钢轨焊接（通用4篇）
钢轨焊接 篇1
0前言
焊接缺陷对焊接质量的影响非常大, 只有明确焊接缺陷的产生原因我们才能更好的控制焊接质量, 从而获得理想的焊接接头。只有钢轨焊接质量得到保障, 才能更好的保障旅客乘车的安全。
1 焊接缺陷主要形式
焊接缺陷可以分为外观缺陷和内部缺陷。外观缺陷是指不用借助于仪器, 从工件表面可以发现的缺陷, 主要包括外观质量粗糙, 鱼鳞波高低、宽窄发生突变, 焊缝与母材非圆滑过渡, 推瘤过程中推伤母材。当前焊接方法中存在外观缺陷的主要是气压焊, 常见的外观缺陷是错边, 有时还会出现推伤母材的情况, 但这种焊接方法目前已不再使用。而内部缺陷主要以气孔、夹渣、未焊合、过烧、灰斑、裂纹为主。不同的焊接方法产生的缺陷也不相同。当前钢轨焊接方式主要分为气压焊、铝热焊、闪光焊三种。当前钢轨焊接使用最多的方法是闪光焊, 其主要缺陷是内在缺陷, 主要以光斑为主。但从外观质量和内在质量综合比较, 闪光焊是目前比较理想的一种焊接方法。
2 焊接缺陷产生原因
焊接缺陷产生的原因多种多样, 接下来从不同方面对其进行分析。外观缺陷产生原因可以分为人为、自然和冶金因素。目前钢轨焊接, 尤其是现场焊接, 自然条件比较恶劣, 人员操作水平有差异, 所以在外观上很难控制。冶金因素主要是钢轨出厂时每一根钢轨在几何尺寸上都会有或多或少的偏差, 这种因素是人力无法改变的。而焊接内在缺陷则可分为气孔, 夹渣、未熔合、过烧、灰斑等。气孔是焊接时, 熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的, 也可能是焊接冶金过程中反应生成的。气孔可分为条虫状气孔、针孔、柱孔, 按分布可分为密集气孔, 链孔等。气孔的生成有工艺因素, 也有冶金因素。工艺因素主要是焊接操作是否规范, 母材或填充金属表面是否有锈、油污等。由于水分在高温下分解为气体, 高温金属中气体含量增加, 熔池冷却速度大, 气体来不及逸出, 形成气孔残留在焊缝中。气孔主要出现在铝热焊中。而冶金因素则是由于在钢轨凝固界面上排出的氮、氢、氧、一氧化碳和水蒸汽等所造成的。此外钢轨焊接完成后还会出现焊后熔渣残存在焊缝中的现象。焊后残留在焊缝中的熔渣, 有点状和条状之分.它是由于熔池中熔化金属的凝固速度大于熔渣的流动速度, 当熔化金属凝固时, 熔渣未能及时浮出熔池而形成的。它主要存于焊缝之间和焊缝与母材之间.其主要是由于钢轨端面有油污或者灰尘造成的。
未熔合也是一种常见的焊接缺陷。它是由于焊缝金属与母材金属或焊缝金属之间未能完全熔化结合在一起的一种焊接缺陷。铝热焊出现这种情况主要是由于焊剂的选择不当或者焊缝预留量过大以及封箱不严等原因造成的。对于目前的钢轨焊接方法来说, 铝热焊主要是由于加热温度不够, 不能为铝热反应提供足够的热量, 未能达到理想的温度值。而闪光焊和气压焊则属于塑性焊接, 其缺陷主要是由于钢轨预留顶锻量不足, 顶锻量未达到要求造成的。在当前焊接过程中, 气压焊与闪光焊出现未焊合的概率较小。
此外, 焊缝中还会出现裂纹, 它是指焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面而产生缝隙, 它具有尖锐的缺口和大的长宽比特征.按其方向可分为纵向裂纹、横向裂纹, 辐射状裂纹.其主要是冶金因素和力学因素产生的.冶金因素是由于焊缝产生不同程度的物理与化学状态的不均匀, 力学因素则是由于火车运行过程中对钢轨的不断冲击, 在焊接缺陷处产生应力集中, 在不断的冲击下, 裂纹不断长大, 最终导致钢轨断裂。裂纹在钢轨焊接中出现的概率较小, 主要出现在长期运行的铁路运行线上。
