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【摘 要】本文主要对基地内长钢轨焊接时影响焊头质量的关键工序进行了讨论和浅析，并对相关焊轨工艺做了详细归纳和总结，为长钢轨焊接提供了借鉴。
【关键词】焊轨； 质量 ；控制 ；工序
On the base of rail welding quality control of key processes
Ma Lin
(China Railway First Group/New Railway Laying Co.，LTD Xianyang Shanxi 712000)
【Abstract】This paper focuses on thebase of long rail welding on welding quality of key processes are discussed and analysis, and the related to rail welding technology in detail and summarized, providing reference for long rail welding.
【Key words】Rail welding;Quality;Control;Procedures
1. 序言
无缝线路是列车高速运行的必备条件，钢轨焊接是无缝线路施工的关键工序。根据高铁高平顺性、高稳定性、高舒适性要求，铁道部2005年对钢轨焊接接头技术条件进行了修订，对焊接标准进行了细化。
钢轨焊接质量可分为焊缝内部质量和焊头外观质量，焊头内部质量是指焊缝的机械性能和断口的宏观特征。外部质量是指焊缝两侧的外观几何尺寸。焊轨生产中的不定因素很多，焊接焊头由于内、外部的缺陷断裂，细微环节的疏忽都可能成为质量隐患，带来后果是不堪设想的。无缝线路的内部应力和列车高速运营的冲击对焊接接头的质量提出了严格的要求。因此必须制订严格地质量控制措施，确保生产各环节受控。
2. 选配轨工序是保证焊接质量的前提
由于钢轨制造精度的原因，钢轨的外观（钢轨高度、轨底宽度、断面不对称性等）存在一定的偏差。钢轨断面不对称度的允许偏差为±1.2mm，若选配轨超标，会造成钢轨轨底角、轨腰和非工作面不同程度的错牙，轨底角错牙的理论值可达到2.4mm，加之外形几何尺寸离散性的影响，最大错牙量将达到3mm左右。大的错牙量对焊接接头的强度和外观几何尺寸影响较大（打磨时难以顺直），不能达到铁标的相关要求。
针对这种情况，根据钢轨的实际外型尺寸将其不对称度分为七种情况（在测量时，规定中和钢轨轴线偏右边为正值，偏左边为负值），分别用0～6作为测量值的代号：“0”为-0.1～+0.1，“1”为+0.2～+0.5，“2”为-0.2～-0.5，“3”为+0.6～+0.8，“4”为-0.6～-0.8，“5”为+0.9～+1.2，“6”为-0.9～-1.2。配轨时应注意的原则：0和“1”、“2”可以相配，“1”、“3”可以相配，“3”、“5”可以相配，“2”、“4”可以相配，“4”、“6”可以相配。其余均不能相配。
在焊接前，对待焊轨的不对称度作了详细的分类，将代号在轨端标识。在焊轨前对不对称度进行选配，保证焊接对中时，轨端各部位的错牙量小于0.6mm，焊后的接头外观尺寸效果较为理想。
3. 焊接前的工艺准备是保证焊缝内在质量的基础
3.1 重视轨端除锈和钳口清理工作。
焊前轨端除锈的目的是：
（1）减小钢轨表面与焊机导电钳口之间的接触电阻。（2）防止夹紧钳口与轨顶面之间在顶锻时打滑。在保证钢轨表面打磨质量的同时，使焊机的导电钳口相应保持清洁。闪光焊是利用焊件内部电阻和接触电阻的热效率对焊件进行加热的。
产生热能影响公式为：Q=I2RT=U2T/R
I表示焊接电流
R表示总电阻=2R接触+R闪光+R焊件，R闪=9500k/（F2/3V1/3J）；
（F表示焊件面积，V表示闪光速度，J表示电流密度）。
