《铁路无缝线路钢轨焊接技术分析》

1 铁路无缝线路钢轨焊接技术分析铁路无缝线路钢轨焊接技术分析 高波 中铁二十局集团第四工程有限公司 山东 青岛 提要提要 无缝线路是钢轨连续焊接的轨道结构 文章对不同焊接方法 的钢轨焊头质量进行比较 深入分析各种焊接技术优缺点 关键词关键词 无缝线路 钢轨 焊接 无缝线路是用焊接长轨条铺设的轨道 因为长轨条没有轨缝而得名 当代 无缝线路是世界各国铁路发展的方向 在铁路发展史上具有里程碑的意义 目 前 全区间无缝线路和跨区间无缝线路的铺设成为现实 最大限度地取消缓冲 区 包括道岔区存在的钢轨接头 使无缝线路的优越性不断得到了体现 尤其 是铁路第 6 次大提速是两条钢轨上不断的科技突破 作为火车提速关键设备的 无缝钢轨 目前国产化率已接近 100 钢轨接口处 1 5m 以内的平直度误差不 超过 0 2mm 文章主要分析了客运专线无缝轨道线路的施焊技术 深入分析各 种焊接技术优缺点 并提出建议 一 一 线路设计对钢轨的要求线路设计对钢轨的要求 我国铁路钢轨产品长度在 300m 500m 范围内 铁道部 2004 年 2 月 1 日实 施的铁路用热轧钢轨订货技术条件 TB T2344 2003 中已将 50m 100m 长度钢轨 列入标准轨定尺长度 鞍钢目前已具备生产 50m 长尺钢轨的能力 攀钢和包钢 正在进行 100m 长尺钢轨生产的技术改造 钢轨焊接后形成由焊缝和热影响区组 成的焊头 其强度 塑性 韧性等力学性能出现不同程度降低 焊缝中也会出 现焊接缺陷 是无缝线路钢轨的薄弱环节 我国客运专线确定为 60kg m 轨型 抗拉强度为 880MPa 断面尺寸偏差直接影响焊接轨端面对正程度 偏差较大可 出现焊头错位 错口 导致外观质量缺欠 钢轨高度 轨头宽度 轨底宽度和 断面不对称的尺寸偏差是影响焊接的主要因素 二 无缝钢轨的焊接方法及原理二 无缝钢轨的焊接方法及原理 一 铝热焊接法 一 铝热焊接法 现如今铝热焊接法已被公认为是一种高效 快速的钢轨焊接方法 铝热焊 2 接法工艺简单 适合工地流动作业 利于工地焊接联合接头和断轨复原复焊 1 钢轨铝热焊的原理 钢轨铝热焊是利用铝和氧化铁在化学反应过程中释放的大量热量熔化金属 使金属之间形成熔接或堆焊 铝热化学反应是氧化还原反应 主要反应产物为 液态铝热钢和氧化铝熔渣 铁元素被还原成具有高温的率热钢水 铝被氧化成 氧化铝熔渣 钢轨铝热焊接就是将铝粉 氧化铁和其他合金添加物配制成的铝热焊剂放 在特制的反应坩埚中 用高温火柴点燃引发率热反应 在反应过程中 放出大 量的热熔化合金添加物 与反应合成的铁形成钢液 由于其密度大沉于坩埚底 部 反应生成的熔渣较轻而浮在上部 在很短时间内 高温的铝热钢水熔化坩 埚底部的自熔塞 浇铸到与钢轨外形尺寸一致的砂型和局部预热待焊钢轨形成 的封闭空腔中 同时铝热钢水本身又作为填充金属 与熔化的钢轨共同结晶 冷却 将两段钢轨焊成整体 2 钢轨铝热焊工艺 我国铁路部门对钢轨铝热焊接法进行推广应用实践和理论研究 制定了大 剂量 宽焊缝 三片模卡箱 定时预热和自动浇注的铝热焊工艺 它适用于 50kg m 60kg m 和 75kg m 的钢轨焊接 3 工艺设备 1 制作砂型设备 烘干箱 模具等 2 制作砂型原料 石英砂 膨胀土 水玻璃 3 制作砂型成品 砂型 砂芯 排渣砂槽 坩埚等 4 热源及预热设备 热源 氧气 丙烷 乙炔 工具 预热具 点 火枪 秒表等 5 焊接材料 焊剂 高温火柴 封砂箱 6 其它 锯轨机 推凸机 砂轮 大锤 平锤等 4 工艺程序 1 制作砂型 坩埚 2 工地布置氧气瓶 