此外如果在焊接过程中焊接操作规范使用不当, 热影响区长时间在高温下停留, 晶粒会变得粗大, 形成过热组织。若温度进一步升高, 停留时间加长, 可能使晶界发生氧化或局部熔化, 就会出现过烧组织。过热可通过热处理来消除, 而过烧是不可逆转的缺陷, 出现过烧的部位, 焊缝的强度非常低, 很容易发生断裂。
当然在钢轨焊接中出现最多的还是灰斑, 它是在焊缝金属的断裂面上出现的灰色条状或者块状的焊接缺陷。其组织脆硬, 对焊接质量影响很大。灰斑主要出现在气压焊和闪光焊中, 气压焊主要以灰色的斑点为主, 闪光焊则主要是白亮的条斑或者点斑, 这两种焊接方法属于塑性焊接, 其缺陷主要是焊接参数选择不当, 操作工艺不正确, 焊接技能差, 焊接过程中电流电压异常或者焊接过程中高温金属区被氧气氧化所造成的。其主要的一些断口缺陷形貌如下图所示:
图1和图4所示的缺陷在闪光焊中比较常见, 主要表现为成片白色条斑和断口平齐, 是由于参数配置不合理造成的, 平齐断口一般是由于热输入不足造成的。图2所示的为比较大的灰斑, 这种缺陷有的时候虽然很大, 但一般不会成为裂源, 图3所示的缺陷虽然不大, 对焊缝强度影响却很大, 尤其是当其缺陷延伸到边缘时, 则很容易成为裂源。祛除灰斑缺陷一直是闪光焊参数调试过程中不可忽视的一个重要环节。
3 焊接缺陷的危害及预防方法
焊接缺陷对钢轨焊接接头的强度影响很大, 不同的缺陷会带来不同的影响, 但对于火车运行来说都是非常危险的。所以我们要明确每一种焊接缺陷所带来的危害, 并制定相应的预防措施来保证安全。
气孔减少了焊缝的有效截面积, 使焊缝疏松, 从而降低了接头的强度, 降低塑性, 同时还会引起应力集中, 而点状夹渣的危害与气孔相似, 带有尖角的夹渣也会产生尖端应力集中, 其尖端还可能会发展为裂纹源, 要防止其产生, 我们需要彻底清理钢轨焊接端面的油污、铁锈、水分和杂物, 并使用端面打磨机将钢轨端面彻底打磨, 使钢轨焊接端面平整、清洁。
同时未熔合也是一个不可忽视的缺陷, 它是一种面积型缺陷、它减少了焊缝的有效截面积, 使接头强度下降。为了防止出现这种缺陷, 铝热焊焊接时则需要经验丰富的人员操作, 并配备红外线测温仪辅助测量。气压焊和闪光焊则要控制好钢轨的预留量, 降低钢轨滑动阻力, 保证焊接过程能达到设定顶锻值。
而裂纹缺陷对接头强度的影响也非常大, 如果钢轨内部存在裂纹, 在火车长期运行中, 不断的冲击钢轨焊缝, 裂纹会不断扩大, 焊缝的疲劳程度逐渐增强, 当积累到一定程度就会引起钢轨的断裂, 危及行车安全。裂纹缺陷一般都是在钢轨使用中出现, 钢轨焊接过程中出现的概率很小, 所以使用中的钢轨需要按照大修周期定期进行更换。
过烧和灰斑同样也是引起钢轨断裂的很重要的因素, 出现过烧的部位, 接头强度明显低于正常值, 必然成为断裂源, 所以在焊瘤的清除过程中务必要做到干净彻底。对于灰斑这种常见的缺陷只能通过细化每一道工序, 优化焊接参数来改善。
4 总结
钢轨焊接缺陷产生的原因很多, 从焊前准备到焊接过程, 再到焊后处理, 每一道工序都需要严格的质量控制才能获得优质焊头, 其中任何一道工序出现异常, 都会对接头质量产生重大影响, 所以我们在每一次焊接的时候都要严格按要求操作, 决不能应付了事, 优质的钢轨焊接质量是铁路运行安全的重要保障。
摘要：主要介绍了几种常见的钢轨焊接缺陷, 对其产生原因进行分析, 并提出了一些防治措施。
关键词：焊接缺陷,产生原因,预防方法
钢轨焊接 篇2
关键词：钢轨焊接,火焰正火,铁路,质量控制
0 引言
