钢轨焊接范文

钢轨焊接篇1

关键词：GAAS80/580焊机；闪光焊；50K/m；U71Mn钢轨

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.030

0 引言

山东磁东线需要铺设50kg/m武钢U71Mn钢轨，济南焊轨基地投产以来首次焊接50K/m的钢轨。50K/m钢轨的型式尺寸特点，对焊轨基地工序提出特殊要求，涉及设备工装改造、生产组织、焊接试验等。根据TB/T1632-2014的要求，50K/m武钢U71Mn钢轨首次焊接前必须进行焊接工艺试验。本文主要探讨50kg/m武钢U71Mn钢轨闪光焊接性能。

1 U71Mn的化学成分

试验用轨为武钢U71Mn（50K/m）热轧钢轨，设计时速≤160Km/h，依据TB/T2344-2012标准轧制。从化学成分分析，在本批次钢轨中，Si和Mn元素接近标准上限，两种元素可以改变珠光体和铁素体的相对含量以及珠光体的片间距，提高钢轨的强度和硬度，但是二者影响钢轨的可焊性，尤其是Mn元素，在焊接过程中容易形成高熔点化合物（灰斑），降低焊接接头的抗冲击性能。两种钢轨的型式尺寸差异，是进行GAAS80焊机和ZH600热处理设备工装改造、调试的依据。

2 设备工装改造及调试

50kg/m钢轨与60kg/m钢轨比较，主要是钢轨高度小24mm、横截面积小11.65 cm2，据此，GAAS80焊机更换专用推凸刀，ZH600热处理机更换专用线圈。焊机调整起拱量：起拱量定位在“-10”位置，并相应调整对中结构。通过调整，焊接自动对中系统与50kg/m钢轨匹配。

3 闪光焊接试验

3.1 焊接工艺参数试验

焊接试验在GAAS80/580焊机上进行，针对50kg/mg钢轨与60kg/m钢轨横截面积比例以及两者处同一化学成分标准的特点，结合以往焊接U71Mn钢轨的经验，采用预热闪光焊工艺，落锤检验采取2.5m高度，2锤不断、灰斑不超标为合格。

工艺特点为软规范，即焊接时间长，顶锻量大，焊接热影响区宽，端面温度高，结晶充分，对应到工艺参数各个阶段为低速度高电流闪平、大热量投入的预热、稳定的匀加速烧化，大压力的有电顶锻和合适压力的保压。其缺点是加热区过宽引起热影响区晶粒粗大、灰斑缺陷较多。通过两种轨型的截面面积比，原参数的预热电压按照比例缩小。先焊接接头3个，出现超标灰斑，分析对比大截面钢轨焊接曲线，认为焊接过程投入热量过大，加速烧化阶段不稳定，应再次降低预热电压，创造有利烧化的温度场；进一步降低两个加速烧化阶段的电压，同时提高烧化末速来增大焊接端面的温度梯度，加强顶锻前的防氧化气氛；降低顶锻压力和保压压力，辅助顶锻阶段排渣和金属结晶。经过调整，所焊5个接头3锤不断，灰斑面积最大4mm?，断口呈明显撕裂状形态，再次焊接20个焊接接头，结果一次性通过25个焊接接头落锤的检验。

试验总结：试验前对钢轨性能、化学成分等做好调查分析，有助于找准参数调整方向，获得可靠焊接工艺，同时也表明本钢轨有较好的可焊性。

3.2 焊后热处理工艺参数试验

热处理设备为ZH600机床，采用双频热处理工艺，确定参数：加热温度860～880℃，风压0.12MPa，喷风时间≥90s。采用两种输入功率进行试验，原参数为低频110KW/高频70KW，新参数为低频功率65KW/高频功率40KW。使用原参数进行热处理的焊接接头砸断后轨顶芯部存在明显粗晶和细晶的分界线，说明轨顶芯部温度不足，热处理效果不良，而使用新参数的接头则全为细晶。原因是调整前的图像在低频阶段热平衡的时间比调整后少一半。本次试验采用65KW/ 40KW的热处理参数。

3.3 焊接接头性能

3.3.1 硬度试验

对武钢U71Mn（50kg/m）焊接接头轨顶面硬度和纵断面测试线1硬度进行测定，结果为焊接接头轨顶面平均值与母材硬度比值为1.02，工作边比值为1，在线路应用中焊接接头磨耗与母材同步。软化带宽度小于20mm。宏观检查为热处理热影响区完全覆盖焊接热影响区。

3.3.2 拉伸性能

对焊接接头进行拉伸性能检测，结果为经过热处理后焊接接头抗拉强度均大于810MPa，伸长率7.3%，达到标准要求。

3.3.3 冲击性能和显微组织

试验结果为轨头、轨腰和轨底各部位冲击功均值分别为16.4J、7.8J、16.2J，其中轨腰冲击值偏低，分析认为使用双中频正火工艺低频段加热时轨腰温度过高且持续时间长，奥氏体晶粒长大造成冲击性能降低。检验结果符合标准要求。

3.3.4 金相组织

晶粒度检验中轨头 为8.5级、轨底三角区为7.5级、两侧轨底脚为8级，符合标准要求。

3.3.5 疲劳检验

经过载荷循环次数2×106，3支试样全部通过检验。

4 分析

50kg/m武钢U71Mn钢轨一次性通过连续25个试头落锤检验，焊接性能较好，其中断口灰斑较少，分析认为降低预热热量输入、匹配加速烧化是主要原因。

焊接过程中，焊缝熔合线附近温度处于固液相之间，在过热区，奥氏体晶粒冷却后过于粗大导致“粗晶脆化”现象，该区奥氏体晶粒度仅为2级。焊缝正火后奥氏体晶粒度细化到8级，其冲击韧性得到极大提高。

5 结论

通过对50kg/m武钢U71Mn钢轨的闪光焊接性能研究，得出以下结论：（1）试验前对钢轨性能、化学成分充分分析，有助于提高试验效率，选用合适的工艺规范和参数匹配，能够获得可靠的焊接工艺。（2）通过两种轨型的截面面积比例来初步确定工艺参数，对将来调试75kg/m钢轨试验具有参考价值。（3）热处理试验时低频阶段保温时间长有利于晶粒度、拉伸、落锤、疲劳、硬度等性能地提高，同时导致轨腰温度高且保温时间过长使得组织晶粒偏大，轨腰部位冲击功值偏低。热处理参数调试时应兼顾各项力学性能指标。

钢轨焊接篇2

关键词：城市轨道交通，无缝线路，钢轨焊接，现场焊轨墓地，移动式接触焊机

城市轨道交通的轨道通常采用无缝线路。长钢轨焊接是无缝线路铺设的首要条件，也是决定工程进度及质量的关键因素之一。

以往城市轨道交通中无缝线路所用的长钢轨由就近的铁路焊轨厂生产，然后用长轨运输列车由国铁转接城市轨道线路再运送至施工现场。其中还必须在换装场将长钢轨倒装到地铁专用的长轨运输列车上，经过二次倒运至现场。由于在铁路货物运输中长钢轨(一般要求最小长度为125 m)的运输属于特种货物运输，其运输计划受到种种限制，势必 影响 整个工程进度计划的完成。有的工程基地无线路与国有铁路直接相连时还需要修建临时便线，而有的则需要通过专用铁路或城市轨道交通已运营地段才能提供长钢轨，给长钢轨铺设工作带来困难。再加上大部分工程现场距离铁路焊轨厂路途遥远，需增加大量运输费用。

在1996年广州地铁1号线轨道工程施工中，我国首次采用了在现场焊接长钢轨的新工法。即在现场建立焊轨基地，用K900移动式接触焊机焊接长钢轨。这不仅加快了施工进度，而且为建设方节省了投资。

1现场焊轨基地焊接长钢轨工法

1.1焊轨基地设置1.2现场焊轨工法

焊轨时先按照配轨图进行配轨，并进行轨端校正及端面处理，然后移至焊机下进行接头焊接。每一个接头焊接完成后纵向前移25 m，进行下一个接头的焊接。接头焊后需依次进行正火、打磨和探伤。长钢轨焊接完成并检测合格后，吊放至临时存放区，存放于存轨台上。

焊接时必须按照焊接工艺试验中获得的并经过监理工程师认可的工艺参数进行。K900焊机按照预先设置的焊接参数(电流、电压、顶锻量等)自动进行闪光烧化、快速烧化、顶锻、推瘤。微型 计算 机能自动记录实际焊接参数。如果焊接过程中有一个参数发生变化，微型计算机就将该焊头判定为不合格，需锯断重焊。因此，通过计算机控制，可确保接头焊接质量合格。

2高架桥上设立焊轨基地方案 3移动式接触焊机进行接头焊接法

对于城市轨道 交通 工程中的无缝线路，有人曾提出通过移动式接触焊机直接焊接已铺设完成的标准轨的建议。即首先利用25 m标准轨施工轨下混凝土整体道床，待道床混凝土强度满足要求后，由移动焊轨车吊挂接触焊机机头进行接头焊接。与在焊轨基地焊接长钢轨相比，此方案不仅减少了投人，也节省了建立焊轨基地的时间。但从焊接质量来考虑，此 方法 尚存在以下不足之处:

