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移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接頭缺陷分析與應(yīng)對(duì)措施

文檔作者：王子儒文檔來(lái)源：沈陽(yáng)鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月19日
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移動(dòng)式鋼軌氣壓焊
接頭缺陷分析與應(yīng)對(duì)措施
王子儒：沈陽(yáng)鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，常務(wù)副所長(zhǎng)，高級(jí)工程師，遼寧沈陽(yáng)，l1 001 3
摘要：移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接頭存在外觀和
內(nèi)在缺陷。分析焊接接頭外觀缺陷高(低)
接頭及高低錯(cuò)位、旁彎及左右錯(cuò)位、軌角塌
陷、局部凹陷、表面燒傷產(chǎn)生的原因，并提
出應(yīng)對(duì)措施；分析焊接接頭內(nèi)在缺陷光疵、
未焊透、過(guò)燒、粗晶組織產(chǎn)生的原因，并提
出應(yīng)對(duì)措施?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，鋼軌氣壓焊接
頭具有較高的靜彎、抗疲勞強(qiáng)度和良好的沖
擊韌性。
關(guān)鍵詞：鋼軌氣壓焊接頭；缺陷；措施；鋼
軌焊接
近 年來(lái)，鐵路高速、重載運(yùn)輸迅猛發(fā)展，對(duì)鋼軌焊 接接頭質(zhì)量提出更高要求
。 移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接
頭質(zhì)量高，設(shè)備輕便，操作簡(jiǎn)單，在國(guó)內(nèi)外新建線路和
維修中得到廣泛應(yīng)用。
移動(dòng)式鋼軌氣壓焊是將鋼軌的兩個(gè)端面緊密貼合，
采用氣體火焰加熱，將貼合面及其附近區(qū)域加熱至塑性
狀態(tài)。在金屬原子具有足夠的“活化能” ，并穿過(guò)界面
互相急劇擴(kuò)散時(shí)，對(duì)貼合面加以頂鍛， 以建立原子問(wèn)的
金屬鍵聯(lián)結(jié)，完成再結(jié)晶而獲得焊接接頭的方法?。這
種塑性壓力焊接的接頭與母材材質(zhì)接近，抗拉強(qiáng)度達(dá)到
母材標(biāo)準(zhǔn)90％以上，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到母材80％以上，正
火后焊縫沖擊韌性與鋼軌母材材質(zhì)相同。
移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接頭受人為因素影響較大，施工
巾受環(huán)境和氣候條件影響，焊接過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生
各種焊接缺陷。通過(guò)對(duì)焊縫的檢查，以及對(duì)落錘、靜彎
試驗(yàn)接頭斷裂的端面檢查和小件試驗(yàn)的金相組織分析，
移動(dòng)式鋼軌氣壓焊接頭存在外觀和內(nèi)在缺陷。外觀缺陷
是焊接接頭的幾何形狀偏差和局部凹陷； 內(nèi)在缺陷是光
斑、未焊透、過(guò)燒及粗晶組織。
一35—
1 焊接接頭外觀缺陷
1．1 高(低)接頭及高低錯(cuò)位產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)措施
采用1 m平尺測(cè)量鋼軌頂面， 焊縫與原鋼軌向上
(向下)的凸出(凹陷)量超過(guò)規(guī)定的允許值稱為高
(低)接頭，低接頭不允許出現(xiàn)。高低錯(cuò)位是焊接的兩
