關于鋼軌移動式氣壓焊焊接塌角問題的探討

趙 陽,王慶瑜,舒會權,張 軍,孫昭藩,王 利,孫 翱

(濟南鐵路局濟南工務機械段,山東 濟南 250002)

1 引 言

隨著中國鐵路的飛速發展,無縫線路應運而生。相對于普通鐵路,無縫線路大大減少了鋼軌接縫,使得列車在運行過程中振動減少、運行平穩,并且運行速度得到提升,而鋪設無縫線路最重要且顯著的特點就是焊接接頭。在博小線再用軌現場焊接施工及前期型檢準備焊接中,均出現了不同程度的焊接接頭塌角問題,因此需要提高焊接接頭的內在質量與外觀質量,解決該問題并防止該問題今后繼續發生,這成為當前任務的重中之重。

2 產生塌角因素分析

2.1 塌角產生的原因

焊縫的軌底腳附近區域部分金屬發生下垂,甚至焊瘤頂面低于軌底腳的頂面,這種現象稱為軌腳塌陷。通常,軌腳塌陷產生的原因有設備、人工、環境等多重因素,但主要原因包括軌底腳高低偏差過大、焊接加熱的時間過長、加熱器擺火范圍導致加熱面過寬、加熱溫度過高及過低等。

例如,左右加熱器火孔偏斜未在一條直線或加熱器火孔與焊縫出現偏差,加熱器的擺動幅度過大,這個時候加熱面過寬,造成軌底腳溫度過高,受重力頂鍛發生塌角;加熱器的軌底腳溫度低,需要延長加熱時間來達到相應焊接溫度,此時軌底腳加熱時間過長,傳熱面過大,受重力頂鍛發生塌角。

2.2 因素分析

以濱州博小線換軌施工焊接鞍鋼60kg/m的U75V鋼軌(再用軌)及前期型式檢驗為例,該軌出現不同程度的焊接接頭塌角問題,結合焊機設備狀態與現場施工環境情況對塌角產生的原因進行分析。

(1)再用軌銹蝕嚴重,軌種變化多。

博小線再用軌焊接施工所用鋼軌在外放置時間較長,其表面出現較厚鐵銹,且鋸切后發現鋼軌軌種、生產廠家、軌型磨耗、年份等都有明顯不同,如表1所示。同種型號不同年份的鋼軌、不同成分的鋼軌之間(混焊)加熱效率不同,焊接時會出現一種型號鋼軌溫度達到焊接要求,而另一種型號鋼軌溫度偏低的情況,焊接時延時會造成前者加熱溫度過高,頂鍛受重力發生塌角。

表1 博小線再用軌焊接施工鋼軌軌種

由于現場鋼軌軌種較多,后期進行總結時將不同鋼軌廠、不同型號的鋼軌進行氣壓焊端面加熱試驗,將鋼軌夾持在焊機上,使用標準氧氣乙炔火焰對鋼軌端面進行加熱,計算其達到頂鍛溫度的時間,其試驗數據如表2所示。

表2 鋼軌接頭頂鍛溫度時長試驗

因此,不同型號鋼軌在焊接過程中,由于兩鋼軌焊接頂鍛溫度、加熱時間不同,這會導致在頂鍛過程中,加熱時間短的一側鋼軌溫度高,頂鍛時受重力出現下凹,造成塌角。

(2)焊接氣體質量不良。

現場施工的氧氣乙炔氣體質量差別較大,每批氣體的燃燒熱能不一,加熱器火焰長度會出現明顯變化。因此,只能通過調節氧氣乙炔氣體流量來保證焊接火焰的正常。此時,往往需要人工去觀察鋼軌的加熱情況。鋼軌軌底腳溫度過高或溫度過低,都會產生塌角現象。圖1所示為4次更換氣瓶調節氧氣乙炔流量數值變化曲線圖。

圖1 更換氣瓶日期與調整氧氣乙炔變化曲線圖

圖1中,上方折線為焊接過程中乙炔氣體流量數值,下方折線為焊接過程中氧氣氣體流量數值,4條豎線為4次更換氣體時間節點,黑色橫線為標準氧氣乙炔氣體流量?？梢钥闯?更換過氧氣乙炔后,現場需要根據實際火焰狀態與加熱情況進行氧氣乙炔氣體流量的調整,這對作業人員觀察火焰及加熱狀態的要求更加嚴格。

(3)加熱器對兩軌底腳加熱不均。

焊接前期準備時,為了降低回火情況的發生,作業人員需清理加熱器積碳并調氣試火。在清理加熱器時,需將加熱器從安裝板上卸下,再次進行安裝時,由于觀察的原因,或者加熱器安裝螺母未緊固,可能會造成安裝后的加熱器火孔未在一條直線上或者加熱器火孔在一條直線上但整體輪廓與端面發生垂直方向的偏斜。此時進行加熱焊接鋼軌,就會導致鋼軌左右加熱不均,尤其是薄弱部位的軌底腳,從而造成鋼軌軌底腳一側溫度高、一側溫度低(如圖2所示),頂鍛時溫度高的一側軌底腳加熱面過大,頂鍛時受重力產生塌角。

