通過(guò)對(duì)幾個(gè)小型氣壓焊焊接鋼軌的實(shí)例分析,說(shuō)明了不同廠家、不同批次氣體、非常氣候條件會(huì)對(duì)小型氣壓焊質(zhì)量產(chǎn)生影響;不同鋼種的鋼軌對(duì)小型氣壓焊加熱器參數(shù)有不同的要求。提出了遇到上述問(wèn)題應(yīng)采取的措施,并在試驗(yàn)或正式焊接中驗(yàn)證了這些措施實(shí)施的效果。

　　關(guān)鍵詞:氣壓焊　質(zhì)量　應(yīng)對(duì)措施

　　雖然工地接觸焊正在推廣,鋁熱焊技術(shù)日益成熟,但小型氣壓焊(以下簡(jiǎn)稱(chēng)氣壓焊) 仍為無(wú)縫線路施工現(xiàn)場(chǎng)焊接的主要方法。與工地接觸焊相比,氣壓焊的設(shè)備、機(jī)具比較輕便;與鋁熱焊相比,氣壓焊接頭力學(xué)性能好。但氣壓焊受設(shè)備狀態(tài)、焊接材料、人員素質(zhì)等影響較大。某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題,則會(huì)影響焊接質(zhì)量。因此,應(yīng)加強(qiáng)過(guò)程控制,以保證焊接質(zhì)量。

　　1 　氣體質(zhì)量對(duì)焊接質(zhì)量的影響

　　氣壓焊使用乙炔及氧氣。目前氧氣大部分為液氧分裝,少部分為制氧機(jī)制氧,生產(chǎn)廠家一般為較大型企業(yè),質(zhì)量比較穩(wěn)定。而乙炔質(zhì)量差異較大。

　　1、1 　綏佳線焊縫斷裂

　　綏佳線鋼軌焊縫斷裂,材質(zhì)為鞍鋼U71Mn ,60 kg/Pm ,全長(zhǎng)淬火鋼軌,斷裂時(shí)間為1999 年11 月2 日。

　　1、1、1 　原焊接過(guò)程

　　1) 焊接參數(shù):氧氣壓力為0.13 MPa ,乙炔壓力0.11MPa ,氧氣流量216 m3/h ,乙炔流量412 m3/h ,加熱時(shí)間4 min 20 s。

　　2) 加熱器編號(hào)HH2012。

　　3) 當(dāng)時(shí)加熱過(guò)程中,火焰噪聲異常,時(shí)有油狀物析出,3 min 左右軌頭表面開(kāi)始呈熔化狀,頂鍛被迫提前。

　　4) 氧氣生產(chǎn)廠為哈爾濱鐵路氧氣廠,乙炔生產(chǎn)廠為黑龍江省綏化市某一小廠。

　　1.1.2 　斷裂分析

　　1) 外觀檢查

　　焊縫斷裂線見(jiàn)圖1 ,斷口形態(tài)見(jiàn)圖2。斷口分兩區(qū),頭部大部分為平滑區(qū),以下為瞬斷區(qū)。瞬斷區(qū)可見(jiàn)到明顯的人字紋花樣,人字紋尖端指向軌頭平滑區(qū)與瞬斷區(qū)相交處。

　　2) 微觀檢驗(yàn)

　　在光學(xué)顯微鏡下,無(wú)法分清組織特征。掃描電鏡下觀察平滑區(qū)、瞬斷區(qū)組織為細(xì)珠光體。掃描電鏡下觀察平滑區(qū)上有較光滑的小平面與大小不等的孔洞及顆粒,見(jiàn)圖3。對(duì)平滑區(qū)進(jìn)行能譜分析,未見(jiàn)雜質(zhì)元素。瞬斷區(qū)為準(zhǔn)解理斷口,見(jiàn)圖4 ,能譜分析未見(jiàn)成分偏差。