钢轨长线无缝连接是建设高速铁路的一个重要环节, 其中需要解决高质量钢轨现场焊接的难题[1]。而钢轨接头的焊后正火又是保证焊接质量的另一关键措施, 接头的焊后正火是通过对钢轨二次加热, 将工件加热至如图1铁碳相图线Ac3以上30~50℃ (图中浅灰色竖线表示我国常用钢轨受热的转变相图) , 保温一段时间后, 在空气中冷却的金属热处理工艺, 其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。在钢轨焊接的正火中, 我们正火的目的是通过二次加热使焊缝组织重新结晶, 形成更为细小的奥氏体组织。闪光焊和气压焊接头经过火焰正火处理, 可以明显提高接头延伸率和冲击吸收功, 接近母材水平[2]。同时, 正火对钢轨的加热也起到了对焊接残余应力的重新调整的目的, 对缓解焊缝区域的应力集中有一定的作用 (在闪光焊中比较明显) 。
1 国内现状
目前, 我国的钢轨接头正火主要有两种方式:感应正火、火焰正火。感应正火设备如图2所示主要由:中频/双频感应加热设备、水冷系统、工件定位、行走小车组成, 目前已普遍在基地焊使用。对于现场移动焊的正火, 现在很多企业也在研制一种移动正火车如图3所示, 工作部分与基地焊的正火设备相同, 曾在我公司的某条线路施工中试用, 因须配备多个专用配套设备才可上线作业, 一次性投入大, 对恰好落于整体道床承轨台上钢轨接头无法处理, 目前不是很受施工单位欢迎。另一种正火方法———火焰正火法, 如图4所示, 具有设备轻便、组成简单、便于维修、不须配备配套设备等优点, 受到现场钢轨焊接施工单位的青睐。
2 控制措施
目前很多火焰正火的控制方法不得当, 不仅不能细化晶粒, 有时甚至起到了反作用。正火温度不够时, 使焊接接头区域的粗大晶粒继续长大, 在以后的行车中很容易形成裂纹源, 严重的导致断轨。如图5所示, 其中A区域为轨头接头焊缝, B区域为母材区域, 可明显看到A区域的颗状晶粒远比B区域的粗大。
火焰正火是通过氧气-乙炔气体按配比混合后燃烧, 通过钢轨加热器对钢轨表面进行加热从而提高接头温度的正火方法, 设备相对简单, 主要由钢轨加热器和水冷系统组成, 钢轨加热器如图6所示, 由大小不一的出气孔组成, 加热时通过这些出气孔的火焰对钢轨进行加热, 保证整个钢轨截面温度的一致性。控制正火质量的措施主要在控制加热范围和气体流量配比上。
2.1 加热范围
在加热范围上, 为了保证焊缝区域内部温度 (特别是轨头) 能和钢轨表面温度接近, 这样就要求表面温度尽量取铁标[3]中规定正火温度 (轨顶不超过920℃, 轨底不低于850℃) 的上限, 同时也可以达到钢轨冷却速度变慢的目的, 给内部晶粒重新结晶提供充足的时间。虽然加热范围越长越能接近表面温度要求, 但太长势必会造成不必要的材料浪费和时间浪费, 经过我们对几组钢轨的试验, 得出焊缝两边各加热50mm共100mm的范围比较合适。
2.2 气体流量配比
针对气体流量配比对钢轨加热正火可能产生的效果, 我们做了一组试验, 使用氧气-乙炔火焰加热的方法正火, 用光电测温仪测量轨头及轨底表面温度, 并通过探伤仪检验和断面检查确定焊缝内部组织结构情况。
试验都是使用光电测温仪分别测量轨顶和轨底温度, 轨顶温度在910℃时停止加热, 由表1可以看出虽然第一组的配比加热速度要快一些, 但把探伤仪调到较高的灵敏度后对钢轨探伤, 会出现波根较粗、20%左右连续的粗晶反射波, 这说明钢轨内部 (尤其是轨头) 温度并没有达到规定的温度, 晶粒没能细化, 通过我们对断面的观察也验证了我们的结果, 这就没能达到正火的目的。第三第四组配比虽然达到了正火目的, 但氧气-乙炔的流量过小, 加热速度太慢, 加热时间超过了10分钟, 不仅影响施工进度, 最重要的是钢轨经过长时间的加热, 表面碳含量会减少, 严重影响钢轨的硬度。故第二组气体配比适合我们使用。
