大秦线铝热焊现场常见工艺问题及其控制措施

张 士 超

(大秦铁路股份有限公司茶坞工务段，北京 101402)

大秦线铝热焊现场常见工艺问题及其控制措施

张 士 超

(大秦铁路股份有限公司茶坞工务段，北京 101402)

介绍了大秦铁路重载条件下，法国拉伊台克铝热焊操作关键环节存在的工艺操作问题，以及各种问题对焊头质量产生的风险和缺陷影响，并结合大秦线现场实际，从严格尊重技术参数、落实工艺标准流程入手，提出了一些应对控制措施，通过现场焊联作业实践证明，能有效的控制铝热焊焊接质量。

铝热焊，钢轨，预热，轨缝

1 大秦线铝热焊概况

铝热焊操作简单、工艺易掌握，在大秦线日常维护中大量使用。目前大秦线铝热焊接头96%采取法国拉伊台克(QPCJ)技术，4%采取德国施密特技术。近年来由于大秦线大运量、高密度的列车对线路冲击作用显著，特别是铝热焊接头，硬度和强度低于钢轨母材，伤损增加明显，仅2014年茶坞工务段发生铝热焊接头伤损395处，更换50处，严重制约设备的安全。通过调查，铝热焊伤损增加的背后暴露出铝热焊作业中存在缺陷和问题，因此十分有必要对铝热焊接工艺存在的问题进行分析，有针对性的消除焊接操作问题给焊头带来的质量风险，以保证线路设备的状态稳定。

2 铝热焊常见问题及引发的质量风险

由于我段铝热焊主要采取法国拉伊台克(QPCJ)技术，因此重点分析法国拉伊台克铝热焊操作中常见的问题。通过对现场铝热焊焊接工艺的分析，发现焊接操作中存在很多共性问题，对焊接质量影响很大。主要集中在轨端清理、焊缝调整对正、砂模调整、预热、后续清理打磨这5个关键环节上。

2.1 轨缝过大、过小对焊接质量的影响

法焊轨缝要求23 mm～27 mm，不正确的轨缝参数会影响钢水的流动性和预热效率。轨缝小预热达不到效果，轨底预热不足，高温钢水的容量减少，熔化钢轨端头的热量不够，轨底角的熔合不足，会造成断轨，同时冷却速度加快，焊头凝固过快，气泡从轨底角钢柱处排出的时间不足，会残留在轨底角处形成气孔。轨缝过大可能出现钢水填充不足，中央疏松；预热效率降低，易出现气孔、夹渣；热量分布不均匀，熔合不足，易断轨，导致高温区域发生变化，焊头内部出现缩孔。

2.2 钢轨对正常见问题对焊接质量的影响

1)尖点不合适。法国拉伊台克(QPCJ)铝热焊规定混凝土枕区段尖点1.6 mm，有些作业人员调整尖点时，不使用塞尺检查调整尖点，靠肉眼估计尖点大小，误差很大。尖点过大，直接导致打磨工作量增多，并且焊头部位上拱，在垂直受力的同时，焊头弯矩增大，易出现断裂。尖点小，高温铝热钢液凝固收缩时，轨头收缩量要大于轨底，易产生低接头，造成轮对在焊头处冲击力增大，易导致焊头断裂。

2)对正误差大。对正环节包括水平对正和不等倾斜对正，水平对正是调整轨头部位的平直，包括轨头内、外侧、轨头下颚。水平不对正导致轨头左右错牙、支嘴，影响焊头的受力性能。不等倾斜对正是对正轨腰和轨底三角区，如调整不好，会造成焊头疲劳过度而断裂。由于钢轨每个位置对正会影响其他位置的对正，因此对正操作时，要检查其他位置是否对正。而现场焊接人员常常忽视这一特点，调整不等倾斜后没有回检水平对正，还有作业人员在对正后触碰钢轨、对正架，很容易出现焊头不对正问题。

