郑西客运专线现场闪光焊接技术与质量控制措施

1 郑西客运专线现场闪光焊接质量控 制措施 摘要 时速 350 km 客运专线对钢轨质量尤其是焊头质量的要求非常高 钢轨 焊头的安全是列车运行安全的最基本的保障 文章介绍了郑西高铁采用移动闪 光焊接的实践 对今后高铁及客运专线钢轨焊接提供参考 关键词 客运专线 质量控制 验收方法 质量跟踪 1 前言 目前我国的高速铁路及客运专线的通车总里程约有3000多千米 到2020年新建 的约1 2到1 8万千米 客运专线是时速350km h 或大于 的快速铁路 他实 现客货分线运输 能够大幅度提高铁路运输能力 它的特点是运量大 效能高 客运专线列车最小行车间隔可达3分钟 如此快速度 高密度的列车运行 对线 路动的安全性提出了严格的要求 本文对郑西客运专线的钢轨焊接进行总结 以便和同行进行探讨 一 郑西客运专线现场闪光焊接施工组织方案 一 人员组织及工作内容 按照每个车组一个班进行组织 人员构成人数工作内容 施工负责人1人施工安排 人员调度 工作协调 工艺设备技术 员 1人监控焊接质量 记录焊接数据 检查焊接参数执行情 况 主焊手1人操作焊机及起重机 钢轨对位 焊接 副焊手1人监控焊机控制柜 协助主焊手进行钢轨对位 焊接 电工1人 焊轨车电气部分的维修和保养 小型设备的维修和保 养 对焊轨车的支腿进行操作 钳工1人 焊轨车的液压部分的维修和保养 小型设备的维修和 保养 对焊轨车的支腿进行操作 正火打磨员2人指导焊后热处理 粗打磨和精打磨 焊前打磨施工 员 1人焊前检查钢轨 指导劳务工锯轨 除锈 打磨 焊前撞轨施工 员 1人指导劳务工对轨缝进行调整 垫托辊 2 探伤工3人施工方 承包方 业主方各1人 司机4人 操作移动焊轨车配合焊接 操作工务维修综合作业车 配合正火 打磨 焊前打磨劳务 工 6人焊前锯轨 除锈 打磨 松紧扣件劳务 工 12人焊前松扣件 焊后紧扣件 托辊放置转运 劳务工 18人焊前托辊安放 焊后托辊撤除 转运 协助焊机劳务 工 4人配合主焊手 正火劳务工4人转运正火设备 配合正火操作 打磨劳务工4人焊头的粗打磨和精打磨 撞轨劳务工18人调整钢轨轨缝 放散锁定劳务 工 30人低温时拉伸 高温时淋水 锁定扣件 二 主要工机具配置及作用 设备名称规格数量作用 内燃发电机 5KW 3台焊前打磨1台 对轨1台 正火1台 锯轨机K1250 2台锯轨1台 备用1台 角磨机 100 3台焊前打磨2台 焊后打磨1台 手提直柄砂轮机 150 3台焊前打磨2台 焊后打磨1台 双头内燃扳手 10台松扣件6台 锁定线路4台 十字手动扳手 4把小部分松卸扣件使用 内燃仿形打磨机FGM 2 22台粗打磨1台 精打磨1台 备用1台 毫米牙机8台垫托辊 对轨 液压拉轨器LS 10001套调整轨缝 撞轨器 1台应力放散 调整轨缝 托辊300个减小钢轨纵向移动阻力 强力夹具P60 2套焊接失败时应急使用 光电测温仪 800 1 300 2个检测正火温度 备用1台 撬棍30把 一米平尺2把对轨 小工具车3台运工机具 气体正火设备 1套正火 3 电子平直仪 SEC RC 1台检测平直度 探伤仪CTS 90031台探伤 端面打磨机 GDM 1 1 1台打磨钢轨端面 三 车辆编组及作用 1轨道车 2平板 1收轨小车 1客车 1焊轨车 