圖2 鋼軌接頭焊接加熱過程焊縫兩側溫度不同

(4)作業人員操作不熟練,作業標準化落實差。

近年來,隨著年輕職工的不斷加入,焊軌隊伍不穩定,甚至是臨時組建。鋼軌焊接工需要常年焊接經驗的積累,職工普遍只會普通操作,沒有經過專業系統的學習,對氣壓焊的部件結構、關鍵技術沒有掌握,遇到突發情況或質量問題不能很好地解決。加之有的焊接作業人員不注重細節,例如端面打磨平直度不夠、端面清洗不徹底等;還有的作業人員有“氣壓焊質量好,沾上就比鋁熱焊強”的錯誤觀念,輕視了氣壓焊的復雜、科學性,放松了質量意識。

(5)再用軌扭曲,軌底對軌難度大。

現場再用軌放置時間較長,鋼軌出現扭曲且磨耗較大,對軌時會出現軌頂、工作邊、一側軌底腳均對齊,而另一側軌底腳無法對齊的現象,此時加熱頂鍛,常常會使未對齊軌底腳偏低一側出現塌角現象。圖3所示為鋼軌對軌夾緊產生的偏差與未對齊焊接產生的塌角。

圖3 鋼軌對軌夾緊產生的偏差與未對齊焊接產生的塌角

針對鋼軌塌角產生的原因是否與鋼軌扭曲、對軌不平整有關,通過試驗進行了分析。設置8組鋼軌再用軌扭曲接頭,1組年限較小的再用軌正常接頭,使用標準焊接參數對其分別進行焊接。其中,8組鋼軌再用軌扭曲接頭中的4組在對軌與夾緊后不進行細微調整,其軌頂軌底均出現高低左右扭曲;8組鋼軌再用軌扭曲接頭中的另外4組在對軌與夾緊后進行細微調整,使其軌底高低左右扭曲量降到最低或接近無高度差;1組年限較小的再用軌正常接頭進行焊接。試驗結果如表3所示。

表3 再用軌扭曲接頭焊接試驗

由表3可以看出,在對軌與夾緊后不進行細微調整的再用軌扭曲接頭均出現嚴重的塌角現象,在對軌與夾緊后進行細微調整的再用軌扭曲接頭有3組出現輕微塌角(焊接后經打磨消除其外觀質量合格),1組未出現塌角,1組年限較小的再用軌正常接頭未出現塌角。

3 塌角的解決方案

為保證焊接質量,解決軌底腳塌角缺陷,結合型檢與現場實際操作,提出以下解決方案:

(1)對平軌底,調整鋼軌扭曲。在現場施工過程中,由于鋼軌磨耗、扭曲嚴重,在焊前對軌后,采用焊機夾持對軌的方法,即將焊機落在動靜端鋼軌上,夾緊動端,通過不斷松開夾緊靜端鋼軌并伴隨提升下壓的方式調節兩待焊軌條的軌底腳平直度。當兩側軌底腳的平直度偏差較小后(再用軌軌底腳有一定扭曲,完全對齊難度較大),再進行焊接,此時頂鍛出的接頭出現塌角的幾率很小,即使出現也是由于焊筋過高而形成的下壓,焊后打磨即可消除,不影響焊接外觀質量。

(2)提高加熱效率,縮短焊接時間。在再用軌型檢過程中曾出現塌角現象,通過提升氧氣乙炔流量比、降低加熱器擺幅、縮小焊機頂鍛量等方式,使加熱器可在短時間內將鋼軌加熱至可頂鍛狀態。表4所示為調整前后加熱器參數數值對比。通過參數調整,在保證整體溫度達標的同時,軌底腳的溫度未出現過高情況,且在頂鍛過程中出現塌角的概率大大降低。由于焊筋過高而形成的下壓,焊后打磨即可消除,不會出現深坑現象,不影響焊接外觀質量。

表4 調整前后加熱器參數數值對比

(3)加強氣體質量的管控。單位、班組要加強對氣壓焊氧氣、乙炔氣體的質量管控,建立健全氣體管理制度,對達不到焊接要求的氣體及時更換,嚴禁強行施工影響鋼軌焊接接頭質量。

(4)加強作業標準化。細化作業流程、工序合理分工銜接。作業工隊、車組交班前將作業流程細化,將工作落實到個人,建立追責制度,合理分配工序,由下一工序檢查上一工序的作業情況,防止因人為原因造成焊接外觀、內部質量不合格。

4 結束語

結合型檢與濱州博小線換軌施工過程焊接的鞍鋼U75V鋼軌,采用YHGQ-1200型移動式氣壓焊軌車在焊接再用軌時因鋼軌母材扭曲大,鋼軌對軌難度大,焊接氣體質量差別較大,出現焊接接頭軌底腳塌角問題。通過不斷試驗,對軌改善軌底腳平直度,降低焊接時間,提升焊接熱值,讓鋼軌在短時間內焊接完成,很好地改善了軌底腳塌角問題。在鋼軌焊接的道路上,要不斷地探索、解決一些難題,進行標準化作業,保證焊接質量,為鐵路事業貢獻力量。