(1)移动式接触焊机需要400 kVA的供电系统，在进行十几公里甚至几十公里的钢轨焊接时，不宜利用固定式变压器供电，只能由焊轨车内装配满足功率要求的发电机来供电。由于大型发电机工作时的噪声及排污非常严重，污染了市区居民的生活环境，不符合文明施工的要求。譬如巴顿K900焊轨车说明书上规定，在隧道内进行接头焊接时，如没有高要求的通风装置，不得使用发电机供电，以保证隧道内空气质量。

(2)为了保证无缝线路的质量，在进行长钢轨焊接时，应尽量使待焊的两根钢轨处于同一中心线上。采用移动式接触焊机进行接头焊接时，由于后端悬挂的接触焊机头与车体后轮轴心位置的水平距离较小，焊轨车的重量又大，势必使得钢轨端头在焊轨车的重压下发生翘曲;而另一根待焊轨处于 自然 状态，以致两钢轨在接头位置处有一折角， 影响 了接头质量。同样，位于曲线位置时，两待焊钢轨在竖直和水平方向均不处于同一中心线上，不能保证无缝线路的施工质量。

(3)在移动式接触焊机进行接头焊接的过程中，从轨端打磨、焊接、正火、接头打磨到探伤的全部工作均低于正常操作所需的高度，各种机械很难准确到位，不能保证接头质量。同时，操作人员也是在非常规的条件下工作，与在焊轨基地室内固定操作台相比较，效率很低，并且非常艰苦。

(4)采用移动式接触焊机进行接头焊接时，只有在一个接头的全部焊接、打磨等工作完成并检测合格后才能进行下一个接头的焊接，需要的时间较长，很难保证工期。相反，如果在已焊接完成的几百米甚至几公里的长钢轨内有一个接头不合格，则需要锯除，焊轨车返回重新焊接。这时，需要将一端已焊接完成的长钢轨拉移一定距离，以弥补因锯除接头而减短的部分。由于已焊完成的钢轨较长，所用焊机的顶锻力不足以拉动长钢轨前移，必须另配牵引设备来完成，费时费力，并且无法满足规范要求左右两股轨道相对接头相错量的要求。

（5）当采用移动式焊轨车进行钢轨焊接时，为解决上述 问题 ，焊轨车需通过特制改装，在非焊接区时由单缘车轮在已铺设完成的整体道床钢轨上行走，当接近待焊接头约50 m时，车体通过自带的液压装置将车身架起，由橡胶轮胎(或钢轮)支撑于整体道床两侧轨枕端道床上，直接在道床面行走，以避免待焊钢轨或刚刚焊接完成尚未冷却的钢轨接头受压，影响焊接质量。同时，为满足钢轨焊接所需的必要空间，需将待焊轨抬高，架空在滚道上进行焊接以及焊后正火、打磨等各项工作。这样，既增加了作业空间，又可保证待焊钢轨轴心在同一直线上。最后把钢轨从滚道上吊下安装到设计位置再锁定钢轨形成无缝线路。另外，对于所需电力，可通过在各处风井及下料口分散供电，或购置能满足施工要求的进口发电机组。当然，这都会增大投入，所以在施工时应根据现场实际情况综合考虑。

4结束语

钢轨焊接篇3

关键词：labview；数据采集；焊接断火率；灰斑

1引言

随着铁路的快速发展，钢轨闪光焊接技术以其焊接接头质量好、焊接生产率高等特点，成为目前国内外大部分钢轨焊接普遍采用的焊接方法。由上海铁路局科研所和南车戚墅堰机车车辆研究所共同开发的移动式钢轨闪光焊机拥有了我国铁路移动式钢轨焊接大部分市场，对加快我国铁路安全建设起到了不可估量的贡献。移动式闪光焊机在上线作业前，根据规定需要对其焊接后的钢轨接头进行型式检验，包括落锤、静弯、疲劳和拉伸等试验。其中落锤试验的要求是在确保接头缺陷不超标的情况下，连续十五根钢轨不断裂（锤头质量1000kg，锤高5.1m一锤不断；锤高3.2m两锤不断）。在做型式检验的时候，技术人员要调试63个参数，找出一组最佳焊接参数使钢轨的焊接接头符合落锤试验的要求。由于调试的过程受到设备、操作人员、钢轨质量及作业气候等因素的影响，要调试出一台合格的焊机工作量相当大。

2系统设计

在钢轨焊接结束时，由工控机生成的焊接曲线，是技术人员在调试过程中的重要参考依据，根据它可以对焊接参数进行修改完善。现有的焊机数据采集系统是将数据由机头传输到PLC中，工控机再从PLC中读取数据并保存记录，最后形成焊接曲线，采集频率为4Hz，形成的曲线和数据库，不能确切的反应焊接过程中存在的问题。因此，提高系统的数据采集速率，在单位时间内记录保存更多的数据，使最后生成的焊接曲线更加的完善和直观，对提高焊接工艺参数调试的效率和质量，显得尤为重要。

2.1系统设计思路

本次设计采用了美国NI仪器公司生产的USB-6009高速数据采集卡，利用其搭配的labview8.6图形化数据采集软件，建立了一套钢轨闪光焊接高速数据采集分析系统，采集频率达到200Hz，较之前提高了50倍。

2.2USB-6009

本次课题主要是以NI仪器公司的USB6009数据采集卡为主要系统硬件，它具有8路模拟输入(14位，48k/s)；2路模拟输出(12位,150k/s);12路数字I/O；32位计数器；总线供电，实现高移动性；内置信号连接。

3系统软件功能介绍

3.1系统界面

本次系统编程采用的是labview8.6图形化可编程开发软件，它是美国NI公司专门为测量测试开发的，其在这块领域应用很广泛，虚拟测量仪器是其中重要的组成部分。通过用编程软件和计算机，模拟仪器做测量测试。设计的焊接数据采集分析系统界面图。从系统界面上看，大的波形图表为焊接曲线实时显示仪器；三个圆形表盘分别为焊接电压、焊接电流、焊接压力实时参数；右侧为焊接位移、焊接阶段实时显示；焊接结束后，各个阶段的平均电流、平均电压、最值等数据分析显示。在焊接数据分析中，引进了断火率和焊接热量这两个创新型焊接过程判断依据。

3.2焊接数据的存储及显示功能

根据编程软件的特定数据格式，焊接数据采用TDMS文件形式存储。技术数据管理流(TDMS)是NI软件最常用于存储所采集数据通道的文件格式，同时它也对第三方工具开放。其中左边的选择框可以选择四个通道内电流、电压、位移、压力等焊接曲线，同时由于焊接采集的数据量巨大，自行编写的文件查看器还可以选着加载数据的数量和位置，还可以对局部时间段进行曲线放大处理。

3.3焊接电流与灰斑的关系

目前在参数调试过程中，接头主要存在灰斑、未熔合、未焊透、过烧等常见缺陷，而其中主要以灰斑为最常见，总公司技术规范规定整个接头断面的灰斑总面积不能超过20mm2，单个灰斑面积不能超过10mm2，否则将视为落锤试验不通过。而灰斑的产生，主要跟焊接后期闪光电流的大小有关系，过大或过小的电流都容易造成灰斑出现。过大的焊接电流，容易造成大的闪光爆破，在焊接端面形成大的火坑，让硅酸铝盐类残留在其中，形成灰斑。过小的电流使得闪光程度不激烈，无法让硅酸盐类爆破出去，同时使得整个端面的气体保护程度下降，使空气进入，形成硅酸氧化物，同样也会产生灰斑。所以说，整个焊接过程，特别是中后期，电流对焊接接头的质量产生很重大的影响。所以本次研究中提出了“断火率”作为焊接接头质量评判的一个重要指标。它是根据焊接后期阶段的电流值与电流基准值进行比较得到的百分率。从一个侧面反应了由电流过小导致焊接缺陷存在的可能性和概率。前面已经提到，灰斑的形成还有一部分重要的原因是大电流，后期的研究将同时关注大电流的产生和对焊接断面的影响。由于断火率的判断指标需要大量的焊接数据和试验结果来验证，目前该套系统已经应用现场焊接工艺参数调试，并积累数据。

4结论

本次课题研究开发了一套以USB6009采集卡为主要硬件的高速数据采集与分析系统，具备实时显示焊接数据功能，能更好地监控焊接过程。该系统能有效地对焊接数据进行分析，直观地指导焊接工艺参数调试。同时尝试性地将断火率引进作为接头质量判断标准，具有重要的意义。

钢轨焊接篇4

关键词：闪光焊接；加速；无缝钢轨；质量；工艺

中图分类号：P755.1文献标识码： A 文章编号：

一、前言

当今铁路的发展正在向着高速度和大载重量的方向发展，而钢轨的接头是影响铁路提速关键之一，钢轨接头对钢轨设备、车辆的使用寿命、旅客的舒适度、能源的消耗等有影响，更关系着列车与旅客安全。在各种原因的驱动下铁路正向无缝线路发展，无缝线路没有钢轨接头，减少了列车的冲击与振动，延长了轮轨部件的使用寿命，给列车运行和行车安全带来了好处。而钢轨接头的焊接质量有直接影响着无缝线路的寿命安全，所以钢轨焊接技术是实现无缝线路铺设的技术关键。

高速铁路钢轨主线焊接中以机械化程度高闪光焊接为主,其优点是焊缝材质与母材等同,且焊机有质量监控系统,保证每个焊接头质量稳定一致。

二、焊接工艺原理

闪光焊接开始时，两个金属工件端面接触，通过端面的接触点导电，接触电阻产生的电阻热加热工件端部，当温度达到一定程度时，工件接触面的金属熔化形成液态金属层，通过外加纵向力挤出液态金属，并使高温金属产生塑性变形，获得致密的热锻组织形成对接接头。

