焊接接头的平直度控制

1、焊接接头焊接接头的的平直度平直度控制控制前言前言v钢轨及其焊接接头是铁路轨道的重要组成部分，高速铁路要求轨道具有很高的平顺性，保证钢轨焊接接头的平直度，是保证高速铁路轨道平顺性的关键之一。v我国铁路自上世纪六十年代开始长钢轨焊接工作，在普速铁路长钢轨焊接方面取得了长足的进步，积累了丰富的经验。随着铁路提速、客运专线和高速铁路建设的发展，很多基于普速铁路的钢轨焊接技术和经验已经难以满足需要。事实表明，在控制长钢轨焊接接头平直度方面，完全将普速铁路焊接钢轨的经验和作法用于高速铁路，可能会对轨道平顺性造成严重后果，因此研究钢轨焊接接头平直度的控制技术具有非常重要的现实意义。前言前言v我国铁路钢轨焊接

2、主要采用闪光焊接方法，新（改）建的百米钢轨焊接基地是承担焊接工作的主体。焊轨基地生产线由钢轨焊前检查与处理、焊前除锈、焊接和推凸、粗磨、焊后热处理、时效、焊接接头矫直、焊接接头精磨和成品检验等基本工序组成。v保证高速铁路钢轨闪光焊接头平直度达标需全过程控制，应从钢轨、设备、工艺、作业方法等关键环节进行把控。第一章 外观质量(平直度)试验v 某焊轨基地对厂焊长轨接头外观质量进行系列试验，考虑到焊接生产过程中影响接头平直度的因素，从母材外观精度、设备精度、作业精度、温度及应力变形等因素入手加以控制，最后根据成品接头平直度数值及曲线加以分析，目的是为得出更为科学的生产过程外观质量控制标准，为焊接高速

3、轨积累数据和提供技术依据。第一章 外观质量试验v此次试验共焊接长轨9根接头36个。成品接头轨顶面平直度数据共36个，其数据与曲线均合格32个，数据合格曲线不合格4个，不合格率11%；工作边平直度数据共36个，其数据与曲线均合格合格35个，数据合格曲线不合格1个，不合格率2.7%；通过观察分析平直度曲线合格的接头，其中16个接头轨顶面平直度曲线良好，呈抛物线型；6个接头工作边平直度曲线良好，基本呈直线型。第一章 外观质量试验v以下将接头平直度根据其曲线形态分为良好、合格及不合格三类，分别进行分析其生产过程各工序的生产数据，以找出接头平直度变化规律及生产过程中各工序更为合理的工艺卡控范围。第一节第

4、一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析v1、轨顶面v轨顶面良好曲线总体呈抛物线型，如图1、2、3、4；此类接头共16个占总体44%，其生产过程各工位数据如表1。第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析v分析：a、上表为轨顶面平直度曲线良好的接头的生产过程数据，接头所对应母材端部平直度（水平方向）在-0.15

5、-0.25mm之间，扭曲度在0.23-0.8mm之间；接头焊后预留轨拱量平均值为0.22mm，正火后热调间测得接头轨拱量为0.92mm，时效结束后接头轨拱量为0.40mm；从焊后到时效结束轨拱呈上升趋势，上升量为0.18mm。第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析v分析：b、轨顶面错边量在0.01-0.25mm之间，大部接头错边约为0.1mm；其中R20152-3轨顶面错边量0.25mm，其接头成品质检轨顶面平直度为0.28/0mm，从平直度曲线（如图5）看出，轨顶面错缝对平直度影响极小，由此可考虑将接头轨顶面错变量控制在0.25mm以内。第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好

6、类平直度曲线分析v分析：c、精调前轨顶面平直度平均值为：-0.03/0.33mm，精调平均值后为：0/0.22mm，由此看出，在精调时对部分曲线稍高的接头略微施压使其降低即可，若平直度曲线存在允许范围内的高点与低点，不必进行调直；精磨后轨顶面平直度平均值为：0.02/0.37mm，在成品台经沉降后平直度平均值为：-0.03/0.25mm，经质检修磨后平直度平均值为：0/0.27mm。第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析v2、工作边v良好的工作边平直度曲线呈直线型，如图6、7、8、9；此类接头共6个，占整体工作边曲线16%；

