高速铁路钢轨闪光焊接质量的控制与提升

高速铁路钢轨闪光焊接质量的控制与提升

段会安

中铁十五局集团第六工程公司河南洛阳471000

摘要：以高速铁路铁轨闪光焊接工作为研究对象，根据现阶段铁路钢轨闪光焊接的质量控制要求，从焊接工艺流程入手，阐述了钢轨闪光焊接的质量提升的策略与方法，最终达到了提高高速铁路钢轨闪光焊接头质量的目的。

关键词：高速铁路；钢轨焊接；闪光焊；质量

前言：

在高速铁路钢轨施工阶段，钢轨焊联作业一直是施工建设中的重点及关键环节，这是因为闪光焊焊接接头施工质量不仅影响钢轨的使用寿命，更会对整个列车的安全运行水平产生直接影响，增加安全隐患。因此对相关施工人员而言，必须要充分了解现阶段高速铁路钢轨闪光焊焊接头施工中质量控制的相关要求，最终为全面提高安全生产质量奠定基础。

1.对闪光焊焊接技术的分析

从物理性能来看，钢轨外形几何形状的平顺度与内部质量是保证高速列车正常运行的关键。随着我国高速铁路项目的进一步发展，社会对高速铁路的运行质量、载重量等提出了更高的要求。在这种大环境下，我国钢轨焊接技术（接触焊闪光焊、气压焊、铝热焊等）现已发展的非常科学、成熟及稳定。这些焊接技术有效的满足了高速铁路发展要求，达到了预期水平。在分别对比几种常见的焊接技术后可以发现，移动式闪光焊接机组的技术（见图1）具有明显的先进性，自动化程度高，工艺稳定，焊接质量优良，焊接接头为致密锻造组织，接头韧性好，力学性能接近钢轨母材，接头强度高，有助于提升钢轨的物理性能水平。

图1闪光焊焊接技术原理图

但是相关学者依然指出：闪光焊焊接技术的焊缝虽然强度理想，但是与母材相比，其强度依然要低于母材的正常水平，导致出现这一现象的原因主要有：（1）钢轨属于大断面轧材，导致其内部材料性能普遍低于外部材料，存在材质疏松、晶粒大等问题，导致在闪光焊过程中，边缘处性能较好的物质将会被挤出，内部材料向外扩展。（2）闪光焊的焊缝上存在灰斑—一种难以被消除的缺陷。灰斑是闪光焊焊缝端口中局部光滑区域，灰斑色泽要明显区别于焊缝断口位置的金属，色泽光亮，与周围金属物质存在十分明显的界线。针对灰斑问题，相关文献已经明确指出，影响灰斑的因素分为很多种，包括技术人员的操作水平、焊接设备的性能、焊接的工艺参数等，随着现阶段钢轨闪光焊焊接技术的提高，相关人员只能尽可能的减少灰斑，想要完全控制灰斑的产生是不可能的，这也对闪光焊焊接头外观质量控制与提升提出了更高的要求。除此之外，在闪光焊施工过程中，焊接接头的施工质量情况还会受到其他因素的影响，包括划伤、碰痕等，这些都是在焊头外观质量管理中应该关注的问题。

图2灰班

2.焊接前的检查与准备工作

2.1焊接前的检查

在闪光焊焊接过程前，为了能够进一步提高焊头质量水平，相关工作人员需要进行严格的逐根检查，详细了解钢轨的基本情况。

2.1.1钢轨端部位的检查

在闪光焊焊接之前，工作人员需要详细了解钢轨端部位的相关性能，掌握样板尺寸，包括钢轨头的宽度、钢轨腰部的厚度、钢轨边缘厚度等，保证这些参数基本稳定，这是因为如果钢轨的几何尺寸相差较大，在焊接之后很容易出现接头错边的问题，最终影响了焊接质量。所以在检查过程中，需要根据《高速铁路用钢轨》提出的相关规格进行质量管理，在保证钢轨的相关参数水平满足数据差的范围内时，才能用于闪光焊焊接。例如根据《高速铁路用钢轨》的相关要求，钢轨轨高的几何尺寸偏差应该控制在±0.6mm范围内、钢轨底部的宽度差应该控制在±1.0mm的范围内等。