三、焊接工艺及应注意事项

（一）焊接施工中操作流程

K922焊轨机工艺流程为：型式试验确定焊接参数焊机焊前检查测试钢轨待焊接头外观质量检查有缺陷的将缺陷部位锯切除钢轨除锈打磨钢轨焊接对轨并焊接钢轨焊后粗打磨钢轨焊后正火钢轨焊后精打磨钢轨探伤，若合格则焊接下一头，不合格锯掉重新焊接。

按照《中华人民共和国铁道行业标准 TB/T 1632.1—2005》要求进行参数调整并通过型式试验后方可以进行线路钢轨焊接。型式试验类型包括，落锤型式试验、静弯型式试验、拉伸型式试验、冲击型式试验、疲劳型式试验。

在进行型式试验时要使焊接环境尽量与实际线路上的焊接环境一致，以保证实验结果真实有效。

（二）线路闪光焊接工艺及要求

待焊钢轨要进行外观检查应满足以下规定:①焊接用热轧钢轨应符合TB/T 2344—2003的规定；焊接用热处理钢轨应符合TB/T 2635—2004的规定；焊接用客运专线以及国外生产的钢轨应符合相关订货技术条件的规定;②焊轨焊接前要进行顺直度检查，必要时要进行调直处理,使钢轨全长范围内直顺,不得有硬弯,钢轨两端1m长内不直度不得大于0.15mm;③锯切断面处的不平整度不得大于0.2mm;④钢轨表面或内部不得有裂痕、重皮、夹渣、严重偏析等缺陷。如果所用钢轨存在以上任何缺陷均需要锯切除以保证钢轨质量。锯切后钢轨的端面斜度不应大于0.8mm。

焊前设备准备

在焊接前要检查设备使用的参数是否正确。充分活动设备，并进行测试，使设备各动作正确且无卡滞现象。

轨端处理

钢轨焊前应对焊轨两端进行除锈处理。要求表面光洁,不得有锈斑,打磨深度不超过0.2mm;待焊轨待焊时间超过24h或油水沾污,必须重新打磨处理,打磨长度750mm左右。在打磨时应注意若钢轨夹持端轨腰部位有钢轨编号等凸出钢轨表面的字号，应将其打磨平，防止电极受损。如果钢轨轨腰打磨不光洁，留有锈斑或者凹凸不平会影响焊接时导电效果，影响焊接质量或者损坏焊轨机。经过试验证明，焊接2组每组5根，第一组钢轨打磨有部分锈斑存在，第二组打磨后利用钢丝刷查找未打磨光洁的部位之后进行焊接。焊接后落锤结果为：第一组一锤断三根且灰斑面积较大，甚至出现未焊合的现象；第二组没有出现一锤断的现象，且只有两根存在着细微的灰斑现象。实验证明钢轨轨腰打磨的洁净与平整是钢轨焊接质量的一个重要因素。

钢轨端面垂直度对焊接质量的影响

如果钢轨锯切后钢轨端面倾斜度过大会出现焊接起始过程中钢轨端面点接触导电，且单点接触时间过长影响焊接过程中的热量积累，甚至会出现焊接电流过小引起焊机加速前进从而形成短路的现象。焊接过程中短路会使闪光中断而破坏了焊接过程中的保护环境从而使气体和焊渣难以排除轨端影响焊接质量。试验表明焊接过程中出现短路的焊头基本不能保证质量。

对轨

将钢轨待焊端面拉至使其接触

在钢轨1000mm外将钢轨垫起，使用直尺测量，是钢轨顶面预拱度留至2mm。

调整钢轨使钢轨顶面、工作面、轨底角的错边量都在标准范围内。

焊接钢轨

检查液压油温度是否在25℃以上。

在对位完毕的钢轨上安装已涂有防溅涂料的推瘤刀，位置为距离钢轨焊接端头50mm。

拨动箱体移动开关使钢轨端面接触，测量钢轨对位是否符合标准。

将钢轨分开0.5-2mm距离使钢轨没有点接触。

按下焊接循环启动按钮，焊机开始自动焊接。

待焊接完毕后，拆除推瘤刀铲除钢轨上的挤出物。

焊接时如果液压油温过低，会影响焊轨机的动作灵敏度，严重影响焊轨机性能的稳定。所以焊轨机系统液压油的油温需要保持在适当的油温范围不宜过高或过低。

焊接过程共分为预闪光阶段、闪光1阶段、闪光2阶段、闪光3阶段、闪光4阶段、加速1阶段、加速2阶段、顶锻阶段、推凸阶段九个个阶段。其中预闪光阶段到闪光3阶段的主要作用就是加热钢轨，使钢轨成热态以便于后边的焊接过程稳定进行。加速1与加速2阶段的主要作用是使钢轨的加热出现明显的温度梯度，使顶锻阶段的顶锻力及顶锻量得到良好的控制。闪光焊接完成后,钢轨夹紧装置快速松开两钳口,焊机头内的推瘤刀立即进行推瘤,完成一个钢轨接头的焊接。

焊后粗打磨

焊后粗打磨要待钢轨温度低于200℃后才可以进行，利用钢轨打磨机具打磨钢轨焊接接头的轨顶面、侧面,打磨时不宜横向打磨焊缝,且不使钢轨表面“发蓝”。在打磨时若温度高,要暂停打磨,待温度适宜时再进行打磨。粗磨应保证焊接接头的表面粗糙度能够满足探伤扫查的需要。应沿钢轨纵向打磨，钢轨打磨表面不应出现打磨灼伤。焊接接头非工作面的垂直、水平方向错边应进行纵向打磨过渡。且要做到钢轨顶面纵向中心线的垂直方向不平整度

正火处理

钢轨焊接接头需进行焊后热处理。热处理采用(氧+乙炔)火焰正火。正火的目的是细化钢轨内部晶粒，消除钢轨内应力。当钢轨焊接头温度降至500℃以下时开始火焰正火。加热器沿焊接头纵向摆动,轨头加热的表面温度不得超过950℃,轨底角加热的表面温度不低于850℃,同时要控制加热时间，温度提升不宜过快，温升过快可能形成外部温度升高速度远高于钢轨内部温升速度，从而影响正火效果。钢轨表面正火加热温度采用红外测温仪进行测量,并作好正火记录。如果温度过低则起不到正火效果，如果温度过高会在钢轨内部出现粗大晶粒，损坏钢轨性能。

焊后精打磨

焊后精打磨应使用精磨机对焊接接头的轨顶面及轨头侧面工作边进行外形精整。外形精整应保证轨头轮廓形状，外形精整的长度不应超过焊缝中心线两侧各450mm限度。外形精整不应使焊接接头或钢轨产生任何机械损伤或热损伤。不应使用外形精整的方法纠正超标的平直度偏差和超标的接头错边。对于焊接过程中形成的超限钢轨禁止采用精整的方式进行修复。

焊缝探伤检查

利用超声波探伤仪对钢轨焊缝进行探伤检查,遵循以下规定:探伤要待焊缝自然冷却到50℃以下才能进行;焊缝内部任何部位发现有未焊透、裂纹、夹渣等缺陷时,该焊头必须重焊，锯切点应距焊缝至少100mm处进行，避开热影响区。

在焊轨机上线进行焊接前要采用与线上待焊钢轨牌号、炉号、批次完全相同的钢轨进行型式实验并调整参数以检验焊轨机的性能是否符合该批次钢轨的焊接性能，只有型式实验通过后才可以进行线上正是焊接。并且在线上正式焊接中焊接参数不得进行更改。

四、施工安全注意事项

在焊轨过程中,除遵守机械本身的安全规则外,还应注意以下事项:(1)焊接时人员应避开飞溅的火花,并设防护;(2)正火区内禁止吸烟,防止氧气、乙炔泄露而爆炸。

五、结束语

在焊接过程中由于影响因素很多，由于环境原因很难保证与厂焊的环境相同，所以就要在工艺上保证质量才能够焊接出质量合格可靠地无缝钢轨。

参考文献

1、李火明(中铁十一局集团第三工程有限公司湖北十堰K920焊机固定式小型焊轨施工工法

2、中华人民共和国铁道行业标准 TB/T 1632.1—2005

钢轨焊接篇5

关键词：高碳钢材料、核电站、常规岛、焊接工艺、主行车轨道

中图分类号：TG4文献标识码： A

1、 引言

广东阳江核电站一期工程#1、#2常规岛厂房主行车为200/30t电动双梁起重机，额定负荷大钩200t，小钩30t，行车跨距为42米。轨道单轨全长98m，轨顶标高32.9m。本行车轨道采用标准长度12m的钢轨，共有16个接头，若果采用传统的连接方式，接头间的的间隙将在行车运行时带来冲击和振动，会影响到行车的运行安全，因此必须采用焊接连接的方式。鉴于现场的施工条件，本工程轨道接头全部采用手工电弧焊进行焊接，焊接后将焊缝磨平，使轨道最终成为整体，可以有效地减少行车运行中的冲击和振动，提高行车的使用寿命和运行的安全性。实践证明，通过焊接的方法实现长轨的无缝连接具有较高的现实意义。

