孔德魯

（中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250001）

引言

隨著我國鐵路大提速和高速重載鐵路及客運(yùn)專線建設(shè)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)場施工中對于鋼軌焊縫焊接要求日益提高。過去大多采用在烏克蘭巴頓研究所生產(chǎn)的K922型移動接觸閃光焊機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場閃光焊接設(shè)備，其設(shè)備焊接鋼軌頂鍛完成后無焊縫保壓程序，無法克服鋼軌熱脹冷縮對鋼軌焊接質(zhì)量的影響。YHG-1200TH型焊軌車增加了焊接后保壓功能，很好地保證了鋼軌焊接接頭穩(wěn)定性，不僅保證了現(xiàn)場鋼軌焊縫的焊接質(zhì)量，同時達(dá)到了廠焊鋼軌的水平，提高了現(xiàn)場施工焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，更好地滿足了鐵路現(xiàn)代化建設(shè)對焊縫質(zhì)量的高要求。

1 試驗(yàn)設(shè)備和材料

采用更換晶閘管YHG-1200TH型移動閃光焊機(jī)、GZH-70 型鋼軌現(xiàn)場焊后熱處理成套設(shè)備。主要技術(shù)參數(shù)：（1）進(jìn)線電壓：三相380 V；（2）標(biāo)稱功率：75 kVA；（3）中頻電壓：600 V；（4）中頻頻率：1 000～2 500 Hz。試驗(yàn)材料選用邯鄲U75VG高速鋼軌，主要化學(xué)成份見表1。

表1 U75VG高速鋼軌主要化學(xué)成份/%

2 試驗(yàn)原因

YHG-1200TH型移動閃光焊機(jī)在焊接邯鄲U75VG高速軌生產(chǎn)檢驗(yàn)時，焊機(jī)空載試驗(yàn)出現(xiàn)焊接電流395 V。發(fā)現(xiàn)異常后分析原因確認(rèn)晶閘管被擊穿，應(yīng)及時成套更換晶閘管及匹配電路板。更換后原焊接參數(shù)焊頭落錘出現(xiàn)不合格情況，斷口存在冷斷口、灰斑、過燒缺陷，焊頭落錘統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 焊接接頭落錘試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 試驗(yàn)方案及依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)邯鄲U75VG高速鋼軌物理性能、化學(xué)成分的特點(diǎn)和YHG-1200TH型焊機(jī)參數(shù)調(diào)整特點(diǎn)，按照以往焊接經(jīng)驗(yàn)，微調(diào)一組參數(shù)焊接后進(jìn)行落錘檢驗(yàn)。通過焊接斷口來檢查接頭質(zhì)量，逐步調(diào)整焊接參數(shù)，以達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?。依?jù)《鋼軌焊接》（TB/T1632—2005），落錘高度3.1 m，兩次落錘試驗(yàn)焊接接頭不斷，灰斑面積控制在單個灰斑面積≤10 mm2，灰斑總面積≤20 mm2，滿足這些條件，落錘試驗(yàn)合格。試驗(yàn)結(jié)果必須現(xiàn)場檢測落錘質(zhì)量。

4 焊接調(diào)試中主要影響因素及控制方法

4.1 焊頭的冷脆斷口

質(zhì)量良好的焊頭斷口撕裂好，質(zhì)量穩(wěn)定。冷脆斷口的主要表現(xiàn)為在焊接中出現(xiàn)比較多的端口平齊，沒有或者較少焊接缺陷。通過平齊冷斷口對比撕裂斷口，發(fā)現(xiàn)斷裂趨勢的主要原因是平齊冷斷口。YHG-1200TH焊機(jī)更換晶閘管后，原焊接參數(shù)焊接邯鄲U75VG中加熱不足，需在原參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)節(jié)，加大鋼軌的熱量。

調(diào)整方法：在適當(dāng)調(diào)節(jié)反饋電流的情況下，調(diào)節(jié)第一階段和第二階段速度以提高加熱效果。（1）第一階段是預(yù)閃階段。為了獲得合適的溫度場和溫度梯度，減少局部的長時間短路，進(jìn)一步加快鋼軌的前進(jìn)和后退速度。反饋電流適當(dāng)減小時，由于局部短路時間短，短路的分布點(diǎn)多，因此，加熱較為均勻，能夠把溫度的提升速度加快。（2）第二階段是穩(wěn)定閃光階段。主要是通過短路時通過電流析出熱量加熱鋼軌接頭，這當(dāng)中并不形成連續(xù)的閃光。隨著鋼軌溫度逐步升高，鋼軌端面的溫度越來越容易發(fā)生閃光。如果大量形成閃光，端面熱態(tài)金屬就會被大量燒掉，從而降低焊接接頭的實(shí)際加熱效率。鋼軌端面溫度逐漸升高，前進(jìn)和后退速度必須隨溫度變化而變化。

