無縫線路鋼軌焊接方法原理及特點(diǎn)
鐵路高速、重載的迅速發(fā)展，軌道結(jié)構(gòu)也由普通線路逐漸被無縫線路所取代。與普通線路相比，無縫線路消滅廠大量鋼軌接頭，因而具有行車平穩(wěn)，軌道維修費(fèi)用低，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，成為目前高速鐵路線路建設(shè)的主要方法。無縫線路是鐵路軌道的一項(xiàng)重要新技術(shù)，將普通鋼軌焊接成一定長度的長軌條，用具有一定長度的長軌條焊聯(lián)并鋪設(shè)而成的線路稱為無縫線路，長鋼軌的焊接是鋪設(shè)無縫線路的重要環(huán)節(jié)。
目前無縫線路鋼軌接頭的焊接方式主要有鋼軌接觸焊、氣壓焊和鋁熱焊三種：
一、接觸焊焊接方法及工藝
鋼軌接觸焊( 閃光焊) 一般應(yīng)用于工廠焊,無縫線路 95﹪是采用此種工藝完成的,即把長度為25米無孔標(biāo)準(zhǔn)軌焊接成為200-500米的長軌條。
其原理是利用電流通過鋼軌接觸面產(chǎn)生熱量熔化鋼軌局部端面,再經(jīng)頂鍛完成焊接。由于接觸焊的焊接熱源是來自工件的內(nèi)部熱源,熱量集中,加熱時間短,焊接過程不需要填充金屬,冶金過程比較簡單,熱影響區(qū)較小,易獲得質(zhì)量較好的焊接接頭。 焊軌廠所采用的焊接流程基本相同, 包括: 配軌、探傷、整修鋼軌端面、進(jìn)入待焊臺位、焊接、粗磨、精磨、調(diào)直、正火、探傷、進(jìn)入承軌臺、裝車運(yùn)送至現(xiàn)場, 在所有工序中焊接最關(guān)鍵的一道工序,其焊接質(zhì)量好壞直接關(guān)系到線路維修工作量的多少,如果出現(xiàn)問題, 嚴(yán)重時會危機(jī)到行車安全與其他鋼軌焊接方法相比,閃光焊自動化程度高,受人為因素影響小, 焊接設(shè)備配有計(jì)算機(jī)控制,焊接質(zhì)量波動小,焊接生產(chǎn)率高等特點(diǎn)。在正常情況下與氣壓焊、鋁熱焊相比,鋼軌的接觸焊焊縫強(qiáng)度較高,線路上斷頭率約在0.5/10000以內(nèi)。但與母材相比,它的強(qiáng)度仍低于母材,原因如下: (1) 鋼軌屬大斷面扎材,其心部材料較差,有低熔點(diǎn)夾雜條帶、疏松、晶粒粗大,在焊接頂鍛過程中,邊緣較好材料被擠出,而以心部材料向外擴(kuò)展代替,且纖維組織中斷且彎曲,頂鍛量愈大這種情況愈明顯。 (2) 焊接高溫?zé)嵊绊?在焊縫左右1～2mm區(qū)域晶粒粗大,降至 1～2 級 (3) 鋼軌斷面不均勻,軌頂、軌底屬緊湊型斷面,軌底兩角是展開型斷面,焊接時軌底兩角溫度偏低,焊接后全斷面冷卻不均勻,產(chǎn)生較大的殘余溫度應(yīng)力 (4) 焊縫上存在難以消除的缺陷———灰斑。
二、氣壓焊焊接方法及工藝
目前廣泛應(yīng)用的鋼軌氣壓焊是小型移動式氣壓焊機(jī), 主要用于焊接工地長鋼軌聯(lián)合接頭, 還可以利用封鎖天窗進(jìn)行傷軌焊接處理。
其原理是將鋼軌的焊接端面加熱到塑性狀態(tài), 在固定的頂鍛力作用下產(chǎn)生頂鍛量, 當(dāng)頂鍛量達(dá)到一定量之后, 鋼軌即被焊接成一個整體。
目前的小型氣壓焊機(jī)基本上為國產(chǎn)焊接, 其焊接過程一般分為氧- 乙炔火焰預(yù)熱、預(yù)頂施壓、低壓頂鍛、高壓頂鍛、保壓推凸等階段, 由于在焊接過程中需要人工對軌和肉眼觀察加熱狀況, 所以受人為因素影響很大, 易出現(xiàn)焊接接頭錯口和接頭缺陷。
但因?yàn)槠渚哂性O(shè)備簡單, 體積小、重量輕的特點(diǎn), 便于線上、線下及工地移動, 操作比較簡單, 大量用于工地現(xiàn)場長軌條的焊接。
三、鋁熱焊焊接方法及工藝
鋁熱焊一般應(yīng)用于鐵路鋼軌的現(xiàn)場焊接, 是線路鋪設(shè)特別是無縫線路鎖定和鋼軌斷軌修復(fù)的不可缺少的方法。鋼軌的鋁熱焊是利用焊劑中的鋁在高溫條件下與氧有較強(qiáng)的化學(xué)親合力, 它從重金屬還原,同時放出熱量, 將金屬熔成鐵水, 澆鑄施焊而成。
其重要過程是將配制好的鋁熱焊劑,放入特制的坩鍋,用高溫火柴引燃焊劑,產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),得到高溫的鋼水和熔渣,待反應(yīng)平靜后,將高溫的鋼水注入扣緊鋼軌經(jīng)過預(yù)熱的砂型中, 將砂型中對接好的鋼軌端部熔化,冷卻后去除砂型,并及時對焊好的接頭整形,兩節(jié)鋼軌即焊成一體。雖然鋁熱焊設(shè)備具有投資省,焊接操作簡單,接頭的平順性好等特點(diǎn),但其焊縫為較粗大的鑄造組織,韌性、塑性差,最好能夠進(jìn)行焊后熱處理,以改善焊接接頭性能。
總之,長鋼軌焊接質(zhì)量應(yīng)以接觸焊、氣壓焊為佳。接觸焊、氣壓焊極限強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度均能達(dá)到母材的 90﹪以上。鋁熱焊質(zhì)量稍差, 其極限強(qiáng)度只達(dá)到母材的 70﹪左右, 疲勞強(qiáng)度更差,僅達(dá)到母材的 45﹪～70﹪,屈服強(qiáng)度稍好一些,與接觸焊接近。