由公式看出，R总减小，可以增加焊件的热效率。因为焊接的过程就是对焊件端面加热的过程，焊件端面的温度场形成是影响焊接内部质量的关键。K1000焊机在使用连续闪光焊的工艺时，各阶段的烧化时间是固定不变的，电阻值的大小对加热过程有较为重要的影响。故焊前打磨和清理钳口的工作不彻底，会使R总增大，通过端面液态过梁的电流密度减小，降低了焊件的加热效率。
通过导电钳口和钢轨接触面的焊接电流达几万安培，大的焊接电流会击穿表面接触不良的部位，造成钢轨表面局部烧伤。烧伤处的周围易生成马氏体组织和产生微裂纹，带来局部内应力。这样的焊头在线路上可能发生脆性断裂。
3.2 保持轨端接触面干燥。
钢轨与钳口的接触面存在水渍，会增大接触电阻R接触，降低加热效率，影响端面温度的分布。轨面存在水渍更加大了打滑的倾向性。
故此工序作业时轨面打磨光泽应达到母材的90%以上，表面不得出现氧化层，轨面与钳口的接触部位保持干燥。
4. 焊接工序是保证焊缝质量的重要工序
4.1 注意观察焊机内阻抗的变化。
以K1000型交流闪光焊机为例，采用连续闪光焊接模式。该焊机的内阻80μΩ，在同类焊机中为最小，能增大焊接时的有效输出功率。焊机内阻抗Zk，在焊接时对激发闪光和维持闪光有着非常重要的影响，对焊接过程热效率有明显的作用。实践证明：在焊接过程中，应保持焊机内阻抗Zk＜100μΩ，焊接質量是稳定的。
4.2 焊接过程中观察主要焊接规范参数的变化。
末期烧化阶段，钢轨端面形成激烈的闪光，汽化蒸气在闪光面上形成良好的保护层，覆盖在端面，使其不被氧化。同时激烈的烧化使液态金属膜的流动性增大，为顶锻时及时挤出氧化夹杂物提供了保证。末期烧化速度的变化范围在1.05～1.4mm/s时，经过工艺试验，焊缝的机械性能稳定，落锤断口未发现特征性缺陷。
平均烧化速度是一个非常重要的参数。K1000型焊机在低压烧化阶段，由于液压伺服阀的反馈作用，使焊件维持稳定的闪光，使端面的液态过梁存在时间增长，通过液体过梁对焊件进行稳定均匀的热传导，在焊件端面形成较宽温度场（较小的温度梯度）。有利于在顶锻时，产生足够的塑性变形，形成牢固的焊接接头。K1000焊机反馈系统使用非线性波士阀时，平均烧化速度是在加速烧化前50s取样的。焊接PD3高速重轨经过工艺试验确定的平均烧化速度为0.15～0.17mm/s。
在焊接的顶锻过程中，大的顶锻力使焊件端面液态金属迅速合缝，接头产生足够的塑性变形。金属键在顶锻力的作用力下，克服原子之间的排斥力，而形成共同结晶面，获得牢固的焊接接头。K1000焊机的顶锻量是不可控制的，在一定的顶锻力作用下，顶锻量的大小与焊件端面的塑性变形区大小有关。在焊接PD3高速钢轨，顶锻量为10.5～12.5mm，过大或过小时，都为异常，应做落锤试验确定。
K1000焊机无稳压功能，对环境电压的变化很敏感。环境电压变化，焊接电压相应波动，对钢轨端面的加热效率有着较为重要的影响。故各阶段的电压值在焊接过程中应保持较小的变化量。当高压烧化电压为398～408V、低压烧化电压为320～328V、末期烧化电压为380～390V时，焊接性能稳定。环境电压变化时，应调整焊机调压柜内抽头的位置或恢复参数。
4.3 其它环节的影响。
（1）保持液压油的洁净度。
焊机的液压伺服阀是自控系统的执行元件。在焊接过程中，其反馈灵敏度很高。伺服阀内的进出油孔直径很小，对液压油的洁净度要求很高。如果液压油不清洁，会使阀内油孔堵塞，使焊接烧化中断或短路，造成焊件的送进速度和烧化速度不能匹配，直接影响焊接质量。应定期对焊机液压油进行过滤，滤油精度要求为≤10μm。
（2）注意克服环境因素产生的附加内应力。
输送架滚筒表面沾水后，焊头在其上行走时，易使焊缝局部冷却速度过大，产生高碳马氏体和较大残余内应力，焊头铺设在线路上会随着时间的增长形成疲劳断裂源。冬季焊轨时，室外的滚轮表面温度低时，高温焊缝与温度很低的滚筒面相接触，也能产生较大的内应力。
（3）推瘤余量对焊缝质量的影响。
焊接的顶锻阶段结束后，挤出的液态金属氧化物堆聚在焊缝两侧，在推瘤刀的挤压力下，可能将还未冷却的焊渣挤入温度最高的焊缝区内，形成夹渣缺陷。夹渣存在于钢轨底面及轨底角侧面的边缘上，和焊缝粘和在一起，呈剥离状态，将成为焊头的疲劳断裂源。有夹渣的焊头，焊缝的强度和韧性均有下降，焊接质量难以保证。经探伤确定有夹渣缺陷的焊头，应锯轨重焊。
