钢轨焊接现状及发展

钢厂：25米、百米轨专用车列运输焊轨基地：500米及以下轨条T11长轨车T11长轨车或座架车大、维修轨基建轨线路上：焊联成单元轨节存轨基地或线路上：焊联成单元轨节焊接成无缝线路焊接成无缝线路•钢轨焊接分类–按焊接方法分类•闪光焊、气压焊、铝热焊和窄间隙电弧焊–按焊机分类•固定式闪光焊、移动式闪光焊、移动式气压焊、小型气压焊、铝热焊–按焊接地点分类•厂焊、临时基地焊和现场焊–按成分分类•贝氏体和珠光体（铝热焊剂）铝热焊接厂内闪光焊接移动闪光焊接气压焊接钢轨焊接方式我国常见三种钢轨焊接方法所占的接头数量比例为：闪光焊约占87％，气压焊占10％，铝热焊占3％。从焊接质量看，闪光焊的质量最稳定，统计的折损率仅为0.007%，铝热焊最差，折损率为0.5%。可见闪光焊是最主要且为最可靠的钢轨焊接方法。现场验收前抽查焊接外观质量情况。-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.41591317212529厂焊平直度抽查统计轨顶面最大值工作边绝对值最大时标准上限标准下限-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81123456789101112移动焊平直度抽查统计轨顶面最大值工作边绝对值最大时标准上限标准下限-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8123456铝热焊平直度抽查统计轨顶面最大值工作边绝对值最大时标准上限标准下限序号焊接类型抽查总数量顶面不合格数量(标准0-0.3)顶面不合格比例工作边不合格数量(标准±0.3)工作边不合格比例1厂焊5012%12%2移动焊50612%612%3铝热焊50612%48%外观质量总体统计外观质量分项统计序号焊接类型抽查数量顶面不合格数量(标准0-0.3)顶面不合格比例工作边不合格数量(标准±0.3)工作边不合格比例1厂焊3213%13%2移动焊12650%650%3铝热焊66100%467%2%12%8%工作边不合格比例厂焊移动焊铝热焊2%12%12%顶面不合格比例厂焊移动焊铝热焊厂焊接头外观质量总体稳定。移动焊接头外观质量变化大。铝热焊外观质量变化最大。•固定闪光焊装备一流、工艺先进、质量稳定。•移动闪光焊装备不一、工艺受环境影响大、作业流程有待规范、质量有待提升。钢轨闪光焊：将待焊钢轨分别上下夹紧，钢轨两端相互接近直至接触，电流通过待焊钢轨端部产生的热量，不断形成金属过梁，随着过梁爆破产生闪光、飞溅使被焊端面加热至表面熔化状态，随后加压顶锻，在压力下两端金属相互结晶，使两节钢轨焊接在一起。固定式钢轨闪光焊机主要用于钢轨的工厂或基地焊接。移动式钢轨闪光焊机主要应用于钢轨的线上焊接以及钢轨锁定焊。顶锻力夹紧力电极钳口+-顶锻力夹紧力夹紧力夹紧力K900液压采用了比例伺服阀，使得焊机的控制水平有了一个本质的提高，精度达到了0.1秒以内，彻底改变了焊机的操作性能。K900焊机除了可以进行传统的连续闪光焊以外，还可以进行脉动闪光焊。K900焊机不带推凸保压功能。K922是近几年开发的，最大特点是可以完成保压推凸。由图可以看出，焊接的左端多了两个专用于推凸的油缸。K900焊机K922焊机非自行式闪光焊轨车K922具有保压推凸功能K900不具有保压推凸功能自行式闪光焊轨车具有保压推凸功能移动闪光焊工艺流程焊前准备钢轨焊接焊后处理钢轨接头焊前检查与处理包括拉轨、锯切、拨弯、垫放滚筒、除锈、机车对位、对轨与夹持、设备检查焊轨作业车对位，夹轨对中，通电焊接检查接头外观质量、推凸质量、接头粗打磨、接头热处理、焊后冷调直、焊缝精磨、焊缝平直度检查、接头无损探伤、恢复线路应力放散与锁定焊接施工方法和单元焊相同，作业时要量测钢轨温度，当轨温在设计锁定轨温范围内时采用“滚筒法”放散应力和线路锁定，当轨温在锁定轨温范围以下时采用“拉伸器滚筒法”放散应力和线路锁定。