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移動式鋼軌氣壓焊接頭缺陷分析與應對措施

文檔作者：王子儒文檔來源：沈陽鐵路局科學技術研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年10月19日
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移動式鋼軌氣壓焊
接頭缺陷分析與應對措施
王子儒：沈陽鐵路局科學技術研究所，常務副所長，高級工程師，遼寧沈陽，l1 001 3
摘要：移動式鋼軌氣壓焊接頭存在外觀和
內在缺陷。分析焊接接頭外觀缺陷高(低)
接頭及高低錯位、旁彎及左右錯位、軌角塌
陷、局部凹陷、表面燒傷產(chǎn)生的原因，并提
出應對措施；分析焊接接頭內在缺陷光疵、
未焊透、過燒、粗晶組織產(chǎn)生的原因，并提
出應對措施?，F(xiàn)場應用表明，鋼軌氣壓焊接
頭具有較高的靜彎、抗疲勞強度和良好的沖
擊韌性。
關鍵詞：鋼軌氣壓焊接頭；缺陷；措施；鋼
軌焊接
近 年來，鐵路高速、重載運輸迅猛發(fā)展，對鋼軌焊 接接頭質量提出更高要求
。 移動式鋼軌氣壓焊接
頭質量高，設備輕便，操作簡單，在國內外新建線路和
維修中得到廣泛應用。
移動式鋼軌氣壓焊是將鋼軌的兩個端面緊密貼合，
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” ，并穿過界面
互相急劇擴散時，對貼合面加以頂鍛， 以建立原子問的
金屬鍵聯(lián)結，完成再結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接近，抗拉強度達到
母材標準90％以上，斷后伸長率達到母材80％以上，正
火后焊縫沖擊韌性與鋼軌母材材質相同。
移動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，焊接過程中不可避免地產(chǎn)生
各種焊接缺陷。通過對焊縫的檢查，以及對落錘、靜彎
試驗接頭斷裂的端面檢查和小件試驗的金相組織分析，
移動式鋼軌氣壓焊接頭存在外觀和內在缺陷。外觀缺陷
是焊接接頭的幾何形狀偏差和局部凹陷； 內在缺陷是光
斑、未焊透、過燒及粗晶組織。
一35—
1 焊接接頭外觀缺陷
1．1 高(低)接頭及高低錯位產(chǎn)生的原因和應對措施
采用1 m平尺測量鋼軌頂面， 焊縫與原鋼軌向上
(向下)的凸出(凹陷)量超過規(guī)定的允許值稱為高
(低)接頭，低接頭不允許出現(xiàn)。高低錯位是焊接的兩
根鋼軌端面上下偏差超過規(guī)定的允許值。
(1)產(chǎn)生原因。移動式鋼軌氣壓焊焊接是靠壓接
機的軌頂和軌底螺栓將待焊鋼軌上下定位(見圖1)，
若壓接機的4根軌底螺栓高低不平，導致出現(xiàn)高(低)
接頭或高低錯位。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)高低錯位或高
(低)接頭。目前，鋼軌運輸采用長軌車將200～500m
的長鋼軌運到現(xiàn)場并擺放到線路砟肩上，砟肩本身高低
不平，在其上需進行順軌、墊軌、對軌等一系列作業(yè)。
若順軌距離不夠、墊軌不平與不實、對軌不正，采用壓
接機矯正，鋼軌接頭內部會產(chǎn)生附加應力。鋼軌焊接結
束后，解除壓接機支座的約束力，鋼軌接頭內部應力釋
放，將出現(xiàn)高(低)接頭或高低錯位。鋼軌端面采用磨
削和銼削處理，如果接頭端面垂直度未達到工藝要求，
也可出現(xiàn)高低外觀缺陷。
(2)應對措施。針對焊接設備(壓接機、加熱
器)造成的焊接缺陷，應按《移動式鋼軌氣壓焊設備》
標準進行出廠檢查；保證設備工況良好，壓接機軌底螺
栓高低應采用專用檢驗棒檢查。4 Jl：~軌底螺栓的平面度
偏差應小于規(guī)定的0．1 mnl，超差采用圓銼或半圓銼配合
檢驗棒和塞尺進行修正，若施工條件限制不能及時修
正，可采用在鋼軌底面與軌底螺栓間加墊片的臨時矯正
措施。因加熱器火焰分布不合理產(chǎn)生的高(低)接頭，
應按對應軌型的火孔分布圖加工(見圖2)。通過調整
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。針對工藝操作不
當造成的高低錯位外觀缺陷，應保證順軌時兩側待焊鋼
軌的順直距離達N2s m以上，采用檢測平尺檢查焊縫處
1 m范圍，要求基本無高低偏差。對軌完成后，檢查墊軌
枕木墩是否墊平、墊實，枕木墩下的道砟應夯實，保證