推瘤刀刃较钝、推瘤余量过小时易产生夹渣缺陷。根据K1000焊机推瘤刀的现状，推瘤800个焊头应考虑更换。修复后的推瘤刀应保证推瘤余量应大于0.5mm，焊接工应检查每个焊头推瘤后的状况。
（4）保证焊前的轨端温度。
焊接前，轨温低于10℃时，部分焊头在探伤时会出现杂波，落锤试验很难通过。断口表现为在轨底位置出现不明缺陷。但对钢轨端头的一定范围加热后，缺陷杂波消失，落锤试验效果良好。经过试验确定冬季焊轨时，钢轨端部的轨温为10～40℃，加热范围不小于500mm。
（5）焊接失败后锯轨量的确定。
在焊接过程中，可能出现焊接失败。大致有以下几种情况：焊接参数的偏离量超标、焊接中断、钳口打滑、焊缝缺陷超标等。处理办法是锯轨重焊。锯轨量应根据型式试验中提供的焊缝正火热影响区宽度来决定。因为热影响区的晶粒组织较为复杂，机械性能不稳定，并存在焊接软化区。因此锯轨量应大于正火热影响区的宽度。
5. 正火是影响焊缝内在质量的因素
钢轨焊接完成后，焊缝及热影响区的温度很高，焊缝区最高可达到1300℃左右。快速冷后会得到粗大晶粒，接头的塑性和韧性降低。如果焊缝区不正火，特别是含碳量高的PD3钢轨，韧性和塑性指标很难通过TB/T1632-2005规定的周期性试验和型式试验。焊头经过正火以后，既可以细化焊缝区晶粒，改善焊接接头的塑性和韧性，又可以正火消除不良组织。
5.1 保证正火前焊缝温度低于500℃。
TB/T1632-2005明确规定：正火前，焊头温度应降至500℃以下。根据PD3钢轨CCT曲线图得知，焊缝正火加热时，其组织是由珠光体向奥氏体转变的过程，冷却时其金相组织是由奥氏体向珠光體转变的过程。因为焊头温度在500℃以下时，奥氏体组织才能彻底完全转变成较细的珠光体。如果焊头温度高于500℃，奥氏体不能彻底的转变，会得到较粗大的珠光体。若继续加热又是晶粒长大的过程，当其达到奥化温度时，晶粒过于长大。当焊缝再次冷却到常温后，会得到较粗大的珠光体或过热组织，从而降低焊缝和热影响区的综合机械性能。
5.2 冬季焊轨正火喷风后焊缝温度低于540℃。
冬季施工时，车间外温度较低，一般在-15℃左右。在正火喷风后，钢轨温度低于540℃时，焊缝区的金相组织不会发生转变。如果走轨时轨温高，钢轨迅速进入-15℃左右的环境，冷却速率过大，根据PD3焊缝CCT曲线图得知，易得到贝氏体组织而影响焊缝及热影响区的综合机械性能。
5.3 严格控制正火温度。
在正火时，很难做到钢轨全断面的温度均匀一致。由于钢轨断面在横向的不对称性，加热时，轨底角薄易散热，轨底角温度始终低于焊头的温度。轨底角温度过低，达不到细化晶粒，提高焊头塑性和韧性的目的。加热温度过高，容易造成焊缝及热影响区的晶粒粗大，降低接头的机械性能，在落锤试验、δ5、αk检验中很难通过。经过工艺试验确定，PD3新型高速重轨的正火温度为轨头为910℃，轨底角不低于860℃，正火后用0.15MPa气压对焊缝及热影响区喷风2min，使其温度降至540℃，焊缝区能获得较理想的综合机械性能。
6. 焊接焊头外观质量影响因素
焊件正火完毕后，其余的工序作业都是为了控制焊接焊头的外观尺寸，并保证其稳定。
6.1 浇水冷却前温度必须控制在250℃以下。
浇水冷却是为四向调直工序作工艺准备。由于钢轨断面的不对称性，浇水冷却时，表面内外部的温差很大，若轨温较高时浇水，易产生较大的残余应力，甚至形成局部微裂纹。呼和浩特局曾对50Kg/m的U74钢轨做过400℃浇水冷却的试验，从断面应力分布和各项机械性能指标都优于自然冷却和250℃水冷，但是对高含碳量的新型PD3高速重轨应慎重对待，应严格遵循焊头在250℃以下水冷的原则。
6.2 四向调直是保证焊头外观尺寸的重要工序。
我公司焊轨生产线采用的是焊后“冷调直”工艺，其优点是调直后焊头的上拱量和旁弯量较稳定，易于外观尺寸的控制，但是也存在一些问题，应引起注意。
（1）调直量不得过大，避免反复调直的次数。
钢轨焊后，轨腰的残余应力表现为纵、竖向为拉应力，焊缝是拉应力的集中部位。我国钢轨轧制后，母材的纯净差，在焊接过程中，易出现带状组织，而带状组织具有方向性，在垂直于轧制方向塑性、韧性低。带状组织的聚集部位在轨腰，若轨腰的带状组织和焊缝较大的残余应力共同存在时，对侧向调直极为不利，易侧向调断焊头。