图3（1）钢轨尺寸超标（2）试焊短轨焊头轨底左右错边

2.1.2钢轨表面质量

为了保证整个钢轨闪光焊的施工质量能够达到预期，工作人员需要从钢轨表面的质量管理入手，对原材料进行严格的外观控制，所观察的指标应该包括：（1）检查钢轨表面是否存在裂纹情况，所有存在裂纹的钢轨不能用于本次施工；（2）观察冷状态下钢轨的性能情况，包括扎痕、纵向线纹、碰伤的最大允许深度（0.30mm）；（3）坚决不能使用母材超标的钢材。另外应制订严格的原材料保存方案，避免因保存不善导致钢轨两端扭曲变形。

图4（1）钢轨母材掉块（2）除锈后发现钢轨母材大块掉皮

2.1.3轨端平直度

钢轨常见的轨端平直度主要分为三种情况，包括垂直向上、垂直向下与水平弯曲，在焊接过程中，如果使用超标的钢轨，将会导致钢轨端部的性能不理想而降低了焊接的精度，最终导致钢钢轨接头出现严重的弯曲情况。所以为了避免这种问题的发生，相关人员在工作中必须要积极检查轨端平直度情况，并根据《高速铁路用钢轨》的相关标准进行相应的处理，常见的处理措施包括：（1）对于轨距端200mm内的硬弯以及其他无法校正硬弯，必须要彻底的锯掉，锯掉之后测量处理后钢轨的实际长度，并在两端位置进行标记；（2）对于超标区域进行矫直处理，在矫直之后进行二次测量，测量结果显示合格之后才能用于施工，若不合格需要进行再次矫直，或者采用（1）的方法锯掉。

2.2焊接前的准备工作

焊接前的准备工作直接影响闪光焊焊头的质量情况，所以工作人员需要做好焊前准备工作，对焊接钢材进行处理，有效清除钢材表面上的铁锈等杂物。，通过对待焊接钢轨的工作踏面、轨底下表面及两端面除锈，有助于清除钢轨上的氧化层、污垢等，使焊接电极与两钢轨表面达到良好的电接触，进而增强钢轨的导电性，在提高闪光焊焊接质量的同时，也能避免电极灼伤等问题的发生。

焊前打磨符合标准：钢轨除锈部位长度要达到焊机焊接要求，需要打磨至钢轨表面露出金属本色，刷锈打磨深度不超过0.2mm。轨腰处如有凸出的钢轨生产标识必须打磨平，否则不仅容易损伤钳口，并且会造成在钢轨焊接对位时左右相错；如发现钢轨端面斜度超标（最大值不应超过0.6mm），需进行轨端局部打磨或锯轨处理，否则焊轨焊接对位精度不高，易造成接头错边。除锈后表面待焊时间超过24小时或有污染时应重新除锈。

经过专家研究分析：除锈机自动除锈和砂轮机人工除锈在焊机参数相同的情况下，电流相差很大，对焊头质量有一定影响。所以建议采用除锈机钢丝刷进行自动除锈处理，避免传统人工除锈模式中存在的用力不均匀现象（在使用机械除锈机处理之后，钢轨表面色泽光滑，对焊接接头的平直度影响不明显）。

最后，在闪光焊焊接施工过程前，还应该确定本次工程项目工程质量管理的相关标准，相关内容如下：（1）钢轨焊接头的闪光焊实验应该根据铁道部所指定的权威机构进行，并且要保证实验结果能够满足《高速铁路钢轨焊焊接头技术条件》的相关要求；焊机参数确定后不得随意改动，以免影响焊接质量。

（2）在焊接施工完成后，进行严格的质量检查，其中焊接头的探查应该在焊接缝冷却到40℃以下之后进行探查；

（3）在钢轨焊接阶段，要保障钢轨的长度符合长轨布置图的要求，并保证线路正线加焊轨的长度要大于等于25m。

3.闪光焊焊接

3.1闪光焊焊接前的常规检查

为了确保焊接接头的外观能够符合预期标准，相关人员的焊接前需要做好检查工作，包括对焊接工具的检查、焊接钢轨的检查等，一切检查合格之后，才可以进行焊接施工。

3.2保证焊接精度

在焊接前，确保钢轨进入焊接工位之后，保证焊接缝的位置处于有效范围内，应以轨头内侧工作侧面或者轨顶中心线的位置为基准，待两根待焊焊钢轨上下左右达到基准要求后进行焊接。