根鋼軌端面上下偏差超過(guò)規(guī)定的允許值。
(1)產(chǎn)生原因。移動(dòng)式鋼軌氣壓焊焊接是靠壓接
機(jī)的軌頂和軌底螺栓將待焊鋼軌上下定位(見(jiàn)圖1)，
若壓接機(jī)的4根軌底螺栓高低不平，導(dǎo)致出現(xiàn)高(低)
接頭或高低錯(cuò)位。加熱器擺放不正，其底部火焰溫度高
于頂部或頂部火焰溫度高于底部，出現(xiàn)高低錯(cuò)位或高
(低)接頭。目前，鋼軌運(yùn)輸采用長(zhǎng)軌車將200～500m
的長(zhǎng)鋼軌運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)并擺放到線路砟肩上，砟肩本身高低
不平，在其上需進(jìn)行順軌、墊軌、對(duì)軌等一系列作業(yè)。
若順軌距離不夠、墊軌不平與不實(shí)、對(duì)軌不正，采用壓
接機(jī)矯正，鋼軌接頭內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力。鋼軌焊接結(jié)
束后，解除壓接機(jī)支座的約束力，鋼軌接頭內(nèi)部應(yīng)力釋
放，將出現(xiàn)高(低)接頭或高低錯(cuò)位。鋼軌端面采用磨
削和銼削處理，如果接頭端面垂直度未達(dá)到工藝要求，
也可出現(xiàn)高低外觀缺陷。
(2)應(yīng)對(duì)措施。針對(duì)焊接設(shè)備(壓接機(jī)、加熱
器)造成的焊接缺陷，應(yīng)按《移動(dòng)式鋼軌氣壓焊設(shè)備》
標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠檢查；保證設(shè)備工況良好，壓接機(jī)軌底螺
栓高低應(yīng)采用專用檢驗(yàn)棒檢查。4 Jl：~軌底螺栓的平面度
偏差應(yīng)小于規(guī)定的0．1 mnl，超差采用圓銼或半圓銼配合
檢驗(yàn)棒和塞尺進(jìn)行修正，若施工條件限制不能及時(shí)修
正，可采用在鋼軌底面與軌底螺栓間加墊片的臨時(shí)矯正
措施。因加熱器火焰分布不合理產(chǎn)生的高(低)接頭，
應(yīng)按對(duì)應(yīng)軌型的火孔分布圖加工(見(jiàn)圖2)。通過(guò)調(diào)整
圖2 60 kg／m鋼軌加熱器火孔分布示意圖
火孑L大小改變火焰功率，溫度低的部位采取擴(kuò)孔增加火
焰功率，溫度高的部位采取縮孔降低火焰功率。如果加
熱器的火孔分布平面度不良，調(diào)整超差的火孔部位，保
證火孔平面度偏差小于規(guī)定的1 mm。針對(duì)工藝操作不
當(dāng)造成的高低錯(cuò)位外觀缺陷，應(yīng)保證順軌時(shí)兩側(cè)待焊鋼
軌的順直距離達(dá)N2s m以上，采用檢測(cè)平尺檢查焊縫處
1 m范圍，要求基本無(wú)高低偏差。對(duì)軌完成后，檢查墊軌
枕木墩是否墊平、墊實(shí)，枕木墩下的道砟應(yīng)夯實(shí)，保證
列車通過(guò)時(shí)的振動(dòng)不會(huì)改變待焊鋼軌位置。對(duì)軌時(shí)保留
適當(dāng)軌縫，以滿足精銼處理為準(zhǔn)；夏季應(yīng)考慮漲軌量，
一36．
圖1 待焊鋼軌上下定位示意圖
冬季應(yīng)考慮縮軌量，避免對(duì)軌后采用壓接機(jī)
長(zhǎng)距離拉軌；焊接頂鍛過(guò)程中枕木墩出現(xiàn)傾
斜，應(yīng)及時(shí)調(diào)整回位。鋼軌端頭按工藝要求
處理。針對(duì)操作不當(dāng)出現(xiàn)的高(低)接頭，
采用正火后墊軌矯正， 出現(xiàn)高接頭可在焊縫
兩側(cè)墊墩，架空焊縫，在高溫狀態(tài)下利用壓
接機(jī)和鋼軌白重壓迫焊縫，緩慢消除高接
頭，也可采用鋼軌豎直調(diào)直機(jī)調(diào)直。出現(xiàn)不
嚴(yán)重的低接頭可重新墊軌，待鋼軌溫度冷卻
至500℃以下，進(jìn)行二次加熱頂鍛。如果鋼軌
接頭高低錯(cuò)位和無(wú)法消除高(低)接頭，必