环境温度的变化、浇水冷却已在焊缝区产生了附加内应力，调直量过大和反复调直的次数增多，均在增加焊缝区的应力集中。故在调直作业时，应减小调直量和调直的反复次数。
对焊头施压时，会同时产生弹性变形和塑性变形，变形相应会带来内应力。如果调直施压时间相对较短，释力后，微量的弹性变形会继续存在很长的时间。长轨条在经过多道工序铺设到线路上，焊头焊缝区的应力释放后，弹性变形量消除，会抵消部分塑性变形量，可能出现“低接头”。调直作业时应保持一定压力至一定的时间，使焊头处产生的塑性变形量增加。但不同轨型和轨种的调直量、施加压力和施压时间等参数应由试验得来。
实践证明，四向调直的竖向调直量应控制在0.8mm内，侧向应在0.5mm内是合理的。
（2）精磨工序是保证焊头外观的主要手段。
经过人工操作的粗磨和细磨整形，焊缝的外观效果仍不理想。对于钢轨端面复杂的圆弧曲线，人工仿形打磨难度大，工作效率低。使用自动化程度高、仿形精度高、工作效率高的精磨机很容易完成。精磨机的打磨余量过大时，易造成焊缝两边出现“马鞍型”，直接影响焊头的外观质量，且易使磨头电机过热。焊缝两边的“马鞍型”是焊缝热影响区的硬度分布不均匀形成的。实践证明精磨工序的加工余量在0.1～0.2mm内，可以消除“马鞍型”缺陷。
7. 周期性试验是考察焊缝质量波动性的重要手段
周期性试验工作是焊接生产中不可缺少的部分。在焊接过程中焊机受自身稳定性和焊接材质的影响，可能造成焊接质量的波动性。TB/T1632-2005规定每焊接500个焊头应做周期性试验。在相同的焊接环境下，每焊100个焊头，加焊1个试件，作为批量代表，进行落锤、探伤、外观、断口试验，硬度试验对长轨条随机抽查2个焊头。周期性试验不合格，则代表该批产品不合格。这项工作在焊轨生产中对考察批量产品的质量很重要。故在实际工作中应引起重视。
7.1 认真作好试件取样。
我国轧制的钢轨母材的纯净度差，不同炉号的钢轨，母材的成份分布不均匀。在焊接时，成份偏析易造成焊接质量不稳定。特别对于焊接规范宽的PD3钢轨，母材缺陷更易焊接质量波动。同组试件在取样时，应保证钢轨炉号相同。
7.2 焊件制作时注意的问题。
试件焊接后，不进行四向调直。故焊后应检查焊头工作面的不直度。试件不直度应保证-0.5～+0.5mm/m。探伤时，若发现有缺陷的焊头或不能确定是否合格，應判废。轨底角是焊缝的最薄弱的部位，是应力集中的区域。在制作试件时，保证轨底角、轨底角上表面和轨底面的打磨量控制在0～0.5mm，保证圆角过渡，不得出现棱角。
7.3 试验中注意的问题。
实践证明落锤结果和试件的温度有关。温度低时，钢轨的塑性和韧性降低，表现在挠度降低或脆性断裂。落锤试验时，焊头温度应保持在20～40℃。硬度试验时，应保证试验表面打磨的粗糙度≤0.8。断口试验时，应做好资料和累计和分析工作，对特征缺陷应根据焊接资料分析原因。
实验仪器使用前应检定，在使用过程中应根据检定周期进行校验。没有检定标准的设备，应自定自校标准，如落锤试验机。
8. 结束语
要做好技术管理和质量管理工作，不但需要一定的理论知识做指导，更需要实践的积累。在焊接工艺实施的过程中，加强关键工序控制力度，注意观察和分析焊接工艺中的每一个细微的环节对焊轨质量的影响。
钢轨焊接工艺是一门理论性很强的学科，其生产工艺的实践性很强。各种工艺规程的制定都是以理论做基础，实践去论证。工作中注意工艺数据收集和总结，用数据来寻找规律，分析问题。
参考文献
［1］ 吕其兵.钢轨接触焊工艺、质量及过程控制研究［D］.成都：西南交通大学，2004.
［2］ 杨乐平，李海涛，赵勇等.Labview高级程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2003.
［3］ 吕其兵，戴虹，骆德阳等.钢轨接触焊质量信息的采集与控制研究［J］，铁道学报，2003Vol.25No.1.
［4］ 《钢轨焊接工》［M］杨来顺主编，中国铁道出版社，2001NO.78.
［5］ 《铁道行业标准》［S］TB/T1632-2005.