1工务维修综合作业车 名称数量作用 焊轨车 1 焊轨 平板 2 搭载机具 配件 收轨小车 1 运输短轨 收短轨 工务维修综合作业车 1 正火 打磨 做为焊轨车备用动力 轨道车 1 牵引 作为焊轨车备用动力 客车 1 职工和劳务工乘坐 4 四 焊接流程示意图 1 焊轨作业前焊轨车组准备工作 1 1 检查燃油 润滑油 冷却水的位置 检查各部件是否有异常 及时紧固 各连接紧固件 1 2 检查发动机的空气滤清器 空气滤清器应保持干净 1 3 油温预热 油温必须加热到 35 以上时 才可操作焊机作业 1 4 做三次空载试验 焊接一个试验接头检查焊机状态 1 5 检查应急装备是否工作正常 到位 2 焊轨作业前线路准备工作 2 1 拆除扣件 卸掉从轨端开始 10m 内的钢轨扣件及另一待焊钢轨的所有扣 件 2 2 直线地段每10m安放一个托辊 曲线地段每8m安放一个 2 3 焊缝位置调整 将焊缝位置调整到轨枕中间处 以方便放置推瘤刀及接头 的正火 2 4 除锈打磨 钢轨打磨部分包括 钢轨端面和与焊机电极接触的轨腰部分 3 焊机对位 3 1 操纵焊轨车以不大于3km h的速度进行对位 使焊机钳口中心位置正对焊 缝 对位后立即加装铁鞋防溜 利用起伸支腿顶升焊轨车 使在起升端的车轮 离轨 5 10mm 利用毫米牙机调整对轨 4 焊接 4 1 安装推瘤刀 安放在推瘤油缸一侧的钢轨上 推瘤刀的刃口面距钢轨焊 缝 30 35mm 将推瘤刀的非工作面推至与推瘤机构的侧板完全接触 检查推瘤 刀的刃口与钢轨轨腰的间隙是否一致 如果不一致 就要进行调整 4 2 夹持钢轨 4 3 检查钢轨的焊缝间隙是否合适 距离为 0 5mm 如果钢轨缝隙的间隙 大 运行前进和后退开关减小钢轨的缝隙 4 4 焊缝不均匀度超过 1mm 操作焊机对钢轨进行预闪 消除间隙 间隙消除 后迅速风冷至 100 以下 4 5 选择脉动闪光保压推瘤模式 按下焊接开关 焊接完成后 当焊接系统的 压力降到 21Mpa 后方可进行后续的操作 4 6 松开焊机 取下推瘤刀 清除焊瘤 4 7 移动焊机退出焊接位置 钢轨落位 焊头冷却至300 后操纵焊机到下一 工位 5 焊后热处理 采用火焰正火 使用光电测温仪测量温度 正火前必须清除焊缝上残渣 空冷 6 焊头粗打磨 5 焊头打磨在焊缝温度低于 200 以后进行 7 焊头精磨 精磨之前保证接头温度低于50 8 检测焊头 外观不合格的焊头应锯掉重新焊接 9 探伤检查 钢轨温度达到常温时进行探伤检查 对同一个焊接接头进行3次探伤检查并做好 记录 10 线路初锁 直线段扣件隔7锁1 曲线段和大坡度地段扣件隔5锁 1 方便焊机通过和后期锁 定焊接施工 11 主要焊接方法说明 11 1 连入法焊接 以500m为基准连续对钢轨接头进行焊接 焊接方法示意图 11 2 补偿法焊接 需要插入短轨的区段 短轨要求不小于12 5米 或者按照 设计文件 前端应该拨弯50m 80m 以达到对焊接消耗量的补偿 11 2 1 锯轨预留量计算 2X 焊接烧化量 顶煅量 焊接方法示意图 二 郑西客运专线现场闪光焊接的工艺规程 松开全部扣件 临时紧锁 10 米 焊 接时拆除 安装拉伸机拉 待焊钢轨 已锁定的长轨 松 10 米 扣件完成焊接 准备接头 松开全部扣件 已锁定的长轨 不小于 12 5 米 或按设计要求 