轨道的标准型号QU120，材质为U71Mn钢，轨道截面为工字型。由于U71Mn钢属于高碳中锰钢，含碳量很高，其可焊性很差，焊接难度很大，易在焊接是出现裂纹。基于核电站安装工艺高的要求，我们根据设备厂提供的焊接方案进行一系列的焊接工艺试验，成功的避免了焊接裂纹及控制焊接挠曲变形问题，取得高碳钢轨道焊接的成功。

2 、U71Mn钢的焊接性分析

依据设备厂家提供的轨道质量保证书，其型号为QU120，材质为U71Mn高碳钢，其化学成分见表1。

表1 U71Mn钢的化学成分

钢种 化学成分%

C Si Mn P S

U71Mn 0.65～0.77 0.15～0.35 1.10～1.50 ≤0.040 ≤0.040

从表中成分可知U71Mn钢为高碳中锰钢，一般中锰钢较耐磨，但焊接过程中，易产生低温马氏体组织，含碳量提高，强度、耐磨性及硬度也提高，焊接冷却时易形成强硬的马氏体组织。

钢的焊接性与钢本身的淬硬倾向有直接关系，而钢的淬硬倾向又与钢的化学成分有关，通常用碳当量（Ceq）和裂纹敏感性（Pcm）来表示。U71Mn钢的Ceq和Pcm值均很高，碳当量高达1.04，其焊接性很差。在焊接过程中，由于部分母材熔化进入焊缝，从而使焊缝中的含碳量增高，易产生高碳马氏体，极易形成冷裂纹；而且焊材中的S、P杂质控制不当时，也易产生热裂纹，这种热裂纹很容易出现在未填满弧坑处，另外，由于每根轨道长12m，焊接过程中产生的挠曲变形也必须引起重视。通过分析可知，U71Mn钢的可焊性比较差，在工艺试验和现场实践时必须采用合理的焊接工艺来改善其焊接性，以获得符合质量要求的焊接接头。

3 、轨道U71Mn钢的焊接工艺试验

在进行U71Mn钢焊接工艺试验时，我们采用两根12m长的钢轨进行对接，以保证焊接接头与现场有一致的拘束条件，同时也方便测量焊接过程中的变形情况。

首先，我们严格按照拟定的焊接方案进行工艺试验，以检验其在现场施工时的可行性。焊接工艺要点如下：

1）采用采用碳钢焊条（E5015）填充，堆焊焊条（CHR127）堆焊道轨头部，焊前预热及焊后及时进行高温回火处理。U71Mn 属于高碳高锰钢，焊接性能不理想，为了增加道轨表面硬度及耐磨性，在轨道头部以下，用E5015焊条；在轨道头部用堆焊焊条CHR127。这样既经济又实用，不但可保证对接焊缝质量和强度，而且可增加堆焊层硬度及提高使用寿命。

2）焊接前将轨道焊接区铁锈、油污及其它杂物清除干净并打磨出金属光泽。然后对轨道端面进行着色渗透检测，以确保端面无裂纹。轨道组对形式为I型，中间间隙为20～25mm。采用“I”型坡口，即不开坡口的方法，可以有效地防止角变形（角变形产生的原因是因为焊缝在厚度方向的横向不均匀收缩造成的，而“I”型坡口在焊缝厚度上不存在这种问题，因而有效地预防了焊接角变形）。

3）焊接采用直流焊机反接，焊接时轨道使用12mm铜垫板垫住，确保底部成型。

轨道组对形式为“Ⅰ”型。将两根轨道放置铜垫板上，铜垫板厚度12mm，在轨道顶面轴线上预留约100：1.6―1.8的斜度作为反变形角度。两轨道之间，下部间隙约为20～25mm；轨道保持中直。

在铜板上放置宽15mm，厚3-5mm的连接钢条，最好选用5mm较厚一点的钢条，防止焊接变形，钢条材质为Q235-B或16Mn，两侧加工30～35°度坡口，钢条外侧为引弧板，引弧板与钢条是点焊在一起的，焊接完毕可以去除引弧板。钢条与两侧道轨间隙均为2-5mm，以保证焊透。如下图所示：

连接钢条

4）焊接前对轨道焊接接头进行预热，预热采用普通的气焊喷嘴围绕轨道接头两侧200mm范围内反复加热，应尽可能使轨道全截面加热均匀，要特别注意轨底的加热质量。预热温度为350～400℃，可使用红外线测温仪进行预热温度测量。由于轨道长、散热快，预热温度达到后立即进行焊接，焊接停止后，要重新预热。

5）轨道焊接：预热达到规定温度后即可对轨道进行焊接。轨道对接焊缝共分三段，第一段为轨底焊接，第二段为轨腰焊接，第三段为轨头焊接，见下图3。焊接轨道底层时，用E5015，φ3.2mm的焊条先进行轨道与连接钢板的点焊，点焊完毕即可进行轨道底层焊接，焊接电流90A∽120A，电压31∽36V。从一端引弧板起弧开始焊接，如果一根焊条焊完时，必须在中间的钢板上收弧，并以点焊方式填满弧坑，焊接到头后在引弧板上熄弧，防止出现收弧裂纹。第二道焊接时，从引弧板另一弧坑端开始起弧焊接。依次完成，填充完毕后，清除焊渣。焊接过程中，持续测量道轨的温度，保证层间温度不得低于300℃，如果温度降低，及时用氧乙炔加热至预热温度，再次以相同的焊接顺序焊接，直到将第一段焊满。

在施焊轨底的焊缝时，应使用一根焊条焊完，中间应避免其它原因断弧或停弧，前后两层焊缝的施焊方向应相反。

道轨焊接分段

第二段焊接，要在轨腰两侧面先装上的铜衬垫焊接模具，见下图4(可用自制夹具夹牢)，并调整衬垫与轨道的间隙至4-5mm，以利于焊渣流出。采用E5015，φ4mm的焊条施焊，焊接电流140A∽180A，电压31∽36V，从轨腰的下部向上施焊，每焊完一根焊条便取下铜衬垫清楚熔渣，铜衬垫用水冷却并清楚粘着的熔渣后，再重新贴在钢轨的两侧继续施焊，这样重复进行到轨腰焊满为止。焊接时在中间引弧并不断在接头中运条，在接头端部将焊条转小圈，这样能够可以使得一些焊渣从轨道和衬垫之间的间隙流出，为接头侧表面形成一个床，使焊缝表面光滑无缺口。焊接过程中注意层间清理，防止产生气孔或夹渣等缺陷，在焊至约一半高度时，取掉底部铜垫板继续焊接至第二段完成，清除焊渣。

道轨轨腰铜衬垫

第三段焊接更换CHR127堆焊焊条、规格为φ5mm，焊接电流180∽210A，电压31∽36V。焊缝外表面略高于轨道表面。完成后，折除铜板。焊接过程中，每完成一道焊缝都必须把焊渣清除干净才能继续施焊，每一接头应尽量一次焊接完成，不能断断续续焊接，层间温度应不低于最低预热温度。如被迫中断，且中途长时间停焊时，再次焊接前重新用火焰预热。

在全部施焊过程中，须随时用直钢板尺检查道轨接头的变形情况，随时调整接头的垫起高度来控制钢轨接头的焊接变形。在调整固定钢轨接头时，除了保证端头间隙的尺寸外，还必须使两根钢轨端头对齐，不得有歪扭和错开现象，在施焊前和施焊过程中，应严格检查并确保两根钢轨中心线的位置在一条直线上，防止焊接完毕的通长轨道有弯曲不直现象发生。

焊道分布图

6）焊后热处理：轨道接头焊接完毕及时进行焊后高温回火处理是提高焊接质量的重要措施。轨道焊接及修补完工以后，马上用火焰把焊缝接头及附近区域(焊缝中心线两侧各1 00mm左右)进行焊后高温回火处理，加热温度600~650℃左右，使用远红外数显测温仪测量其温度，烘烤时间约为0.5h，然后立刻用保温棉包裹进行保温，使其缓慢冷却。

道轨接头冷却到室温后，对轨道接头的顶面及两侧面的焊缝进行磨平。一般焊缝不允许低于母材，达不到要求时可采用补焊解决，但是在修补轨道时也应预热，预热温度与正式施焊一致；当焊缝凸起过大时，可先用扁铲将过高余高铲除一部分，然后使用电动砂轮机将焊缝磨到与钢轨头平齐，最后用锉刀或细砂纸将表面磨光滑一些，消除较大的刻痕。

工艺试验完成后，我们对试验接头进行了磁粉检测，未发现裂纹。同时还进行了一系列的性能试验，包括拉伸、冲击、弯曲、硬度等，均符合要求。对接头焊缝、热影响区、母材纵横两剖面做了宏观金相检验，未发现裂纹，至此可以确定行车轨道U71Mn钢的焊接工艺试验取得成功。

4 、轨道U71Mn钢的焊接工艺应用

在完成轨道U71Mn钢焊接工艺试验后，我们把工艺应用到阳江核电站#1、#2机组常规岛MX厂房主行车梁的施工中，顺利完成16个轨道接头的施工；并且在PX、ZA厂房的QU70、QU80型号轨道施工中也得到了很好运用。工作完成后经磁粉检测没发现裂纹，合格率100%。而且后期安装施工中，电动双梁起重机发挥巨大的作用，同时对轨道焊接质量也得到了很好的证实。

5、 结束语

选用正确的焊接方法和焊接工艺，在焊接过程中严格按照工艺要求进行焊接、预热及热处理，是轨道U71Mn高碳钢焊接接头合格关键。U71Mn高碳钢其可焊性非常差，容易产生裂纹，我们首先拟定可行性施工方案，通过一系列的工艺试验，得到该钢材合适的焊接工艺方法，并应用到实践工作中去。希望该焊接工艺对以后同类轨道的焊接能起到积极借鉴作用。