［6］ 《2004年全路钢轨焊接及热处理学术交流会论文集》［C］中国铁道学会工务委员会钢轨焊接及热处理学组.
［文章编号］1006-7619（2011）01-01-01
［作者简介］ 马林（1974-），男，学历：大学本科，职称：工程师，工程管理专业，主要从事铁路铺架、无缝线路及城市轨道施工。
【关键词】焊轨； 质量 ；控制 ；工序
On the base of rail welding quality control of key processes
Ma Lin
(China Railway First Group/New Railway Laying Co.，LTD Xianyang Shanxi 712000)
【Abstract】This paper focuses on thebase of long rail welding on welding quality of key processes are discussed and analysis, and the related to rail welding technology in detail and summarized, providing reference for long rail welding.
【Key words】Rail welding;Quality;Control;Procedures
1. 序言
无缝线路是列车高速运行的必备条件，钢轨焊接是无缝线路施工的关键工序。根据高铁高平顺性、高稳定性、高舒适性要求，铁道部2005年对钢轨焊接接头技术条件进行了修订，对焊接标准进行了细化。
钢轨焊接质量可分为焊缝内部质量和焊头外观质量，焊头内部质量是指焊缝的机械性能和断口的宏观特征。外部质量是指焊缝两侧的外观几何尺寸。焊轨生产中的不定因素很多，焊接焊头由于内、外部的缺陷断裂，细微环节的疏忽都可能成为质量隐患，带来后果是不堪设想的。无缝线路的内部应力和列车高速运营的冲击对焊接接头的质量提出了严格的要求。因此必须制订严格地质量控制措施，确保生产各环节受控。
2. 选配轨工序是保证焊接质量的前提
由于钢轨制造精度的原因，钢轨的外观（钢轨高度、轨底宽度、断面不对称性等）存在一定的偏差。钢轨断面不对称度的允许偏差为±1.2mm，若选配轨超标，会造成钢轨轨底角、轨腰和非工作面不同程度的错牙，轨底角错牙的理论值可达到2.4mm，加之外形几何尺寸离散性的影响，最大错牙量将达到3mm左右。大的错牙量对焊接接头的强度和外观几何尺寸影响较大（打磨时难以顺直），不能达到铁标的相关要求。
针对这种情况，根据钢轨的实际外型尺寸将其不对称度分为七种情况（在测量时，规定中和钢轨轴线偏右边为正值，偏左边为负值），分别用0～6作为测量值的代号：“0”为-0.1～+0.1，“1”为+0.2～+0.5，“2”为-0.2～-0.5，“3”为+0.6～+0.8，“4”为-0.6～-0.8，“5”为+0.9～+1.2，“6”为-0.9～-1.2。配轨时应注意的原则：0和“1”、“2”可以相配，“1”、“3”可以相配，“3”、“5”可以相配，“2”、“4”可以相配，“4”、“6”可以相配。其余均不能相配。
在焊接前，对待焊轨的不对称度作了详细的分类，将代号在轨端标识。在焊轨前对不对称度进行选配，保证焊接对中时，轨端各部位的错牙量小于0.6mm，焊后的接头外观尺寸效果较为理想。
3. 焊接前的工艺准备是保证焊缝内在质量的基础
3.1 重视轨端除锈和钳口清理工作。
焊前轨端除锈的目的是：
（1）减小钢轨表面与焊机导电钳口之间的接触电阻。（2）防止夹紧钳口与轨顶面之间在顶锻时打滑。在保证钢轨表面打磨质量的同时，使焊机的导电钳口相应保持清洁。闪光焊是利用焊件内部电阻和接触电阻的热效率对焊件进行加热的。
产生热能影响公式为：Q=I2RT=U2T/R
I表示焊接电流
R表示总电阻=2R接触+R闪光+R焊件，R闪=9500k/（F2/3V1/3J）；
（F表示焊件面积，V表示闪光速度，J表示电流密度）。