2.3 总结
因为每一个加热器的出气孔径不尽相同, 在保证正火目的的前提下, 本着节省材料和降低施工时间的原则, 氧气-乙炔配比应遵从:乙炔流量调到某个固定值后, 根据加热器火焰长度调整氧气流量, 既不能出现表面温度过高内部烧不透的现象, 也不能出现因加热时间过长, 导致钢轨软化的结果。
3 结论
按照现场钢轨火焰正火的工艺需要, 设计了一套火焰正火的工艺操作方法, 从而对钢轨移动焊接头正火进行有效的质量控制。提高了作业效率, 降低了施工成本。
通过大量试验表明, 火焰正火中氧气-乙炔配比调节时, 可通过将乙炔流量固定在4.2m3/h左右之后, 观察火焰长度, 进而通过调节确定氧气流量;加热范围控制在焊缝两边各50mm的距离, 能够对钢轨焊接接头起到很好的热处理作用。在达到标准要求各项标准的同时, 节约了施工成本和施工时间。
参考文献
[1]杨来顺.客运专线无缝线路的钢轨焊接[J].铁道工程学报, 2005, 85 (1) :47-50.
[2]丁韦, 等.火焰正火对钢轨焊接接头金相组织及力学性能的影响[J].铁道工程学报, 2002, 12 (4) :96-98.
钢轨焊接 篇3
1 焊接管理系统
焊接管理系统是焊机的一个重要组成部分,操作人员可通过焊接管理程序界面全面了解焊接进展情况,如焊接时间、位移、油压、电压和电流等数据,监控系统软件采用Visual Basic 6. 0进行编写,对焊接参数( 焊接电压、电流有效值、位移量和油压量)进行实时采集; 通过与可编程控制器PLC的串行通讯,读取焊接过程中的阶段信号,实时查看接头的焊接曲线,实现焊接质量的判断和跟踪追溯[1]。
2 接头质量判断
通过采集焊接数据绘制成的曲线如图1所示,对于焊接记录数据的判断,是由焊接管理系统自动进行的,显示“NO”的接头判为不合格; 对显示“OK”的接头则由负责焊机记录和监控的操作人员逐个观察电流、电压、位移和压力曲线,对照正常曲线察看有无异常情况,同时结合外观判断焊头的优劣。
2. 1 电流曲线
电流曲线可以表征钢轨焊接过程是否稳定,即是否存在闪光中断( 断火或短路) 现象,也可间接分析焊接顶锻前钢轨端面的加热情况。焊接过程中出现断闪( 短路或者断火) 的曲线如图2所示,是由于闪光速度与送进速度不匹配或反馈电流太高所致。
在稳定闪光阶段之后发生断闪,就意味着焊接过程的保护不好,焊缝暴露在空气中容易被氧化,形成灰斑缺陷。在15个试验接头中,2根发生断闪现象的接头都没有通过随后的落锤检验,断面存在大面积的氧化灰斑缺陷,断口如图3所示。
在进入加速烧化阶段后,若产生600 A以上的电流峰值,就称之为电流脉冲( 见图4) 。液压油的洁净度及机械结构的精确度下降会导致电流脉冲增加。在顶锻前加速阶段( 顶锻前5 s) 发生电流脉冲,意味着有较多液态过梁参与导电而导致较大的爆破,爆破产生较深的火口或高熔点的硅酸盐夹杂物不能被挤出,而且越接近顶锻阶段越不容易被挤出来,留在焊缝内形成焊接缺陷[2],也容易形成图3的断口形貌。
2. 2 电压曲线
焊接电压采用程控调压方式,如图5所示。闪光开始阶段,钢轨处于冷态,采用较高的次级空载电压,以利于激起闪光,当钢轨端面温度升高后,焊接过程进入稳定烧化阶段,再采用较低的电压闪光,并保持闪光速度不变,提高热效率。接近顶锻时,再提高次级电压,使闪光激烈而稳定,增加钢轨端面加热区的自保护作用,避免液态金属膜被氧化而产生焊接缺陷。焊接电压曲线的变化趋势由工艺参数设置决定,电压值与设置值的波动范围因自耦变压器接线端子的不同而变化。