应力放散与锁定移动闪光焊主要流程焊接轨端打磨焊机对位施工准备正火调直打磨探伤\检查恢复线路探伤设备矫直设备正火设备打磨设备锯轨机拉轨器焊轨作业车主要设备焊前打磨在焊轨基地采用自动打磨机，而线上移动闪光焊只能人工打磨。固定式闪光焊机具有对中功能，而移动式焊机没有此功能。固定焊接钢轨后的接头矫直一般采用四向矫直机，线上移动焊接只能使用小型单向矫直机。固定闪光焊采用电网供电，而线上移动闪光焊只能采用发电机组。室内焊接无风、雨，温度相对恒定。室外在有风、雨条件下焊接，容易产生缺陷，环境温度的高与低，会导致焊接工艺的波动。焊筋余量多焊筋未推掉母材划伤支垫不合理导致高接头•设备逐步实现国产化，国产固定闪光焊装备正在研制中。•既有线路锁定焊逐步采用移动闪光焊取代铝热焊。•小型人工气压焊已取消。•小型数控气压焊应用灵活。•大型气压焊轨车集成焊接、热处理于一体，适用线上锁定焊接。钢轨气压焊：将需焊接的钢轨端面对准并紧密贴合，用火焰加热端面周围到塑性状态，然后对贴合面加压顶锻。钢轨气压焊的焊接温度较低，只加热到1250℃左右，且为固相结合，故具有焊接强度高等一般压接法所具有的优点。小型人工气压焊依靠人工经验。大型数控气压焊轨车将是气压焊发展应用方向。(a)示意图(b)小型设备焊接作业(c)大型设备焊接作业•加热和加压工序中当接合面的密封状态差时，有时会发生氧化物之类的焊接缺陷，正在研究防止措施。•另外，为减少CO2气体，研究使用氢等新型气体作为加热气体。•德焊、法焊占据市场。•铝热焊剂品种少。•人员技术有待提高、操作流程有待规范。铝热焊：是热剂焊的一种。铝热焊是在待焊件之间留出一定的间隙，周围用模具围上，然后点燃坩埚中的焊剂，通过氧化还原反应，放热生成液态金属，将液态金属注入焊件之间的间隙，完成金属的焊接。铝热焊容易出伤损，伤损种类繁杂。主要应用于岔区轨焊接、线上锁定焊接、线路维修或抢修焊接。(a)示意图(b)焊接作业焊药自熔塞分流塞砂侧模钢轨底模•研制适合热处理钢轨的新型铝热焊剂。•研究热处理对铝热焊接头性能影响。由于工序复杂、用时长，国内铁路线路施工很少应用。日本新干线主要应用此焊接方式。钢轨窄间隙电弧焊：将钢轨待焊端部预留一定的间隙，轨底衬上模具，预热后采用手工焊条进行焊接，轨底第一道焊接采用单面焊双面成型，第二层以上采用单道焊接，每道焊接完后进行除渣。轨底焊完后，用模具围住轨腰和轨头两侧，采用连续焊接的方法焊接轨腰和轨头，焊接过程不进行除渣。(a)示意图(b)焊接作业电焊条模具自动电弧焊接电弧焊后接头研制全自动焊接设备。研究接头性能检验。•质量稳定以装备先进为保障•质量分析以综合数据为基础•质量提升以现场需求为导向质量稳定以装备先进为保障应用现代化焊轨装备建设高技能人才队伍打磨设备轨顶对齐轨底约4mm缝推刀刃口钝化、裂纹设备问题扣板支垫轨端片支垫设备问题质量稳定以装备先进为保障工装设备的先进性、现代化。设备检修技术的现代化、机械化。设备使用、检修人员的专业化。质量分析以综合数据为基础建设焊轨基地生产数据分析系统建设线路大修信息管理系统焊轨基地生产数据分析系统工位数据采集生产数据汇总分析智能化判断决策大数据应用现场数据钢轨周期管理焊接信息管理数据分析质量分析以综合数据为基础建立焊接大数据，涵盖现场数据、厂内数据。对数据统计分析，发现影响质量的规律性。平直度变动规律不确定，经常产生厂内、现场间质量异议。2013年结合石太线大修换轨地段，选取了年通过总重超过110Mt的石太线作为焊接接头轨顶面平直度研究的试验线路，96个接头铺设区间为石太线下行阳泉至赛鱼，具体铺设里程为K108.016-K115.900。2013年8月96个接头焊接完成，2013年9月接头上线至2014年3月分别进行了4次现场轨顶面平直度测量，测量工具为SEC电子平尺，每次测量时间段均为13:00-18:00。设置3组轨顶面平直度范围：0.10-0.20mm，0.30～0.40mm，0.50～0.60mm。2档喷风压力范围：0.10-0.12mpa，0.22-0.24mpa。