7、其生产过程各工位数据如表2。第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析v分析：上表数据得出，焊后接头工作边错变量在0.08-0.4mm之间，轨底错边量在0.5-1.2mm之间；精调前工作边平直度平均值为：0/0.476mm，其正值偏大超限，精调后其平直度平均值减小为0/0.08mm；精磨后工作边平直度约为-0.17/

8、0.07mm，满足作业工艺标准要求；第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析v另工作边平直度良好的接头均为精整二线作业，可见精整二线整体作业精度较精整一线要高，在其他因素相同情况下（精整前接头均为焊接二线生产），精整一线可考虑从人员作业精度及设备精度入手，来提高工作边平直度曲线形态。第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析v1、轨顶面v此次试验焊接接头36个，轨顶面平直度曲线除良好类接头及不合格类接头外，曲线合格类接头16个；此类接头轨顶面平直度数值及曲线符合要求，但曲线不呈规则的抛物线型，如图10、11、12，生产过程各工位数据如表3。第二节第二节 合格类平直度曲

9、线分析合格类平直度曲线分析第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析v分析：a、根据上表数据，得出轨顶面平直度曲线合格接头所对应母材端部平直度（水平方向）在-0.15-0.25mm之间，扭曲度在0-0.48mm之间；接头焊后预留轨拱量平均值为0.23mm，正火后热调间测得接头轨拱量为0.95mm，时效结束后接头轨拱量为0.45mm；从焊后到时效结束轨拱呈上升趋势，上升量为0.22mm。第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格

10、类平直度曲线分析v分析：b、轨顶面错边量在0.09-0.4mm之间，大部接头错边约为0.18mm左右，其中L20153-4轨顶面错边量0.4mm，其接头成品质检轨顶面平直度曲线（图13）看出有明显的错缝，且曲线高点范围达75mm；由此可见接头轨顶面焊后错边量达0.4mm后将直接影响平直度曲线形态，在焊接工序应严格卡控错边量，焊接时错边量标准应向高速轨标准靠拢。第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析v分析：c、精调前轨顶面平直度平均值为：-0.02/0.4mm，精调平均值后为：0/0.35mm；精磨后轨顶面平直度平均值为：-0.02/0.28mm，在成品台后平直度平均值为：-0.

11、02/0.29mm，经沉降后平直度平均值为：-0.02/0.28mm。第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析v2、工作边v工作边曲线除良好及合格类别外，合格类接头有29个，占总数的80%；此类曲线平直度数值均符合要求，但平直度曲线形态较直线型相差较大，如图14、15；其生产过程各工位数据如表4。第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析v分析：va.接头

12、母材端部水平方向平直度在-0.3至0.5mm之间，扭曲度在0-0.8mm之间；焊后接头工作边错变量在0.01-0.4mm之间，大部在0.14mm左右；vb精调前工作边平直度平均值为：-0.28/0.21mm，v精调后其平直度平均值为-0.07/0.18mm；v精磨后工作边平直度约为-0.14/0.14mm，v质检工作边平直度约为-0.14/0.15mm，满足作业工艺标准要求。第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析v在此次试验的36个接头中，轨顶面平直度曲线不合格4个，不合格率为11%；此类接头轨顶面平直度数值符合要求，但平直度曲线不符合要求，如图16、17、18、19。工作

13、边平直度曲线不合格1个，不合格率为2.8%；此类接头工作边平直度数值同样符合要求，但平直度曲线不符合要求，如图20。此类接头生产过程各工位数据如表5。第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析v分析：a.轨顶面曲线不合格接头为有R201

14、52-1、R20153-1、R20153-3、R20154-3，焊后轨拱平均值为0.15mm，焊后轨顶面错边量平均值为0.29mm；通过与表1良好类接头及表3合格类接头比对，发现轨拱及错边不是造成接头平直度曲线不合格的原因；虽然其精调后轨顶面平直度平均值为：-0.1/0.3mm，精磨后其平均值为：-0.05/0.3mm，平直度数值符合要求，但观察其平直度曲线发现高点均超标；其中R20152-1、R20153-1、R20153-3整体曲线偏高、大部超出判定轮廓，此类曲线应在精调工位施压使其整体降低，精调后使轨顶面平直度数值在0.25-0.35mm之间（在焊瘤两侧各100mm处），经精磨修磨掉凸出

