钢轨闪光焊接头火焰正火过程控制的重要性

余楚华

【摘 要】本文根据工地钢轨闪光焊施工接特点，以氧气-乙炔火焰正火为研究对象，结合以往的施工经验进行理论分析，通过不断的实践，总结出一套具体可控的正火措施。

【关键词】钢轨闪光焊;火焰正火;可控;措施

Importance of flame normalizing process control of rail flash welding head

Yu Chu-hua

（China Railway First Bureau Group New Transportation Engineering Co.， Ltd Xianyang Shanxi 712000）

【Abstract】In this paper， according to the characteristics of rail flash welding in construction site， taking oxygen-acetylene flame normalizing as the research object， combining with previous construction experience， theoretical analysis is carried out， and through continuous practice， a set of concrete and controllable normalizing measures are summarized.

【Key words】Flash welding of rail;Flame normalizing;Controllable;Measures

1. 前言

随着铁路运输的高速发展，为了满足提速和重载的需要，无缝线路建设已经全面普及。无缝线路钢轨焊接主要以闪光焊为主体，其焊后的接头性能并不是很完美，容易形成粗晶和发展缺陷，接头的金属性能不稳定，组织结构不牢固，，对铁路预算和安全运行造成很大的影响。因此，需要对钢轨闪光焊接头进行热处理，通过正火工艺来改善和加强钢轨闪光焊接头的韧性和塑性，减少应力，增加抗脆裂性能，从而提高钢轨使用寿命。

2. 正火的目的与工艺原理

（1）钢轨焊接后正火热处理的目的是消除因焊接热循环而产生的热影响，改善焊接接头的综合机械性能，细化晶粒，提高韧性，改善焊接残余应力的分布。钢轨焊后正火热处理对接头的质量起着决定性作用。

（2）正火热处理方式大概分为中频感应正火和气体火焰正火两种，厂焊基本都采用的是中频电感应正火的方法，而施工现场因地制宜，仍使用火焰正火的热处理的方法。氧气-乙炔正火属于外热式传导加热，它是利用氧气-乙配比混合后通过加热器使热量通过钢轨外部向钢轨内部传导，属于热传导加热方式，这种方式热处理具有温度不容易控制，分布不均匀，速度慢，效率差等缺点，人为和环境因素影响较大，热处理效果不稳定，但是如果能严格控制正火工艺流程，也可以达到预期的效果（现场气体火焰正火见图1、厂焊中频感电应正火见图2）。

3. 正火过程中存在的问题

施工单位的正火人员中，有许多是聘用的劳务工或是分包给劳务队，他们没有经过系统的培训，不明白正火的原理，随性操作很容易导致焊接的接头没有达到预期的效果甚至报废焊头。

3.1 正火时的起始温度较高。夏季施工时，尤其是地铁隧道内焊头降温速度慢，由于着急抢工，在表面温度还没有降至500℃以下就开始正火作业，使接头内部金属组织还没有完全转变的情况下进行再次加热，很容易形成粗晶，导致接头的机械性能差，给探伤造成阻碍，最终结果就是返工，对接头进行二次正火。

3.2 正火时的终止温度过高或过低。焊后正火加热温度控制是否合适，是衡量焊后热处理效果的关键。当正火结束时温度大于 950 ℃时，奥氏体晶粒组织会迅速长大，冷却后，转变成的珠光体和铁素体晶粒组织也变得相对粗大，接头的韧性和塑性会很低。当正火结束时温度低于850℃时，会导致焊接的接头无法达到正火热处理的目的，由于正火加热不足，使焊接接头奥氏体化未能充分进行，从而形成粒状珠光体显微组织，使焊头硬度较低，接头内部存在金属组织不均衡，不牢固的现象，线路长期运营过程中容易出现低塌和严重的磨损，抗冲击和疲劳效果很差。

3.3 气体配比调试不合适导致加熱时间缩短或增加。氧气-乙炔正火属于热传导加热方式，这种方式热处理具有温度不容易控制，分布不均匀等特点。

（1）乙炔适当，氧气过大时，火焰相对较硬，正火时间缩短。首先，这种调节方法，容易爆管，中途正火时出现正火停顿，严重影响接头正火质量。其次，由于火焰很硬，容易造成表面温度达到，而内部导热温度没有达到要求，只是强化了钢轨表层，在空冷过程中金属组织高温应力过大，形成内部断层，在运营过程中形成裂纹源和掉块现像。

（2）乙炔适当，氧气过低时，火焰相对较软，正火时间长。这种加热模式接头塑性差，接头氧化损耗和正火气体损耗大，成本控制较难，不建议使用。

（3）氧气适当，乙炔过低或过高时，火焰状态不理想，乙炔低时火焰呈蓝色细短，火焰成分大部分是氧气，达不到加热效果。乙炔过高时，火焰呈白色粗长，氧气显得又不足，火焰喷射力度小，强度不够，同样达不到加热效果。只有根据气控箱的性能适当的调节氧气-乙炔配比，才能高效率的达到接头正火达到目的。

3.4 正火加热宽度和摆幅对接头的影响。接头正火对于加热的宽度和加热器的摆动速度也有很高的要求，加热范围过窄，接头焊缝和两端的钢轨母材金属组织不一致，更容易形成接头缺陷;加热范围过宽，范围越长越能接近表面温度要求，但太长势必会造成不必要的材料浪费和时间浪费。加热器来回摆动的频率具有较高的要求，摆动过慢时，在两端的边缘会形成温度差，容易造成钢轨从温差处断裂;摆动过快时，接头升温极快，形成较大的高温应力，不利于空冷结晶过程，对接头的综合性能影响较大。