鋼軌焊接-文檔資料

1、1二、高速鋼軌的焊接1、鋼軌焊接方法2、鋼軌閃光焊3、我國鐵路鋼軌焊接體系4、鋼軌閃光焊接設(shè)備5、鋼軌閃光焊工藝6、鋼軌焊接工序與焊接質(zhì)量7、鋼軌閃光焊灰斑21、 鋼軌焊接方法 鋼軌焊接方法主要有四種： 閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊和窄間隙電弧焊。歐洲采用閃光焊、鋁熱焊和窄間隙電弧焊，不采用氣壓焊； 日本新干線采用閃光焊、氣壓焊和窄間隙電弧焊； 我國主要采用閃光焊、氣壓焊和鋁熱焊。31.鋼軌焊接方法我國三種鋼軌焊接方法所占的接頭數(shù)量比例為：閃光焊約占87，氣壓焊占10，鋁熱焊占3。從焊接質(zhì)量看，閃光焊的質(zhì)量最穩(wěn)定，統(tǒng)計的折損率僅為0.007%，鋁熱焊最差，折損率為0.5%。可見閃光焊是最主要且為最可

2、靠的鋼軌焊接方法。41.鋼軌焊接方法鋼軌閃光焊：將待焊鋼軌分別上下夾緊，鋼軌兩端相互接近直至接觸，電流通過待焊鋼軌端部產(chǎn)生的熱量，不斷形成金屬過梁，隨著過梁爆破產(chǎn)生閃光、飛濺使被焊端面加熱至表面熔化狀態(tài)，隨后加壓頂鍛，在壓力下兩端金屬相互結(jié)晶，使兩節(jié)鋼軌焊接在一起。 51.鋼軌焊接方法頂鍛力夾緊力電極鉗口+-頂鍛力夾緊力夾緊力夾緊力61.鋼軌焊接方法 鋼軌氣壓焊： 將需焊接的鋼軌端面對準(zhǔn)并緊密貼合，用火焰加熱端面周圍到塑性狀態(tài)，然后對貼合面加壓頂鍛。鋼軌氣壓焊的焊接溫度較低，只加熱到1250左右，且為固相結(jié)合，故具有焊接強度高等一般壓接法所具有的優(yōu)點。 71.鋼軌焊接方法 加熱器火焰燃?xì)饫鋮s水

3、 (a) 示意圖 (b) 焊接作業(yè) 鋼軌氣壓焊示意圖81.鋼軌焊接方法 鋁熱焊是熱劑焊的一種。鋁熱焊是在待焊件之間留出一定的間隙，周圍用模具圍上，然后點燃坩堝中的焊劑，通過氧化還原反應(yīng)，放熱生成液態(tài)金屬，將液態(tài)金屬注入焊件之間的間隙，完成金屬的焊接。91.鋼軌焊接方法焊藥自熔塞分流塞砂側(cè)模鋼軌底模 (a) 焊接斷面圖 (b) 焊接作業(yè) 鋁熱焊101.鋼軌焊接方法 鋼軌窄間隙電弧焊：將鋼軌待焊端部預(yù)留一定的間隙，軌底襯上模具，預(yù)熱后采用手工焊條進行焊接，軌底第一道焊接采用單面焊雙面成型，第二層以上采用單道焊接，每道焊接完后進行除渣。軌底焊完后，用模具圍住軌腰和軌頭兩側(cè)，采用連續(xù)焊接的方法焊接軌腰

4、和軌頭，焊接過程不進行除渣。焊后對接頭進行熱處理和打磨。111.鋼軌焊接方法電焊條模具122、 鋼軌閃光焊鋼軌閃光焊機的自動化程度和焊接效率高，焊接接頭質(zhì)量穩(wěn)定，因此是鋼軌焊接最主要的方法。鋼軌閃光焊機從機器的使用方法上可以大致分為固定式和移動式兩種。13固定式鋼軌閃光焊機主要用于鋼軌的工廠或基地焊接；移動式鋼軌閃光焊機主要應(yīng)用于鋼軌的線上焊接以及鋼軌鎖定焊。14固定式與移動式閃光焊比較固定式閃光焊比移動式閃光焊在鋼軌焊接質(zhì)量上有著明顯優(yōu)勢：1）焊前打磨在焊軌基地采用自動打磨機，而線上只能人工打磨，即使焊軌廠采用人工打磨，作業(yè)位置和作業(yè)環(huán)境也都優(yōu)于線上。152）固定式閃光焊機具有對中功能，而移