质量提升以现场需求为导向焊接接头轨顶平直度总体变化情况：钢轨焊接接头上线后轨顶面平直度高点数值在比厂内数值减小。00.10.20.30.40.50.60.7试验编号TA1-11TA3-7TA5-3TA5-15TB1-11TB3-7TB5-3TB5-15厂内数据第一次现场测量第二次现场测量第三次现场测量第四次现场测量3种平直度范围下轨顶平直度变化情况：0.10-0.20mm范围数值大小交错内平直度变化不明显。00.050.10.150.20.250.30.350.4TA1-1TA1-5TA1-9TA1-13TB1-1TB1-5TB1-9TB1-13厂内数据第一次现场测量第二次现场测量第三次现场测量第四次现场测量现场测量均值TA1接头上道一年内钢轨顶面平直度的变化-0.2-0.100.10.20.30.40.50.6-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200250300350400450500与焊缝距离（mm）上拱量（mm）2013年9月27日2014年10月10日TB1接头上道一年内钢轨顶面平直度的变化-0.2-0.100.10.20.30.40.50.6-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200250300350400450500与焊缝距离（mm）上拱量（mm）2013年9月27日2014年10月10日风压0.10-0.12mpa风压0.22-0.24mpa焊缝两侧的软化区产生约0.08mm～0.12mm的低塌。随着喷风压力的增加，软化区的低塌略微严重3种平直度范围下轨顶平直度变化情况：0.30-0.40mm轨顶面平直度受磨削变化效果开始显现。0.10.20.30.40.50.6TA3-1TA3-5TA3-9TA3-13TB3-1TB3-5TB3-9TB3-13厂内数据第一次现场测量第二次现场测量第三次现场测量第四次现场测量现场测量均值风压0.10-0.12mpa风压0.22-0.24mpaTA3接头上道一年内钢轨顶面平直度的变化-0.2-0.100.10.20.30.40.50.6-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200250300350400450500与焊缝距离（mm）上拱量（mm）2013年9月27日2014年10月10日TB3接头上道一年内钢轨顶面平直度的变化-0.2-0.100.10.20.30.40.50.6-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200250300350400450500与焊缝距离（mm）上拱量（mm）2013年9月27日2014年10月10日焊缝两侧整体低塌软化区低塌3种平直度范围下轨顶平直度变化情况：0.50-0.60mm轨顶面平直度受磨削变化效果显著。0.10.20.30.40.50.6TA3-1TA3-5TA3-9TA3-13TB3-1TB3-5TB3-9TB3-13厂内数据第一次现场测量第二次现场测量第三次现场测量第四次现场测量现场测量均值TB5接头上道一年内钢轨顶面平直度的变化-0.2-0.100.10.20.30.40.50.6-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200250300350400450500与焊缝距离（mm）上拱量（mm）2013年9月27日2014年10月10日TA5接头上道一年内钢轨顶面平直度的变化-0.2-0.100.10.20.30.40.50.6-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200250300350400450500与焊缝距离（mm）上拱量（mm）2013年9月27日2014年10月10日风压0.10-0.12mpa风压0.22-0.24mpa焊缝两侧没有低塌软化区