟摆动35-40次，要迅速通过焊缝且在两端略加停顿。由于加热器在两端有停留时间。所以两端的升温速度比第一阶段加快，以改善热影响区的性能，同时起到对中间焊缝区的保温作用。使其尽可能多地完成细化晶粒的转变。焊后钢轨的焊瘤虽然经推凸除瘤，都不能与原钢轨端面平齐，要留有一定的凸出量，即造成钢轨截面的突变，不利应力的传递，特别是在两轨角处不光滑或存在表面缺陷，容易形成断裂源。因此，必须打磨。主要对轨头的踏面，侧工作面，轨底平面，两轨角上侧面进行打磨，具体要求是：1、焊缝处不得凹下，高出相邻轨面不得大于0.2毫米；2、钢轨顶面用1米直尺测量，中间拱度不得超过0.5毫米；3、轨头工作侧面用1米直尺测量，中间凸出不得超过0.5毫米；4、轨底部分：底部不许有凹陷；高出原轨不得大于1.5毫米。5、打磨时，主要要顺着钢轨的纵轴方向打磨，严禁垂直钢轨纵轴方向打磨。十四、焊接缺陷防止与处理1、严格执行操作工艺；并按要求对轨；调整好加热器，使两侧火孔在同一平面内，并按规定安放好加热器，使火孔平面与焊缝平行；另外，采用规定的摆动量摆动加热器，摆幅不超过规定值。焊瘤去处时严禁敲击钢轨，以免产生塑性变形。2、遇到下列情况时，应停止焊接，重新处理端面：加热器回火或焊接初期发生“放炮”时；压接机夹轨不牢，发生打滑