5、動式焊機沒有此功能。對中調(diào)節(jié)對于防止接頭錯邊相當(dāng)重要，一旦出現(xiàn)錯邊只能通過打磨來消除，而打磨可矯正的量是十分有限的。3）在焊軌基地均采用中頻感應(yīng)加熱正火，焊后熱處理質(zhì)量高?，F(xiàn)場只能采用火焰加熱正火。由于火焰正火受火孔、氧乙炔氣壓、氣候環(huán)境等的影響，正火效果常常不夠穩(wěn)定。164）基地固定焊接鋼軌后的接頭矯直一般采用四向矯直機，并帶有焊接接頭平直度的激光測量。線上移動焊接只能使用小型單向矯直機，矯直方向只能是水平橫向，所以對接頭平直度的保證差。175）基地固定閃光焊采用電網(wǎng)供電，而線上移動閃光焊只能采用發(fā)電機組。在實際應(yīng)用中，發(fā)電機的電源質(zhì)量明顯不如網(wǎng)電，空載時電壓較高，而短路時電壓下降幅度很大，

6、因此，不利于焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。186）環(huán)境對鋼軌焊接質(zhì)量的影響也不可忽視。室內(nèi)焊接無風(fēng)、無雨，溫度相對恒定。室外則完全不同，在有風(fēng)條件下焊接，焊縫容易產(chǎn)生缺陷，環(huán)境溫度的高與低，對電器和液壓系統(tǒng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致焊接工藝的波動，這些都會直接影響焊接質(zhì)量。 193、我國鐵路鋼軌焊接體系鋼軌定尺長度越長，焊接接頭越少，軌道質(zhì)量越好。綜上所述，在五種鋼軌焊接方式中，焊接接頭的質(zhì)量穩(wěn)定性依次為固定閃光焊、移動閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊和電弧焊。20我國客運專線鋼軌的焊接體系：采用100m長定尺鋼軌（不用25m或50m）、采用固定式基地閃光焊(不采用移動閃光焊的方式在道邊焊)、長鋼軌長度采用500m（不采用國外的

7、200400m）、采用移動式閃光焊或鋁熱焊進行單元軌節(jié)和無縫線路鎖定焊(不用氣壓焊，并盡量減少使用鋁熱焊)。 21該焊接體系在鋼軌的定尺長度（日本50m、法國80m、德國120m）、焊接長鋼軌長度（日本200300m，法國400m）、焊接方式（日本、法國分別采用電弧焊和鋁熱焊進行鎖定焊，焊頭質(zhì)量不及移動式閃光焊）均處于世界領(lǐng)先水平。 22這一焊接體系首次在京津城際鐵路上施工并獲得成功。（全路11個焊軌基地現(xiàn)均已投入生產(chǎn)）這也是京津城際鐵路無縫線路施工中的重大技術(shù)突破之一（即全部采用具有質(zhì)量穩(wěn)定的閃光焊技術(shù)焊接鋼軌）。23隨著100m定尺鋼軌的推廣使用，也有在普通鐵路施工中直接用移動閃光焊將10

8、0m 長定尺鋼軌焊成無縫線路，這樣可以減少無縫線路施工效率，為國外鐵路近年來大量采用的無縫線路焊接施工方法。244、 鋼軌閃光焊接設(shè)備4.1 4.1 固定式鋼軌閃光焊機固定式鋼軌閃光焊機可以大致分為兩類：一類以瑞士施拉特（SCHLATTER）公司為代表生產(chǎn)的GAAS80（600、700和580）系列直流焊機。另一類是以烏克蘭巴頓焊接研究所為代表生產(chǎn)的K系列交流焊機（如K190、K1000）等；是另外，還有焊軌廠使用瑞典伊薩公司的ZFR11焊機。25瑞士施拉特（SCHLATTER）公司生產(chǎn)的GAAS80焊機 26GAAS80GAAS80焊機焊機 GAAS80系列焊機與K系列焊機有相當(dāng)大的不同，采

9、用直流電源。直流電源優(yōu)點是三相電壓和電流較為平衡，對電網(wǎng)的污染較小。采用直流電源，鉗口部位無交流阻抗，因此，電流回路可以設(shè)計的較大，這對于加大鉗口部位的空間，方便對中和焊渣的清理都有極大的好處。27GAAS80焊機的機械系統(tǒng)十分復(fù)雜，電極導(dǎo)電、鋼軌對中、頂鍛夾緊以及推凸等動作分別由不同組的油缸完成，總共油缸多達(dá)30個左右。GAAS80焊機焊接工藝與K系列焊機也不相同，它采用預(yù)熱閃光工藝。直流焊機由于焊接回路的阻抗小，因此如果采用連續(xù)閃光工藝，加熱的效率將會大大下降，因此，一般采用預(yù)熱閃光工藝。28烏克蘭巴頓焊接研究所生產(chǎn)的K190焊機 29K190焊機 K190焊機的程序控制也是采用機械控制，

