钢轨焊接技术与质量控制
Rail welding technology and quality contro l
摘要：本文根据中铁十七局集团铺架分公司海南东环铁路项目焊轨基地钢轨焊接实例，介绍焊轨基地布置和焊轨工艺，讨论基地钢轨焊接技术和质量控制，提高基地钢轨焊接合格率。

Pick to: Our article is according to the rail welding of hainan east ring railway project welded rail base of GR17BG laying rails and bridging company for example, introduce the layout of welded rail base and rail welding technology, discussing base rail welding technology and quality control,and how to improve the qualified of base rail welding.
关键词：钢轨焊接焊接参数落锤实验
Keywords: rail welding welding parameter DWTT experiment
1、工程概况
新建海南东环铁路DHZQ-1标段。

本标段正线为一次铺设跨区间无缝线路，采用攀枝花新钢钒股份有限公司生产的U71Mn非淬火无螺栓孔新钢轨钢轨，其定尺为100m长、60kg/m。

开通设计时速为250km/h。

钢轨焊接有基地焊接和现在焊接两部分。

2、焊轨机型号及原理
2.1焊轨机型号
采用成都艾格机电设备有限责任公司生产的UN5-150G型固定式闪光接触焊机。

2.2焊轨机结构
该设备有焊机、冷却系统、液压系统、控制系统和除尘系统五大部分组成。

焊接的全过程由PLC 控制，焊后自动生成每个焊接焊头的焊接曲线和焊接工艺参数，反应该接头焊接质量。

2.3焊接原理
固定式闪光焊轨机的基本原理：两钢轨端面接触，起初很少的几个接触点形成最开始的通电过量，当强大电流通过两轨接触面时，会在过梁上产生很大的电阻热，至使过梁爆破、喷弧，发出飞溅和闪光，并出现熔滴成为新的过梁，因此爆破、喷弧、飞溅、闪光的过程就会连续不断地进行，直到将钢轨端面的污物喷除干净，并将其加热到熔化状态，断电同时对端面加压，使之在挤压的作用下相互结晶，完成两钢轨的焊接。

3、焊轨基地施工工艺流程
焊轨施工工艺流程图
本生产线共十一个工位，其中焊接工位是本条生产线的核心。

本文中我们主要讨论焊接工位有关技术和质量控制。

4、钢轨焊接工艺技术
4.1焊接工艺流程
焊接工艺模式有连续闪光焊接和脉动闪光焊接两种。

我们焊轨机采用连续闪光焊接工艺模式，即从焊接开始，焊件端面一直进行连续不断的、均匀的闪光，形成触点（又称过梁），依靠连续的闪光触点加热，这些触点不断交替地在焊件全端面进行加热，使温度均匀分布并不断升高，直到顶锻。

4.2钢轨对位
~1、2-焊件；3-静夹具（电极）；4-动夹具（电极）；5-变压器。

闪光焊机焊接示意图
焊接过程中，先将钢轨1顺直并运送到夹具3中间，右端面距推瘤刀2.5—3cm ，距离过大或过小会导致推瘤不干净；然后将钢轨2运送到夹具4中间，点动输送轮，将钢轨2左端面刚好与钢轨1右端面接触。

用夹具3、4夹紧待焊两根钢轨，调整两根钢轨端面的水平、垂直和间距位置，调节动架4可使钢轨2前后移动，最大移动距离80mm ，两端面间距应为1mm 。

调节静架3可使钢轨1的端面在水平和垂直方向移动以便使两钢轨端面对准，钢轨端面对准以轨顶面和工作面为基准，错边量不得大于0.5mm ，而轨底脚水平方向不得大于2mm ，此环节称钢轨对位，熟练的焊工1分钟之内即可完成。

钢轨对位结束后，启动变压器和除尘设备，再按下焊接“启动”按钮，开始焊接。

4.3连续闪光焊焊接过程
焊接过程分为预闪——高压1——高压2——低压1——低压2——低压3——加速1——加速2——顶锻——保压，共十个阶段。

在焊接过程中，各个阶段均有个阶段的参数控制。

这些各阶段参数统称为焊接参数。

轨 机 焊 接 参 数 表
在焊接过
程中前八个阶
段，即预闪——加速2为加热阶段，此阶段随着钢轨的温度升高，电压降低，
电流升高，根据钢轨温度的变化把加热阶段划分为以上八个阶段。

其中低压二阶段为我们新增的一项工
艺，它主要起到缓冲和过渡作用。

加速阶段是焊接过程中比较重要的一个阶段，它主要起到三个作用：○1迅速爆破使接头周围形成一层金属蒸气，保护端面不被氧化；
○2利用快速闪光闪平接头端面；
○3利用闪光喷出的火花清理干净端面杂质。

