无缝线路钢轨焊接方法原理及特点

1.接触焊焊接方法及工艺

钢轨接触焊( 闪光焊) 一般应用于工厂焊,无缝线路 95﹪是采用此种工艺完成的,即把长度为25米无孔标准轨焊接成为200-500米的长轨条。

其原理是利用电流通过钢轨接触面产生热量熔化钢轨局部端面,再经顶锻完成焊接。由于接触焊的焊接热源是来自工件的内部热源,热量集中,加热时间短,焊接过程不需要填充金属,冶金过程比较简单,热影响区较小,易获得质量较好的焊接接头。

焊轨厂所采用的焊接流程基本相同, 包括: 配轨、探伤、整修钢轨端面、进入待焊台位、焊接、粗磨、精磨、调直、正火、探伤、进入承轨台、装车运送至现场, 在所有工序中焊接最关键的一道工序,其焊接质量好坏直接关系到线路维修工作量的多少,如果出现问题, 严重时会危机到行车安全与其他钢轨焊接方法相比,闪光焊自动化程度高,受人为因素影响小, 焊接设备配有计算机控制,焊接质量波动小,焊接生产率高等特点。在正常情况下与气压焊、铝热焊相比,钢轨的接触焊焊缝强度较高,线路上断头率约在0.5/10000以内。但与母材相比,它的强度仍低于母材,原因如下:

(1) 钢轨属大断面扎材,其心部材料较差,有低熔点夹杂条带、疏松、晶粒粗大,在焊接顶锻过程中,边缘较好材料被挤出,而以心部材料向外扩展代替,且纤维组织中断且弯曲,顶锻量愈大这种情况愈明显。

(2) 焊接高温热影响,在焊缝左右1～2mm区域晶粒粗大,降至 1～2 级

(3) 钢轨断面不均匀,轨顶、轨底属紧凑型断面,轨底两角是展开型断面,焊接时轨底两角温度偏低,焊接后全断面冷却不均匀,产生较大的残余温度应力

(4) 焊缝上存在难以消除的缺陷———灰斑。

2.气压焊焊接方法及工艺

目前广泛应用的钢轨气压焊是小型移动式气压焊机, 主要用于焊接工地长钢轨联合接头, 还可以利用封锁天窗进行伤轨焊接处理。

其原理是将钢轨的焊接端面加热到塑性状态, 在固定的顶锻力作用下产生顶锻量, 当顶锻量达到一定量之后, 钢轨即被焊接成一个整体。

目前的小型气压焊机基本上为国产焊接, 其焊接过程一般分为氧- 乙炔火焰预热、预顶施压、低压顶锻、高压顶锻、保压推凸等阶段, 由于在焊接过程中需要人工对轨和肉眼观察加热状况, 所以受人为因素影响很大, 易出现焊接接头错口和接头缺陷。

但因为其具有设备简单, 体积小、重量轻的特点, 便于线上、线下及工地移动, 操作比较简单, 大量用于工地现场长轨条的焊接。

3.铝热焊焊接方法及工艺

铝热焊一般应用于铁路钢轨的现场焊接, 是线路铺设特别是无缝线路锁定和钢轨断轨修复的不可缺少的方法。钢轨的铝热焊是利用焊剂中的铝在高温条件下与氧有较强的化学亲合力, 它从重金属还原,同时放出热量, 将金属熔成铁水, 浇铸施焊而成。

其重要过程是将配制好的铝热焊剂,放入特制的坩锅,用高温火柴引燃焊剂,产生强烈的化学反应,得到高温的钢水和熔渣,待反应平静后,将高温的钢水注入扣紧钢轨经过预热的砂型中, 将砂型中对接好的钢轨端部熔化,冷却后去除砂型,并及时对焊好的接头整形,两节钢轨即焊成一体。虽然铝热焊设备具有投资省,焊接操作简单,接头的平顺性好等特点,但其焊缝为较粗大的铸造组织,韧性、塑性差,最好能够进行焊后热处理,以改善焊接接头性能。

总之,长钢轨焊接质量应以接触焊、气压焊为佳。接触焊、气压焊极限强度、屈服强度、疲劳强度均能达到母材的 90﹪以上。铝热焊质量稍差, 其极限强度只达到母材的 70﹪左右, 疲劳强度更差,仅达到母材的 45﹪～70﹪,屈服强度稍好一些,与接触焊接近