TJSTJXH-城市轨道交通工程钢轨焊缝电磁感应正火技术标准

总则1.0.1本条是编制本标准的宗旨和原则，以规范城市轨道工程钢轨焊缝电磁感应正火的施工、安全防护及质量验收，标准实施后能更好地指导工程建设，提升轨道交通工程盾构隧道建设水平。1.0.3城市轨道工程钢轨焊缝电磁感应正火的施工、安全防护及质量验收涉及的工程技术较多，本标准不可能包括全部内容。为满足道工程钢轨焊缝电磁感应正火的施工、安全防护及质量验收需要，除应执行本标准的规定外，尚应符合国家、行业和江苏省现行有关标准的规定。

2术语与符号2.1术语2.1.1钢轨焊缝电磁感应正火技术钢轨焊缝电磁感应正火技术是一种用于钢轨焊缝正火的热处理技术。该技术利用电磁感应原理，通过中频率交流电和特制的电磁感应线圈产生强磁场，以加热钢轨焊缝区域，使之达到正火温度，从而进一步提高焊缝的强度和韧性。具体工作原理是通过电感线圈产生的交变磁场，穿过钢轨焊缝区域，由于焊缝材料的电阻，产生局部加热，从而实现正火处理。该技术具有快速加热和冷却、均匀加热、热处理范围可控等特点，能够提高焊缝质量，简化热处理工艺，提高工作效率，并减少热影响区域的大小，改善焊接质量。此外，该技术操作简便、可靠性高，并适用于不同材料和规格的钢轨焊缝，具有广泛的应用价值。2.1.3接触法测温为了便于在实际工程中监测钢轨的温度，考虑到无法直接将传感器贴附在加热的钢轨上，本标准结合了大量实际经验，采用了将耦合电阻线连接到加工的铜片上，并贴附在钢轨表面的方式。这种方法通过铜片的二次传导进行温度测量，因此存在一定的测温误差。与此相比，红外测温仪采用两点聚焦测温的方式，可以提供更高的精度和准确性。使用红外测温仪和耦合电阻同时对不同温度和不同部位的点进行测量，并通过系统分析耦合电阻测温与红外测温仪的差值，可以最大限度地减小测温误差。因此，通过这种科学的组合方法，在实际工程中可以同时利用红外测温仪和耦合电阻进行温度监测。其中，红外测温仪提供了较高的测量准确性和精度，而耦合电阻则提供了实际接触钢轨的位置信息。通过对两者测量结果的对比与分析，可以更准确地评估钢轨的温度变化，并及时采取必要的措施来保证工程安全和可靠性。2.1.5焊后热处理钢轨的正火热处理是通过将钢轨加热到特定温度范围并保温一段时间，然后以适当速率进行冷却的过程。这个过程的目的是改善钢轨的组织和性能，如晶粒细化、均匀化组织结构和消除内部应力。标准中应包括以下方面的规定：确定钢轨正火时应达到的温度范围，以材料种类、钢轨类型和性能要求等因素为依据；规定钢轨在正火温度下应保持的时间，通常考虑钢轨的尺寸和材料特性等因素；规定钢轨在正火后的冷却方式，如空冷、水淬或其他特定的冷却方法；规定正火后钢轨应满足的性能要求，如强度、硬度、韧性等指标。这些要求与具体的应用环境和使用要求密切相关。需要根据实际的标准文件和规范来了解具体的定义和规定。2.1.6钢轨正火钢轨正火是一种热处理工艺，用于提高钢轨的硬度和强度，以增加其耐久性和承载能力。正火是通过将钢轨加热至一定温度，然后迅速冷却的过程来实现的。钢轨正火的步骤包括：加热：钢轨首先被放入高温炉中，使其均匀加热到适当的温度。这个温度通常比钢轨的临界点（A3点）稍高，以确保钢的组织达到最佳的变形能力；保温：一旦达到目标温度，钢轨会在炉中保持一段时间，使其整个截面的温度达到均衡状态，这有助于减少钢轨的内部应力；冷却：完成保温后，钢轨迅速从高温状态冷却下来。通常采用水淬（快速冷却）的方式进行，以确保钢轨表面和内部组织达到所需的硬度。钢轨正火工艺的优点是能够提高钢轨的耐磨性、抗疲劳性和强度，从而延长其使用寿命。然而，正火处理过程中也可能产生一些不利影响，如可能引起变形和开裂。因此，在进行钢轨正火处理时，需要严格控制处理参数，以确保获得理想的性能和质量。2.1.7中频电磁感应中频电磁感应技术，频率范围1~10kHz，可以在焊接过程中利用中频电流对钢轨进行加热，实现钢轨的火焰正火。中频感应加热具有以下优点：首先，由于中频电磁波的频率较高，加热效果非常快速且均匀。可以在较短的时间内将焊接区域加热至所需温度，提高生产效率和节约时间。其次，中频电磁感应加热具有较高的热效率，能够将大部分输入能量转化为加热能，减少了能量浪费。