钢轨接头出现最频繁的质量问题——灰斑，一般是在此阶段形成的。

当加热阶段结束，焊机动架快速送进，以8～10Mpa压力挤压焊件端面，此时电流达到了最大值，一般在900～1000A,个别接头顶端电流会稍高于1000A，但不得低于900A，否则需检修焊机。

焊接端面在压力作用下产生塑性变形，形成牢固的焊接接头。

焊接总时间一般在100～140s之间，其中96%以上的接头焊接时间在110～130之间。

4.4焊后清理
焊接结束后，焊接工及时清理留在钢轨上、推瘤刀和挡渣板上的焊渣，并在推瘤刀上和挡渣板上刷油。

待钢轨输送走后，清理电极板。

4.5焊接参数的确定
用焊轨基地用待焊钢轨（60kg/m,U71Mn）焊接试头进行落锤实验，并反复修改焊接参数，直到落锤实验合格，并断口符合规范要求。

在焊轨基地落锤实验合格后，将送47件样品到北京中国铁道科学研究院金属及化学研究所进行型检。

型式检验包括落锤、断口、静弯、疲劳、冲击、拉伸、硬度和显微组织的检验，型检合格后，则焊接参数以确定，不得随意修改。

如必要时修改参数则需重做型检实验。

连续落锤25个试头，全部合格，则视为落锤实验通过。

在落锤实验的25个试头中，随机抽15个肉眼检查断口，每个断面不得有未焊合、过烧、夹渣缺陷，允许有少量灰斑，但单个灰斑面积不的大于10mm2，断面总面积不得大于20mm2。

5、钢轨焊接质量评定
钢轨焊接质量分为两部分：外观质量和内部质量。

外部质量主要包括轨顶面、工作边的平直度达标。

内部质量包括：未焊合、过烧、夹渣、灰斑、电击伤等。

使用检测仪器为CTS—23B超声波探伤仪。

焊接完毕首先看焊机自身评定是否合格，合格后再有CTS—23B超声波探伤仪检测。

焊机自身采集的接头相关数据和图形，可以帮助我们分析本焊头的质量和焊轨机的工作状态。

但焊接质量的最准判定是有超声波探伤仪判定。

焊轨机评定接头数据标准参数表
该判断标准为焊接质量判断的其中一项。

下面我们举例说明从焊接图形和数据上来分析焊接接头的质量。

叛废接头A0854焊接资料：
5.1叛废接头A0854实例
稳定阶段波形图
A0854 接头轨底角断面图
该接头焊于2009年11月18日，从接头轨底角断面图上可以清楚的看到有多处灰斑，已严重超标。

从波形图上分析，主要是总图约121秒处（稳定阶段约46s处），即加速2阶段电流不稳定，而这一阶段电流应该是平稳且逐渐上升的一个阶段，也是焊接过程中最重要的一个阶段。

但接头A0854在此阶段电流最大值超过了600A，形成了过大的爆破坑，而最小值约为6A，会使空气进入焊接界面，导致了灰斑的出现。

我们初判断是电极板与钢轨接触不良，使得电流不稳定，检查焊接电极板，发现静架前下电极板有6mm*11mm凹陷，及时更换电极板，做试头并落锤实验，全部合格。

5.2在钢轨焊接中电击伤是一种致命伤，不常见。

该伤主要由电极板和钢轨母材接触不良，导致局部电流过大而灼伤母材。

为防止电击伤，要提高钢轨除锈质量，不定期检查电极板有无凹槽或垫伤。

从焊接数据上分析，除锈质量和电极板导电状况主要看阻抗值的大小。

一般情况下，阻抗值在114～119（μΩ）之间，连
续出现125μΩ以上的阻抗值，则需停焊，检查。

在生产过程中，将每周期落锤实验成功试头的图形和数据要作为一个标准，以此来分析下一周期内的接头质量和焊机状况。

6、注意事项
6.1 在焊接过程中，操作工应注意电击、焊接烟尘、有毒气体、闪光火花引起火灾、高温钢轨烫伤等安全事宜。

6.2 每焊接500个接头，要检修一次焊机，并做5个试头做落锤实验。

6.3 操作员要随时注意冷却水温度，不得高过300C。

6.4 记录员要仔细分析每一个接头的数据和波形图，尤其是焊接时间和阻抗是否正常。

结束语
闪光焊又叫电阻闪光焊，是目前我国使用最多、最广的一种焊接方式。

此焊法焊接速度快，焊接质量高，焊缝强度可达到母材强度95%以上。

我们在两个多月，700多个接头的焊接过程中，总结出了成熟的、适合我们自己的焊接技术和如何判断焊机焊接状况、分析钢轨焊接质量的方法。

同时又应用到生产中，使我们的生产效率从20分钟1个接头提高到现在8～10分钟1个接头，合格率达99.29%，企业效益大幅增高。