铝热焊缝溢流飞边控制及打磨方法探索

李明明

摘要：简述了铝热焊缝溢流飞边的对铝热焊缝强度的影响，针对目前铝热焊接方法提出了控制措施，通过现场焊接作业实践证明，能有效的控制焊缝溢流飞边产生;同时对线上铝热焊缝溢流飞边打磨进度慢、伤母材、质量不高等问题进行探索，提出了有效的打磨机具及作业方式，通过现场打磨实践，打磨效率得到有效提高。

关键词：铝热焊缝、溢流飞边、控制措施、打磨效率

随着无缝线路的发展，钢轨铝热焊接接头取代了原有的普通接头，铝热焊缝质量成为无缝线路安全关键。由于在焊接过程中当砂模封箱不严或焊缝不正，浇铸时钢水从砂模和钢轨之间的缝隙中溢流出来，在焊筋边缘的钢轨表面上形成与母材相连的溢流飞边，溢流飞边根部容易产生铸造缺陷，且干扰探伤波，容易造成应力集中及伤损漏探，引发断轨，影响行车安全。

一、溢流飞边产生原因及影响

1.溢流飞边产生原因

⑴待焊焊缝两端母材磨耗不均。主要原因为磨耗轨对轨时以轨顶面为基准，高低差留在轨底，底模砂型安装后上下偏斜，导致侧模砂型安装后左右偏斜与轨头下颚、轨腰或轨底上表面存在间隙，钢水浇铸时从间隙中溢流出来，从而在轨头下颚、轨腰或轨底上表面产生溢流飞边。

⑵焊接时封箱不严。为对已有形成的间隙，未使用封箱砂进行填塞堵实，钢水浇铸时易产生溢流飞边，严重时产生跑铁现象。

⑶砂模制作工艺缺陷。一是砂模出厂时表面粘贴的高温棉不规整，未与砂型边缘对齐，在高温棉边缘存在间隙。二是在砂型底模板、侧模板粘贴高温棉的起终点存在残留固体凝胶，导致砂模安装完成后由于固体凝胶支撑，使得砂型底模板、侧模板未与钢轨完全贴合，形成间隙。

2.溢流飞边对焊缝的影响

⑴溢流飞边根部可能存在铸造缺陷，易形成应力集中。一是因溢流飞边与钢轨母材相平行，在根部形成折叠夹缝，在列车荷载作用下形成应力集中。二是在浇铸过程中流入缝隙中的钢水优先冷却凝固，刚水中的气孔来不及排出，可能在溢流飞边根部形成疏松或气孔等铸造缺陷，加速了裂纹发展速率，造成安全隐患。

⑵溢流飞邊干扰探伤，易造成伤损漏探。一是溢流飞边掩盖焊缝表面缺陷，影响探伤人员对焊缝外观的判断，造成明伤的漏检。二是轨底下表面缺陷主要用一次波或三次检测，上表面缺陷用二次波检测，若溢流飞边与母材、焊筋完全熔合形成棱角时，探伤时产生干扰回波，当焊缝内部存在伤损且与溢流飞边在同一位置时，极易误导探伤人员对出波的判断。三是轨底上表面及圆弧探测面处溢流飞边影响单探头声波的扫查范围，致使出现焊缝盲区。

⑶典型事故案例：2018年10月26日包兰线下行沙坡头至孟家湾区间K712+400处曲线上股（左股）铝热焊缝拉开。原因为一是焊缝拉开处裂纹源位于钢轨轨底上表面三角区焊筋边缘，在焊筋边缘的钢轨表面有少量溢流飞边，与钢轨表面形成8mm长度折叠裂纹夹缝，钢轨溢流飞边跟部形成3×8mm疏松缺陷，造成应力集中导致焊缝拉开。二是由于缺陷区域在焊接边缘处，缺陷面积小，探伤波形难以发现。

二、溢流飞边的控制

1.源头控制磨耗轨焊接。做好焊接前工作量调查，主要对待焊钢轨磨耗情况进行准确测量，选取磨耗相同的钢轨进行焊接，新旧轨焊接时高低错牙超过5mm时，严禁焊接，避免由于钢轨高低错牙砂模偏斜形成溢流飞边。

2.做好焊接材料的检查及整修。对砂模表面粘贴的高温棉不规整，重新对高温棉进行粘贴，确保与砂型边缘对齐;检查砂型底模板、侧模板粘贴高温棉的起终点是否存在残留固体凝胶，及时对固体凝胶进行清除，确保砂模安装完成后与轨腰完成贴合。

3.严格落实焊接工艺，提高焊接质量。一是磨耗轨焊接时，对无法避免出现的轨腰、轨底缝隙使用高温棉进行堵塞，确保与钢轨母材高度贴合。二是底模、侧模安装完成后必须使用白卡纸对轨底、轨腰间隙进行复核，出现缝隙时及时进行调整。三是确保封箱质量，封箱时必须使用捣实棒进行密实性捣实，并且在封箱完成后由焊接负责人对封箱质量进行全面检查，确保封箱质量。