此外，中频感应加热不需要直接接触钢轨，减少了对设备的磨损和焊接质量的影响。最后，中频感应加热通过快速、均匀的加热效果和高效能量转化率，提高了钢轨焊缝的加热效率和焊接质量，是一种高效可靠的加热方式。2.1.9热电偶测温热电偶测温是一种基于热电效应原理来测量温度的方法，热电偶由两种不同材质的金属线（或合金线）连接成一个回路。热电偶测温具有广泛的应用范围，包括工业领域的温度控制、炉温监测、物料加热等，以及实验室、科研等领域的温度测量需求，具有快速响应、高精度、耐高温、良好的线性特性等优点；本标准将热电偶用于钢轨焊缝测温，为确保测温结果的准确性和可靠性，热电偶测温需要遵循相关的标准和规程。总之，热电偶测温是一种通过测量热电势来推算温度的方法，通过合理选择热电偶的材料和监测环境，以及遵循相关标准与规程的要求，可以实现准确可靠的温度测量。2.1.10仿形铜管开合式感应器仿形铜管开合式感应器是一种新型的电磁感应器，用于完成焊缝全断面正火。通常情况下，为了进行焊缝的正火处理，采用环形圈套感应器，将长钢轨穿过环形感应器进行加热。然而，在工地现场，钢轨已经焊接成一条长线，无法将环形感应器套在连成线的钢轨上。为解决这个问题，仿形铜管开合式感应器应运而生。该感应器由多根铜管组成，每根铜管都可以独立运动。当需要进行焊缝正火时，两侧铜管可以分开，使其围绕钢轨周围形成一个环形结构。通过电磁感应的作用，铜管产生涡流，将热能传导到钢轨焊缝区域，以完成正火处理。3基本规定3.0.1目前城市轨道交通钢轨焊缝热处理中，一般均使用中频电磁感应设备，不涉及高频电磁感应设备。3.0.3根据《特种作业人员安全技术培训考核管理规定》（原国家安全监管总局令第30号），进行焊接与热切割作业，需要获得焊接与热切割特种作业操作证后，方可上岗。作业人员的主要职责包括以下几点：1作业严格执行施工方案、作业指导书、工艺卡等相关规程；2记录钢轨焊缝电磁感应正火的操作过程；3在作业完成后进行自检。3.0.4钢轨焊缝正火工艺方案包括正火作业指导书、工艺卡。正火过程记录表、正火汇总表等，其编制依据为钢轨的材质、服役条件、焊接工艺规程等因素。3.0.8根据《钢轨第1部分：43kg/m~75kg/m钢轨》TB/T2344.1和《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》TB/T1632.2的相关规定:钢轨焊缝在正火后应经过不少于24h的时效，方可进行矫直和外形精整。钢轨焊缝质量要求检验项目包括：外观（平直度、表面质量）、探伤、落锤、静弯（轨头受压、轨头受压）、疲劳、拉伸性能、冲击性能、硬度、宏观、显微组织和端口。相关质量要求的规定按照《钢轨焊接第1部分：通用技术条件》TB/T1632.1执行。施工单位可根据自己的特点，编制相应的质量检查表单。出现下列情况之一时应进行与表1相对应的检验：(a)移动式闪光焊每焊接200个接头；(b)焊机工况变化，对某个焊接参数进行修正之后；(c)焊机出现故障、记录曲线异常，故障排除之后；(d)焊机停焊钢轨1个月以上，开始焊接生产前；(e)每隔3个月或移动式闪光焊接生产600个接头；(f)调整热处理工艺参数之后；(g)更换热处理设备之后；(h)加热器（感应）的供方或加热器的结构、尺寸改变之后。表1检验的项目以及焊接接头试件数量单位：个检验条件5.3.1中(a)、(b)、(c)、(d)5.3.1中(e)5.3.1中(f)、(g)、(h)检验项目外观探伤落锤断口硬度宏观硬度宏观、显微组织和晶粒度试件数量52121注1：外观和探伤检验合格后的试件作为落锤试件。注2：硬度试件2个，包括测试轨顶面硬度1个和测试纵断面硬度1个。注3：宏观检验、显微组织和晶粒度检验利用硬度试件。