　　3) 斷裂原因分析

　　因乙炔質(zhì)量問(wèn)題引起火焰異常,使加熱鋼軌時(shí)溫度梯度異常,頂鍛提前終止,軌頭所形成的熔融狀表層中只有周邊很窄的區(qū)域焊合。軌頭大部分區(qū)域未形成金屬鍵結(jié)合(未焊透) ,在外力作用下,焊縫軌頭未焊透處開(kāi)裂,并向下擴(kuò)展,快速斷裂。

　　1、2 　京哈線( 長(zhǎng)濱線) 氣壓焊軌底角低塌現(xiàn)象處理。

　　2003 年5 月1 日,長(zhǎng)濱線小型氣壓焊焊接時(shí),發(fā)現(xiàn)加熱器加熱效果異常后停止長(zhǎng)軌焊接并檢驗(yàn)焊接試件。

　　1、2、1 　第一次試焊

　　焊接時(shí)間為2003 年5 月1～2 日;U75V 60 kg/m;加熱器編號(hào)HH2016 ;輸入氧氣壓力0155 MPa ,輸入乙炔壓力0.13 M/a ,輸出氧氣壓力0.13 M/a ,輸出乙炔壓力0.12 M/a ,氧氣流量2.7 m3/h ,乙炔流量4.2 m3/h ;各試件單獨(dú)記錄:1 # 焊接時(shí)間為9 min (軌底角向下塌陷嚴(yán)重) ,2 # 焊接時(shí)間8 min 10s (軌底角向下塌陷嚴(yán)重) ,3 # 焊接時(shí)間6 min 30 s (軌底角向下塌陷嚴(yán)重) , (注:焊前乙炔瓶?jī)?nèi)壓力1.38 M/a) ,4# 焊接時(shí)間5 min 54 s (軌底角向下塌陷嚴(yán)重) ,焊完3 # 試件后乙炔瓶?jī)?nèi)壓力為0.9 M/a ,5 # 焊接時(shí)間6 min 44 s (軌底角向下塌陷嚴(yán)重,焊縫軌頂面測(cè)溫為1 260 ℃) (注①:焊后乙炔瓶?jī)?nèi)壓力1.2 M/a ,②:1# ～5 # 乙炔為哈爾濱化工二廠制,同一批灌裝。) 。

　　落錘試驗(yàn)結(jié)果(錘頭高314 m) 。1 # 落錘試驗(yàn)2 次錘擊未斷;3 # 2 次錘擊未斷;5 # 2 次錘擊斷,未見(jiàn)焊接缺陷,斷口晶粒正常。2 # 靜彎試驗(yàn)反壓1 350 kN未斷;4 # 靜彎試驗(yàn)反壓1 460 kN未斷。

　　1.2.2 　第二次試焊

　　焊接時(shí)間2003 年5 月3 日;乙炔為哈爾濱化工二廠制,為新一批灌裝;加熱器編號(hào)HH2016 ;鋼軌為60 kg/mU75 V;除焊接時(shí)間外,其余同1# ～5# 試件;6# 焊接時(shí)間4 min 55 s ,焊縫外觀正常;7# 焊接時(shí)間4 min 50 s (注:推瘤時(shí),推傷焊縫) ;8# 焊接時(shí)間4 min 57 s。

　　試驗(yàn)結(jié)果。6 # 落錘試驗(yàn)2 次錘擊未斷;7 # 落錘試驗(yàn)2 次錘擊未斷;8 # 落錘試驗(yàn)2 次錘擊未斷。割口打斷,未見(jiàn)焊接缺陷。

　　因此,乙炔氣體的質(zhì)量與焊接質(zhì)量密切相關(guān)。不同廠家的乙炔質(zhì)量相差較大,同一廠家不同批號(hào)的質(zhì)量也有差異。為保證焊接質(zhì)量,應(yīng)使用大型企業(yè)生產(chǎn)的乙炔氣,換批次時(shí),應(yīng)先做焊接試驗(yàn)。