参考文献：

1、《火力发电厂焊接技术规程》 DL/T869-2004

2、《焊接工艺评定规程》 DL/T868-2004

钢轨焊接篇6

关键词：钢轨焊接接头 施工工艺 对轨 预拱度 正火 打磨 接头精整

现场钢轨接头焊接施工过程繁杂、工序多、质量标准高、协调难度大，焊轨施工是一个由焊机调试、现场型式试验、拆除扣件、垫放滚筒、钢轨除锈、对轨、焊接、粗磨、正火、矫直、接头精整、探伤、线路恢复等十多个工序相互结合的一个综合施工过程，为保证焊接接头的施工质量，施工前需做好相应的准备工作。

1 施工准备

1.1 组织管理

现场组织机构应包括施工技术、质量、进度、人员、设备、物料、后勤、试验（可快速反应质量变化）管理组，并设置总技术负责人和协调人，及时对现场进行技术指导和监督，高效处理现场各项质量问题，对提高施工质量的措施及方法能够有效布置实施，对可能造成施工质量隐患或进度不利因素能快速处理。

1.2 施工人员

使用施工设备，依照施工方法，执行施工工艺，实现产品质量控制都把握在一线施工人员手中。对钢轨焊接质量控制影响大的钢轨焊接、接头正火处理、接头精整、钢轨探伤的施工人员应重点培训；由于现场使用的设备及小型机具、检查工具多，对设备操作人员尽量选择有经验的、责任心强的人员培训，施工前对特殊工况进行相应学习，如坡道、弯道、合拢焊接等，提前积累处理经验。

1.3 施工设备

施工前对设备的数量、型号和性能应结合施工效率进行综合分析，对制约生产效率的设备应准备备用件，现场施工主要设备及工机具如下：移动焊轨机、N17平板车、重型轨道车、正火设备、轨温计、仿行打磨机、锯轨机、探伤仪、钢轨平直度检测设备、螺栓紧固机等。为确保钢轨焊接接头质量，施工过程中应对自检仪器进行校准或检定。

现场焊轨施工根据不同的焊轨方向，焊轨车组提前在站内编组完毕后，利用长轨运输车推进后的空闲时间随之推进焊轨车组，进入计划施工地点进行焊轨施工，长轨运输车从前方返回之时，焊轨车组要提前退出区间。

2 工艺流程

钢轨接头焊前检查与处理：钢轨接头焊前检查与处理包括钢轨扣件拆除、垫放滚筒、轨端及电极接触部位除锈、机车对位、对轨与夹持、设备检查等内容。现场施工时通过上述准备工作后经检查达到焊接条件即可进行焊接。

钢轨焊接：钢轨焊接包括焊轨作业车对位，夹轨对中，通电焊接。

焊后处理：接头焊接后要检查接头外观质量、推凸质量、接头粗打磨、接头热处理、焊后冷调直、焊缝精磨、焊缝平直度检查、接头无损探伤、恢复线路。

移动闪光焊接头外在质量控制：线上钢轨移动闪光焊过程中，为保证最终线路的平顺性，需严格控制接头的外在质量，特别是平直度。由于现场移动闪光焊是一个由铺轨、拆除扣件、垫放滚筒、除锈、对轨、焊接、粗磨、正火、矫直、接头精整、探伤、整修、恢复线路等十多个工序相互结合组成的一个综合施工过程，因此对移动闪光焊焊头的外在质量控制应贯穿始终。其中对焊接接头平直度有直接影响的工序主要有：对轨、焊接、正火、矫直及接头精整。

3 焊接接头质量控制要点及具体措施

为进一步保证京沪高速铁路钢轨焊接接头的质量，结合本项目实际施工情况，提出以下现场焊轨控制要点及具体实施。

3.1 对轨工序

现场施工时，线路条件如曲线段、直线段、坡道等会对钢轨的平顺性有一定的影响。当进行焊接时，由于移动式闪光焊机夹持采用轨腰夹持的方式，通过钳口表面与轨腰表面的接触进行夹紧，由于两表面均为圆弧面，因此仅仅靠夹持无法达到足够的对中精度，特别是在非直线段上，这点情况尤为突出。因此在焊接前，应将钢轨初对中，将两待焊钢轨顶面和工作边平行对位，基本平齐，预留好合理的预拱度，采用斜铁等方式消除由于弯道超高及钢轨扭曲引起的不对中情况后，才能进入夹持工序。初对中是保证接头外观质量中最容易被忽视的环节。

3.2 预拱度控制

焊接接头预拱度控制是控制高低接头的关键工序，施工时先拆除扣件并垫放好滚筒，在各项检查完成后，进行钢轨焊接对位，焊接对位直接控制钢轨的焊接施工质量。钢轨预供度调整，焊前钢轨供度控制在2.9mm/m～3.1mm/m，待焊钢轨分固定端和活动端。固定端调整：设3个固定支点，支点位置距轨端第二个承轨槽、第五个承轨槽、第8个承轨槽的调整高度依次为3cm、1cm、2cm，固定端钢轨在焊接机组下压后会上翘；活动端调整：设2个固定支点，第一个支点距轨端第3～5个承轨槽，第二个支点距轨端18～21个承轨槽的调整高度分别为4cm、9cm，由于第一支点和第二支点之间的间距较大，钢轨在重力作用下轨端会上翘（以上数据为现场焊接经验值），现场通过调整移动活动端支点将钢轨供度调整好，具体见下图。

钢轨供度调整好后进行焊机对位，车轮距轨端第一轮对提前标上记号，以每小时3-5公里的速度推进移动焊轨机初定位，载有移动焊机的轨道车第一个轮对距焊接位置3m左右，对位完成后应迅速装好止轮器，保证车辆不会发生溜车现象。对位之后应放下液压支腿，顶升起焊轨作业车。在焊接接头对轨过程中，必须以轨顶面和工作面为基准，轨顶面和工作面错位偏差不应大于0.2mm，轨底边缘错位偏差不应大于1mm。焊机电极表面应平整、光洁，无油、水、铁渣等污染物，左右股轨节接头相错量不能超过100mm。曲线上钢轨焊接，由于高速铁路、客运专线曲线半径较大，现场拨道调整量不大，为确保钢轨在焊接过程中横向相差量满足要求，在待焊钢轨下放好滚筒后，将钢轨向曲线内侧拨动，在接头20米范围拨成直线，现场通过拉悬线检查。

3.3 夹持焊接工序

对移动式闪光焊焊接接头来讲，夹持对中主要通过焊机进行，通过对中时设备的机械精度辅助人工干预，可以较好的实现对中。由于任何两根待焊钢轨的平直度都不可能完全一样，线路情况的影响也不相同，焊轨设备本身的机械对中结构也有一定的偏差，因此焊后大部分接头存在着一定的接头错边。夹持焊接工序在保证接头外观平直度质量方面主要起两方面的作用，一是以轨顶面及工作边为基准，兼顾其他部位进行对中，确保接头错边处于合理范围内，控制好焊接接头的错边量，也可以改善焊接接头的平直度；二是控制焊接预拱度，以控制焊后平直度，为接头正火打下良好的平直度基础。

3.4 正火矫直工序

焊后正火热处理同样是一个热过程，依然不可避免的会使得焊接接头产生平直度变化。正火过程无法像焊接过程一样通过夹持机构的夹持结合撤出夹持时间的控制来保证高温接头的平直度，正火时只能够通过控制拆除扣件距离、垫物高度和位置等辅助手段来使得正火工序对平直度的影响最小化。根据现场实际轨温情况，由于正火后接头预供度会下降，高温时控制钢轨供度为3.1mm/m，在接头两侧第二、四、六轨枕位置安装锁轨装置，锁轨装置满足能定在道床板上，在接头加热将钢轨预供度调整好，将锁轨装置安装好，并在接头两侧将30m范围内的扣件按锁定要求全部拧紧方可进行钢轨接头热处理（由于钢轨轨温变化内部产生的应力会造成接头上供或拉细）。接头横向调整采用弯轨机，高铁、客运专线要求高，施工选用弯轨机作业应在轨腰位置，弯轨是将反向位置1米范围内的全部轨距挡块拆除，同时弯轨保压时间控制在10秒以上，防止钢轨回弹。

3.5 接头精整工序

移动闪光焊接头精整使用仿型打磨机对焊接接头的轨顶面及轨头侧面工作边进行外形精整，恢复轨头轮廓形状。外形精整是控制接头平直度的最重要手段之一。外形精整的基本作业采用多次测量、多次打磨方式。为保证接头精整质量，作业前，焊接接头及两端 1m 范围内温度应在50℃以下，精磨的长度不应超过焊缝中心线两侧各450mm 范围。使用仿形打磨机对焊接接头的轨顶面及轨头侧面工作边进行外形精整，外形精整应保持轨头轮廓形状，不应使焊头或钢轨产生任何机械损伤或热损伤，不应使用外形精整的方法纠正超标的平直度偏差和超标的接头错边。现阶段，我国铁路建设单位和工务养护单位进行现场接头外形精整时主要采用直尺塞尺式前后测量和各式仿形打磨机打磨。前后测量时必须要了解接头的平直度状况才能判断打磨范围和打磨量，而传统的接触式测量方式受限于固有精度，无法给予后期打磨足够准确的数据，这就会影响打磨质量。同时传统测量方式无法直观给出所测量接头的精确平直度情况，这样就在打磨时无法给予操作人员足够的打磨范围、打磨起始点、打磨量的指示，因此在高速铁路要求对接头平直度日益进行精确控制的情况下就无法达到要求，迫切需要更精确的接头平直度测量方式。