2. 3 位移曲线
通过位移曲线可以检查焊前钢轨端面的垂直度和间隙。例如,根据焊接完成的位移曲线判断,图6所示的钢轨焊接前端面打磨垂直度不符合要求,垂直度较差的钢轨焊接,焊口没有达到全端面密贴,脉动焊的烧化量小,在脉动闪光加热时,局部因接触较晚而加热不足,往往容易形成低温冷断口,很难通过落锤检验。
正常的顶锻位移曲线呈现为顺滑的抛物线,接头加热效果的波动,会影响顶锻位移曲线的形状: 1加热效果趋优,顶锻位移曲线趋向圆滑,斜率变大,顶锻力记录数值基本不变,顶锻量记录数值变大; 2加热效果趋劣,顶锻位移曲线趋向平缓,斜率变小,甚至出现折点,顶锻力记录数值变大,顶锻量记录数值变小。
当顶锻阶段的位移曲线陡直,且顶锻力相对较小,顶锻量较大,超过正常理论值11 ~ 14 mm时,可判断顶锻时钢轨接头发生打滑,其位移曲线如图7所示。目测接头凸出量较小,同时观察钢轨轨腰与钳口接触部分有铜屑残留,则可判定接头打滑。顶锻阶段打滑是指在焊接顶锻过程中由于夹持力不足而产生的钢轨与钳口之间的滑动,打滑接头需切掉重新焊接,因其内部缺陷超标、综合机械性能很差,接头在落锤试验时一锤就断。
2. 4 油压曲线
油压曲线记录了焊接过程中油压的变化情况,从中反映出顶锻油缸的进退情况和顶锻力的大小,可与正常接头进行比较,及时发现液压系统是否处于正常工作状态。同时根据顶锻时的阻力大小,进行是否打滑的辅助判定。LR1200型焊机焊接60kg / m钢轨时,顶锻力通常在55 ~ 65 t之间,若顶锻力下降,可以再增加一点顶锻量,另外也可以通过提高焊接液压系统的系统压强和参数设置中系统压力的百分比来增加顶锻力。
3 结论
( 1) 通过分析钢轨闪光焊接过程曲线,可以了解闪光焊接过程的稳定性、焊接数据的反馈、钢轨端面的平直度、接头打滑情况及液压系统工作情况等,作为焊接接头质量的判断依据。
( 2) 负责焊机记录和监控的操作人员通过观察电流、电压、位移和压力曲线,可以判断焊接过程是否正常及焊接接头质量是否合格。
钢轨焊接 篇4
根据铁道部重点课题“既有线维护技术研究———钢轨焊接接头焊后热处理、矫直及外形精整综合系统研究”的要求, 开发适用于现场钢轨焊接接头焊后综合处理的自动化、专业化成套技术装备, 改变目前国内既有线钢轨焊接接头焊后综合处理的落后现状, 实现现场钢轨焊接和接头焊后综合处理作业的科学合理匹配, 提高现场焊轨工程的质量和效率, 保证线路质量, 保障铁路行车安全。
1 总体结构
既有线钢轨焊接接头焊后热处理、矫直及外形精整综合系统 (以下简称焊后综合处理系统) 由焊后热处理、矫直和外形精整3个子系统及相关功能设备组成。总体集成采用工作舱式结构, 由操作舱和动力舱组成, 采用平板车装载方式, 满足设备承载、运输和施工作业匹配要求。
操作舱内集成热处理设备、矫直设备、外形精整设备和吊装设备, 设置过程监视和自动控制, 在运行方向一端进行施工。动力舱内集成大型发电机组等设备, 为操作舱内设备提供动力电源。总体结构布置如图1、图2所示。
2 主要技术参数及功能特点
2.1 主要技术参数及要求
(1) 应用环境:环境温度 (-10~+40) ℃;海拔不高于2 000 m;相对湿度不超过80%。
(2) 适用线路:曲线最大超高180 mm;线路最大坡度33‰。
(3) 电源电压:AC (380±40) V, 50 Hz。
(4) 中频正火频率:1.0 k Hz~2.5 k Hz。
(5) 正火温度:850~950℃。
(6) 矫直范围:±5 mm, 外形精整范围:±500mm。
(7) 适用轨型:标配60 kg/m轨型, 可按用户需求进行相应更改。