為了克服此階段因鋼軌的前進(jìn)、后退速度過大而產(chǎn)生連續(xù)的閃光問題，對部分參數(shù)調(diào)整后再次進(jìn)行焊接試驗(yàn)。每5個試驗(yàn)接頭為1組，共進(jìn)行3組焊接接頭的落錘試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明已基本消除冷斷口性缺陷。

4.2 焊頭斷口過燒

試焊過程中，焊頭過燒的主要表現(xiàn)為斷口處存在深遷入焊頭內(nèi)部的暗灰色缺陷。這種缺陷可能發(fā)生在參數(shù)調(diào)整的各個階段，其調(diào)整方向是通過合適的參數(shù)達(dá)到減小焊接過燒缺陷。過燒主要出現(xiàn)在軌地腳上部和下部，雖然過燒試驗(yàn)接頭在試驗(yàn)中出現(xiàn)的概率比較小，但這種缺陷是一種疏松的組織，相當(dāng)于在缺陷部位開了一個缺口，有這種缺陷的焊頭不能通過檢驗(yàn)。產(chǎn)生原因：（1）焊頭加熱過程中，尤其是在加速燒化階段產(chǎn)生的熱量過多，在頂鍛階段不能夠頂出。（2）頂鍛量偏小。

處理方法是適當(dāng)減小熱量，同時在此基礎(chǔ)上適當(dāng)加大頂鍛量。單純減小熱量可能會引起熱量不足，單純加大頂鍛量可能會引起焊接接頭的強(qiáng)度不足，因此，減小熱量時一定要加大頂鍛量。通過分析，解決過燒可行性手段是適當(dāng)減小加速燒化階段的燒化量和適當(dāng)加大頂鍛量，然后以5個試驗(yàn)接頭為1組，共進(jìn)行2組試驗(yàn)，此項(xiàng)改進(jìn)取得了理想的效果。

4.3 焊頭斷口灰斑

焊頭斷裂主要原因：焊接中產(chǎn)生的灰斑?；野咧饕憩F(xiàn)：落錘斷口處存在焊接缺陷?；野咛匦裕夯野呒谐霈F(xiàn)在軌底和三角區(qū)部位，形狀不規(guī)則，有長圓形和長條形，在焊接接頭斷口上，灰斑典型的顏色是淺灰色和深灰色，表面較周圍基體平坦，顏色越暗，韌窩組織越多，屬于硅酸鹽夾雜型灰斑，灰斑顏色發(fā)亮則屬于枝晶露頭型灰斑，灰斑是有害物質(zhì)聚集在大的、深的電擊坑中。

從閃光焊接本質(zhì)上來說，消除灰斑型缺陷十分困難，所以采用調(diào)整參數(shù)方法，把灰斑影響降到最低。在新參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過合適的參數(shù)達(dá)到減小焊接缺陷。閃光焊的本質(zhì)是液態(tài)金屬過熱后的爆破，如果爆破劇烈，出現(xiàn)電擊坑則較大較深，隨后該處即不參與后續(xù)閃光過程。而坑內(nèi)元素容易應(yīng)生成硅鋁酸鹽，如果火坑比較深，硅錳鋁在頂鍛時不易排擠出而殘留在坑內(nèi)，從而生成硅酸鹽夾雜型灰斑。

（1）加熱階段。焊接質(zhì)量與閃光穩(wěn)定性密切相關(guān)，而閃光穩(wěn)定性主要由二次空載電壓和反饋靈敏度確定。在這個階段，二次空載電壓越高燒化就會越劇烈，產(chǎn)生大爆破的概率就相應(yīng)增加。（2）加速燒化階段。焊機(jī)動架的速度對焊接質(zhì)量有比較大的影響，速度過快會產(chǎn)激烈連續(xù)的閃光，形成比較深的火口。同時，試驗(yàn)中通過在保證頂端前端口不被氧化情況下，減少加速燒化階段送件速度可減少灰斑形成概率。減小電擊坑和減小氧化概率是減小灰斑的可行性手段。該組試驗(yàn)進(jìn)行3組，每組焊接5個試驗(yàn)頭，基本上得到了比較滿意的效果。

YHG-1200TH焊機(jī)更換晶閘管后，通過試驗(yàn)得到了良好焊頭，確定焊接邯鄲U75VG參數(shù)，通過了型檢試驗(yàn)。

5 結(jié)語

（1）YHG-1200TH型焊軌車晶閘管更換會引起工藝參數(shù)變化。（2）焊接過程熱量不足，可以通過調(diào)節(jié)燒化量和燒化速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）焊頭過燒焊接缺陷，可以通過調(diào)節(jié)加速燒化階段的燒化量，適當(dāng)增加頂鍛量解決。（4）焊頭過燒焊接缺陷，可以通過調(diào)節(jié)燒化電壓，控制加速閃光階段送進(jìn)速度能取得比較理想效果。