石油液化气和乙炔瓶的布置应距焊点 5m 以上 所 有设备应布置在施焊一侧的路肩 烘烤坩埚时应离所有气瓶 5m 以上 3 3 切轨用于段轨再焊时 插入的焊接钢轨长度应大于 6m 不得有弯曲 弯扭和损伤 并与线路上钢轨磨耗相近 切轨应采用双向摆动式切轨机 切轨 应按照线切割 允许横向误差为 1mm 垂直误差 2mm 切后应用手提砂轮或锉刀 除去切面的紫蓝斑痕及氧化物 轨段各端应倒角 无毛刺及金属飞溅物 4 对轨将焊接的轨端对正 用 1m 直尺密贴钢轨顶面及内 外侧面 检 查钢轨焊接端各面纵向是否一直 要求不要有错牙 歪扭 5 扣箱及封箱 扣箱 扣箱前应清理砂型内各通道 而后将砂箱吻合在钢轨焊接的焊口上 砂箱如果有缺角 掉块 裂纹 松脱者均不可使用 封箱 封箱砂应用焊前制备好 并置于容器内密封 砂箱所有接缝及与钢 轨吻合处 均用封箱砂密封 两侧流钢槽应与砂箱冒口紧密结合 并用封箱砂 护好两侧各 100mm 以内的轨面和所有裸漏及易被钢水溅伤的金属 6 坩埚装料装料及安放支架在装料之前 应先烘干坩埚 装料时坩埚应 稳在专用支架上 封箱时应预先测好安放在支架的位置 装浇钢槽时 即将支 架固定在钢轨上 并装好坩埚框架 封箱结束即将坩埚抬入框架 调整坩埚位 置 使封口钉之端 与砂箱顶面相距 100 10mm 并垂直对准砂芯座中心 将 坩埚旋转 90 固定 7 预热将火嘴插入砂芯座中心呈垂直状态 焰流对准砂箱底面而不冲向 两端刚轨面 根据两侧冒口焰流反弹高度 随时调整手把 使其高度保持一致 扣箱人员随时消除封箱部位的 跑火 现象 预热 3min 到时点火 8 浇注点火时必须见到高温火柴发出火花才能插入焊剂 确定点燃焊剂 后方可关闭预热器并密盖砂芯 点燃焊剂冒出黑烟时才能加盖坩埚盖 点燃焊 剂后 迅速将坩埚推至封口钉与砂芯中心垂直对准的位置并固定 保证焊剂沸 腾时不位移 9 推凸及修整推凸时拆除支架后 立即清除屏蔽轨面的沙土 一分钟后 松下紧箱器和砂箱托 抬上推凸机 二分钟后推凸机可缓缓加力 使刀具进入 砂箱 随砂箱开裂钢水冷却情况逐步加大进刀量 三分钟后加大进到速度 整 修时先跺除推凸机后轨面剩余部分 然后打磨 打磨时先轨面后两侧 跺修和 打磨均不得伤及母材 焊缝与母材不得出现台阶 精磨后应出现金属光泽 不 4 得游览的斑痕 10 质量检查包括外观检查和探伤检查 外伤检查时焊接接头不得有台 阶和扭曲 轨头平整园顺 用 1m 直尺测量 顶面 侧面不平度应在 0 5mm 以内 顶面不得有负值 打磨后焊面应平顺 探伤检查达到重伤标准时应切除重焊 11 正火可在整修之后 轨温降至 500 以下时进行 亦可在常温下正 火 加热氧气工作压力 0 6MP 液化石油气工作压力为 0 04MP 氧气流量为 3000ml h 焰心长度应为 10 20mm 火焰加热器垂直于焊缝位置 有轨顶向两 侧来回移动 每隔 2min 用测温计测量轨温一次 根据轨温情况调整加热器移动 速度和加热时间 当轨温达到 900 950 时 保温 10min 之后拆除保温箱自 然冷却 二 接触焊接法 二 接触焊接法 我国铁路的长钢轨焊接已广泛采用接触焊接法 接触焊法焊接质量好 效 率高 世界各国广泛采用 近年来我国铁路焊轨厂全面配备了接触焊机 工艺要求 1 焊轨前先在滚道上进行对轨 两轨基本保持在同一水平面上 以作用 面为准不得出现竖向和横向错位 各部偏差不大于 0 3mm 并使端面间保持 0 5 2 0mm 间隙 2 调整焊机位置使焊机中心与轨缝对中 3 焊机内侧涂刷防渣液 已利清除粘连在焊机上的焊渣 4 落下焊机夹紧钢轨 