现场钢轨焊接

现场钢轨焊接

线路达到初期稳定后，采用移动接触焊方法在现场将近500m长钢轨焊接成1500m的单元轨节。焊接接头的焊接可采用接触焊、气压焊、铝热焊方法。

一、铝热焊施工工艺

现场钢轨焊接采用铝热焊。它是将配置好的铝热焊剂放入坩埚中，用高温火柴引燃焊剂，产生强烈的化学反应，高温钢水和熔渣产生分层，得到的高温钢水注入紧扣钢轨的砂型中，将砂型中已对正的钢轨端部熔化，钢水凝固后将两根钢轨焊接成一体，再及时推瘤，经过打磨、探伤等工序，使铝热焊焊接接头达到秦沈客运专线的技术要求。

在现场钢轨焊接形成无缝线路的施工中，根据焊接接头在无缝线路形成过程中所起的不同作用，将现场钢轨焊接施工分为单元焊和锁定焊(营业线上无缝线路施工中的现场钢轨焊接统称为联合接头焊接)。单元焊作业的目的是形成单元轨节(或单元轨)，它是独立的一道工序。锁定焊则是应力放散、锁定线路工序的一部分内容，不单独成为一道工序。施工实践表明，这样区分对于新线无缝线路的施工组织，特别是对于道岔焊接的施工组织很有必要。

现场主要采用两种铝热焊法：一种是法国QPCJ钢轨铝热焊接工艺，采用一次性坩埚；另一种是铁科院铁IIl60DA焊剂的定时预热焊接工艺，坩埚多次循环使用。两种铝焊焊剂在施工工艺方面大同小异。

铝热焊施工工艺流程图

（一）、工艺要求

1.施工准备包括到焊接现场前的准备工作、在焊接现场的准备工作和轨道的准备工作。

⑴从出发到焊接现场之前，依据标准清单，检查并落实是否已备齐铝热焊接所必需的所有工具、材料、设备以及资料，具体包括：消耗性物品，QPCJ金属构件清单，焊前预热装置和焊后保温装置，安全防护用具，动力机具、辅助工具，测量工具。

⑵到达工作现场之后，将所有机具及工具放置到位，并做好以下工作：

①检查并清除任何可能造成安全事故的隐患及障碍；

②寒冷、刮风及下雨等必须搭设帐篷，保证焊接时轨温高于15℃，注意帐篷搭设不能

侵入行车限界。

⑶轨道的准备工作具体有：

①检查轨道的平直度和表面情况。检查钢轨端头有无裂缝、倾斜或其他缺陷，当轨端

有低接头时必须锯掉低接头。有大于2mm深的掉角等必须锯除。

②检查轨缝大小与位置以及接头相错量情况。如轨缝在混凝土枕上时要方枕，轨缝位

置须距轨枕边100mm以上，焊接后打磨轨底后再将轨枕归位。为了保证钢轨拉伸时接头相错量满足小于100mm的要求，在单元焊时接头相错量按小于50mm掌握。

③测量轨温。在钢轨背光的一侧测量轨温，当轨温低于0℃时不进行焊接。

④卸开钢轨接头，卸掉轨缝两侧各10～12根轨枕的扣件(如为曲线或大轨缝则适当延长)，取走两侧各2～3根轨枕的绝缘轨距块和胶垫。

2.轨端打磨用端磨机打磨，轨端不垂直度≤0.8mm，用角磨机或钢丝刷清洁钢轨端头100～150mm范围的钢轨表面。

3.钢轨端头的对正：

⑴轨缝调整：在轨头和轨底的两侧进行测量，轨缝须满足25mm±2mm。

⑵尖点设定：对Ⅲ型混凝土枕而言，单元焊时尖点为1.6mm，锁定焊时尖点为1.9mm，即1m直尺置于轨缝中间，且为水平状态时，两端尺下间隙值。

⑶水平对正：用型尺分别紧贴钢轨的轨头、轨腰和轨底，一般情况下必须做到三处均密贴方为水平对正。实践中以轨头工作边和轨腰处密贴为首先考虑。

4.安装砂模、涂封箱泥。

⑴检查砂模，应无受潮、无裂纹、无变形，各组件不缺件，状态良好。

⑵将侧砂模在轨缝处轻轻摩擦，使其与钢轨密贴，并清除帽口内的浮砂。

⑶将底砂模置于金属板中，将密封膏挤入底砂模两侧的槽中，将底砂模与砂模固定夹具板架于轨底，并以轨缝居中，拧紧砂模固定夹具的固定螺丝，同时在砂模固定夹具下侧轻轻敲打，使底砂模与钢轨密贴。