拨弯 80 米 下垫枕木头完成焊 接的接 头 待焊接 头 不小于 10 米 直线 锁紧全部扣件 锯轨时预 留消耗量 6 1 焊接模式采用带保压推瘤模式的脉动闪光焊接 采用连入法和补偿法 锁定 焊接 2 焊接接头平直度要求 3 待焊钢轨检查技术要求 3 1 检查钢轨的型号 牌号 产地 炉罐号 3 2 检查待焊钢轨外观有无硬弯 扭曲 裂纹 折叠 划痕 硬伤等缺陷 3 2 1 轨表面不应有裂纹 3 2 2 热状态下形成的缺陷的深度 轨头踏面大于 0 35mm 其他部位不大于 0 5mm 3 2 3 冷状态下形成的缺陷的深度 轨头踏面及轨底下表面不大于 0 30mm 其他部位不大于 0 5mm 3 3 待焊钢轨轨端 200mm 内平直度不大于 0 5mm 垂直度不大于 0 3mm 如果不 能校直则应进行锯轨 焊接端面的垂直度不大于 0 25mm 超过时应用端磨机进 行处理 关键点 有无外伤 有无变形 有无制造性伤损和机械性损伤 4 钢轨除锈技术要求 4 1 清除轨腰和轨端氧化层 露出金属光泽 母材打磨量不应大于 0 2mm 必 须将钢轨的标记 突起打磨掉 打磨长度为距钢轨焊接端面 750mm 打磨后用 棉纱或毛巾将打磨面擦拭干净 4 2 轨端打磨要求彻底清除端面的氧化物 铁锈 污垢 同时应保证端面与轨 顶工作面及轨侧的工作面的垂直度在 0 25mm 以内 4 3 钢轨打磨后 24 小时内不进行焊接或钢轨打磨面出现油 水 污垢或生锈 应重新进行打磨 4 4 轨端打磨采用钢轨端磨机 打磨时应注意 进给应均匀 不得停留在一处 打磨 防止钢轨灼伤 打磨后用角尺和塞尺检查 将角尺紧贴钢轨上平面 然 后用塞尺检查钢轨与钢轨端面的间隙 要求间隙不大于 0 25mm 4 5 除锈时如果引起灼伤或机械损伤则必须切掉损伤部位 重新打磨 关键点 除锈部位的尺寸范围 钢轨表面的凸起 打磨深度 热灼伤和机械性 损伤的处理 油污处理 5 钢轨对位技术要求 5 1 操作焊机以钢轨的工作边为基准进行对轨 轨头的工作面错位偏差不应大 于0 1mm 轨底边缘偏差不应大于0 5mm 5 2 对位的预拱度量为1 5mm 2mm 以消除因为焊机自重引起的低接头现象 5 3 钢轨对位确保焊机能够无障碍的夹持钢轨 检查钢轨与轨枕垫板有无干涉 7 在外力的作用下钢轨能在托辊上自由滑动 关键点 对轨必须满足工作边 必须预留足够的起拱量 6 焊接技术要求 6 1 焊接接头的推凸余量不大于1mm 6 2 焊接后检查钢轨有无电极灼伤 如果接头存在灼伤 错位 推瘤推亏 裂 纹等缺陷都应定为不合格 锯掉重新焊接 锯轨范围为热影响区 长度为每侧 不小于100mm 6 3 焊接完成后必须在系统压力已经下降21Mpa 焊头温度低于400 以后 才 能松开焊机 6 4 焊接后的焊头不得接触液体物质 6 5 焊头冷却至300 以下方可放行车辆 关键点 检查有无外观缺陷 检查有无电极灼伤 检查焊接曲线 注意环境变 化 注意焊接完成后焊头的保护 注意焊接结果的记录 7 正火技术要求 7 1 加热器与钢轨表面的间隙均匀 对称之后锁定 调整加热器的位置 使焊 头处于火焰架摆动中心 7 2 启动冷却水泵 调整乙炔输出压力为0 15MP 调整氧气的输出压力为 0 6MP 调整控制箱乙炔流量为 3 8立方米 小时 氧气流量为 4 