由公式看出，R总减小，可以增加焊件的热效率。因为焊接的过程就是对焊件端面加热的过程，焊件端面的温度场形成是影响焊接内部质量的关键。K1000焊机在使用连续闪光焊的工艺时，各阶段的烧化时间是固定不变的，电阻值的大小对加热过程有较为重要的影响。故焊前打磨和清理钳口的工作不彻底，会使R总增大，通过端面液态过梁的电流密度减小，降低了焊件的加热效率。
通过导电钳口和钢轨接触面的焊接电流达几万安培，大的焊接电流会击穿表面接触不良的部位，造成钢轨表面局部烧伤。烧伤处的周围易生成马氏体组织和产生微裂纹，带来局部内应力。这样的焊头在线路上可能发生脆性断裂。
3.2 保持轨端接触面干燥。
钢轨与钳口的接触面存在水渍，会增大接触电阻R接触，降低加热效率，影响端面温度的分布。轨面存在水渍更加大了打滑的倾向性。
故此工序作业时轨面打磨光泽应达到母材的90%以上，表面不得出现氧化层，轨面与钳口的接触部位保持干燥。
4. 焊接工序是保证焊缝质量的重要工序
4.1 注意观察焊机内阻抗的变化。
以K1000型交流闪光焊机为例，采用连续闪光焊接模式。该焊机的内阻80μΩ，在同类焊机中为最小，能增大焊接时的有效输出功率。焊机内阻抗Zk，在焊接时对激发闪光和维持闪光有着非常重要的影响，对焊接过程热效率有明显的作用。实践证明：在焊接过程中，应保持焊机内阻抗Zk＜100μΩ，焊接質量是稳定的。
4.2 焊接过程中观察主要焊接规范参数的变化。
末期烧化阶段，钢轨端面形成激烈的闪光，汽化蒸气在闪光面上形成良好的保护层，覆盖在端面，使其不被氧化。同时激烈的烧化使液态金属膜的流动性增大，为顶锻时及时挤出氧化夹杂物提供了保证。末期烧化速度的变化范围在1.05～1.4mm/s时，经过工艺试验，焊缝的机械性能稳定，落锤断口未发现特征性缺陷。
平均烧化速度是一个非常重要的参数。K1000型焊机在低压烧化阶段，由于液压伺服阀的反馈作用，使焊件维持稳定的闪光，使端面的液态过梁存在时间增长，通过液体过梁对焊件进行稳定均匀的热传导，在焊件端面形成较宽温度场（较小的温度梯度）。有利于在顶锻时，产生足够的塑性变形，形成牢固的焊接接头。K1000焊机反馈系统使用非线性波士阀时，平均烧化速度是在加速烧化前50s取样的。焊接PD3高速重轨经过工艺试验确定的平均烧化速度为0.15～0.17mm/s。
在焊接的顶锻过程中，大的顶锻力使焊件端面液态金属迅速合缝，接头产生足够的塑性变形。金属键在顶锻力的作用力下，克服原子之间的排斥力，而形成共同结晶面，获得牢固的焊接接头。K1000焊机的顶锻量是不可控制的，在一定的顶锻力作用下，顶锻量的大小与焊件端面的塑性变形区大小有关。在焊接PD3高速钢轨，顶锻量为10.5～12.5mm，过大或过小时，都为异常，应做落锤试验确定。
K1000焊机无稳压功能，对环境电压的变化很敏感。环境电压变化，焊接电压相应波动，对钢轨端面的加热效率有着较为重要的影响。故各阶段的电压值在焊接过程中应保持较小的变化量。当高压烧化电压为398～408V、低压烧化电压为320～328V、末期烧化电压为380～390V时，焊接性能稳定。环境电压变化时，应调整焊机调压柜内抽头的位置或恢复参数。
4.3 其它环节的影响。
（1）保持液压油的洁净度。
焊机的液压伺服阀是自控系统的执行元件。在焊接过程中，其反馈灵敏度很高。伺服阀内的进出油孔直径很小，对液压油的洁净度要求很高。如果液压油不清洁，会使阀内油孔堵塞，使焊接烧化中断或短路，造成焊件的送进速度和烧化速度不能匹配，直接影响焊接质量。应定期对焊机液压油进行过滤，滤油精度要求为≤10μm。
（2）注意克服环境因素产生的附加内应力。
输送架滚筒表面沾水后，焊头在其上行走时，易使焊缝局部冷却速度过大，产生高碳马氏体和较大残余内应力，焊头铺设在线路上会随着时间的增长形成疲劳断裂源。冬季焊轨时，室外的滚轮表面温度低时，高温焊缝与温度很低的滚筒面相接触，也能产生较大的内应力。
（3）推瘤余量对焊缝质量的影响。
焊接的顶锻阶段结束后，挤出的液态金属氧化物堆聚在焊缝两侧，在推瘤刀的挤压力下，可能将还未冷却的焊渣挤入温度最高的焊缝区内，形成夹渣缺陷。夹渣存在于钢轨底面及轨底角侧面的边缘上，和焊缝粘和在一起，呈剥离状态，将成为焊头的疲劳断裂源。有夹渣的焊头，焊缝的强度和韧性均有下降，焊接质量难以保证。经探伤确定有夹渣缺陷的焊头，应锯轨重焊。
