钢轨焊接接头的质量控制研究

钢轨焊接接头的质量控制研究

方丁亮

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摘要：钢轨焊接是无缝铁路和地铁的基础性工作，在高铁事业和城市轨道交通发展中有着基础性的地位，而焊接接头则是质量控制中的要点和难点。文章以当前钢轨焊接常见的三种焊接方式出发，分别探讨了闪光焊焊接接头质量控制、气压焊焊接接头质量控制以及铝热焊焊接接头质量控制的策略，如在闪光焊中，要从严格控制设备参数、调整顶锻参数、做好焊接面清洁工作三点出发采取好控制措施。

关键词：钢轨焊接；接头；质量控制

新世纪以来，我国铁路运输事业和城市轨道交通获得了巨大的发展空间，其中最为显著的便是高速铁路和城市轨道交通的普及。当前我国已经成为世界范围内首屈一指的高速铁路和城市轨道交通建设大国，不仅国内高铁里程在全世界遥遥领先，并走出国门，参与到多个国家的高速铁路建设中，高铁已经成为中国的新名片。高铁和地铁的发展得益于多个方面的综合作用，其中，无缝钢轨焊接的铺设发挥着基础性的作用。无缝铁路将各段钢轨焊接为一个完整的整体，既有效减少了车轮与轨道间的冲击，增加了车轮乃至轨道的使用寿命，也降低了列车运行的晃动感，提升了乘客的舒适度。无缝铁路、地铁对钢轨的焊接质量有很高的要求，特别是在当前高速化、重载化趋势不断加深的大环境下，进一步提高了焊接质量要求。焊接接头是钢轨焊接中最为薄弱的地方，也是最易发生质量问题的地方，比如裂纹、断裂等，因此，必须从焊接工艺出发，做好焊接接头的质量控制工作。

一、闪光焊焊接接头质量控制

闪光焊属于电阻焊的范畴，主要由焊接顶端预热以及液压顶锻两个重要环节构成。首先，利用焊机来对接待焊的钢轨，确保钢轨两端面定位准确，然后接通强电流，使钢轨两端面在电阻作用下产生高温电阻热，进入熔化状态，然后再给予适度的液压顶锻力，待金属结晶完成，便完成了焊接工作。闪光焊可以分为连续闪光焊以及脉冲闪光焊两大类型，前者技术相对成熟，后者则属于新型技术，但应用前景广阔。闪光焊是三大焊接方式中焊接接头质量表现最佳的，但受主客观因素影响，也会出现一些质量问题，需要做好相应的质量控制工作。

第一、严格控制设备参数。马氏体组织是闪光焊中比较常见的质量问题。闪光焊中马氏体组织产生的原因有很多，比较典型的有配套设备使用不正确、焊接面接触不良、钢轨母材问题等。因此，在闪光焊中，必须严格控制各主要设备的参数，着力克服在推凹过程中容易发生的出刀量太大的现象，降低马氏体组织的发生过率。

第二、调整顶锻参数。闪光焊由顶端预热以及液压顶锻两个环节构成，其中，液压顶锻对钢轨焊接接头的力学性能有着非常重要的影响。但在实际的操作中，由于参数选择失当等因素，容易出现顶锻力偏小的现象，致使钢轨两端焊接处的金属层无法有效排除，在钢轨焊接接头内部形成了没有闭合的火坑。对此，在焊接前，一方面要做好钢轨两端面的抛光工作，另一方面则要优化顶锻参数的设置。

第三、做好焊接面清洁工作。闪光焊以强电流来实现钢轨两端面熔化的目标，而钢轨自身在熔化时会形成氧化物以及其他的硅酸盐夹杂物。此类氧化物以及硅酸盐夹杂物如果没有从焊缝中清理出去，并容易导致钢轨焊接接头中出现灰斑的质量问题，致使接头失效。因此，在闪光焊中要做好工艺参数的控制工作，及时清理焊接面上的氧化层以及硅酸类污物。

二、气压焊焊接接头质量控制

气压焊是一种以气压设备为主要工具的焊接工艺。在气压焊中，首先要将钢轨的两端面贴合，再采用氧--乙炔火焰的加热方式将钢轨两端贴合面周围区域加热至塑性状态，使钢轨两端的金属原子能够在热力作用下穿过界面迅速扩散，最后以液压顶锻获得焊接接头。与闪光焊相比，气压焊具有设备简单，实用性强的优势，但在超长钢轨的焊接中具有较高的应用难度，应用范围较窄。气压焊焊接接头的质量问题可以分为外观缺陷和内部缺陷两大类，人为因素是导致气压焊焊接接头质量问题的主要因素。对此，需要从以下几点来做好质量控制工作。