列車通過時的振動不會改變待焊鋼軌位置。對軌時保留
適當軌縫，以滿足精銼處理為準；夏季應考慮漲軌量，
一36．
圖1 待焊鋼軌上下定位示意圖
冬季應考慮縮軌量，避免對軌后采用壓接機
長距離拉軌；焊接頂鍛過程中枕木墩出現(xiàn)傾
斜，應及時調整回位。鋼軌端頭按工藝要求
處理。針對操作不當出現(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
兩側墊墩，架空焊縫，在高溫狀態(tài)下利用壓
接機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直機調直。出現(xiàn)不
嚴重的低接頭可重新墊軌，待鋼軌溫度冷卻
至500℃以下，進行二次加熱頂鍛。如果鋼軌
接頭高低錯位和無法消除高(低)接頭，必
須割開重焊。
1．2 旁彎及左右錯位產(chǎn)生的原因和應對措施
采用l m平尺測量鋼軌軌頭側面，焊縫與原鋼軌向
內(向外)的凸出(凹陷)量超過規(guī)定的允許值稱為旁
彎接頭。左有錯位是指焊接的2根鋼軌端面左有偏差超
過規(guī)定的允許值。
(1)產(chǎn)生原因。壓接機導柱彎曲變形、壓接機2個
油缸走行不同步等原岡造成鋼軌接頭旁彎或左右錯位。
加熱器兩側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凸出。對軌時順直距離不夠、墊軌
不實，以及鋼軌端頭本身的硬彎、扭曲均造成旁彎和左
右錯位。 接~)Lx,j-4塊斜鐵施加的鎖緊力不均勻造成旁
彎和左右錯位。鋼軌端面垂直度超差造成旁彎或左有錯
位。
(2)應對措施。針對焊接設備造成的縱向缺陷，
應按照“鐵標”進行出廠驗收，定期保養(yǎng)；發(fā)現(xiàn)導柱彎
曲，輕微的拆機后調直，嚴重的更換；壓接機活塞走行
不同步檢查活塞桿鎖緊螺母是否松動，檢查及更換密封
圈， 如果油缸內壁托傷應及時修整或更換。加熱器火焰
功率不均勻通過調整火孔修正：針對操作丁藝引起的縱
向缺陷，精細對軌，保證鋼軌端面垂直度，對軌端的硬
彎和扭曲進行矯正(見圖3) 對已產(chǎn)生的旁彎，在焊
接結束或正火后，采用直軌機調直。接頭左右錯位和無
法矯正的旁彎必須割開重焊。
1．3 軌角塌陷產(chǎn)生的原因和應對措施
焊接頂鍛結束后，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，導致焊接加熱時間過長，鋼軌受熱寬度
過大，軌底非焊接 域受熱變軟，頂鍛時出現(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， 導致加熱器火孔平面偏差
大。燃氣或氧氣純度過低，導致加熱時間延長。加熱器
擺放不正，火孔平面與焊縫不平行，擺動幅度過寬、擺
動量不均勻，引起鋼軌受熱寬度加大，造成塌角。
(2)應對措施。選擇符合要求的氣體，提高加熱
器功率，按規(guī)定時間加熱。嚴格按標準驗收l并調整好加
熱器，使火孔平面的平面度符合要求。安裝加熱器時調
整好火孑L平面，應與焊縫平行。加熱器按規(guī)定的擺動量
擺動，在1 藝規(guī)定的時間內完成加熱、焊接。
1．4 局部凹陷產(chǎn)生的原因和應對措施
在氣割除瘤和矯正塌角時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， 有熔渣阻擋“風
線” ，不易判定母材軌面位置，瞬時在軌面上燒蝕母材
金屬，形成凹陷。矯正塌角時，矯正不足或矯正過度造
成凹陷。
(2)應對措施。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的較
淺凹陷，存允許范圍內縱向打磨消除；在軌頂面和軌頭
側面的凹陷，待鋼軌冷卻后二次加熱頂鍛消除。
1。5 表面燒傷產(chǎn)生的原因和應對措施
鋼軌接頭表面燒傷后發(fā)藍， 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，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行打磨或
砂輪機進刀量過大造成表面燒傷。
(2)應對措施。氣割除瘤時，留有適當余量，避
免切割火焰長時間直接接觸母材軌面；打磨時采用適當
顆粒度的砂輪(一般為46 白剛玉樹脂砂輪)，控制合適
的進刀量(單次進刀量≤0．08 mm)。
2 焊接接頭內在缺陷
2．1 光斑產(chǎn)生的原因和應對措施
光斑是指2個接頭端面沒有焊合， 稱為光板、白
板、白斑，斷口呈灰色、平滑，手觸摸無毛刺。光斑是