目前， 各焊轨基地已开始采用比较先进的SEC电子平直度仪对钢轨顶面和工作边平直度进行测量。该设备是集成了计算机、传感器、信号处理、精密机械加工、新材料等新技术于一身的机电一体化设备。其特点是：采用有效长度为1m的精密导轨为测量基线，能反映真实值，消除了钢板直尺加塞尺方法的测量原理缺陷；数据采集、处理实现自动化、数字化；能连续测量钢轨两个方向的平直度数据；测量仪结构紧凑、重量较轻、便于携带、操作简便、检测效率高。测量时将钢轨平直度测量仪置于钢轨顶面或者侧面，箭头指向焊缝中心，测量钢轨顶面及侧面工作边平直度。测量过程中，每隔5mm进行采样，一米范围内总共测量200个点，通过将这两百个点的数据连线，绘出该接头的平直度曲线。实际接头精整作业前，在钢轨温度处于设计锁定轨温范围时测量钢轨焊接接头平直度，记录测量时的轨温。结合该接头测量获得的平直度曲线，可获得以下信息：

①接头轨顶面的平直度变化趋势（判断打磨长度）；

②接头工作边的平直度变化趋势（判断打磨长度）；

③接头轨顶面和工作边的错边情况（判断打磨长度）；

④接头轨顶面最大、最小值（确定打磨深度）；

⑤超过规定值的长度及部位（确定重点打磨区域）。

3.6 钢轨接头探伤检查

3.6.1 系统校准

依据TB/T 2658.21-2007测试方法，用标准试块（CS-1-5、CSK-IA）测试超声波探伤仪的性能（垂直线性，水平线性，灵敏度余量）及探头的性能（K值，前沿），并规范填写《超声波探伤仪及探头性能测试记录》。依据TB/T 658.21-2007校准方法，用对比试块（GHT-1、GHT-5）校准探伤灵敏度（制作距离-波幅曲线、AVG或DGS曲线等），双探头法使用GHT-1试块，单探头法使用GHT-5试块，并规范填写《钢轨焊接接头超声波探伤灵敏度校准记录》。

3.6.2 探伤方法

探伤检测面的状态处理达到要求后，使用超声波探头进行扫查。

①双探头扫查：K0.8～K1探头从踏面对轨腰及其延伸部位进行串列式扫查；K0.8～K2探头从轨头侧面对轨头部位进行K型扫查；K0.8～K1探头从轨底两侧面对轨底部位进行K型扫查。

②单探头扫查：K≥2横波探头从踏面或轨头侧面对探头进行扫查和从轨底斜面上对轨底部位进行扫查；

K0.8～1横波探头从踏面上对轨腰直至轨底进行扫查；对于铝热焊焊缝，另加0°探头从轨头踏面对轨头、轨腰直至轨底进行扫查。

③闪光焊、铝热焊的焊接形式不同，缺陷类型不同，应采用相适应的方法进行探伤。

④对可能是棱角等外形造成的反射回波而不能确认时，应将棱角打磨后再探，但注意不应打磨超限。

3.6.3 缺陷判定

①双探头探伤

轨底角部位（20mm） ≥φ3-6dB 平底孔当量

其它部位 ≥φ3 平底孔当量

②横波单探头探伤

轨头和轨腰 ≥φ3 长横孔当量

轨底 ≥φ4 竖孔当量

轨底角（20mm） ≥φ4-6dB 竖孔当量

③焊缝中存在平面状缺陷。

④缺陷当量比上述规定低3dB或以内，但延伸长度大于6mm。

3.7 工艺优化措施

为进一步保证高速铁路钢轨焊接接头的外观及质量，结合本项目施工实际，提出以下优化措施及建议：

①为保证焊头外观及质量，必须重视生产过程中连续质量控制，通过对轨、夹持焊接、正火矫直和接头精整等工序密切配合，形成满足高铁要求的外观、质量控制手段。

②对轨过程必须使两待焊钢轨相互平顺，消除因线路条件引起的钢轨扭曲。

③夹持焊接过程必须重视控制接头错边和预拱度，保证焊后接头平直度稳定，不出现超标的错边。

④正火矫直工序必须在达到正火要求的同时控制平直度不发生大的变化，应采用矫直的方式使得接头接近笔直。

⑤接头精整工序应通过SEC电子平直度仪或同类设备对接头精整前的平直度进行测量，并针对平直度曲线判定打磨范围和打磨量，并制定相应的打磨工艺。通过上述方法，可实现对接头打磨量和打磨范围较好的控制，防止打磨超限或者造成报废接头的情况。

4 结束语

在京沪高速铁路310公里无缝线路钢轨焊接施工任务中，由于不断优化钢轨焊接的施工工艺，同时执行京沪公司下发的各项无缝线路施工相关文件，项目部在京沪线焊轨施工中得到了铁科院金化所、京沪公司、监理等多家单位的认可和赞同，焊接接头验收一次性通过，并在试验过程实现了486.1公里/小时的世界最高运营时速，相关观点、经验可供类似工程借鉴。

参考文献：

[1]铁路轨道设计规范（TB10082-2005）.

[2]客运专线铁路轨道施工技术指南（TZ211-2005）.

[3]无缝线路研究与应用.

[4]京沪高速铁路指挥部下发无缝线路相关文件.

[5]行业标准TB/T1632.1-2005，TB/T1632.2-200、TB/T26

58.21-2007.

[6]《客运专线无碴轨道铁路工程施工质量验收暂行标准》.铁建

钢轨焊接篇7

关键词：有砟轨道；无缝线路；长钢轨；焊接；应力放散

Abstract: in recent years, with the continuous development of social economy, people travel is increasingly strong demand of efficient, safe, to develop the railway business will no doubt greatly ease the traffic pressure, catered to the demand of people. Seamless line but also with convenient, safe, comfortable, low maintenance cost, etc is popular among people. This paper have a frantic jumble orbit seamless construction technology key points, seamless line was introduced in detail from nine aspects construction key technology, can provide reference for similar construction.

Key words: have a frantic jumble orbit; Seamless line; Long rail; Welding; Stress relief pipe.

中图分类号： TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1引言

为提高行车安全性和舒适度，有砟无缝线路采用500m长钢轨，并进行钢轨现场焊接。有砟轨道无缝铁路的施工工艺流程图如下：

基地钢轨焊接底砟摊铺铺设长钢轨第一遍上砟整道第二遍上砟整道工地钢轨焊接第三遍上砟整道应力放散及锁定精细整道轨道整理钢轨预打磨全线轨检。

2基地钢轨焊接

目前国内铺设无缝线路的长钢轨，基本是在焊轨厂将标准100m轨焊接成为500m长钢轨，焊接采用闪光接触焊。

基地钢轨焊接全过程由电脑控制，且焊后自动显示评价焊接结果，信息化程度高，焊接质量容易得到保证。其焊接工艺原理是利用钢轨端面连续闪光，焊接电流产生的热量加热钢轨端头，最后实现挤压(顶锻)形成焊头。其实电阻火花并没有使钢轨端部完全熔化，而是以高电流透过电阻产生高温的状况，促使钢轨转变成可塑性状态，再以压力作用形成类似晶粒分子差排作用，产生钢轨结构晶粒重新排列，最终获得品质良好的焊接工件。焊接工艺流程如下所示：

标准钢轨进场检验选配轨刷磨除锈钢轨焊接焊头粗磨焊头热处理焊头冷处理四向调直焊头精磨焊头探伤检查焊头外观检查。

3底砟摊铺

施工前，铺轨单位、路基施工单位和监理单位共同对路基进行检查验收，复核路基宽度、标高、平面位置、路基压实度等，确认无误后方可开始进行底砟摊铺。

底砟可采用汽车运输，装载机配合装车，利用沿线公路或施工便道运至施工工点。平地机粗平摊铺后，压路机进行碾压密实，最后利用钢钎挂线控制底砟顶面，人工配合机械进行细平。

底砟摊铺厚度不宜小于150mm，摊铺时应考虑50mm预留沉落量，一般底砟摊铺厚度为200～250mm。底砟摊铺完成后利用不小于160kPa的压路机进行碾压，压实密度不小于1.6g/cm3。铺设完成后底砟顶面应平整，保证轨枕两端道床高于中部，高程允许偏差±20mm,厚度允许偏差为±50mm,半宽允许偏差为0～＋50mm，3m靠尺检查平整度不大于20mm。