(8) 适用钢轨材质:热轧钢轨U71Mn、U71Mnk、U75V, 可按用户需求进行相应更改。
(9) 综合处理后焊接接头性能符合TB/T 1632-2005标准要求。
2.2 功能特点
焊后综合处理系统采用电磁感应加热、液压四向矫直及固定支点仿形打磨技术, 可实现现场钢轨焊接接头的热处理、矫直及外形精整综合处理作业。
2.2.1 焊后热处理系统
(1) 功能特点
焊后热处理系统采用将操作舱和动力舱分开的双舱结构, 便于现场施工作业的灵活运用。特别设计的钢轨纵向保压装置, 有效防止了在线热处理作业时钢轨焊接接头高温情况下的受力变形。喷风冷却装置, 保证了钢轨焊接接头热处理后的硬度要求和冷却效果。
1-正火主机;2-双臂起重机;3-活动舱;4-电气控制柜;5-中频电源柜;6-储风筒;7-综合泵站;8-空气压缩机;9-冷水机;10-固定舱;11-灭火器;12-柴油发电机组。
1-矫直主机;2-双臂起重机;3-活动舱;4-显示器;5-电气控制柜;6-综合泵站;7-柴油发电机Ⅰ;8-固定舱;9-柴油发电机Ⅱ;10-单臂起重机;11-灭火器;12-精磨主机。
正火采用感应加热技术, 自动控制热处理过程及工艺, 为适应现场使用要求设计了独特的可开合式仿形感应加热线圈, 保证钢轨接头焊缝加热过程的均匀性。
(2) 性能指标
正火加热时间不超过240 s (60 kg/m钢轨) , 最大喷风压力不小于0.3 MPa;预设10组工艺参数, 可对热处理过程的数据进行记录和存储, 记录保存条数不少于100 000条, 不可编辑及更改, 仅可通过刻录光盘方式转存;正火主机吊装、装卡、正火、喷风、拆卸全部工序作业时间可在15 min之内完成;设置了线圈位置调节装置, 使得线圈相对接头纵向中心及横向中心位置均能准确对位。
(3) 接头热处理性能
通过对U75V和U71Mn钢轨焊接接头进行焊后热处理试验的结果分析可知:轨头和轨腰硬度满足TB/T 1632-2005标准和高铁技术条件要求。有效细化焊接接头内部组织, 焊缝晶粒度由1~2级提高到8级, 强度塑性有所提高, 冲击功提高3倍[1]。
2.2.2 焊后矫直系统
矫直系统设备采用将动力源集成于操作舱中的单舱模式, 可对处于砟肩的钢轨焊接接头或已铺设于线路上的钢轨焊接接头进行矫直作业。
(1) 功能特点
采用液压矫直方式, 可实现对接头上、下、左、右4个方向的矫直, 使用压力和位移作为联合控制参量, 作业过程中可对矫直力和矫直位移进行有效监控, 可实现长度1 m范围内±5 mm接头弯曲的四向矫直, 达到精确控制目标。矫直设备在4个调节方向均设置了加力显示和平直度测量机构, 可随时显示, 因此大大提高了设备的矫直效率以及矫直速度。矫直完成后, 矫直机的工控机可以将矫直所使用的参数记录下来, 以备将来查询。
(2) 性能指标
采用液压矫直方式, 可实现钢轨焊接接头上、下及左、右弯曲的四向矫直, 最大矫直范围不小于±5mm, 最大矫直力不小于1 500 k N;矫直主机的吊装、装卡、矫直、拆卸全部工序可在30 min之内完成;可对矫直过程的数据进行记录和存储, 记录保存条数不少于100 000条, 不可编辑及更改, 仅可通过刻录光盘方式转存;矫直后接头平直度应达到外形精整作业准备的要求, 供外形精整的余量可保持在0.2~0.3 mm范围内。
(3) 试验效果
采用矫直系统设备对钢轨焊接接头进行4个方向矫直作业试验, 并用自带的激光测量装置测量矫直后的接头, 基本达到目前焊轨厂焊和基地焊钢轨焊接接头四向矫直机的矫直作业效果。经过矫直后的钢轨焊接接头平直度水平得到大幅度提高, 同时解决了现场钢轨焊接接头只能横向或垂直单向矫直的难题, 以及不能测量平直度等缺点。
