CN114147379A - 钢轨伤损冷焊修复工艺 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种钢轨伤损冷焊修复工艺，涉及钢轨修复技术领域。该修复工艺包括使用自保护药芯焊丝，在修复区域沿预设方向进行预焊。在预焊之后，在修复区域沿预设方向进行补焊，补焊的焊接热输入大于预焊的焊接热输入。预焊和补焊都用焊枪实现，预焊能够较为精准地向钢轨的修复区域提供一定热量，无需使用加热设备单独进行预热，简化了钢轨在线修复的工艺。预焊后的钢轨温度相较于传统工艺预热后的钢轨温度更低，并且容易控制热量输入，工艺稳定。最终并且后续的补焊能够消除预焊留下的缺陷，钢轨伤损的修复质量较好。

Description

钢轨伤损冷焊修复工艺

技术领域

本发明涉及钢轨修复技术领域，具体而言，涉及一种钢轨伤损冷焊修复工艺。

背景技术

随着铁路运力增加，无论是货运线路、客运线路和城轨线路都可能出现不同程度的磨损。钢轨线路在使用过程中，由于发车密集、运行速度高导致启动和制动力矩高、转弯速度大导致列车转弯时钢轮与钢轨的摩擦剧烈。钢轨不可避免的出现一定程度的损伤，影响列车运行安全。

现有的维修方法包括换轨，但换轨复杂，工程量大，天窗作业时间完成任务难度大、经济成本高，需要众多人力及设备。所以补焊修复是较为高效的维修方式。但现有的一些钢轨堆焊修复需要采用单独的设备对钢轨进行预热操作，比如火焰加热、感应加热，存在预热温度高、工艺复杂、焊接质量不稳定的缺点。

发明内容

本发明的目的包括提供了一种钢轨伤损冷焊修复工艺，其不必使用单独的加热设备对钢轨进行预热，简化了工艺，且质量稳定。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种钢轨伤损冷焊修复工艺，包括：

根据钢轨伤损情况确定修复区域，在修复区域沿预设方向进行预焊；

在预焊之后，在修复区域沿预设方向进行补焊，补焊的焊接热输入大于预焊的焊接热输入。

其中，预焊和补焊中使用的焊丝为自保护药芯焊丝。

在可选的实施方式中，预焊的焊接热输入为4.37～7.62KJ/cm，补焊的焊接热输入为5.46～8.06KJ/cm。

在可选的实施方式中，预焊和补焊二者中的至少一者的焊接速度为0.2-0.3cm/s。

在可选的实施方式中，预焊中，起弧时焊接功率升高过程持续2-4s，收弧时焊接功率降低过程持续2-4s。

在可选的实施方式中，补焊为多层焊，多层焊的层间温度大于或者等于250℃。

在可选的实施方式中，补焊为多道焊，多道焊的多个焊道相互平行，并且相邻的焊道之间重叠区域宽度为单条焊道宽度的1/3～1/2。

在可选的实施方式中，预焊和/或补焊时，焊枪在垂直于预设方向的方向上进行摆动，摆幅小于3mm。

在可选的实施方式中，在预焊前，对修复区域进行打磨、去脂、去疲劳层，并用热风吹干修复区域。

在可选的实施方式中，预设方向与钢轨的行车方向相反。

在可选的实施方式中，在补焊结束后，打磨焊缝，恢复钢轨的廓形。

本发明实施例的有益效果包括：

本申请实施例提供的钢轨伤损冷焊修复工艺包括使用自保护药芯焊丝，在修复区域沿预设方向进行预焊。在预焊之后，在修复区域沿预设方向进行补焊，补焊的焊接热输入大于预焊的焊接热输入。预焊和补焊都用焊枪实现，预焊能够较为精准地向钢轨的修复区域提供一定热量，无需使用加热设备单独进行预热，简化了钢轨在线修复的工艺。预焊后的钢轨温度相较于传统工艺预热后的钢轨温度更低，并且容易控制热量输入，工艺稳定。最终并且后续的补焊能够消除预焊留下的缺陷，钢轨伤损的修复质量较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一种实施例中钢轨伤损冷焊修复工艺的流程图；

图2是本申请一种实施例中U71Mn钢轨修复后的截面图片；

图3是本申请一种实施例中U71Mn钢轨后焊缝区域的金相组织照片；

图4是本申请一种实施例中U71Mn钢轨后热影响区金相组织照片；

图5是本发明修复U71Mn钢轨后母材到焊缝显微硬度变化曲线。

具体实施方式

当前，钢轨线路在使用过程中，由于发车密集、运行速度高导致启动和制动力矩高、转弯速度大导致列车转弯时钢轮与钢轨的摩擦剧烈。钢轨不可避免的出现一定程度的损伤，影响列车运行安全。通用的维修方法是换轨，但换轨复杂，工程量大，完成任务难度大、经济成本高，需要众多人力及设备。所以补焊修复是较为高效的维修方式。除内部有伤损或表面重伤的钢轨必须换铺新轨外，其它伤损都可以通过补焊改善线路状况。现有的钢轨堆焊修复有采用手工焊条焊接，需要使用单独的加热设备对钢轨进行预热，比如火焰加热、感应加热等方式，会存在预热温度高、工艺复杂、焊接质量不稳定的缺点。也有采用埋弧焊堆焊的方式进行修复，存在焊接热输入大、设备庞大笨重的缺点，焊后易形成马氏体组织，影响组织性能。