4铺设长钢轨

长钢轨铺设采用单枕连续法，利用CPG500型铺轨机直接铺设500m长钢轨，轨枕提前在铺轨基地锚固。

单枕连续法施工工艺主要包括硫磺锚固、5000m 长钢轨装车运输、测量放样、卸轨、布枕、长钢轨铺设等。

（1）硫磺锚固

预应力混凝土轨枕提前在基地对螺旋道钉进行硫磺锚固。锚固一般采用固定台位反锚法施工。根据TB10413-2003《铁路轨道工程施工质量验收标准》中对硫磺砂浆配合比的要求，硫磺：水泥：砂子：石蜡=1：（0.3～0.6）：（1～1.5）：（0.01～0.03）在。硫磺砂浆温度升至160℃左右即可灌注，最高不得超过180℃，灌注要一次完成，但不宜太满，灌浆深度应比螺旋道钉插入孔内的长度大20mm，锚固浆顶面应于承轨槽面平，溢出的残渣凝固后要铲除干净，螺旋道钉圆台的地面要高出承轨槽0～2mm，并涂刷防锈绝缘材料。锚固完成后对轨枕螺旋道钉进行检查，道钉要与承轨槽面垂直，歪斜不得大于2°，偏离孔中心不得大于2mm，道钉外露长度为80mm，允许偏差为±2mm。最后对螺旋道钉进行抗拔试验检查，每1公里做3根检查，每个螺旋道钉的抗拔力不得小于60kN。

（2）长钢轨装车

根据单元轨节设计和铺轨前方桥梁、隧道、道岔设置情况，编制配轨计划表。按配轨计划表组织长钢轨运输车在铺轨基地长轨存放区吊装长钢轨，吊装作业采用32台3T群吊作业，长轨运输车按一层10根长钢轨装车。装车时，选择轨端高低公差相近的长钢轨配对为前后两对长轨。装车完毕，逐根逐层检查长钢轨锁定状态，确保锁固。

（3）长钢轨运输

长钢轨运输采用长钢轨运输列车，长轨运输列车由东风4型机车和38辆平板车组成，其中37辆装运500米长轨，1辆隔离车，共计38辆，换长51.4。长轨车采用特制的综合承轨架，两边设有槽钢做的护板，每辆平板车装有滚轮两组，每列有两辆长轨锁定车。车列两端的平车上设有挡轨板，槽钢防护板上装砼枕，每节车装轨枕4层，每层之间有防滑方木，端头装有立柱挡住轨枕以防窜动倒塌，以保证运输安全。

（4）测量放样

利用全站仪测量，放出线路中心线，并拉一条直径大于2mm的棉线，棉线固定桩点的高度不能超过道床上平面，桩间距按直线10m，曲线5m设置。

（5）卸轨

长轨运输列车对位后，松开长钢轨锁紧装置（每次只允许松开所要拖拉的一对长钢轨），使旋转式间隔铁、中间隔铁圆头朝上。将卷扬装置上的钢丝绳穿过三个钢轨收放装置（钢轨导向框、钢轨推送装置、分轨导框），将其置于所松开的一对长钢轨的前端，打紧斜楔挡。启动卷扬机，将长钢轨从枕轨运输车组上拖出，并通过分轨装置向车体两侧分出，调整分轨导框的位置，使钢轨顺利进入推送装置，钢轨导向框和钢轨收放装置至卷扬机位置。取掉斜楔和斜楔挡，卷扬机反转，将钢丝绳收回。启动钢轨推送装置，将钢轨往前推送。通过导向框和钢轨收放装置的导向滚轮组将钢轨推送到作业车的履带式牵引装置前端。

（6）拖拉钢轨

履带式钢轨推土机对位后，将钢轨固定在拖拉架的钢轨夹持器上，推土机向前拖拉钢轨。钢轨拖拉过程中，在长钢轨底下的道砟上每10m左右放置一滚筒。当长钢轨拖拉至剩下约10m时，推土机应放慢拖拉速度（≤15m/min），当长钢轨尾端拖出长钢轨对位器前的钢轨导向框之后，推土机速度再次减慢。此时通过无线对讲与推土机司机联络对位，直到长钢轨尾端超过已铺设钢轨轨端100mm左右。

（7）布枕

将轨枕间距等参数输入CPG500铺轨机布枕器操作系统，铺轨机在感应装置的控制下，沿线路中心线向前移动，布枕器完成自动布枕作业。

（8）钢轨铺设

操控长钢轨就位器，通过对轨装置夹持待铺钢轨使其轨端与已铺钢轨轨端对位，并用专用无孔夹板将两根长钢轨连接在一起；变换作业车上三个分收轨装置的空间位置，使其由分轨状态转换为收轨状态；通过各个分收轨装置和就位器，逐步将钢轨收入承轨槽内，实现铺轨机组的边走边铺。

长钢轨入槽前在作业车下匀枕装置后部进行橡胶垫板的放置，长钢轨就位后，在辅助动力车下可以进行轨道扣件等的初始安装和紧固工作（初装量约10%）。

长轨始端落槽及长轨终端合龙,分别测定一次轨温,两次测得轨温的平均值作为该段长钢轨的铺设轨温。

5上砟整道

铺轨后，为确保线路稳定，需及时对线路进行上砟整道。K13风动卸砟车由机车牵引进行补砟，对已补砟并达到大机养护条件的地段采用SPZ-200型配砟整形车进行配砟，DCL-32型捣固车紧跟进行起拨道捣固，WD-320动力稳定车进行稳定，完成一个捣固作业循环。一般2捣2稳后进行工地单元轨焊接，3捣3稳后可使道床达到初期稳定状态，进行线路应力放散及锁定。

（1）施工准备

线路上损坏的轨枕先行抽换，并人工捣固密实；扣配件齐全、紧固；预留接头夹板齐全，螺栓连接牢固；线路上不能进行大机整道的部位（道岔岔区以及无缝夹板处）要在大型捣固车前进方向道心右侧标注清楚。

大型机械整道作业前，应先人工使用小型起拨道机、小型捣固机进行整道作业，基本消除线路方向、水平、扭曲等不良情况，按设计要求设置超高，同时将枕下道砟捣固密实。

大型机械整道作业前结合实测起道量进行上砟、补砟作业，确保轨枕盒内道砟均匀饱满，道砟顶面略高于轨枕面，道砟厚度不小于150mm。

测量队在大型机械整道前1日将测量好的拨道量、起道量按10m一点移交给大型捣固车，并将测量数据清晰标注于捣固机前进方向道心的右侧。

（2）分层上砟整道

大型机械整道作业施工流程图见图1。

图1大型机械整道作业施工工艺流程图

6工地钢轨焊接

工地钢轨焊接采用移动式闪光接触焊，待线路大机整道2遍后可进行现场单元轨焊接，即将已铺设的500m长钢轨焊接成1000～2000m单元轨节。

工地钢轨焊接可使用UN5-150ZB型移动闪光接触焊（闪光对焊）的方法焊接，焊机进场确认设备一切正常后将待焊钢轨按规定要求进行焊接型式试验，确定焊接参数合格后方可正式施工。

工地钢轨焊接施工工艺流程如下：

拆除扣件支垫滚筒轨端打磨焊机对位焊接与推瘤正火矫直粗打磨探伤检查精磨外观检查。

拆除待焊钢轨接头前方全部长钢轨及后方10m范围内的扣配件，并每隔12.5m支垫滚筒，将钢轨垫高，减少钢轨纵向移动阻力。在曲线段或长大坡度处焊接时，可适当减少滚筒垫放间距。采用端磨机对钢轨端头500mm范围内钢轨轨顶、轨底和端面除锈，轨腰打磨位置为100～350mm范围内，打磨后的表面要见光泽，不得有锈斑。打磨要沿钢轨方向纵向打磨，禁止横向打磨，对母材的打磨量不得超过0.2mm。焊机对正后用机头钢轨夹紧装置夹紧钢轨，对准系统将两根钢轨沿钢轨中轴线对中，启动焊机进行焊接，焊接时间约2分钟，焊接完成后自行完成推瘤。推瘤后，在未经打磨处理的情况下，使用1m凹槽检测直尺和塞尺检查接头错边。正火使用火焰加热器对焊接接头进行加热，焊接接头低于500℃时方可正红，加热温度控制在850～950℃，钢轨温度控制使用红外测温仪测量。粗打磨使用仿形打磨机沿钢轨方向纵向打磨，粗磨后的表面应平整、光洁，与母材过渡圆顺。焊接接头冷却到50℃以下时进行超声波探伤检查，探伤检查不合格的接头需锯掉重新焊接。探伤合格后的接头沿焊缝及焊缝中心线两侧各450mm长度范围内进行精磨作业，使用电子平直仪检查平直度，1m平直尺检测表面不平度，检测合格视为焊接接头合格。

7应力放散及锁定

线路应力放散及锁定是在轨道几何形态基本达到设计规定且道床已达到初期稳定状态下，在合适的轨温条件下，重新松开扣件、支垫滚筒、使钢轨自由伸缩，放散掉积累在单元轨节内的附加应力和温度应力，使其达到设计锁定轨温时的“零”应力状态，将线路锁定，完成无缝线路的过程。应力放散有两种方法：一位滚筒放散法，即实测轨温在设计锁定轨温范围内，放散时在钢轨下加垫滚筒，利用撞轨器使用钢轨自由伸缩，等钢轨充分回弹后，即钢轨内应力达到“零”应力，迅速锁定线路；二是拉伸器滚筒放散法，即实测轨温低于设计锁定轨温下限值时，将要放散的单元轨节一端与已放散锁定的线路焊接，一端安装钢轨拉伸器，根据实测轨温计算出单元轨节的拉伸量，用拉轨器将单元轨节拉伸至计算出的拉伸量，各测点位移均达到计算位移量后进行锁定。

（1）应力放散条件

线路应力放散前轨道几何尺寸应基本达到设计规定：高低允许偏差5mm，轨向允许偏差5mm，扭曲允许偏差5mm,轨距允许偏差＋4～－2mm,水平允许偏差5mm;道床应达到初期稳定状态：道床横向阻力不小于7.5kN/枕，道床支承刚度不小于70kN/mm。