2.2.3 焊后外形精整系统
外形精整系统设备采用将动力源集成于操作舱中的单舱模式, 可对处于砟肩的钢轨接头或线路上的钢轨接头进行外形精整作业。
(1) 功能特点
根据现场施工移动频繁的作业特点, 将移动式数控钢轨仿形精磨机设计成4轮走行小车的成套设备, 进行精整精磨时, 走行小车可独立在线路上行走作业。精磨系统采用固定支点仿形打磨、精密测量和精密控制技术, 可自动沿钢轨纵向移动及横向摆动, 并自动控制打磨进刀量, 以实现对接头平直度的控制, 整体打磨精度满足铁标要求和高速铁路的实际需求。
(2) 性能指标
最大可实现接头焊缝两侧各500 mm范围内轨头及工作边方向的打磨;轨头至工作边过渡部位打磨廓形圆滑;满足轨顶面平直度 (0~+0.2) mm/m及工作边 (-0.2~0) mm/m的打磨精度要求;对符合钢轨焊接标准中规定的可进行精整的接头, 全工序过程时间不大于15 min;采用激光传感器和温度检测传感器检测钢轨的平直度;设有自动和手动2种精磨方式;采用工控机和数据采集软件对数据进行管理, 能够对参数进行预置, 对数据进行实时检测、采集、显示, 同时记录、形成报表。
(3) 试验效果
通过在线大量的外形精整试验结果表明, 设备工作效率高, 可在15 min内完成对轨顶面平直度为0.5 mm/m以下接头的外形精整作业, 接头精度满足高速铁路接头平直度要求, 轨头至工作边过渡部位轮廓面圆滑。
3 试验验证与应用
焊后综合处理系统及样机作为铁道部重点课题中研发的重大技术装备, 为验证其设计指标要求和使用性能的科学、可靠性, 须按照TB/T 1632-2005标准的相关规定和要求, 进行试验验证, 确保产品合格后才能投入使用。
试验验证内容包括: (1) 对试制的焊后综合处理系统所达到的实际技术指标进行验证, 检测其是否达到设计目标; (2) 对经焊后综合处理系统处理后的焊接接头, 验证其性能是否达到TB/T 1632-2005标准的规定和要求; (3) 焊后综合处理系统的上线施工作业和现场使用考核。
样机综合处理后的U71Mnk、U75V钢轨闪光焊接头经铁道部产品质量监督检验中心检验, 落锤、静弯、断口、疲劳、拉伸、冲击、硬度等试验结果及显微组织等均符合TB/T 1632-2005标准中高速铁路接头的相关规定和要求, 矫直作业及外形精整作业效果也达到设计要求, 经外部专家组检验评判, 作业效果合格。
2012年10月, 焊后综合处理系统样机在济南铁路局换轨工程施工中投入使用, 运行至今, 上线施工作业和现场使用结果表明, 焊后综合处理系统设备运转可靠、平稳, 运行状况良好, 具有操作简便、优质、快速、高效等优点, 能满足现场钢轨焊接接头焊后综合处理的各项要求。
4 结束语
焊后综合处理系统集成机械、材料、液压、电气、计算机控制等多方面技术, 是适合我国既有线钢轨焊接接头焊后热处理、矫直及外形精整作业的专业化、自动化综合性施工设备。现场使用结果表明, 焊后综合处理系统设备运转可靠、平稳, 运行状况良好, 具有操作简便、优质、快速、高效等优点, 能满足现场钢轨焊接接头焊后综合处理的各项要求。采用的感应加热、液压四向矫直和固定支点仿形打磨技术, 使得综合处理后的焊接接头质量符合TB/T1632-2005标准要求, 大大提高了钢轨焊缝质量和作业效率, 提升了既有线维护质量和技术水平。
目前我国既有线钢轨焊接接头焊后处理的综合性施工设备尚属空白, 面对广阔的既有线维护需求空间, 加快焊后综合处理系统及设备的开发应用, 对保证无缝线路焊接接头的质量和保障铁路的行车安全具有重要意义。
参考文献