焊接过程中出于对焊接头外观的控制，工作人员在焊接过程中应该注意关注以下问题：（1）焊接电极老化与表面不平整将会导致钢轨出现不同程度的倾斜，或者接头出现了扭曲错边的现象，最终导致焊接头出现不同程度的错边等问题，最终导致焊接头外观质量不理想。（2）两端待焊钢轨要支垫平顺，方向一致，高度适中。（3）焊机对正过程中出现了不同程度的精度偏离现象，出现了接近开关失灵、基准磨损等不良现象，导致接头错缝。

3.3焊接后的检查

在焊接之后，需要工作人员对其质量进行全面的检查，常见的焊接质量问题主要包括水平错边、扭曲错边、竖向错边等现象。这些现象将会直接影响闪光焊的焊接质量，所以对于工作人员而言，需要使用波磨尺或者1.0m缺口钢直尺进行检查，焊缝检测位置位于中心线两侧各100mm的，若发现错边超标的现象，需要切掉钢轨焊头（焊缝两侧各100mm位置）并进行二次焊接。

3.4焊接后的其他项目检查

在钢轨闪光焊完成后，工作人员目测观察焊接缝是否存在质量问题，包括两侧轨头、轨低是否出现了电极灼伤等，若发现了电极灼烧的现象，则认为本次焊接是不合格的。在焊接阶段，要保证焊接缝的残余瘤量满足以下几个标准：（1）轨底面的残留瘤量规模小，必须要小于1.0mm；（2）轨顶面的残留瘤量可以适当的提高标准，保证瘤量小于等于2.0mm。在整个焊接检查过程中，保证母材不能推亏，并且刀具不能将焊渣挤入到母材内部。推凸余量超标后，可以采用打磨方式处理，但应采取措施，保证不磨伤钢轨母材，保证不产生脆性组织。

3.5精磨

在高速铁路钢轨闪光焊施工中，精磨是影响接头外观质量的最后一个环节，为了保证接头外观质量能够满足预期要求，工作人员就需要使用精磨机来进行质量控制，包括打磨焊接接头的轨顶面、轨头侧面等，打磨的主要对象就是焊筋。打磨部位钢轨表面不得出现发蓝、发黑现象；打磨时严格控制磨削量，尽可能减少对母材的磨削；钢轨外形轮廓圆顺无尖角，打磨面平整光洁，无凹凸坑。在精磨阶段，需要开展的工作主要包括以下几方面：

（1）精磨前，需要检查焊接接头错边情况，观察是否存在推凸余量超标，或者出现电极灼伤、裂纹等不良现象。

（2）在精磨之后，轨顶面以及工作面的母材应该进行深度的检查，并保证其打磨深度小于0.5mm，并且焊缝中心线两侧各100mm范围内的表面的不平整度小于等于0.2mm；最后，利用电子平直尺来检查焊缝中心的平直度情况。

表1平直度的精度要求表

项目精度要求

轨头内侧的工作面0～＋0.2mm

轨顶面0～+0.2mm

轨底部0～+0.5mm

3.7外观质量检测

焊接接头外观质量标准为：焊缝两侧各100mm范围内不得有明显压痕、碰痕、划伤缺陷，表面不平度不大于0.2mm，轨顶面及轨头侧面工作边母材打磨深度不应超过0.5mm.焊接接头不得有电击伤，轨底上表面距轨脚边缘35mm与母材平齐，轨头打磨区域不得有切亏、发黑、发蓝现象。

外观质量检测阶段，由工作人员详细观察焊头的表面情况，若表面出现了裂纹、压痕、划伤等情况需要进行更换。之后观察焊头表面的划痕等问题，若发现问题需要及时采取解决措施；在每日焊接施工同时，验收人员利用探伤仪、电子平尺或一米钢直尺等来测量钢轨焊头情况，并根据工程项目要求保存相关数据。

结论：在现阶段高速铁路项目施工中，钢轨闪光焊成为影响工程项目施工质量的重要因素，在这种情况下，工作人员需要根据工程项目的质量控制要求，严格控制钢轨闪光焊的施工质量情况，并根据上文所介绍的质量控制与提升手段对焊接工作进行改进，保证焊接头的质量能够满足工程项目施工要求，最终达到提高工程项目闪光焊施工质量的目的。

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