⑷将两侧的砂模装入砂模板中，再将侧模置于底板上，并以轨缝居中，带有废渣流出口的侧模位于钢轨的低侧，用一干净纸板将砂模口盖上。

⑸先用手指将封箱泥挤入侧模与钢轨内缝隙中一层，外面再抹一层封箱泥进行加固。在砂模废渣流出口及夹具螺纹处抹上少量封箱泥，以保护工具，放上灰渣盘并在灰渣盘底部垫一层干砂。

5.调节火焰、钢轨预热。

⑴将液化气和氧气调压器上的压力完全释放掉(归零)，再将预热器上的两个阀门完全打开。

⑵通过氧气和液化气的调压阀分别将液化气压力调节至0.07MPa，氧气压力调节至0.49MPa。

⑶测量并记录轨温，用预热器加热钢轨。

⑷安装预热器支架并调整位置，使预热器处于砂模的中央，预热器离轨面的距离保持在48～55mm范围内。

⑸在砂模外，快速打开预热器液化气阀门，点燃火焰并将其稍稍开大，慢慢打开预热器的氧气阀门，交替打开氧气液化气阀门，直至在预热器的喷嘴处获得一个大约12mm的蓝色焰心。

⑹将预热器迅速放在预先定位好的预热支架上，并将预热器在砂模中迅速居中定位，此时火焰从砂模两侧冒出，并且均匀对称。

⑺60kg／m钢轨的预热时间一般掌握在5min以上，具体以钢轨端头颜色发红为标准既不能预热不足，也不能预热过度。

⑻将分流塞放在砂模边缘上进行加热，不间断地注视整个加热过程，确认预热足够后迅速撤走预热器，先关掉氧气阀门，再关掉液化气阀门。在预热临结束时，注意左右晃动预热器各5s，以使轨底角加强预热。

6.检查焊药点火浇注。

⑴在预热的同时(不宜过早)打开焊药包检查，坩埚不得受潮，无损伤，坩埚内无杂物。将高温火柴插入焊药内并盖上坩埚盖。

⑵当预热结束后，移开预热器，将分流塞放入砂模顶部的入口内，把一次性坩埚放置在砂模的中央。

⑶点燃高温火柴，将其插入焊药中，埋深为25mm，盖上坩埚盖，此时焊药开始反应浇注。当废渣停止流出时，按下跑表开始记时。

7.拆模及推瘤。

⑴浇注结束5min后，移走灰渣盘和一次性坩埚，拆掉砂模夹具、夹板和金属板。

⑵用热切斧在砂模顶部划痕，并将焊头顶部推掉，清理钢轨轨顶变干的封箱泥，同时发动推瘤机。

⑻浇注结束6.5s后进行推瘤，推瘤完后除去轨顶面金属，并将两侧金属打弯，放上保温箱进行保温。

8.拆除对正架、拉伸器。

⑴浇注结束15min后拆掉对正架。

⑵如果使用拉伸器，则浇注结束30min后将其拆掉，不可提前拆除拉伸器。

9.冷却打磨。

⑴当轨温降至常温时进行冷打磨，打磨位置包括轨顶及内侧工作面、轨底上表面、轨底。

⑵轨顶及内侧工作面采用MRl50打磨机或FMG-2.1型打磨机进行打磨。采用MRl50打磨机工作时，打磨留量不低于0.75mm／m；采用FMG-2.1型打磨机工作时，打磨留量不低于0.5mm／m。轨底上表面用棒砂轮打磨的标准为满足可放置轨距块的要求，轨底用棒砂轮配合镜子打磨，最终满足以下要求：

轨顶面0～+0.3mm／m

轨底内侧工作面一0.3～+0.3mm／m

轨底0～+0.5mm／m

10.外观及探伤检查。

焊缝两侧100mm范围内不得有明显的压痕、碰伤、划伤等缺陷。当轨温降至50℃以下时进行探伤。首先清理焊缝两侧各100mm范围，确定无锈、无裂纹、无毛刺等时涂抹机油，进行全端面探伤，不合格者切掉重焊。编写焊头编号，作好记录。

11.清理施工现场，做好收尾工作。

加强焊头两侧两根轨枕的捣固，清理废渣，方正轨枕，整修道床。

（二）、工装机具

一次性坩埚所用工具

序号	名称	单位	数量	生产厂家
l	侧模板	副	2	法国拉伊台克公司
2	固定夹具	个	2	法国拉伊台克公司
3	坩埚叉	个	1	法国拉伊台克公司
4	灰渣盘	个	2	法国拉伊台克公司
5	预热装置	套	1	法国拉伊台克公司
6	底板	个	2	法国拉伊台克公司
7	预热器支架	个	1	法国拉伊台克公司
8	废渣盘	个	2	自制