2立方米 小时 7 3 将氧气流量调小 爆鸣点火 点火后氧气流量恢复至规定数值 摇火要求 初始阶段焊缝两侧各 20mm 内 摆动频率为 40 次 分 当焊缝温度达到 850 时 摆动幅度加到焊缝两侧各 50mm 内 摆动频率为 60 次 分 7 4 达到正火温度时应立即关闭控制箱开关阀 注意乙炔比氧气先关3 5秒 7 5 正火起始阶段 轨头表面中心线温度应在 500 以下 加热结束时温度应 在 920 10 轨底角表面中心线温度应在 820 10 光电测温仪探头 应垂直于钢轨表面 每次测量时间 3S 记录好起始温度和终了温度 关键点 正火的温度针对钢轨的不同有区别 摆动频率 氧气乙炔的压力 8 焊头粗磨技术要求 8 1 粗磨部位 焊头的非工作边 距轨脚边缘35mm范围内的上下表面 轨脚边 缘 8 2 粗磨后表面应平整 光洁 与母材的过度应该圆顺 轨脚边缘上下棱角倒 圆 8 3 打磨时应纵向打磨 不允许横向打磨 8 4 打磨过程中 不应使砂轮在钢轨上跳动 冲击钢轨母材 不应出现打磨灼 伤 不应使钢轨表面 发蓝 焊头非工作边的垂直和水平方向的错边应进 行纵向打磨过渡 8 5 不允许打磨母材 不允许磨亏 关键点 不允许横向打磨 伤母材 打亏 为精磨留出足够的余量 不允许出 现打磨灼伤和机械性损伤 9 焊头精磨技术要求 9 1 精磨前焊头的温度低于50 9 2 精磨后应保持轨头轮廓形状 不应使焊头和钢轨产生任何机械损伤或热损 伤 9 3 精磨长度不应超过焊缝中心线两侧各450mm 9 4 精磨后接头表面的不平度应满足焊缝中心线两侧各 100mm 范围内不大于 8 0 2mm 轨底面及轨头侧面工作边母材打磨深度不应超过 0 2mm 9 5 精磨后钢轨表面应无机械性损伤 无灼伤 关键点 精磨前焊头的温度低于 50 不应出现机械性损伤和灼伤 中心线两 侧不超过 450mm 10 探伤技术要求 10 1 必须由施工方 承包方 业主方进行联合探伤 对每个接头探伤次数不 应少于3次 10 2 探伤工必须持有2级以上的探伤工证书 10 3 每班作业前必须用校准试块校准探伤仪 10 4 探伤作业按照铁道行业标准 钢轨焊接 TB T1632 2005 执行 10 5 可能是棱角或者推瘤残留物反射时 应对棱角或残留物打磨后再探 打 磨不能对钢轨造成损伤 对轨底不易观察到的问题应用镜子观察 10 6 每个接头应填写超声波探伤记录 由二级以上探伤工签字确认 关键点 要进行3次探伤 必须用校准试块校准探伤仪 摊上人员必须持有2级 以上的探伤工证书 11 钢轨焊接接头质量评定技术要求 11 1 几何尺寸的评定 打磨后轨头踏面不允许出现凹陷 用电子平直仪测量 应高于踏面 范围在0 0 2mm 轨头工作边应直顺 左右错牙不大于0 3mm 不 允许出现亏欠 轨底平顺 不允许出现亏欠 11 2 超声波探伤质量评定 11 3 焊接程序记录质量评定 关键点 外观质量必须满足要求 探伤满足要求 焊接程序判定满足要求 三 郑西客运专线现场闪光焊接质量控制方法 1 源头控制 1 1 焊接参数选择对质量的保证 1 1 1 严格按照 TB T1632 2005 钢轨焊接 的标准行焊接型式检验 1 1 2 在焊接途中不能更改参数 1 1 3 如果因为设备状态改变需进行参数微调时 必须进行5个焊头的生产检 