2.3 砂模调整中存在的问题

1)砂模研磨不到位。如果出现研磨不到位，侧砂模与钢轨表面不密贴(见图1)，砂型与钢轨间的缝隙会流出钢水，产生飞边，飞边在急冷作用下易产生马氏体，成为疲劳断裂源。严重情况下，砂型与钢轨配合不良可能会造成钢水泄漏，造成焊接失败。

2)砂模不居中对称。砂模居中对称包括底砂模居中对称、轨头轨缝处居中对称和砂模轨底脚处。砂模不居中，对焊接工艺产生很大影响，钢水循环被打乱，导致出现气孔；焊头加强筋不对称，焊头静弯和疲劳强度降低，在轮对的冲击下，很容易发生断裂。同时预热效率低，两侧轨端温度不同，出现气孔、夹渣，甚至出现熔合不足，这都给焊头质量带来影响，给后续的上线使用埋下安全隐患。大秦线一个典型的案例是，2014年12月13日下行K368+20左股铝热焊接头上线53 d发生断裂，诱因主要是断口处明显焊筋不对称。

2.4 预热中常见问题对焊接质量的影响

1)预热不足或过热。预热是铝热焊工艺极其重要的一个环节，按照规定预热到850 ℃～900 ℃。在检查现场焊接操作中，发现有不少问题影响预热温度。一方面氧气、丙烷压力调整不合适，现场操作人员往往不注意这个细节，初始调整氧气、丙烷压力后，便不再观察压力表，导致氧气、丙烷压力不足，火焰温度不够，在规定时间内，达不到预热效果。另一方面不按照预热时间进行预热，存在预热时间过长或不足的问题。另外有的预热人员火焰调节效果不好，预热过程中频繁调整预热。这些都导致预热效果不好，预热不足，轨端没有达到规定温度，导致熔合不足，焊头存在气孔，夹渣，裂纹，淬火金属结构。预热过度，造成热影响区过大(硬度低)，焊头轨头处夹砂(封箱泥)，存在热裂纹，缩孔等伤损。

2)预热器不居中。在铝热焊工艺中，设计的预热器高度已经固定，在作业现场，常出现预热器不居中的问题，造成预热不均匀，熔合区不均匀，导致焊头出现气孔、夹渣和熔合不足的问题。

2.5 焊头打磨清理不标准

由于砂模和钢轨存在微小缝隙，不可避免的造成夹皮普遍存在，主要出现在轨头下颚和轨底脚部分，由于现场不注意清理夹皮，容易造成应力集中点，诱发焊头出现伤损断裂。另一方面，轨底脚的钢柱残余也容易形成应力集中，成为焊头疲劳伤损的诱发源。

3 常见工艺问题分析及控制措施

以上现场操作常见问题，我们发现主要是由于作业人员对工艺参数不尊重，操作不标准造成，因此提高铝热焊接头质量的关键在于优化操作工艺，避免操作错误，从而降低焊头质量风险。通过现场调研，结合实际操作，按照“严格尊重技术参数、落实工艺标准流程”的思路，对铝热焊作业进行卡控。

3.1 严格控制焊缝宽度参数

对于法国拉伊台克(QPCJ)要求的23 mm～27 mm轨缝，要求现场作业人员必须严格遵守，超过这个参数范围即判焊接质量不合格。在轨底、轨腰、轨头三个部分的轨缝必须都在规定范围内，在设置尖点后，可能引起轨缝出现变化，如图2所示，因此需要重新复核检查。在线上焊联时，复紧前后50 m扣件，防止轨条伸缩，导致轨缝超限。对于线下长轨焊联，注意气温变化，预留胀轨量，如果气温升高过快，胀轨量无法预知，轨缝难以控制，禁止焊联。

3.2 灵活掌握尖点参数

混凝土枕区段要求尖点值1.6 mm，在现场尖点的设置根据气温和轨温的情况，根据实际进行微调，根据我们的经验，在混凝土枕地段，尖点应在1.4 mm～2 mm，这样才能保证不出现低接头、高接头，影响受力性能。尖点的测量必须要使用焊工尺和塞尺，现场杜绝靠肉眼估计的不标准作业方法。