动力机具

序号	名称	型号	单位	数量	生产厂家
1	锯轨机	HC355	台	1	法国拉伊台克公司
2	端头打磨机	GDM-1.1	台	1	沈阳工务机械厂
3	推瘤机	EGH2	台	1	法国拉伊台克公司
4	拉伸器	TR75	台	2	法国拉伊台克公司
5	仿型打磨机	MRl50	台	1	法国拉伊台克公司
6	棒砂轮	SQl50	台	2	沈阳沈分电机厂
7	发电机	5kW	台	2	日本雅马哈公司
8	角砂轮	LGl00	台	3	韩国LG公司

测量工具

序号	名称	型号规格	数量	单位	备注
1	型尺	1m	3	把	法国拉伊台克公司
2	直尺	300m	各3	把
3	塞尺		6	把
4	跑表		2	块
5	轨温表		2	块
6	温度计		1	块
7	角尺		2	个
8	方尺		1	个
9	探伤仪	CTS-23B	1	台

辅助工具

序号	名称	型号规格	单位	数量
1	对正架	CR57	对	2
2	活动扳手	250	把	2
3	大锤	8磅	把	2
4	热切斧		把	1
5	堵漏棒	1m	个	2
6	钢丝刷		把	4
7	方铲		把	2
8	道碴耙		把	4
9	小平车	2.5m×1.8m	辆	3
10	对讲机		台	2
11	保温罩		个	2
12	木板	400mm×160mmx50mm	块	若干

（三）、质量控制

1.铝热焊接严格执行《钢轨焊接接头技术条件》(TB1632—91)。

2.严把材料关，发现焊剂包装袋破损严禁使用。

3.存放铝热焊剂的房间应按要求配置干燥剂及干湿温度计，保证其环境相对湿度不大于70％。

4.寒冷、刮风及下雨天焊接时，必须搭设帐篷。气温低于0℃及大风、大雨天气严禁焊接。

5.当温差变化大时必须使用拉伸器在保证轨缝大小稳定的情况下进行焊接。

6.在焊接反应时，邻线严禁过车。

7.焊接后及时处理废渣，严防污染道床。

8.焊接过程中，严格遵守操作规定，严禁随意改变参数。

9.定期对气瓶进行清罐，保证气体的纯度。

10对正用的型尺要轻拿轻放，保证其精度满足要求。

11.预热过程中要保证火焰稳定，当气瓶存量不能焊完一个接头时，要更换气瓶。

12.定期检查推瘤机刀头，保正推瘤留量为2mm。

13.推瘤以后，必须立即放置保温罩，防止冷却速度过快，形成马氏体组织。

二、移动气压焊焊接工艺

气压焊是通过气体火焰对钢轨两紧密贴合的清洁端面加热，待贴合面附近的钢轨被加热到塑性状态，金属原子具有了足够的“活化能”，能够穿过贴合面互相急剧扩散时，将贴面加压顶锻，达到分子之间的金属键联接，完成重新再结晶，两钢轨便牢固联结了。

(一)、工艺流程图

(二)、操作要点

1.焊轨前要全面检查水路、油路、气路是否畅通，加热器点火是否正常，推凸装置的各部件运转是否正常。

2.钢轨端面打磨：先用锉刀清理钢轨端面，然后用打磨机将端面磨平，端面与钢轨轴心线应尽量垂直，其偏差不得大于0.25mm，平整度不得大于0.25mm。

3.在待焊轨的下面、焊缝两侧各垫4块枕木墩或专用的垫轨装置，将钢轨拨正、垫平，调整轨缝至8～15mm，把压接机移至焊缝处，夹紧钢轨，拧紧轨顶螺栓，然后开动油泵，进行预顶，预顶压力控制在15～17MPa。

4．压接机压紧轨腰后，将已分解开的加热器两侧体的火孔平行于钢轨的纵向轴线，自上而下分别插入钢轨与压接机导柱间的空隙中，旋转90°C，表面贴合，两侧体相对，以上下合口处的定位装置为基准，扣合拧紧螺栓，使火孔平面与钢轨纵轴垂直，并与钢轨周边平面保持24～25mm的距离，然后接通气、水管路。

5．安放刀垫，使刀垫拉块挂在压接机左横梁的内侧端板上，使下部的凸条放进压接机拉块的槽内，确保刀垫与端板内侧面密贴。在顶锻完成、加热器灭火的同时放置前刀体，放置时，使联接体挂住刀垫之凸缘并落实，同时推进腰刀，使定位销落在定位孔内，然后插入底刀，直到底刀的垫圈贴近刀体侧面。上述操作完成后，即可推凸。

6．点火焊接。点火采用“爆鸣点”，即无烟点火方式，调整好火焰后，将加热器迅速摇回焊缝并摆动，并调整好摆动量和摆动频率。

7．加热及顶锻分为三个阶段：初始阶段采用26MPa的高压力，随着加热时间的延长，被焊轨的焊区由冷态逐渐升温，直至钢轨表面产生微量塑性凸起为止；第二阶段压力由26MPa降至16MPa，被焊端面达到全面接触，迅速形成新的金属键连接；当轨温达到1350～1400°C时，进入第三阶段即焊接阶段，随着相互接触的金属屈服强度的提高，对金属的挤压力也迅速增加，直至钢轨端面上的压力达到54MPa为止。焊接过程中，顶锻量的控制是保证焊接质量的重要步骤，当顶锻量达到轨型要求时，加热器熄火，再续顶2mm，便停止顶锻，焊接结束。