再次检查轨缝 确认无误后开始焊接 5 焊接按工艺试验中获得并经监理工程师认可的工艺参数进行 6 焊后推瘤及清理焊瘤块 7 焊接结束后 松开钢轨 提升焊机 8 根据配轨表 对接头进行编号 9 用卷扬机将钢轨沿滚道线向前传送 卷扬机的循环钢丝绳通过专用卡 具将钢轨两端卡紧 钢轨传动速度约 0 5m s 10 一个接头焊接结束后 在热态下进行调直 要求在焊缝两侧各 500mm 范围内 水平方向作用面一侧的不平直度不大于 0 3mm m 垂直方向的不 平直度不大于 0 3mm m 拱量应呈现 0 5 1 0mm m 5 11 当钢轨焊头温度降至 500 以下时开始正火 加热器沿焊头纵向摆 动量 7 10cm 用机械式凸轮控制行程 光电测温计检测正火温度 12 焊头打磨后由检测工用 1m 直尺检查平直度 并用超声波探伤 三 气压焊接法 三 气压焊接法 气压焊接法自 1937 年在美国和加拿大得到广泛应用后 凭着设备简单 成 本低廉 焊接质量优良等优点 自 1955 年以来在世界各国铁路相继采用 并得 到了进一步发展 1 气压焊工艺 气压焊焊轨工艺试验应在正式焊接前按规定要求完成 施工多采用的是双 导柱卧式压接机以斜铁夹紧轨腰的新型移动式气压焊机 对开单混合室的射吸 式加热器 仅流量计控制箱和一套三段顶压法焊接工艺 2 工艺流程 施工准备 锯配轨 拉轨 轨端处理 对轨固定 点火焊接 打磨及矫直 焊缝探伤 焊缝验收 现场清理 3 施工工艺 1 施工准备 2 锯轨配轨 用方尺检查两接头的相错量 如相错量大于 100mm 则需 要锯轨 3 拉轨 松开钢轨的扣件 将钢轨支撑在滚轮上 用拉轨器拉轨 在钢 轨接头处用枕木支撑 便于接头对位 4 轨端处理 5 对轨固定 待焊轨装压接机并夹紧后 用 300mm 钢板尺检查 6 点火焊接 7 焊缝正火 8 焊后打磨并矫直 9 焊缝探伤 三 建议三 建议 为了满足客运专线钢轨焊头高平顺性和直线度要求 焊接用轨应具有严格 的断面尺寸偏差和平顺性 同时也应在焊接 热处理 精 细 磨工序有规范化 的作业标准 为避免运行线路出现低接头 不仅要求焊后接头纵向平直 而且 6 还要求焊头的轨头硬度不低于钢轨母材硬度以及最窄的热软化区 因此应在热 轧轨焊头正火后喷风快速冷却 铝热焊接法焊接的接头质量优于其它焊接方法 建议采用铝热焊接法进行线路长钢轨 长轨节的焊接以及低温拉伸锁定焊接 低温环境焊接时 应采取防风和焊后缓冷措施 四 四 结语结语 无缝线路技术含量是很高的 世界各国都在不懈的探索其中的问题及解决 的方法 以追求铁路的速度和安全系数 我国铁路第 6 次大提速也是两条钢轨 上不断的科技突破 虽然如此 我们还要努力的探索新的技术 让无缝线路更 好的为人们服务 参考文献参考文献 1 靳玉保 探秘铁路无缝钢轨 J 现代物理知识 2010 1 2 郑小民 超长无缝钢轨的焊接与安装 J 机电工程技术 2006 3 3 孟立凡 王恩怀 齐红丽 超声波检测无缝钢轨热应力研究 J 华北工学院 学报 2005 1 作者简介作者简介 高波 1972 男 陕西省武功县人 本科 中铁二十局集团第四工程有 限公司 工程师 研究方向 机械设备管理与维修方面 Research in Rail Welding Technology of CWR GAO Bo China Railway 20 th Burcau Group Corpoyation NO 4 Engineeying Co Ltd Qingdao Chinan Abstract CWR is a continuous welded rail t