3.3 精确对正

前提保证对正架和焊工尺精确，无变形，对于存在弯曲、扭曲的对正架、焊工尺，禁止使用。值得注意的是，两段钢轨外形尺寸差异较大时，对轨时应尽量保证工作面的平顺。对于钢轨垂直磨耗，待焊接两种钢轨高差大于3 mm，小于8 mm时，需要使用特制的中和砂模组件或采取宽焊缝进行焊接；高差大于8 mm，禁止焊接。对于侧磨钢轨，要采取特殊工艺，对直钢轨轨腰及轨底。由于尖点、水平、倾斜、轨缝几个参数相互影响制约，每次水平、倾斜对正后，要重新检查，直到精确对正。在安装砂模底板，拧紧金属底板的加紧螺丝后，最后一次检查对正，这也是最后卡控对正的防线。

3.4 严格砂模研磨、支模工艺

严格落实按照RTC工艺磨砂模，磨砂模时，需要两人配合，首先一个人不动，另一个人磨，然后交换，进行研磨。直到砂模和焊头处吻合密贴。需要注意的是，严禁不在焊头处进行砂模研磨，这样研磨后砂模完全不能和焊头处吻合。

保证砂模居中，卡控三个环节，安装底砂模，要以轨缝居中；安装侧砂模，要与轨缝居中；最后重点检查轨底角处砂模的居中，由于不易观察，要使用手电仔细检查，才能确定是否居中对称。

3.5 把控预热环节，实现最佳预热效果

在预热时，首先调整预热枪支撑架居中，在此基础上再调整预热枪居中，包括轴向和横向两个方向。必须遵守规定预热时间这个极其重要的技术参数：50 kg：4 min，60 kg：5 min，75 kg：6 min。只有在一些特殊情况下，才能去改变预热时间(寒冷气候，防回火塞被堵塞)，进行适当调整。在预热期间安排1人专门观察气压表压力，控制气体压力，丙烷压力为10 PSI(0.07 MPa或0.7 bar)，氧气压力70 PSI(0.49 MPa或4.9 bar)，一旦压力不达标，要及时进行调整，同时调整火焰不能过于频繁。

3.6 焊头标准化清理打磨

针对焊头夹皮、轨底脚钢柱残余导致的应力集中，制作了焊头标本，作为焊头清理打磨标准化依据。现场配备电镐和角向打磨机，重点对轨头下颚、焊筋夹皮和钢柱残余进行清理。保证了作业能力和作业效率。

4 结语

大秦线铝热焊操作作业实践证明，现场作业人员、主管人员通过关注关键工艺步骤，对现场铝热焊有针对性的进行控制，在关键环节控制技术参数，落实标准工艺，对常见问题进行重点检查，特别是纠正作业人员在预热时预热枪不居中，焊头夹皮清理不彻底的问题，这些措施都提高了铝热焊工艺的精细度，有效的降低焊接质量风险，提高焊接合格率，减少上线使用安全隐患。

[1] 张明龙.无缝线路钢轨铝热焊焊接质量控制与提高[J].铁道标准设计,2002，46(3)：43-44.

[2] 刘多伟.浅谈铝热焊焊接钢轨技术[J].山西建筑，2005，31(12):128.

On common craft problems in exothermic welding site along Datong-Qinhuangdao railway and its control measures

Zhang Shichao

(ChawuTrackMaintenanceDivision,Da-QinRailwayCo.,Ltd,Beijing101402,China)

The paper introduces the key steps and problems in craft operation for the exothermic welding of Railtech in France under the heavy-loaded conditions along Datong-Qinhuangdao railway, indicates the influence of these problems on the risks for the welding head and its defect, points out respective controlling measures from the adherence to technical parameter and implementation of craft standards by combining with the site of the railway, and proves by the site welding operation that the welding quality of the exothermic welding can be effectively controlled.

exothermic welding, steel rail, preheating, rail gap

2015-06-21

张士超(1985- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)25-0149-02

U415.12

A