埋在焊縫內部的裂紋，減少了鋼軌的有效面積，產(chǎn)生應
力集巾，使用巾光斑以裂紋的形式急劇擴散，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—
超出技術標準要求，焊接端面不潔凈，如粘有油污、水
汽、灰塵，或加熱器點火時有積碳煙塵。對軌時兩個待
焊軌端面不密貼。焊接時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散。鋼軌焊縫未達到焊
接要求的塑性狀態(tài)進行頂鍛。加熱時溫升過快，焊接熱
量未能充分傳導，鋼軌焊縫外表呈熔化狀態(tài)而內部未達
到焊接溫度，焊接端面不能全部再結晶為一體。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。燃氣或氧氣純度不夠，揮發(fā)不充分
導致加熱器火焰功率降低且不穩(wěn)定，造成光斑。頂鍛量
不夠導致在鋼軌塑性變形過程中空穴濃度不足，降低了
擴散速度，鋼軌兩個端面間的金屬原子無法充分互相擴
散，重新結晶成為一體形成牢固的聯(lián)結。頂鍛速度不夠
使鋼軌鋼中的鋁、鉻、硅、鉬等元素生成高熔點氧化
物，影響金屬原子擴散和再結晶。
(2)應對措施。選用合格的燃氣(≥98％)和氧氣
(≥99．5％)，適當調整加熱器火孔。嚴格按工藝要求
處理鋼軌端面，避免二次污染。精細對軌，保證預頂后
無錯位和間隙。加熱器點火時遠離焊縫，采用較高速度
頂鍛，較大的壓強和頂鍛量。
2．2 未焊透產(chǎn)生的原因和應對措施
未焊透是指2個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
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，污染端面；打磨后待焊時間過長，端面重新污染。
加熱器火孔堵塞，出現(xiàn)故障發(fā)生回火、放炮或氣體質量
不合格與匹配不當，擺放不正、偏燒、升溫不均，擺動
量不符合要求。2個接頭端面間隙過大，頂鍛量過小或
頂鍛過早，加熱時間短，焊接溫度達不到要求。
(2)應對措施。嚴格執(zhí)行打磨及保護工藝、對軌
和壓接機操作，以及加熱器焊前試火及裝夾工藝要求。
加熱器按規(guī)定擺動量擺動，按規(guī)定精度打磨端面。局部
低溫處用焊把或割把補火，掌握好頂鍛時間及溫度，頂
鍛量達到要求。輕微的表面過燒可通過打磨或二次加熱
頂鍛消除，過燒嚴重的必須割開重焊。
2．3 過燒產(chǎn)生的原因和應對措施
焊接時加熱溫度過高，導致部分金屬接近熔化狀態(tài)
一38．
或熔化，引起晶界氧化，失去強度，無塑性，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)
場風力過大，將火焰吹偏導致鋼軌加熱部位溫度過高，
造成局部熔化或接近熔化狀態(tài)。
(2)應對措施?？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)生的原因和應對措施
軌頭晶粒粗大，導致塑韌性及強度降低，且硬而
脆，不能使用。
(1)產(chǎn)生原因。加熱范圍過寬，導致熱影響區(qū)產(chǎn)
生粗晶。焊接后未等軌溫降至500℃ 以下進行正火處
理，導致焊縫金屬晶粒繼續(xù)長大，形成粗晶I3】。
(2)應對措施?？刂萍訜崞鲾[動距離(以焊縫為
中心8～12mm)，軌溫降至500 oC以下進行正火處理，
可借助光電測溫儀或紅外測溫儀判定軌溫。
3 結束語
移動式鋼軌氣壓焊技術已在全路廣泛推廣使用。現(xiàn)
場應用表明，鋼軌氣壓焊接頭具有較高的靜彎、抗疲勞
強度和良好的沖擊韌性，達到與閃光焊一樣的質量。隨
著科學技術的發(fā)展，保壓推凸氣壓焊設備和自動控制氣
壓焊設備等新型氣壓焊設備出現(xiàn)，焊接輔助設備也在不
斷研發(fā)，焊接工藝不斷改進和完善。目前，移動式鋼軌
氣壓焊技術已應用于我國250km／h線路上的鋼軌焊接，
滿足現(xiàn)場使用要求。
參考文獻
? 蔡紹文，王奇，-5征林，等．移動式鋼軌氣壓焊技
術與應用，1 994
[2】高文會，李力，丁韋． 鋼軌焊接質量的現(xiàn)狀及對策
[J]．中國鐵路，eoo4(P)
[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)
責任編輯葛化一
收稿日期201 1-04-26

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