（2）质量标准

无缝线路应在设计锁定轨温范围内锁定，且同一单元轨节左右股钢轨的锁定轨温差不应大于5℃，相邻单元轨节间的锁定轨温差不应大于5℃，同一区间内单元轨节的最高与最低锁定轨温差不应大于10℃。长大隧道内距洞口20m范围内无缝线路的设计锁定轨温与两端区间无缝线路的设计锁定轨温应一致，隧道相邻单元轨节的设计锁定轨温按锁定轨温差不大于5℃逐渐过渡。洞口过渡段加强锁定。

8精细整道

线路应力放散及锁定完成后，对线路进行三遍精细整道。第一遍采用精确法作业，第二、三遍采用顺平法作业，起道量控制15mm左右，采用单捣，夹持时间设置在0.8s，大机起终点重合地段采用搭接法作业。捣固作业后的稳定车稳定速度为1km/h，稳定频率按35Hz设置，加载至80%。

在精细整道作业阶段的起、拨道作业轨温尽量在实际锁定轨温±5℃范围内进行，困难时不得超过实际作业轨温的－20℃～＋15℃，严禁超温作业。

9轨道整理

精细整道后轨道道床达到稳定状态，道床横向阻力不小于10 kN/枕，纵向阻力不小于12 kN/枕，道床支承刚度不小于100 kN/mm。

轨道整理主要是对轨道静态几何尺寸进行精调，一次拆卸扣件不能过长，以3～5根轨枕为宜。轨道精调按照“先轨向、后轨距”，“先高低、后水平”的原则进行调整：先调整基准轨轨向，后调整非基准轨轨距，主要采用调整或更换轨距来实现；先调整基准轨高低，后调整非基准轨水平，通过更换调高垫板在实现。

轨道精调完成后对道床静态几何尺寸、道床厚度、道床半宽、砟肩堆高等进行检查，整理路容，确保道床几何尺寸满足设计要求。

10钢轨预打磨

钢轨预打磨的目的主要是：消除钢轨轧制过程中形成的原始不平顺和轨面擦伤，消除钢轨运输、施工过程中产生的短波不平顺，以及消除钢轨焊头的不平顺，包括工厂内接触焊及工地焊接接头，推迟可能发生的波形磨耗，避免钢轨的微小缺陷进一步发展，提高列车舒适度。

钢轨预打磨采用PGM-96C型移动打磨列车，钢轨打磨时打磨角度为+46°～-10°度（钢轨内侧角度为正），打磨作业走行速度10～18km/h，相连两段线路重叠打磨的区域不少于5m。预防性打磨一般打磨三遍，以改善轨道的平顺性，特别是短波的不平顺，减少列车与轨道由于不平顺产生的互相影响，满足列车高速运行时的舒适度要求。

11结论

随着社会经济的发展和技术的不断进步，人们对铁路的速度、舒适和安全要求不断提高。作为轨道结构技术进步的标志——无缝线路的出现使得铁路的速度、安全和乘坐舒适度得到了极大提高，从而成为未来铁路发展的方向。本文详细介绍了有砟轨道无缝线路的施工技术要点，对无缝线路施工技术进行了初步的研究，具有一定参考价值。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.TB10413-2003 J284-2004.铁路轨道工程施工质量验收标准[S].北京：中国铁道出版社，2012:38-49.

[2]铁道部经济规划研究院. TZ201-2008.客货共线铁路轨道工程施工技术指南[S].北京：中国铁道出版社，2008:23-32.

钢轨焊接篇8

关键词：既有线；无缝线路维护保养；曲线换轨；气压焊；施工组织及方法

1 概述

1.1 工程概况

上海轨道交通3号线中潭路站～上海火车站区间，里程范围DK14+720～DK15+120，线路长度为400m，本段为高架线。其线路纵坡0‰-21.7‰，平面曲线半径400m。经过长期的地铁列车运营轮轨作用力的影响，曲线地段钢轨出现不同程度的侧磨和波磨，钢轨磨耗值超限，影响行车安全，为确保地铁运营安全，需对磨耗钢轨进行更换。本工程为既有线施工，运营结束后方可进入现场施工，时间为00：30-03：30。

1.2 方案比选

上述需换轨曲线地段为高架线，且为既有线，施工场地狭小，施工点较短（约3h），不宜选用闪光接触焊。铝热焊强度低、质量欠稳定，断头率高，综合性能差。而气压焊施工时间短、顶锻烧损较少约（3cm），质量较铝热焊稳定。经过多方研究、讨论，采用气压焊进行施工。

2 气压焊原理

气压焊的热源多采用氧-乙炔火焰。其焊接原理是：将被焊金属构件的焊接端加热到熔化状态或塑性状态时，在顶锻力的作用下，相互焊接的金属端面的熔体或塑体的原子之间，相互扩散渗透再结晶，在2个相互焊接的金属面之间，形成新的结晶，使两金属构件融结成一体。

3 具体施工方案

3.1 施工工艺

气压焊施工工艺详见下图：

气压焊施工工艺流程图

3.2 施工准备

3.2.1 人员准备

结合既有线施工特点，确定本工程现场管理班子及施工人员，建立本工程实际需要的项目管理体系，负责本工程施工现场的组织管理。

（1） 气压焊施工人员配置表（见表1）

（2）长轨换铺人员配置表（见表2）

3.2.2 技术准备

钢轨焊接型式试验

接触焊机在正式焊接前，首先调整焊机的焊接工艺参数，在适合工艺参数下焊出焊头进行型式检验。

型式检验通过后再进行大规模焊接。型式检验按 《钢轨焊接接头技术条件》（TB/T1632-91）中的规定进行，其检查项目包括十项指标，其中任何一项不合格即不能通过。

3.2.3 材料机械设备准备

根据本工程工期质量要求及实物工程量，合理配备施工机械、施工机具及周转材料。机械设备配置详见表3。

表3 机械设备配置表

3.3 钢轨线下焊接方案

用轨道车运送25m钢轨至中潭路换铺段，采用小型气压焊设备对25m钢轨进行线下焊接，小型气压焊设备由人工倒运至站台层，在施工点批复后，用平板车推送至施工作业面进行焊接施工。两两焊接后再焊接下一根钢轨最终形成长轨。

（1）焊接钢轨的加固：采取适当的加固措施，避免钢轨在对接、对正以及焊接的过程中发生移动。

（2）钢轨端头的准备：仔细检查钢轨端头，并做好焊接前的清理、打磨工作，达到气压焊所应具备的条件，必要时可锯轨打磨。

（3）钢轨端头对正：正确做好轨端的间隙设定，垂直对正和水平对正，并消除钢轨端头间的小量倾斜；这一步的工作至关重要，如若其中任何一个工作没有做好，将直接导致焊接的失败。

（4）安放气压焊设备，此步骤一定要检查气压焊设备是否固定好。并将燃气与冷却设备连接好备用。

（5）安放推凸装置。

（6）点火焊接：焊接时随时调节氧气与乙炔气，并来回移动加热器，由由经验的焊接人员看时间及焊接火候。

（7）加热顶锻：采用全长淬火轨铺设无缝线路时，在现场焊接的接头被退火，机械性能低于原淬火轨。使用加热器、淬火冷却装置和气体流量控制箱组成的小型便携式热处焊接完成后立即用燃气加热加热时间：5分钟左右 冷却水量和冷却时间：冷却水量为0.4m3/h，冷却时间为25秒左右。

（8）推瘤：使用推瘤机推瘤并除掉余烬。

（9）正火：钢轨焊接接头进行焊后处理。热处理采用（氧+乙炔）火焰正火。当钢轨焊接头温度降至500℃以下时开始火焰正火。加热器沿焊接头纵向摆动量7～10cm，轨头加热的表面温度一般不超过950℃，轨底角加热的表面温度不低于830℃，钢轨表面正火加热温度采用光电测温仪，做好正火记录。

（10）打磨：推瘤后立即进行打磨，使其接近钢轨，打磨接头的轨内、轨外面。

3.4 长钢轨更换方案

对更换钢轨的两个端头做好标记，以便锯轨。同时人工用电动扳手进行扣件的拆卸；人工用撬棍将既有线旧轨向线路两侧拨出；将新轨拨进落槽；上扣件、进行焊接施工（焊接同线下焊接）；线路整理、清理施工现场；施工完毕。

更换长轨具体详细施工安排见“长轨换铺施工计划表”

4 结束语

根据以往运营维护的经验，由于列车轮对的作用力影响，曲线地段钢轨在一定时间内需进行钢轨更换，以保证运营的安全。而我国依据气压焊原理研制成功了小型化轻便型的气压焊机，即小型移动式气压焊机，由于其具有设备简单、体型小、重量轻、移动操作方便等特点，通过在上海轨道交通3号线中潭路站～上海火车站区间曲线地段换轨施工中的实践与应用，在地铁线路运营后的维护保养中用气压焊设备进行钢轨焊接，施工成本低，生产效率高，焊接质量容易控制。此项施工技术已经得到了充分的肯定和证实，对目前国内正在兴建的高速铁路及客运专线无缝线路施工提供了良好的技术储备。

参考文献

[1]钢轨焊接第1部分：通用技术条件，TB/T 1632.1-2005.

[2]钢轨焊接第4部分：气压焊，TB/T 1632.4-2005.