8．在顶锻结束、加热器熄火的同时，迅速摘掉加热器的挂钩并拉向大横梁，同时松开活动端轨顶螺栓，高压泵换向倒车，使左横梁带动刀垫后退，并松开末端两侧的斜铁，后退到一定距离，其间距能放下推刀前刀体时，将前推刀放人，然后进行推凸。推凸分两刀进行，第一刀推除轨腰焊瘤，第二刀推除轨头及轨底焊瘤，推除完毕后，油泵换向，准备倒车，拆除加热器，取下压接机。至此，焊接过程结束。

9．钢轨焊接结束后，还需进行如下处理：

(1)除瘤后，待焊缝区冷却到400～500°C；时，立即正火，即采用焊接加热器，用与焊接火焰相同或比焊接火焰稍弱的火焰(温度在850～900°C范围内)均匀摆动加热器加热焊缝区，以提高焊缝部位的强度。

(2)推凸后，焊缝处与原钢轨面还不平齐，有一定的凸出量，为保证列车运行平稳和钢轨的美观，用手持砂轮机对凸出部分进行打磨。打磨时设置特制的轨底打磨架，对轨头的踏面、侧工作面、轨底平面、两轨角上侧面进行修整，直至达到标准要求。

(3)对焊缝作超声波探伤检验，并作好记录。若探伤时发现有未焊透、过烧、裂痕、气孔夹渣等有害缺陷，应切掉重焊。

(三)、焊接注意事项

1．对轨及夹轨时，要保护好打磨好的磨面，不能划伤或污染，要用专用的“防护罩”盖好，以免影响焊接质量。

2．安放推凸装置前要先检查装置的各部件活动是否灵活，定位是否准确，装底刀时，刀刃朝向焊缝部位，不能放反。

3．在正式上道焊接前，先在室内进行工艺试验，并适应调整各种工艺参数，待达到标准后，方可正式上道焊轨。

4．点火前，必须逐项检查各项设备是否符合要求，所需工具是否齐全，安放位置是否合适，一切正常后方可点火焊接。

5．推凸时，不能让推刀顶坏加热器。拆除前刀体时，应先抽出底刀，提起定位销，拉出两侧腰刀，再提起前刀体，最后提起刀垫。

6．遇到下列情况时，应停止焊接，重新处理端面：

(1)加热器回火或焊接初期发生“放炮”时；

(2)压接机夹轨不牢，发生打滑跑轨现象时；

(3)点火已达2min，发现加热器未供冷水(此时若开始供应冷却水会损坏加热器)时；

(4)加热器摆动歪斜，发生偏烤时；

(5)因氧气、燃料气体等中断而熄火时；

(6)有影响焊接质量的其他设备及人为故障时。

7．在现场正火时，被加热部分降温至全黑后再撤掉垫轨用的枕木墩，撤得过早会使钢

轨发生变形。

8．正火后的焊接部位，在300℃以上时，不允许做敲击、火烤和能引起塑性变形的一切操作，更不允许在红热状态时浇水。

9．用手砂轮打磨时，注意要顺着钢轨的纵轴方向打磨，严禁垂直钢轨纵轴方向打磨。

（四）、焊接设备

1.主要设备：压接机(包括推凸装置)，加热器，控制箱，水冷装置，高压电动泵站。

2.辅助设备：直轨器，除瘤割炬，短磨机，顶磨机，氧气瓶、乙炔瓶及发电机组等。

（五）、劳动组织

每个焊缝6人，其中对轨1人，看火候1人，调氧气、乙炔气(混合气)1人，开油泵1人，打磨1人。

（六）、质量验收标准

1.轨缝处不得凹下，高出相邻轨面不得大于0.2mm。

2．钢轨顶面用lm直尺测量，中间挠度不得大于0.5mm。

3．轨头工作侧面用lm直尺测量，中间凹下或凸起不得超过0.5mm。

4．轨底不许有凹陷，高出原轨底不得大于1.5mm。

（七）、安全措施

1．焊接时，操作人员要穿戴好各种劳动保护用具，检查作业场地周围有无挥发性气体及易燃、易爆物品，若有则必须移至安全地点。

2．焊接过程中，禁止一切人员在施工线路上停留，闲杂人员要撤离规定的作业区域。

3．操作人员管理好各种设备及管路，行走时，严禁踩踏与焊接有关的各种胶制管路，以防止加热器“放跑”回火。