验 1 2 设备保养对质量的保证 1 2 1 移动焊轨车各系统及主要部件工作性能良好 1 2 2 移动焊轨车的燃油 润滑油 液压油等满足要求 1 2 3 移动焊轨车的液压油必须清洁无变质 1 2 4 移动焊轨车的各种滤清器必须清洁 作用可靠 1 2 5 作业后必须对移动焊轨车进行保养 1 2 6 设备状态不良时不能进行焊轨作业 1 3 焊机准备工作对质量的保证 1 3 1 每次焊接前必须检查液压油温 油温在35 以上才能启动焊机进行三次 空载试验 然后焊接一个试验轨头 观察焊线曲线是否正常 确认设备状态良 好时才能进行焊轨作业 1 4 环境因素对质量的保证 1 4 1 刮风 下雨时应采取防风 防雨措施 中雨以上 风力大于3级不能进 9 行焊接作业 1 4 2 气温在10 以下时 焊前应该预热钢轨两端各300mm的范围 钢轨表面 温升应该在30 以上 方可进行焊接 1 4 3 气温在0 以下不能焊轨 2 作业过程对质量的保证 2 1 严格按照待焊钢轨检查技术要求对钢轨进行检查 确保不出现因钢轨本身 质量问题而造成焊接质量不良 2 2 严格按照钢轨除锈技术要求对钢轨进行除锈 确保不出现因除锈不彻底或 灼伤而造成焊接质量不良 2 3 严格按照焊接技术要求对钢轨进行焊接 确保不出现因对轨偏差而导致焊 接质量不良的现象 2 4 严格执行焊接程序判断标准 确保焊接质量 2 5 严格执行正火技术要求 确保达到强化接头的目的 做到不欠火 不过烧 2 6 严格执行焊头打磨技术要求 确保打磨时不打亏 不打伤 3 检验中对质量的控制 3 1 严格执行探伤技术要求 严把质量关 对所有焊头进行3次以上的复核 对疑似焊头 要锯掉重焊 四 郑西客运专线现场闪光焊接的验收方法 1 焊接的内在质量的验收标准 1 1 探伤不合格 结果判断为不合格 1 2 焊接程序不合格 结果判断为不合格 1 3 只有程序判断和探伤均合格正常才能判断为合格 2 焊接外观质量的验收标准 2 1 焊头工作面平直度要求 2 1 1 对现场闪光焊接的接头平直度进行验收 应在焊接 包括热处理 以后 两天内进行 测量长度为焊缝左右各 500mm 2 1 2 精磨作业完成后立即测量并记录焊接接头的平直度偏差 2 1 3 平直度偏差测量的位置分别在 轨顶面纵向中心线 轨头侧面工作边距 轨顶面 16mm 处的纵向线 测量应以焊缝中心线左右各 500mm 为基点 2 1 3 应使用电子平直仪进行检测并做好记录 2 1 4 钢轨焊接接头平直度应该满足 10 2 2 焊头非工作面的要求 2 2 1 轨头部分非工作面 距轨脚尖端 35mm 范围内的上下表面和轨脚尖端的 焊渣应该打磨干净 轨脚尖端的上 下棱角应该圆顺 轨头的非工作面和两个 轨脚尖端的接头错边经过打磨过渡 打磨后的质量符合超声波探伤要求 2 3 轨底的验收标准 2 3 1 距轨底脚尖端35mm范围以外 轨底部的推瘤余量应该满足不大于1mm的 标准 2 4 焊头表面质量验收标准 2 4 1 在焊缝中心两侧各100mm范围内 表面不平度应满足 无宽度大于3mm 凹凸大于2mm的不平顺 轨顶面及轨头侧面工作边母材打磨深度不应超过 0 2mm 2 4 2 焊头及其附近钢轨表面不应有裂纹 气孔 夹渣 明显机械性损伤 电 极灼伤和打磨灼伤 五 郑西客运专线现场闪光焊