三、溢流飞边打磨方法探索

1.打磨标准

根据溢流飞边分布及对探伤的影响，制定打磨标准如下：

⑴溢流飞边打磨时不得伤及母材，打磨面轮廓应圆滑，不得出现凹坑，无明显微裂纹、剥落掉块、利器剁伤等痕迹，打磨后必须消除打磨棱角防止出现应力集中。

⑵溢流飞边根部与母材相连其余部分与母材分层时，这种溢流飞边可以进行剔除。在焊接完成后进行精打磨作业时，使用扁铲和小锤在溢流飞边根部连接处进行剔除，剔除后使用角向磨光机或棒式打磨机对轨腰及焊筋处毛刺进行打磨处理。

⑶轨底上表面及圆弧探测面处溢流飞边打磨时必须打磨至熔合线，且打磨光滑，确保探伤时探头耦合良好。

⑷轨腰、轨底处溢流飞边打磨至熔合线，突出部分打磨与母材平齐，消除打磨棱角且倒棱圆顺。

⑸轨颚打磨后圆滑平顺，无棱角、凸起，防止出现应力集中。

⑹轨底角至圆弧处焊筋要打磨成圆弧状，打磨后圆滑，无棱角、凸起、凹坑。

2.有效的打磨机具及作用

⑴手锤及扁铲：主要用于凿除焊筋两侧二次棱台明显分层部分，减少打磨工作量。

⑵手持砂轮机：主要用于焊筋冒口处打磨修理。

⑶角磨机，安装2种磨片：安装1mm厚切割片用于切割凸出浇筑棒（法焊为主）;安装角磨片主要用于轨底上表面溢流飞边粗打磨、轨底溢流飞边打磨及浇筑棒平顺打磨。

⑷直磨机（主要打磨机具），安装2种磨头：安装刚玉磨头的，主要打磨轨头下颚、轨腰、轨底上表面及圆弧部位，打磨速度快，也可用于抛光且不伤母材。安装合金旋转锉，用于打磨焊接两侧融合线死角处的打磨。

刚玉磨头的选用建议。目前常见的刚玉磨头有三种，分别是棕刚玉、白刚玉、红刚玉磨头。三种磨头的基本情况如下：

棕刚玉磨头：以钒土、碳素材料、铁屑三种原料融化制成，韧性好、硬度低，适用于一般碳素钢、合金钢削磨。

白刚玉磨头：以工业氧化铝为原料，硬度高、韧性稍低、削切能力强，适用于淬火钢、高碳钢、合金钢削磨。

红刚玉磨头：在白刚玉的基础上增加22%的铬，韧性比白刚玉高，比棕刚玉低，适用于淬火钢、高碳钢、合金钢精细削磨。

硬度方面：白刚玉>红刚玉>棕刚玉

韧性方面：棕刚玉>红刚玉>白刚玉

根据现场打磨使用情况，建议使用红刚玉磨头。

3.打磨作业组织

每个溢流飞边打磨小组宜由4名作业人员组成。1#、2#作业人员负责手锤、扁凿剔除作业，打磨轨腰、轨颚、轨底上表面溢流飞边，3#作业人员负责角磨机切割浇筑棒、焊筋修磨及轨底溢流飞边打磨，4#作业人员负责磨头更换、挡火板安装、镐窝扒开、回填等配合工作。

作业人员必须穿戴劳动保护用品，按照相关规定正确使用机具，同一焊缝两侧同时打磨时应安装挡火板进行隔开，防止机具伤人。作业时必须随车携带臌包夹板、急救器等应急设备，打磨后发现疑似伤损必须加固处理，并及时联系探伤进行确认。

4.作业流程

溢流飞边打磨按照“一铲、二磨、三修”三个流程进行。

“一鏟”：使用手锤、扁铲铲除焊筋两侧溢流肥边分层部位，减少打磨工作量。

“二磨”：使用角磨机、手持砂轮机对焊接溢流肥边凸出、较大部位进行切割或打磨，使用直磨机配合刚玉磨头的对焊缝焊接两侧全断面进行打磨。

“三修”：使用合金旋转锉对轨鄂、焊筋融合线两侧死角处所进行修磨，并对粗打磨后存在凸出、毛刺进行修理，保证各打磨面圆顺，消除应力集中点。

四、结束语

经采取以上措施，在日常钢轨铝热焊接作业过程有效控制了溢流飞边产生控制，提高了铝热焊接质量。合理的作业组织配合红刚玉磨头的使用大大提高了溢流飞边打磨进度及作业质量，使得每处溢流飞边打磨节约10-20分钟。影响铝热焊缝质量的因素多种多样，只有经过努力钻研积累经验，不断实践，才能更好的促进铁路安全发展。

参考文献：

[1]邹定强，杨其全，卢观键，邢丽贤，丁伟，黎连修，高春平，胡杰等.钢轨失效分析和伤损图谱. 中国铁道出版社，2010.6：191-202.