15、量后可达标；而R20154-3焊缝旁鼓包高点超限，对于接头母材极小范围精调无法矫正的个别鼓包，在精磨后测量仍超限时，应使用抛光机或仿行磨将其磨掉使曲线达标。v从上表看出，轨顶面曲线不合格接头均为精整一线作业，所以可判定造成接头不合格主要原因为精调一线设备精度不够，但也不排除是精调作业人员作业精度不够所致。第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析v分析：b.工作边曲线不合格接头为L20151-2，其母材平直度与扭曲度均在要求范围内，焊后工作边错缝0.1mm；精调后工作边平直度为-0.2/0.1mm，精磨后工作边平直度为-0.28/0mm，成品台未修磨前测量其平直度为-0.28/

16、0.02mm，冷线平直度数值亦在要求范围内；通过图20看出曲线超标原因为焊缝左侧250mm-450mm范围内低点超限；其焊缝左侧曲线整体偏低，此类曲线可在精调时适当调整，经精磨修磨掉凸出量后即可合格。第四节第四节 总结总结v1、此次试验母材焊前检查、矫直及除锈均按现行焊轨作业指导书所规定作业标准进行，通过上述分析得出母材未造成最终成品接头平直度的不合格，说明现行焊前检查、矫直及除锈标准符合实际作业要求。第四节第四节 总结总结v2、通过上述分析及表6得出接头焊后轨拱约为0.2mm-0.3mm，正火后轨拱约为：0.8mm-1.0mm，时效后轨拱约为：0.35mm-0.45mm；由此数据看出，接头轨

17、拱高度随其温度变化，焊后接头经正火后温度上升轨拱升高，上升量约0.6mm-0.8mm，时效结束后接头温度回落至常温轨拱亦下降，沉降量约为0.25mm-0.35mm。1、此次试验母材焊前检查、矫直及除锈均按现行焊轨作业指导书所规定作业标准进行，通过上述分析得出母材未造成最终成品接头平直度的不合格，所以可以肯定现行焊前检查、矫直及除锈标准符合实际作业要求。第四节第四节 总结总结v3、粗磨工位除严格按照作业标准作业外，在作业过程中应注意只能打磨焊瘤不得对母材进行处理，以防止影响最终成品接头平直度曲线的不平顺及造成个别超限低点。1、此次试验母材焊前检查、矫直及除锈均按现行焊轨作业指导书所规定作业标准进

18、行，通过上述分析得出母材未造成最终成品接头平直度的不合格，所以可以肯定现行焊前检查、矫直及除锈标准符合实际作业要求。第四节第四节 总结总结v4、根据精整工班长期作业的经验，经测量后接头平直度满足以下要求可无需进行调直，轨顶面平直度约在0.25mm-0.35mm之间（焊瘤左右各100mm处高度），焊瘤两侧平直度曲线相对平直且高度一致；工作边平直度满足-0.3mm至0.3mm。另在精调作业过程中，作业人员判断接头平直度是否符合标准时，需从焊瘤两侧母材处进行判断，不得以焊瘤高度数值作为接头平直度判断依据，需知接头焊瘤在精磨时将会被消除，所以接头焊瘤高度数值不能作为接头平直度的判断依据。1、此次试验母

19、材焊前检查、矫直及除锈均按现行焊轨作业指导书所规定作业标准进行，通过上述分析得出母材未造成最终成品接头平直度的不合格，所以可以肯定现行焊前检查、矫直及除锈标准符合实际作业要求。第四节第四节 总结总结v5、精调、精磨及质检人员应进一步理解接头平直度曲线高点与低点的规定，在作业过程中若接头平直度曲线存在允许范围内的高点与低点，接头视为合格不需对其进行调直及修磨；高点：任意100mm范围内高点不大于0.1mm；任意50mm范围内高点不大于0.2mm；低点：任意50mm范围内高点不大于-0.1mm；任意30mm范围内高点不大于-0.2mm；另所谓高点与低点是指高出或低于平直度曲线判定轮廓线的点，而此类