第一、检查钢轨定位。准确定位是确保气压焊钢轨焊接接头质量的前提条件。当前，气压焊中钢轨的定位工作多依托压接机的轨顶以及轨底的螺栓来实现。但在实际的操作中经常会因为压接机自身轨底螺栓的高低不平而导致焊接接头错位的现象。因此，焊接前要强化钢轨定位的检查，重点做好压接机底部螺栓的检查。

第二、调整加热设备参数。火热能量是影响加热效果的主要因素。在钢轨两端的加热过程中，如果存在加热设备整体火焰能量偏低，或者轨脚位置火焰能量偏低的现象，必然会增加焊接加热的时间，否则不能实现焊接面金属完全塑化的目标。然而，随着加热时间的延长，钢轨的受热宽度自然也会变大，这是不可避免的现象。由此带来的结果便是非焊接区因过度加热而出现变软的问题，引发了顶锻时接头轨脚塌陷的现象。因此，必须要调整好加热设备的参数。

第三、严格控制加热范围。在气压焊中，钢轨轨底两脚处容易出现焊缝过烧的现象，严重时甚至会导致焊接头直接被烧穿。加热器设备问题是导致过烧的主要原因，比如局部火孔过大，极大地超出了加热标准，又如火焰不均，钢轨两端存在受热不均匀的现象。焊缝过烧对焊接接头的危害甚巨，因为过烧会使得钢轨焊接接头处的组织无强度、无塑性，存在极脆的问题。因此，在钢轨两端的加热中必须做好加热设备的质量把控工作，并且科学合理地控制加热的范围。

三、铝热焊焊接接头质量控制

铝热焊属于热剂焊，以铝粉、氧化铁以及其他合金添加物配制而成的铝热焊剂为反应原料。铝热焊剂在反应中会释放大量的热，熔化合金添加物以及氧化还原反应中生成的铁，形成液体钢水，流入砂型空腔中，将两段钢轨焊接为整体。铝热焊焊接接头的质量控制要点主要有以下几点：

第一、控制好冷却速度。铝热焊以高温熔化后的液体钢水流入焊隙，待钢水冷却后形成连续钢轨。其中，冷却速度对焊接接头质量影响很大。冷却速度控制中的问题不仅会导致金属晶粒粗大，也会降低焊接接头的强度，增加焊接结构的断裂几率。因而，必须科学掌握好钢水冷却的速度，确保焊接结构中韧性、塑性等各项指标达到TB/T1632-1991标准的具体要求。

第二、对正钢轨。铝热焊容易出现焊接接头上拱的现象，导致此一现象的因素有很多，最为主要的便是焊前校对钢轨端面时预留拱度过大。因此，必须做好焊前的钢轨对正工作，在确保两端钢轨的轨头、轨腰以及轨地三个部分均对正后再进行焊接工作，从源头上克服外观形状超标的问题。

第三、做好预热工作。预热是铝热焊中的重要工序，预热时间、预热温度均会对钢轨焊接接头的质量产生影响。比如预热温度偏低，或者预热温度下降过快，都会增加钢轨接头未焊透的现象，因此，要确保预热的不间断开展，调整好火焰，并严密观察焊接头的预热情况。

第四、加强检查工作。钢轨断裂是钢轨焊接接头中最为严重的问题，而气孔则是导致钢轨断裂的首要因素。铝热焊中气孔的形成多和焊接工具以及焊剂的本身的质量问题有关，比如焊接工具受潮等。对此，焊前要做好全面、细致的检查工作，确保焊接工具以及焊剂无质量问题。

第五、精选型模砂。夹砂是铝热焊钢轨焊接接头常见的质量问题，由型砂进入焊缝所形成。因为焊接时温度很高，砂子在砂型腔中会被加热成玻璃状的物体，导致夹砂缺陷。因而，在砂子的选择中要严格按照相关的规格要求选择合格的型模砂。

四、结语

焊接接头的质量控制是钢轨焊接中的难点，并且，不同的焊接方式其接头质量控制的重点并不相同，因此，需要从焊接方式出发，结合焊接的实际情况，有针对性地采用好质量控制措施。

参考文献

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