須割開(kāi)重焊。
1．2 旁彎及左右錯(cuò)位產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)措施
采用l m平尺測(cè)量鋼軌軌頭側(cè)面，焊縫與原鋼軌向
內(nèi)(向外)的凸出(凹陷)量超過(guò)規(guī)定的允許值稱為旁
彎接頭。左有錯(cuò)位是指焊接的2根鋼軌端面左有偏差超
過(guò)規(guī)定的允許值。
(1)產(chǎn)生原因。壓接機(jī)導(dǎo)柱彎曲變形、壓接機(jī)2個(gè)
油缸走行不同步等原岡造成鋼軌接頭旁彎或左右錯(cuò)位。
加熱器兩側(cè)火焰功率差別較大造成接頭旁彎，鋼軌接頭
向火焰功率低的一側(cè)凸出。對(duì)軌時(shí)順直距離不夠、墊軌
不實(shí)，以及鋼軌端頭本身的硬彎、扭曲均造成旁彎和左
右錯(cuò)位。 接~)Lx,j-4塊斜鐵施加的鎖緊力不均勻造成旁
彎和左右錯(cuò)位。鋼軌端面垂直度超差造成旁彎或左有錯(cuò)
位。
(2)應(yīng)對(duì)措施。針對(duì)焊接設(shè)備造成的縱向缺陷，
應(yīng)按照“鐵標(biāo)”進(jìn)行出廠驗(yàn)收，定期保養(yǎng)；發(fā)現(xiàn)導(dǎo)柱彎
曲，輕微的拆機(jī)后調(diào)直，嚴(yán)重的更換；壓接機(jī)活塞走行
不同步檢查活塞桿鎖緊螺母是否松動(dòng)，檢查及更換密封
圈， 如果油缸內(nèi)壁托傷應(yīng)及時(shí)修整或更換。加熱器火焰
功率不均勻通過(guò)調(diào)整火孔修正：針對(duì)操作丁藝引起的縱
向缺陷，精細(xì)對(duì)軌，保證鋼軌端面垂直度，對(duì)軌端的硬
彎和扭曲進(jìn)行矯正(見(jiàn)圖3) 對(duì)已產(chǎn)生的旁彎，在焊
接結(jié)束或正火后，采用直軌機(jī)調(diào)直。接頭左右錯(cuò)位和無(wú)
法矯正的旁彎必須割開(kāi)重焊。
1．3 軌角塌陷產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)措施
焊接頂鍛結(jié)束后，焊縫處軌底角向下凹陷稱為軌角
塌陷或塌角。
(1)產(chǎn)生原岡。加熱器整體火焰功率或軌角位置
火焰功率偏低，導(dǎo)致焊接加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鋼軌受熱寬度
過(guò)大，軌底非焊接 域受熱變軟，頂鍛時(shí)出現(xiàn)下塌。由
圖3 軌端的硬彎和扭曲矯正示意圖
CH／NESERA／LWAYs 2011／0．5 [ 囂苧
于加1=誤差或受擠壓變形， 導(dǎo)致加熱器火孔平面偏差
大。燃?xì)饣蜓鯕饧兌冗^(guò)低，導(dǎo)致加熱時(shí)間延長(zhǎng)。加熱器
擺放不正，火孔平面與焊縫不平行，擺動(dòng)幅度過(guò)寬、擺
動(dòng)量不均勻，引起鋼軌受熱寬度加大，造成塌角。
(2)應(yīng)對(duì)措施。選擇符合要求的氣體，提高加熱
器功率，按規(guī)定時(shí)間加熱。嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收l(shuí)并調(diào)整好加
熱器，使火孔平面的平面度符合要求。安裝加熱器時(shí)調(diào)
整好火孑L平面，應(yīng)與焊縫平行。加熱器按規(guī)定的擺動(dòng)量
擺動(dòng)，在1 藝規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成加熱、焊接。
1．4 局部凹陷產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)措施
在氣割除瘤和矯正塌角時(shí)引起的局部金屬缺欠或凹
陷稱為局部凹陷。
(1)產(chǎn)生原L六J。切除焊瘤時(shí)， 有熔渣阻擋“風(fēng)
線” ，不易判定母材軌面位置，瞬時(shí)在軌面上燒蝕母材