20、点高出或低于平直度判定轮廓线的距离即为上述规定的限值（0.1mm、0.2mm、-0.1mm、及-0.2mm）；作业人员需准确理解高点与低点的规定，在作业过程中正确使用其对接头进行判别，以提高精整人员作业精度及作业效率。1、此次试验母材焊前检查、矫直及除锈均按现行焊轨作业指导书所规定作业标准进行，通过上述分析得出母材未造成最终成品接头平直度的不合格，所以可以肯定现行焊前检查、矫直及除锈标准符合实际作业要求。第四节第四节 总结总结第四节第四节 总结总结第四节第四节 总结总结v6、结论：综合上述分析及表6、7中数据并结合接头平直度曲线，初步得出平直度曲线良好接头的部分工艺卡控范围：v焊后轨拱：0.2

21、mm-0.3mm；焊后轨顶面错边量：0.2mm,工作边错边量：0.2mm；v精调后轨顶面平直度：0.25mm-0.35mm，工作边平直度：-0.2mm-0.1mm；v精磨后轨顶面平直度：0.35mm-0.4mm，工作边平直度：-0.2mm-0.1mm；v 平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v1.1.做好钢轨焊前检查与选配，包括钢做好钢轨焊前检查与选配，包括钢轨主要几何尺寸、断面不对称度、端轨主要几何尺寸、断面不对称度、端部扭曲和轨端平直度，两个待焊钢轨部扭曲和轨端平直度，两个待焊钢轨端面尺寸应尽量接近，这是保证焊接端面尺寸应尽量接近，这是保证焊接接头平直度的基础。接头平直度的基础。平直度

22、控制的关键要点平直度控制的关键要点v2.2.焊前除锈作业时，应注意控制除锈焊前除锈作业时，应注意控制除锈磨削深度，除锈后的表面质量应能够磨削深度，除锈后的表面质量应能够满足焊接的要求，钢轨顶面被磨削的满足焊接的要求，钢轨顶面被磨削的深度应尽量小。深度应尽量小。平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v3. 焊接工位，应合理设定钢轨焊前预焊接工位，应合理设定钢轨焊前预拱度，预拱度的设定值可以通过分析时拱度，预拱度的设定值可以通过分析时效后的接头平直度来确定。设定合理的效后的接头平直度来确定。设定合理的预拱度，可以使相当一部分接头无须矫预拱度，可以使相当一部分接头无须矫直，不经过矫直、平直度（不计

23、推凸余直，不经过矫直、平直度（不计推凸余量）就符合要求，这是最理想的。量）就符合要求，这是最理想的。平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v4.焊接工位，应注意控制接头错边量，焊接工位，应注意控制接头错边量，钢轨顶面、轨头侧面工作边和轨脚边钢轨顶面、轨头侧面工作边和轨脚边缘水平方向的接头错边量（错牙）越缘水平方向的接头错边量（错牙）越小越好，接头错边量（错牙）越小，小越好，接头错边量（错牙）越小，精磨的长度就可以越短。如果接头错精磨的长度就可以越短。如果接头错边量超过标准要求，应该在焊接工位边量超过标准要求，应该在焊接工位切掉接头重新焊接。切掉接头重新焊接。平直度控制的关键要点平直度控制的关

24、键要点v5.焊接工位，应注意控制推凸余量，焊接工位，应注意控制推凸余量，控制推凸余量的目的是为精磨机创造控制推凸余量的目的是为精磨机创造条件，当推凸余量较大时，可以在粗条件，当推凸余量较大时，可以在粗磨时预打磨工位，但是应规定预打磨磨时预打磨工位，但是应规定预打磨工位只打磨焊筋，将焊筋高度磨掉一工位只打磨焊筋，将焊筋高度磨掉一些、焊筋高度能满足精磨机的使用条些、焊筋高度能满足精磨机的使用条件即可，不应在预打磨作业时磨到钢件即可，不应在预打磨作业时磨到钢轨母材。轨母材。平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v6.焊接接头经过热处理后进行不少于焊接接头经过热处理后进行不少于2424小时的时效处理，使接头自然冷却到常小时的时效处理，使接头自然冷却到常温。温。v7.7.焊接接头的矫直作业，应明确矫直的焊接接头的矫直作业，应明确矫直的