10、鉗口的前進與后退也是由渦輪蝸桿連接的隨動閥控制，因此，也只能進行連續(xù)閃光工藝。K190可以進行夾緊狀態(tài)下鋼軌端部的上下和左右的自由調(diào)節(jié)，因此，對中的效果好，這為減小鋼軌焊后的接頭錯邊提供了良好的基礎(chǔ)。 30烏克蘭巴頓焊接研究所生產(chǎn)的K1000焊機 31K1000焊機 K1000是K190的升級產(chǎn)品，焊機的控制系統(tǒng)進行了PLC以及比例伺服閥的改造，同時，頂鍛油缸采用了并聯(lián)機構(gòu)。K1000可以進行連續(xù)閃光工藝，也可以采用脈動工藝，鋼軌的水平夾緊增加了一級軌腰定位，這些功能的增加，更加有利于保證鋼軌的對中精度。 324.2 移動式閃光焊機大致可以分為兩類：應(yīng)用最為廣泛的是以烏克蘭巴頓K系列為代表的移

11、動式閃光焊機，如K355、K900、K920以及K922等。除此之外，還有俄羅斯、美國等基本上是K355改進型的，與K系列焊機沒有本質(zhì)差別。33 另一類移動式鋼軌閃光焊機是瑞士施拉特（SCHLATTER）公司生產(chǎn)的AMS60系列焊機，該焊機在我國的應(yīng)用并不理想，有的不得不進行電源的改造。34K355焊機K355焊機沒有焊接電壓、電流以及位移等工藝參數(shù)的記錄系統(tǒng)，焊接參數(shù)的調(diào)整只能靠人工經(jīng)驗或外加系統(tǒng)來判斷。焊機沒有工藝參數(shù)監(jiān)視系統(tǒng)。鉗口的前進與后退是由渦輪蝸桿連接的隨動閥控制，反應(yīng)速度很慢，因此，只能采用連續(xù)閃光工藝。 35烏克蘭巴頓焊接研究所生產(chǎn)的K355焊機 36K900焊機K900是在K

12、355的基礎(chǔ)上將程序控制方法改進成PLC控制，液壓采用了比例伺服閥，使得焊機的控制水平有了一個本質(zhì)的提高，精度達(dá)到了0.1秒以內(nèi)，徹底改變了焊機的操作性能。由于K900的控制精度提高，因此，K900焊機除了可以進行傳統(tǒng)的連續(xù)閃光焊以外，還可以進行脈動閃光焊。37烏克蘭巴頓焊接研究所生產(chǎn)的K900焊機 38K922焊機K922是近幾年開發(fā)的，最大特點是可以完成保壓推凸。由圖可以看出，焊接的左端多了兩個專用于推凸的油缸。另外，為了減輕焊機的重量，鋼軌夾緊油缸采用了升壓技術(shù)，這樣，該焊機可以用于線上的鋼軌鎖定焊。但是，K922焊機的鎖定焊功能應(yīng)用較為復(fù)雜，焊接的穩(wěn)定性也有待進一步提高。 39烏克蘭巴

13、頓焊接研究所生產(chǎn)的K922焊機 40瑞士施拉特（SCHLATTER）公司生產(chǎn)的AMS60焊機 41日本可移動式閃光焊機42近年來，美國的Chemetron公司研發(fā)出了采用中頻（1200Hz）逆變直流焊接電源的移動式鋼軌閃光焊機。 43AMS60焊機 瑞士施拉特（SCHLATTER）公司生產(chǎn)的ASM60焊機的機頭與K系列焊機完全不同，可以說是瑞士人獨立設(shè)計的。ASM60焊機的控制系統(tǒng)的設(shè)計存在不足，不僅焊接效率低，而且常常出現(xiàn)“拒絕焊接”現(xiàn)象，在我國進口的幾臺ASM60中幾乎都出現(xiàn)了這一現(xiàn)象。機頭重量比K系列重得多，達(dá)到了6噸，操作的靈活性受到了限制。 445、 鋼軌閃光焊工藝連續(xù)閃光焊工藝（