　　2 　焊接作業(yè)環(huán)境對(duì)焊接質(zhì)量影響

　　濱北線氣壓焊斷頭原因分析1999 年11 月28 日哈局管內(nèi)濱北上行線K28 + 200m處,插入膠接絕緣鋼軌的氣壓焊焊頭斷裂。焊縫斷裂線見(jiàn)圖5 ,斷口形態(tài)見(jiàn)圖6

　　焊接時(shí)間1999年10 月29 日,鋼軌類(lèi)型為俄羅斯M76B、65 kg/m ,斷裂時(shí)間1999 年11 月28 日,焊接參數(shù):加熱時(shí)間為5 min 20 s ,其余同U75 V。

　　該處是為插入膠接絕緣鋼軌而焊接的,線路封鎖時(shí)共焊接4 個(gè)焊頭,斷裂的焊頭為最后一個(gè)焊頭。焊接前氣溫為6 ℃左右,對(duì)軌時(shí)天氣驟變,大風(fēng)降溫,幅度近8 ℃,焊接作業(yè)繼續(xù)進(jìn)行,并仍使用推凸刀除瘤。此時(shí)頂鍛器未保壓。

　　因突然降溫,長(zhǎng)鋼軌產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,推凸除瘤時(shí),焊縫溫度在900 ℃以上,此時(shí)焊縫結(jié)合強(qiáng)度很低,頂鍛器未保壓,致使焊縫被局部(裂紋源) 拉開(kāi),在車(chē)輪沖擊及鋼軌應(yīng)力作用下,焊頭快速斷裂。

　　在氣溫(軌溫) 較低時(shí)或降溫較快時(shí),應(yīng)使用保壓推凸或用除瘤槍除瘤。

　　3 　不同鋼種對(duì)加熱器的不同要求

　　1) 2002 年開(kāi)始焊接PD3 (U75V) ,最初焊接試件時(shí),未對(duì)用于試焊的2 套加熱器進(jìn)行任何調(diào)整,這2 套加熱器用于鞍鋼U71Mn、包鋼U74 鋼軌焊接時(shí),焊接質(zhì)量良好。第一次試焊15 個(gè)試件,超聲波探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)4 根試件軌底角有傷波。經(jīng)落錘試驗(yàn),這4 根試件中2 根一次錘擊斷;1 根二次錘擊斷;1 根二次錘擊未斷。經(jīng)斷口檢查,一次錘擊斷的試件軌底下角處有過(guò)燒現(xiàn)象,過(guò)燒面積2 mm2 左右,二次錘擊斷的,軌底上角也有過(guò)燒,但面積較小。第二次試焊5 根試件時(shí),探傷仍發(fā)現(xiàn)1 根軌底角有傷,經(jīng)落錘試驗(yàn)檢查斷口,確有過(guò)燒缺陷。

　　2) 過(guò)燒為加熱時(shí)局部溫度過(guò)高而引起的。這可能與U75 V 的導(dǎo)熱率與U71Mn、U74 有一定差異有關(guān)。經(jīng)研究分析,決定將加熱器軌底角處的3 個(gè)火孔(兩側(cè)共6 個(gè)) 直徑縮小(約縮小10 %) ,以減少對(duì)軌底角的熱輸入。

　　第三次試焊5 根試件,探傷未發(fā)現(xiàn)軌底角有缺陷,落試驗(yàn)未見(jiàn)過(guò)燒等缺陷。后再焊10 根試件,均未發(fā)現(xiàn)軌底角缺陷。2002 年4 月開(kāi)始在京哈線現(xiàn)場(chǎng)焊接的324 個(gè)接頭中,探傷時(shí)未發(fā)現(xiàn)焊縫軌底角有過(guò)燒缺陷。

　　3) 不同鋼種的鋼軌對(duì)加熱器可能有不同的要求,因此,若鋼種改變,應(yīng)對(duì)加熱器或加熱參數(shù)加以調(diào)整。