为了改善上述现有技术中的至少一个缺点，本申请实施例提供一种钢轨伤损冷焊修复工艺。本申请实施例提供的修复工艺可以适用于U71Mn和U75V钢轨，其包括采用自保护药芯焊丝，先进行预焊，使钢轨的修复区域升温，再进行正式的补焊(可以是多层焊或多道焊)。该减少了使用加热装置对钢轨加热的过程，简单易实现。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

图1为本申请一种实施例中钢轨伤损冷焊修复工艺的流程图。本申请提供的钢轨伤损冷焊修复工艺，可以实现在线冷焊修复，如图1所示，其包括如下步骤：

步骤S100，根据钢轨伤损情况确定修复区域，在修复区域沿预设方向进行预焊。

在本申请实施例中，在预焊前需要进行焊前准备，根据伤损情况确定待修复钢轨的修复区域，对修复区域进行打磨、去脂、去疲劳层，并用热风吹干修复区域。具体的，需要去除钢轨修复区域的铁锈、油污及泥渍，露出金属光泽，不允许打磨钢轨发蓝变色。可选的，用着色探伤检查修复区域，保证修复区域无表面裂纹。可以使用热风枪吹干钢轨修复区域。

在焊前准备完成后，再进行预焊。本申请实施例中，预焊使用自保护药芯焊丝，焊接工艺采用FCAW-S焊接进行，选择这种焊丝和焊接方法不需要额外保护气体，通过焊丝成分进行造渣造气来保护焊缝。可选的，选用钢轨补焊专用焊丝JCTD-32型自保护药芯焊丝，焊丝直径1.6mm。

在预焊时，所沿的预设方向与钢轨的实际行车方向相反。应理解，沿预设方向进行预焊，是指预焊时，焊枪的总体移动方向沿着预设方向(焊枪可以在垂直于预设方向上进行小幅摆动)。

可选的，预焊的焊接速度为0.2-0.3cm/s，优选为0.25cm/s。起弧时焊接功率升高过程持续2-4s，优选为3s；缓升结束后焊枪回烧至起弧位置，收弧时焊接功率降低过程持续2-4s，优选为3s。预焊的焊接热输入为4.37～7.62KJ/cm。在可选的其他实施例中，预焊的焊接速度可以根据具体需要进行选择，而不限制在0.2-0.3cm/s；起弧、收弧时焊接功率降低过程持续时间以及预焊的热输入量也可以根据需要进行选择。

可选的，预焊的焊接设备可采用常州市瑞泰工程机械有限公司的全自动GRW-A型。预焊的焊接电流为120～160A，电压范围13～17V。

步骤S200，在预焊之后，在修复区域沿预设方向进行补焊，其中，补焊的焊接热输入大于预焊的焊接热输入。

在本申请实施例中，补焊采用的焊丝与预焊相同，工艺采用FCAW-S焊接进行。

可选的，补焊的焊接热输入为5.46～8.06KJ/cm。应当理解，补焊可以为多道焊或多层焊，本申请中的焊接热输入是指单条焊道形成过程中的单位长度的热量输入，而非多道焊或多条焊的单位长度热量输入总和。可选的，补焊的焊接速度为0.2-0.3cm/s，优选为0.25cm/s。在可选的其他实施例中，补焊的焊接速度可以根据具体需要进行选择，而不限制在0.2-0.3cm/s；而补焊的焊接热输入也不仅限于5.46～8.06KJ/cm，也可以做其他选择，但需保证比预焊的焊接热输入更高。

在修复区域磨损比较深的情况下，补焊时需要进行多层焊，即重复焊接多次，令多条焊道层叠在一起，以使焊料填充钢轨磨损的部分，每一次进行焊接均采用上述的补焊参数，均沿预设方向(与行车方向相反)进行焊接。可选的，多层焊的层间温度在250℃以上，也即是说，在后一次焊接前，前一次焊接形成的焊道(焊缝)温度在250℃以上。焊道的温度可以通过手持式热传感仪进行采集。多层焊时，在进行每一次焊接时，需对上一层焊道进行清渣。

在修复区域磨损比较宽(垂直于行车方向的尺寸)的情况下，补焊可以是多道焊，采用多次焊接形成多个焊道，多道焊的多个焊道相互平行。可选的，相邻的焊道之间重叠区域宽度为单条焊道宽度的1/3～1/2。多道焊不需要对前一个焊道进行清渣。

当然，多道焊和多层焊可以结合应用，比如先通过多道焊形成一层由多个焊道形成的焊接层，再在此焊接层上再重复进行一次或者多次多道焊，使得焊缝区域的焊道既在宽度方向上排列，也在深度方向上堆叠。