金屬，形成凹陷。矯正塌角時(shí)，矯正不足或矯正過(guò)度造
成凹陷。
(2)應(yīng)對(duì)措施。采用推刀除瘤，氣割除瘤一次切
完，如需二次切割需先清渣?不在軌頂和軌頭兩側(cè)的較
淺凹陷，存允許范圍內(nèi)縱向打磨消除；在軌頂面和軌頭
側(cè)面的凹陷，待鋼軌冷卻后二次加熱頂鍛消除。
1。5 表面燒傷產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)措施
鋼軌接頭表面燒傷后發(fā)藍(lán)， 深度一般為軌面以下
0．5～0．7iilm。
(1)產(chǎn)生原[太J。氣割除瘤時(shí)，切割火焰燒灼鋼軌
表面造成的金屬燒傷；焊后未等軌溫降低即進(jìn)行打磨或
砂輪機(jī)進(jìn)刀量過(guò)大造成表面燒傷。
(2)應(yīng)對(duì)措施。氣割除瘤時(shí)，留有適當(dāng)余量，避
免切割火焰長(zhǎng)時(shí)間直接接觸母材軌面；打磨時(shí)采用適當(dāng)
顆粒度的砂輪(一般為46 白剛玉樹(shù)脂砂輪)，控制合適
的進(jìn)刀量(單次進(jìn)刀量≤0．08 mm)。
2 焊接接頭內(nèi)在缺陷
2．1 光斑產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)措施
光斑是指2個(gè)接頭端面沒(méi)有焊合， 稱為光板、白
板、白斑，斷口呈灰色、平滑，手觸摸無(wú)毛刺。光斑是
埋在焊縫內(nèi)部的裂紋，減少了鋼軌的有效面積，產(chǎn)生應(yīng)
力集巾，使用巾光斑以裂紋的形式急劇擴(kuò)散，極易造成
斷軌。
(1)產(chǎn)生原 。焊接端面的垂直度和表面粗糙度
一37—
超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，焊接端面不潔凈，如粘有油污、水
汽、灰塵，或加熱器點(diǎn)火時(shí)有積碳煙塵。對(duì)軌時(shí)兩個(gè)待
焊軌端面不密貼。焊接時(shí)鋼軌端面在高溫作用下形成氧
化膜，阻礙了金屬原子的相互擴(kuò)散。鋼軌焊縫未達(dá)到焊
接要求的塑性狀態(tài)進(jìn)行頂鍛。加熱時(shí)溫升過(guò)快，焊接熱
量未能充分傳導(dǎo)，鋼軌焊縫外表呈熔化狀態(tài)而內(nèi)部未達(dá)
到焊接溫度，焊接端面不能全部再結(jié)晶為一體。加熱器
局部火焰不穩(wěn)定，出現(xiàn)脫火或跳火，使鋼軌受熱不足，
溫度偏低產(chǎn)生光斑。燃?xì)饣蜓鯕饧兌炔粔颍瑩]發(fā)不充分
導(dǎo)致加熱器火焰功率降低且不穩(wěn)定，造成光斑。頂鍛量
不夠?qū)е略阡撥壦苄宰冃芜^(guò)程中空穴濃度不足，降低了
擴(kuò)散速度，鋼軌兩個(gè)端面間的金屬原子無(wú)法充分互相擴(kuò)
散，重新結(jié)晶成為一體形成牢固的聯(lián)結(jié)。頂鍛速度不夠
使鋼軌鋼中的鋁、鉻、硅、鉬等元素生成高熔點(diǎn)氧化
物，影響金屬原子擴(kuò)散和再結(jié)晶。
(2)應(yīng)對(duì)措施。選用合格的燃?xì)?≥98％)和氧氣
(≥99．5％)，適當(dāng)調(diào)整加熱器火孔。嚴(yán)格按工藝要求
處理鋼軌端面，避免二次污染。精細(xì)對(duì)軌，保證預(yù)頂后
無(wú)錯(cuò)位和間隙。加熱器點(diǎn)火時(shí)遠(yuǎn)離焊縫，采用較高速度
頂鍛，較大的壓強(qiáng)和頂鍛量。
2．2 未焊透產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)措施
未焊透是指2個(gè)接頭端面局部或部分焊合，稱為半
焊、假焊，斷口呈暗灰色、平整，手觸摸有毛刺，毛刺
間有平滑的微小白斑，其危害如光斑，超聲波很難檢測(cè)
到，危害性更大。
(1)產(chǎn)生原因。打磨太薄，有污物；焊接操作不
當(dāng)，污染端面；打磨后待焊時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，端面重新污染。