14、K系列 ）脈動閃光焊工藝（ K系列 ）預(yù)熱閃光焊工藝（ GAAS80系列）45連續(xù)閃光焊工藝基本階段： 焊接主要可以分為四個階段：第一階段為不穩(wěn)定閃光階段（或稱預(yù)熱閃光階段）；第二階段為穩(wěn)定閃光階段；第三階段為加速燒化階段；第四階段為頂鍛階段。連續(xù)閃光焊是以連續(xù)燒化為主的焊接方法，燒化速度較快，因此，連續(xù)閃光焊的第一、第二階段是按照位移量來設(shè)定的，當(dāng)焊接燒化量達(dá)到了設(shè)定值，系統(tǒng)自動進入下一階段。第三階段一般人為設(shè)定為10s。第四階段按照設(shè)定的位移量（頂鍛量）設(shè)置，一般在1018mm范圍內(nèi)。 46基本特點： 連續(xù)閃光焊接的優(yōu)點是焊接電流較小，除了開始短路階段的電流較大以外，其余穩(wěn)定的連續(xù)閃光階段

15、的平均電流均在400A以下。因此，焊接變壓器的負(fù)載較小。連續(xù)閃光焊的缺點是對鋼軌焊接端面加熱效率較低，閃光造成的焊接飛濺較大，焊接時間長，一般焊接一個60kg/m鋼軌接頭需要3min以上。過長的焊接時間，使得加熱端面的熱量分布不均，頂鍛效果下降，因此不適合焊接高碳當(dāng)量或高強度鋼軌。 47連續(xù)閃光焊接工藝曲線48脈動閃光焊工藝基本階段： 主要可以分為五個階段：第一階段為不穩(wěn)定脈動閃光階段；第二階段為穩(wěn)定脈動閃光階段；第三階段為連續(xù)閃光階段；第四階段為加速燒化階段；第五階段為頂鍛階段。脈動閃光焊在焊接前期位移量很小，如果用位移量控制每一階段的截止時間，誤差將會比較大。因此，脈動閃光焊的第一、第二階

16、段是按照時間來設(shè)定的。當(dāng)?shù)谝?、第二階段焊接時間達(dá)到了設(shè)定值，系統(tǒng)自動進入下一階段。第三階段和第四階段與連續(xù)閃光焊的方法相同。 49基本特點： 脈動閃光焊的優(yōu)點是加熱效率高，焊接時間明顯較小，一般至少可以減少1/3的時間。在減少時間的同時，加熱量卻明顯升高，由此，彌補了連續(xù)閃光工藝的不足。脈動閃光工藝目前已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于U75V等鋼軌的焊接，取得了良好的抗落錘沖擊的效果。但值得注意的是，K系列焊機均為單向交流電源，脈動閃光時的偏載現(xiàn)象較為嚴(yán)重。另外，由于短路時間長，因此，焊接變壓器的負(fù)載很大。 50脈動閃光焊接工藝曲線51預(yù)熱閃光焊工藝基本階段： 焊接主要可以分為四個階段：第一階段為閃平

17、階段；第二階段脈動短路階段（也有的稱為預(yù)熱階段）；第三階段為加速燒化階段；第四階段為頂鍛階段。與脈沖閃光焊相比，預(yù)熱閃光焊的加熱效率更高，燒化能力也更強。 52基本特點： 一般采用主動的長時間短路的焊接方法。預(yù)熱閃光工藝主要應(yīng)用在直流焊機上，因為直流焊機的阻抗較小，連續(xù)閃光時的飛濺較大。如果在直流焊機上采用連續(xù)閃光工藝，會造成焊接加熱效率進一步下降，焊接時間進一步延長。 。 53預(yù)熱閃光焊接工藝曲線546、 鋼軌焊接工序與焊頭質(zhì)量 鋼軌廠焊基本工位556、 鋼軌焊接工序與焊頭質(zhì)量焊軌廠改造前基本工位：-配軌-軌端矯直-焊前除銹-焊接-接頭粗磨-焊后熱處理-空位-焊后強冷-矯直-精磨-探傷-焊軌