补焊的焊接设备可以与预焊相同，为常州市瑞泰工程机械有限公司的全自动GRW-A型。补焊的焊接电流可选为130～160A，电压范围15～18V。

在可选的实施方式中，预焊和/或补焊时，焊枪在垂直于预设方向的方向上可以进行摆动，控制摆幅小于3mm。补焊(包括多层焊或多道焊)结束后，可以在修复区域覆盖石棉进行保温。

步骤S300，打磨焊缝，恢复钢轨的廓形。

在补焊结束后，打磨焊缝，以恢复钢轨的廓形。必要时，打磨结束后进行着色和超声检测，排除有裂纹的情况。

本申请提供的钢轨伤损冷焊修复工艺减少了采用加热装置对钢轨进行预热的处理，而是直接采用预焊的形式。减少了加热装置的投入使用，简化工艺，并且能够得到稳定的焊接质量。

以下通过一种具体实施例来对本申请的钢轨伤损修复工艺的效果进行展示。图2是本申请一种实施例中U71Mn钢轨修复后的截面图(宏观)。本实施例以U71Mn钢轨为例展示，采用JCTD-32型自保护药芯焊丝以及全自动GRW-A型焊接设备进行预焊和补焊，焊丝直径1.6mm。补焊采用了多层焊的方式进行。预焊的焊接电流为120～160A，电压范围13～17V，焊接速度为0.25cm/s，起弧缓升3s，缓升结束后焊枪回烧至起弧位置，收弧缓降3s。控制焊接热输入为4.37～7.62KJ/cm。后续补焊的焊接电流为130～160A，电压范围15～18V，焊接速度为0.25cm/s，控制焊接热输入为5.46～8.06KJ/cm，焊接层间温度控制在250℃以上。焊接时焊枪进行摆动，摆幅3mm以下。补焊结束覆盖石棉保温。

图2中，钢轨截面的右端大致1/3的部分(均匀部分)为钢轨的母材。从右端大致1/3位置处到左端为焊料堆叠的区域。如图1所示，去除焊渣的焊缝成型美观，层间结合致密，无夹杂、未焊合与裂纹等缺陷。

图3是本申请一种实施例中U71Mn钢轨后焊缝区域的金相组织照片；图4是本申请一种实施例中U71Mn钢轨后热影响区金相组织照片；图5是本发明修复U71Mn钢轨后焊缝表面显微硬度变化曲线。如图3至图5所示，焊缝区域金相组织为屈氏体+贝氏体+珠光体。整个焊缝区域无马氏体有害组织。如图5中所取的五个测试点为焊缝表面削平或磨平之后，所取的均匀分布的五个测试点。如图5所示，焊缝表面硬度均值为HBW287，与母材硬度基本一致。

综上，本申请实施例提供的钢轨伤损冷焊修复工艺包括使用自保护药芯焊丝，在修复区域沿预设方向进行一次预焊。在预焊之后，在修复区域沿预设方向进行补焊，补焊的焊接热输入大于预焊的焊接热输入。预焊和补焊都用焊枪实现，预焊能够较为精准地向钢轨的修复区域提供一定热量，无需使用加热设备单独进行预热，简化了钢轨在线修复的工艺。预焊后的钢轨温度相较于传统工艺预热后的钢轨温度更低，并且容易控制热量输入，工艺稳定。最终并且后续的补焊能够消除预焊留下的缺陷，钢轨伤损的修复质量较好。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，包括：

根据钢轨伤损情况确定修复区域，在修复区域沿预设方向进行预焊；

在所述预焊之后，在所述修复区域沿所述预设方向进行补焊，其中，所述补焊的焊接热输入大于所述预焊的焊接热输入；

其中，所述预焊和所述补焊中使用的焊丝为自保护药芯焊丝。

2.根据权利要求1所述的钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，所述预焊的焊接热输入为4.37～7.62KJ/cm，所述补焊的焊接热输入为5.46～8.06KJ/cm。

3.根据权利要求1所述的钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，所述预焊和所述补焊二者中的至少一者的焊接速度为0.2-0.3cm/s。

4.根据权利要求1所述的钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，所述预焊中，起弧时焊接功率升高过程持续2-4s，收弧时焊接功率降低过程持续2-4s。

5.根据权利要求1所述的钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，所述补焊为多层焊，所述多层焊的层间温度大于或者等于250℃。

6.根据权利要求1所述的钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，所述补焊为多道焊，所述多道焊的多个焊道相互平行，并且相邻的所述焊道之间重叠区域宽度为单条所述焊道宽度的1/3～1/2。

7.根据权利要求1所述的钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，所述预焊和/或所述补焊时，焊枪在垂直于所述预设方向的方向上进行摆动，且摆幅小于3mm。

8.根据权利要求1所述的钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，在所述预焊前，对所述修复区域进行打磨、去脂、去疲劳层，并用热风吹干所述修复区域。

9.根据权利要求1所述的钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，所述预设方向与所述钢轨的行车方向相反。

10.根据权利要求1所述的钢轨伤损冷焊修复工艺，其特征在于，在所述补焊结束后，打磨焊缝，恢复所述钢轨的廓形。

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