加熱器火孔堵塞，出現(xiàn)故障發(fā)生回火、放炮或氣體質(zhì)量
不合格與匹配不當(dāng)，擺放不正、偏燒、升溫不均，擺動(dòng)
量不符合要求。2個(gè)接頭端面間隙過(guò)大，頂鍛量過(guò)小或
頂鍛過(guò)早，加熱時(shí)間短，焊接溫度達(dá)不到要求。
(2)應(yīng)對(duì)措施。嚴(yán)格執(zhí)行打磨及保護(hù)工藝、對(duì)軌
和壓接機(jī)操作，以及加熱器焊前試火及裝夾工藝要求。
加熱器按規(guī)定擺動(dòng)量擺動(dòng)，按規(guī)定精度打磨端面。局部
低溫處用焊把或割把補(bǔ)火，掌握好頂鍛時(shí)間及溫度，頂
鍛量達(dá)到要求。輕微的表面過(guò)燒可通過(guò)打磨或二次加熱
頂鍛消除，過(guò)燒嚴(yán)重的必須割開(kāi)重焊。
2．3 過(guò)燒產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)措施
焊接時(shí)加熱溫度過(guò)高，導(dǎo)致部分金屬接近熔化狀態(tài)
一38．
或熔化，引起晶界氧化，失去強(qiáng)度，無(wú)塑性，極脆，斷
口呈暗褐色，為松散的顆粒狀組組【 。
(1)產(chǎn)生原因。加熱器火孔分布不合理或施工現(xiàn)
場(chǎng)風(fēng)力過(guò)大，將火焰吹偏導(dǎo)致鋼軌加熱部位溫度過(guò)高，
造成局部熔化或接近熔化狀態(tài)。
(2)應(yīng)對(duì)措施?？刂坪眉訜釡囟忍貏e是兩軌底角
處的溫度，控制好氧、乙炔配比，保證其為微還原焰加
熱，采用擋火措施降低高溫區(qū)溫度。
2．4 粗晶組織產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)措施
軌頭晶粒粗大，導(dǎo)致塑韌性及強(qiáng)度降低，且硬而
脆，不能使用。
(1)產(chǎn)生原因。加熱范圍過(guò)寬，導(dǎo)致熱影響區(qū)產(chǎn)
生粗晶。焊接后未等軌溫降至500℃ 以下進(jìn)行正火處
理，導(dǎo)致焊縫金屬晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，形成粗晶I3】。
(2)應(yīng)對(duì)措施?？刂萍訜崞鲾[動(dòng)距離(以焊縫為
中心8～12mm)，軌溫降至500 oC以下進(jìn)行正火處理，
可借助光電測(cè)溫儀或紅外測(cè)溫儀判定軌溫。
3 結(jié)束語(yǔ)
移動(dòng)式鋼軌氣壓焊技術(shù)已在全路廣泛推廣使用。現(xiàn)
場(chǎng)應(yīng)用表明，鋼軌氣壓焊接頭具有較高的靜彎、抗疲勞
強(qiáng)度和良好的沖擊韌性，達(dá)到與閃光焊一樣的質(zhì)量。隨
著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，保壓推凸氣壓焊設(shè)備和自動(dòng)控制氣
壓焊設(shè)備等新型氣壓焊設(shè)備出現(xiàn)，焊接輔助設(shè)備也在不
斷研發(fā)，焊接工藝不斷改進(jìn)和完善。目前，移動(dòng)式鋼軌
氣壓焊技術(shù)已應(yīng)用于我國(guó)250km／h線路上的鋼軌焊接，
滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。
參考文獻(xiàn)
? 蔡紹文，王奇，-5征林，等．移動(dòng)式鋼軌氣壓焊技
術(shù)與應(yīng)用，1 994
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[3】何少平，王德志， 陳仕良． 鋼軌氣壓焊接頭斷裂的
組織研 J]．金屬熱處理，2oo3(z8)
責(zé)任編輯葛化一
收稿日期201 1-04-26

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