推瘤刀刃较钝、推瘤余量过小时易产生夹渣缺陷。根据K1000焊机推瘤刀的现状，推瘤800个焊头应考虑更换。修复后的推瘤刀应保证推瘤余量应大于0.5mm，焊接工应检查每个焊头推瘤后的状况。
（4）保证焊前的轨端温度。
焊接前，轨温低于10℃时，部分焊头在探伤时会出现杂波，落锤试验很难通过。断口表现为在轨底位置出现不明缺陷。但对钢轨端头的一定范围加热后，缺陷杂波消失，落锤试验效果良好。经过试验确定冬季焊轨时，钢轨端部的轨温为10～40℃，加热范围不小于500mm。
（5）焊接失败后锯轨量的确定。
在焊接过程中，可能出现焊接失败。大致有以下几种情况：焊接参数的偏离量超标、焊接中断、钳口打滑、焊缝缺陷超标等。处理办法是锯轨重焊。锯轨量应根据型式试验中提供的焊缝正火热影响区宽度来决定。因为热影响区的晶粒组织较为复杂，机械性能不稳定，并存在焊接软化区。因此锯轨量应大于正火热影响区的宽度。
5. 正火是影响焊缝内在质量的因素
钢轨焊接完成后，焊缝及热影响区的温度很高，焊缝区最高可达到1300℃左右。快速冷后会得到粗大晶粒，接头的塑性和韧性降低。如果焊缝区不正火，特别是含碳量高的PD3钢轨，韧性和塑性指标很难通过TB/T1632-2005规定的周期性试验和型式试验。焊头经过正火以后，既可以细化焊缝区晶粒，改善焊接接头的塑性和韧性，又可以正火消除不良组织。
5.1 保证正火前焊缝温度低于500℃。
TB/T1632-2005明确规定：正火前，焊头温度应降至500℃以下。根据PD3钢轨CCT曲线图得知，焊缝正火加热时，其组织是由珠光体向奥氏体转变的过程，冷却时其金相组织是由奥氏体向珠光體转变的过程。因为焊头温度在500℃以下时，奥氏体组织才能彻底完全转变成较细的珠光体。如果焊头温度高于500℃，奥氏体不能彻底的转变，会得到较粗大的珠光体。若继续加热又是晶粒长大的过程，当其达到奥化温度时，晶粒过于长大。当焊缝再次冷却到常温后，会得到较粗大的珠光体或过热组织，从而降低焊缝和热影响区的综合机械性能。
5.2 冬季焊轨正火喷风后焊缝温度低于540℃。
冬季施工时，车间外温度较低，一般在-15℃左右。在正火喷风后，钢轨温度低于540℃时，焊缝区的金相组织不会发生转变。如果走轨时轨温高，钢轨迅速进入-15℃左右的环境，冷却速率过大，根据PD3焊缝CCT曲线图得知，易得到贝氏体组织而影响焊缝及热影响区的综合机械性能。
5.3 严格控制正火温度。
在正火时，很难做到钢轨全断面的温度均匀一致。由于钢轨断面在横向的不对称性，加热时，轨底角薄易散热，轨底角温度始终低于焊头的温度。轨底角温度过低，达不到细化晶粒，提高焊头塑性和韧性的目的。加热温度过高，容易造成焊缝及热影响区的晶粒粗大，降低接头的机械性能，在落锤试验、δ5、αk检验中很难通过。经过工艺试验确定，PD3新型高速重轨的正火温度为轨头为910℃，轨底角不低于860℃，正火后用0.15MPa气压对焊缝及热影响区喷风2min，使其温度降至540℃，焊缝区能获得较理想的综合机械性能。
6. 焊接焊头外观质量影响因素
焊件正火完毕后，其余的工序作业都是为了控制焊接焊头的外观尺寸，并保证其稳定。
6.1 浇水冷却前温度必须控制在250℃以下。
浇水冷却是为四向调直工序作工艺准备。由于钢轨断面的不对称性，浇水冷却时，表面内外部的温差很大，若轨温较高时浇水，易产生较大的残余应力，甚至形成局部微裂纹。呼和浩特局曾对50Kg/m的U74钢轨做过400℃浇水冷却的试验，从断面应力分布和各项机械性能指标都优于自然冷却和250℃水冷，但是对高含碳量的新型PD3高速重轨应慎重对待，应严格遵循焊头在250℃以下水冷的原则。
6.2 四向调直是保证焊头外观尺寸的重要工序。
我公司焊轨生产线采用的是焊后“冷调直”工艺，其优点是调直后焊头的上拱量和旁弯量较稳定，易于外观尺寸的控制，但是也存在一些问题，应引起注意。
（1）调直量不得过大，避免反复调直的次数。
钢轨焊后，轨腰的残余应力表现为纵、竖向为拉应力，焊缝是拉应力的集中部位。我国钢轨轧制后，母材的纯净差，在焊接过程中，易出现带状组织，而带状组织具有方向性，在垂直于轧制方向塑性、韧性低。带状组织的聚集部位在轨腰，若轨腰的带状组织和焊缝较大的残余应力共同存在时，对侧向调直极为不利，易侧向调断焊头。