18、廠改造后（焊接百米鋼軌），分為焊接和精整兩條線，焊接線工位布局： -配軌-軌端矯直-焊前除銹-焊接-焊后熱處理-時效精整線工位布局：-矯直-精磨-探傷-566.1 焊前檢查鋼軌表面質(zhì)量及型式尺寸不合格鋼軌不能用于焊軌生產(chǎn)。用樣板檢查鋼軌型式尺寸。576.2 焊前矯直端頭彎曲鋼軌應(yīng)進行矯直或切除彎曲部分后，方可進行焊軌生產(chǎn)。* 端頭彎曲會引起焊縫錯邊上下錯位水平錯位586.3 焊前除銹：待焊鋼軌端面及與閃光焊機電極接觸部位應(yīng)除銹打磨干凈。59打磨比較徹底 打磨不徹底* 除銹不徹底會導(dǎo)致：1）焊接熱輸入不足；2）嚴(yán)重時產(chǎn)生電極灼傷。601）焊接熱輸入不足；焊接部位偏窄，落錘試驗容易斷成三節(jié)。612

19、）電極灼傷灼傷部位位于電極處62落錘試驗時，電極灼傷處發(fā)生斷裂63電極灼傷處顯微組織為脆性馬氏體64電極灼傷本質(zhì)：當(dāng)鋼軌與電極接觸不良，或接觸面上有未清除干凈的殘留焊渣，通電時會引起局部接觸電阻增加，使其迅速加熱和冷卻，從而導(dǎo)致鋼軌金屬組織發(fā)生變化，并產(chǎn)生馬氏體組織。 65防止方法1）鋼軌電極除銹徹底；2）焊接前檢查電極是否有焊渣等異物，特別是下電極；3）鋼絲刷除銹機僅限于新軌使用，有明顯銹蝕的鋼軌必須采用砂輪除銹。666.4 焊接和推凸6.4.1 焊前軌溫不宜低于10。6.4.2 焊接接頭軌頭、軌底下表面和軌底上表面推凸余量不大于1mm，其他部位不大于2mm。676.4.3 焊渣不應(yīng)擠入母材

20、和劃傷母材。 * 推凸時溫度過低易引起開裂。斷面B側(cè)A側(cè)裂紋源右圖取樣部位推凸方向68軌腰先期開裂696.4.4 推凸后（打磨前）接頭錯邊量：軌頂縱向中心線處0.5mm；軌頭工作側(cè)面軌頂面下16mm 0.5mm；軌腳邊緣水平方向2.0mm。錯邊量測量方法15mm15mmxy直尺底面706.5 粗磨 應(yīng)沿鋼軌縱向打磨。錯邊打磨應(yīng)均勻過渡。不得出現(xiàn)打磨灼傷。表面粗糙度應(yīng)滿足探傷要求。716.6 焊后熱處理 6.6.1 檢查熱處理設(shè)備和工藝參數(shù)是否正常。檢查焊頭焊縫是否位于加熱感應(yīng)器中心。6.6.2 焊頭正火起始加熱溫度應(yīng)低于500，軌頭加熱溫度850950。為保證焊接接頭軌頂面硬度，無論是淬火軌還

21、是未淬火軌，焊接接頭軌頭均應(yīng)噴壓縮空氣冷卻。72焊后熱處理工藝不當(dāng)產(chǎn)生的問題及對策問題：1）未進行加熱正火熱處理；2）焊后未噴風(fēng)冷卻；3) 焊頭過早水冷出現(xiàn)馬氏體組織；對策：1）做好記錄；2）對接頭采用噴風(fēng)冷卻。3）防止接頭400 以上進行水冷；731）未進行焊后加熱熱處理未經(jīng)熱處理 經(jīng)過熱處理742）焊頭過早進行水冷，導(dǎo)致出現(xiàn)馬氏體組織正常珠光體組織 異常馬氏體組織硬度： HV 332 硬度：HV 830 25 m 753）焊后未進行噴風(fēng)冷卻焊接接頭硬度過低766.7 焊接接頭矯直當(dāng)采用冷矯直時，焊接接頭溫度應(yīng)低于400，有條件情況下可以在常溫下進行。平直度應(yīng)符合規(guī)定值。776.8 外形精整及平直度檢驗6.8.1 外形精整不應(yīng)使焊接接頭或鋼軌產(chǎn)生任何機械損傷和熱損傷。6.8.2 不允許用外形精整方法糾正超標(biāo)的平直度偏差和接頭錯邊。6.8.3 經(jīng)矯直和外形精整后，焊接接頭的平直度和表面質(zhì)量應(yīng)滿足要求。78* 打磨不當(dāng)引起焊接接頭裂紋79原因：對鋼軌軌頭打磨用力太猛，造成局部金屬急速升溫到Ac1以上，并且當(dāng)砂輪移開后，金屬又急速冷卻至Ms點以下，由