|
摘 要:介绍南京工务段对伤损钢轨在现场进行快速焊补的工艺,包括清除缺陷、对补焊位置预热、焊补后磨平,并进行探伤检查等,取得了较好的效果。
关键词:铁路轨道; 钢轨; 快速焊补; 研究
工务现场对伤损钢轨及时进行焊补,是延长钢轨使用寿命,提高线路养护维修质量和列车运行平稳性的有效举措,也是弥补工务成本紧缺的重要手段。近年来,全路工务部门和相关行业对钢轨焊补工作不断进行研究和尝试,取得了一定的成效。
1998年10月,我段在管内现场焊补伤损钢轨,至2000年9 月,共焊补伤损93 处。2000 年10 月～11月,在南京铁路分局工电分处的安排下,我段曾先后为芜湖工务段和镇江工务段进行了5处伤损钢轨的“示范性”焊补。此后,因超声波探伤发现2 处焊后“核伤”,自2001年起,停止了钢轨的现场焊补。
随着列车提速的持续进行和轨料来源的日益紧缺,对钢轨进行焊补修复的要求日益提升,在上海铁路局工务处的直接支持下,提出了“钢轨焊补新技术”的课题,经南京铁路分局科委审查,作为2003年度分局科技项目立项攻关。同年11月实施,经6个月的列车运行,证明焊补质量是可靠的。上海局工务处在2004年6 月的钢轨焊补培训班上,肯定并推广了我段的“钢轨快速焊补技术”。
1 快速焊补工艺
1.1 清除缺陷
焊补前的头道工序是清除待焊补部位的黑疤、裂纹等缺陷,常用的办法是用磨光机或砂轮机打磨,速度缓慢,不利于利用列车间隔时间作业。为此,我段与娄底焊接材料厂共同研制出“BT Ⅱ型电弧刨割条”,使清除钢轨缺陷的速度比打磨大为提高。
(1)刨条特征
刨条是含有大量纤维素的焊条,焊接时会产生大量的气体,能吹掉熔化的金属,其外形同于焊条,通过交(直)流焊机,按说明书规定的操作方法即可全位置清除缺陷或反面清根。刨割后表面无渗碳现象,对母材机械性能无影响,效果优于碳弧气刨而不需要空气压缩机。
(2)电流选择
刨条直径越粗,吹力越大,效率越高,所需焊机的电流和功率就越大,应根据焊机的允许电流选用相应的刨条,参数选择见表1。
表1 刨条直径与使用电流
(3)刨割效率
一根<4 mm 刨条,可清除10 mm ×20 mm ×100mm的缺陷,耗时约2min,比砂轮打磨效率提高3倍以上。刨条潮湿有利于增大吹力,将干燥的刨条放于水中浸泡一下,吹力可增加很多。
1.2 焊前预热
根据《钢轨电弧焊补技术条件》( TB /T1631—2002)的要求,焊补前必须对钢轨的焊补位置进行预热,温度为350～400 ℃。如采用“汽油或煤气烤炬加热、远红外测温仪测温”的预热工艺,需增加“烤炬”和“测温仪”两种设备,加大了现场搬运难度,上下道十分不便,给焊补带来安全隐患。为此,采用取代上述加热设备的“预热块”进行焊前预热,不需任何附加设备,方便实用。
(1)“预热块”特征
预热块是按照一定比例将铝粉和氧化铁粉混合,用高温火柴引燃,利用两者自发进行铝热反应,放出大量热量,加热钢轨表面,达到预热的目的。由于钢轨导热迅速,一个预热块预热后,中间长度为60mm的范围内温度可以达到350～400 ℃,两端温度为300 ℃左右,具体温度分布见图1。若焊补长度大于60 mm,可以增加预热块数量, 2块预热块有效预热长度可以达到180 mm。
图1 单个预热块预热温度分布
“预热块”的外层为隔热材料,避免了内部化学反应热的散失。具有易点燃、无明火、预热快和无需测温等显著特点。
(2)使用工序
①用电弧刨割条清理轨面擦伤或缺陷,再用手砂轮磨平。
②将“预热块”放置于待焊补部位的中间,如因钢轨磨耗不能与轨顶密贴,可将“预热块”与轨顶磨合,使二者密贴。
③“预热块”适用长度≤80 mm,若待补部位长于80 mm,须采用2块或更多“预热块”。
④用焊钳夹紧普通焊条,在“预热块”中央孔内与金属线接触引弧,并在孔内转动3～4圈,直至点燃。
⑤引燃“预热块”后3～4 min,用手锤敲除“预热块”残余物,此时预热部位温度可达350 ℃以上,轨面略作清理或不清理即可焊补。“预热块”引燃情况见图片1。
图片1 点燃后预热过程
1.3 施焊过程
1.3.1 工艺要求
(1)工序流程
清除伤损缺陷(电弧刨割条刨后打磨) —着色探伤或磁粉探伤无缺陷—待焊部位预热(预热块加热3～4 min) —焊补后磨平—探伤确认无缺陷。
(2)焊补要求
①环境温度≥10 ℃,风力≤4级,无雨雾。
②焊条使用前应在350～400 ℃的烘箱内保温2 h并装入容器,以保持干燥。在24 h内使用,不得污染或潮湿。
③焊补顺序由深到浅,从轨顶内侧依次向外堆焊,施焊方向为沿钢轨与列车运行方向相反。
④引弧点应在焊补区内,收弧坑应在焊补区的焊补金属上并填满。
⑤钢轨冷却后,用砂轮沿钢轨纵向打磨,不得定点打磨,以免轨面升温发蓝。
⑥目检焊补层外形,应符合轨顶轮廓形状。用1m直尺检查焊补处平顺度,允许堆焊金属较附近轨面有012 mm突出。现场焊补记录见表2。
表2 现场焊补记录
2 焊后检测
以林浦线K6 下行19 号上股为例, 该处集“剥落”、“揭盖”和“低塌”等“三害”为一体,焊补前后效果见图片2、图片3。
图片2 检查补前“三害”—剥离、揭盖和低塌
3 效益分析3.1 效果观测
对焊补处,每月观测1次。除正常磨耗外,无剥离掉块和新生伤损,经每月1次的“钢轨超声波探伤仪”检测,一直未见伤损。焊后1年的2004年11月9日,对林浦线K6下行19号上股“三害”处再次进行了详细观察,未见伤损发生。
图片3 检测焊补轨面的平顺度
3.2 效益分析(表3)
4 运用前景
本技术所用“TY—320 铁路钢轨焊条”通过了铁道部产品质量监督检验中心检验,列为国家铁道行业标准《钢轨电弧焊补技术条件》中代号为“D147”的技术标准;“BT—Ⅱ电弧刨割条”,“预热块”为试制产品。
项目中预热无需携带加热设备和刨条快速清除钢轨缺陷的“提速”工艺,简化了钢轨焊补设备,节省了工艺时间,使之更适合于当前提速线路的现场焊补,避免了因工艺繁琐,需“要点”焊补所造成的经济损失,社会效果和经济效益显著,具有广阔的推广应用前景。
表3 效益分析 |