环境温度的变化、浇水冷却已在焊缝区产生了附加内应力，调直量过大和反复调直的次数增多，均在增加焊缝区的应力集中。故在调直作业时，应减小调直量和调直的反复次数。
对焊头施压时，会同时产生弹性变形和塑性变形，变形相应会带来内应力。如果调直施压时间相对较短，释力后，微量的弹性变形会继续存在很长的时间。长轨条在经过多道工序铺设到线路上，焊头焊缝区的应力释放后，弹性变形量消除，会抵消部分塑性变形量，可能出现“低接头”。调直作业时应保持一定压力至一定的时间，使焊头处产生的塑性变形量增加。但不同轨型和轨种的调直量、施加压力和施压时间等参数应由试验得来。
实践证明，四向调直的竖向调直量应控制在0.8mm内，侧向应在0.5mm内是合理的。
（2）精磨工序是保证焊头外观的主要手段。
经过人工操作的粗磨和细磨整形，焊缝的外观效果仍不理想。对于钢轨端面复杂的圆弧曲线，人工仿形打磨难度大，工作效率低。使用自动化程度高、仿形精度高、工作效率高的精磨机很容易完成。精磨机的打磨余量过大时，易造成焊缝两边出现“马鞍型”，直接影响焊头的外观质量，且易使磨头电机过热。焊缝两边的“马鞍型”是焊缝热影响区的硬度分布不均匀形成的。实践证明精磨工序的加工余量在0.1～0.2mm内，可以消除“马鞍型”缺陷。
7. 周期性试验是考察焊缝质量波动性的重要手段
周期性试验工作是焊接生产中不可缺少的部分。在焊接过程中焊机受自身稳定性和焊接材质的影响，可能造成焊接质量的波动性。TB/T1632-2005规定每焊接500个焊头应做周期性试验。在相同的焊接环境下，每焊100个焊头，加焊1个试件，作为批量代表，进行落锤、探伤、外观、断口试验，硬度试验对长轨条随机抽查2个焊头。周期性试验不合格，则代表该批产品不合格。这项工作在焊轨生产中对考察批量产品的质量很重要。故在实际工作中应引起重视。
7.1 认真作好试件取样。
我国轧制的钢轨母材的纯净度差，不同炉号的钢轨，母材的成份分布不均匀。在焊接时，成份偏析易造成焊接质量不稳定。特别对于焊接规范宽的PD3钢轨，母材缺陷更易焊接质量波动。同组试件在取样时，应保证钢轨炉号相同。
7.2 焊件制作时注意的问题。
试件焊接后，不进行四向调直。故焊后应检查焊头工作面的不直度。试件不直度应保证-0.5～+0.5mm/m。探伤时，若发现有缺陷的焊头或不能确定是否合格，應判废。轨底角是焊缝的最薄弱的部位，是应力集中的区域。在制作试件时，保证轨底角、轨底角上表面和轨底面的打磨量控制在0～0.5mm，保证圆角过渡，不得出现棱角。
7.3 试验中注意的问题。
实践证明落锤结果和试件的温度有关。温度低时，钢轨的塑性和韧性降低，表现在挠度降低或脆性断裂。落锤试验时，焊头温度应保持在20～40℃。硬度试验时，应保证试验表面打磨的粗糙度≤0.8。断口试验时，应做好资料和累计和分析工作，对特征缺陷应根据焊接资料分析原因。
实验仪器使用前应检定，在使用过程中应根据检定周期进行校验。没有检定标准的设备，应自定自校标准，如落锤试验机。
8. 结束语
要做好技术管理和质量管理工作，不但需要一定的理论知识做指导，更需要实践的积累。在焊接工艺实施的过程中，加强关键工序控制力度，注意观察和分析焊接工艺中的每一个细微的环节对焊轨质量的影响。
钢轨焊接工艺是一门理论性很强的学科，其生产工艺的实践性很强。各种工艺规程的制定都是以理论做基础，实践去论证。工作中注意工艺数据收集和总结，用数据来寻找规律，分析问题。
参考文献
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［2］ 杨乐平，李海涛，赵勇等.Labview高级程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2003.
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［6］ 《2004年全路钢轨焊接及热处理学术交流会论文集》［C］中国铁道学会工务委员会钢轨焊接及热处理学组.
［文章编号］1006-7619（2011）01-01-01
［作者简介］ 马林（1974-），男，学历：大学本科，职称：工程师，工程管理专业，主要从事铁路铺架、无缝线路及城市轨道施工。