4设备性能及技术指标4.1一般规定4.1.1根据《电热装置基本技术条件第3部分：感应电热装置》GB/T10067.3、《电热装置的安全第3部分：对感应和导电加热装置以及感应熔炼装置的特殊要求》GB5959.3和《钢结构焊接热处理技术规程》CECS330的相关规定，电磁感应加热设备主要由感应电热设备、机械传动装置、主电路供电系统、控制系统、水冷系统等组成。电磁感应加热设备的功率应能满足热处理升温、恒温等工艺要求、参数调节灵活、方便，通用性好，运行稳定、可靠，并满足安全要求。计算机温度控制系统，其显示装置需要有冷端温度自动补偿装置，并要求其显示温度应以自动记录仪现实的温度为准进行调整。电磁感应加热设备应符合下列规定：1感应线圈的匝间距离应根据钢轨的壁厚、拟定的加热宽度确定；2感应线圈应采取绝缘措施；3感应加热器的输出功率和频率应能自动响应，并能满足正火工艺要求。4.1.3保温层的隔热性能影响温度的分布，因此推荐保温材料的热阻P值小于0.35℃·m2/W，热阻可表示为保温层的导热性的倒数，即保温层的厚度与热导率之比。可以通过控制保温材料的厚度来满足推荐的热阻值。4.3技术指标4.3.4我国钢轨焊接标准TB/T1632.2-2014《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》规定：焊后热处理包括正火以及恢复轨头硬度使用的焊后欠速淬火，采用中频电感应方式时，轨头表面起始加热温度需小于500℃，加热峰值温度900℃±20℃，轨底脚加热温度宜采用800℃~850℃，轨头欠速淬火应采用喷射压缩空气冷却。

5施工准备5.2人员准备5.2.1合格证书是对使用电磁感应正火技术进行钢轨焊缝正火处理的人员或单位的资质认定文件。该证书是由相关机构或认证机构颁发，证明持有人或单位在钢轨焊缝电磁感应正火技术方面具备一定的专业知识和技术能力。证书的颁发通常需要通过一系列的培训、考试和评估程序来评定候选人或单位的合格性。相关内容包括对电磁感应正火技术的理解、操作技巧、安全规范、故障排除等方面的知识和能力要求。持有证书的人员或单位可以被信任和委派执行钢轨焊缝电磁感应正火工作，以确保焊缝的质量和强度。持有钢轨焊缝电磁感应正火技术合格证书的人员或单位可以根据需要应用该技术，确保钢轨焊缝的质量和安全性。这一证书的颁发也标志着持有人或单位在该领域具备一定的专业能力和责任，能够为相关项目提供可靠的服务和支持。5.3仪器设备准备5.3.1~5.3.5在准备钢轨焊缝电磁感应正火设备时，需要考虑多个方面。首先，要选择适用于钢轨焊缝的电磁感应正火设备，确保其功率、频率和加热效果符合要求，并确保设备状态良好、正常运行。其次，准备适用于钢轨焊缝的工具和附件，如工作平台、夹具，用于支撑和定位钢轨，以及清洁剂，用于清洁钢轨表面的污垢和氧化物。此外，还需确保设备和操作区域的电源、地面连接以及干净度等环境符合要求，考虑到钢轨的过热问题，需要准备适当的冷却系统进行钢轨的冷却和温度控制。操作设备之前，还要确保熟悉设备的使用说明和安全要求，并遵守相关操作规范。另外，根据具体情况选择适合的打磨设备，如手持式角磨机、焊缝磨光机、振动式打磨机、手持式砂纸或砂布，并根据工程要求进行打磨，以确保焊缝质量和轨道的平顺性。5.4正火作业前的准备5.4.6在焊缝正火过程中，如果钢轨与道床面接触，由于热膨胀的影响，可能会导致应力集中。为了避免这种情况，需要将钢轨抬离道床面约150mm。这个高度是通过经验和实践得出的，可以提供足够的空间给钢轨膨胀，从而减轻应力集中的可能性。同时，保持钢轨在焊缝正火过程中的纵向水平也是非常重要的。如果钢轨在正火过程中存在倾斜或不平整，会对焊缝产生不均匀的加热和热应力影响，可能会影响焊缝的质量，甚至引起焊缝破裂或变形等问题。因此，确保钢轨保持纵向水平可以有效减少焊缝正火过程中的应力集中现象。最后，为了确保焊缝正火过程中不出现应力集中，我们需要将钢轨抬离道床面约150mm，这样可以给钢轨提供足够的空间进行膨胀，减轻应力集中的可能性。同时，保持钢轨的纵向水平也非常重要，以减少焊缝正火过程中的应力集中现象，这样的措施能够保证焊缝的质量和操作的安全性。5.5环境准备5.5.3在焊缝区域附近使用耐热材料或保护屏障进行遮盖和保护的目的是防止热辐射对周围设备和结构造成危害。高温热辐射会传导到周围，可能导致设备和结构的变形、热裂和性能退化。通过使用耐热材料或保护屏障，可以有效降低热辐射的影响，保护周围设备和结构的完整性、性能和安全性。此外，遮盖和保护还有助于控制热辐射的传导和反射，减少温度升高的可能性，保持周围区域的温度相对稳定，并对焊缝区域产生的烟尘、气体和其他污染物进行限制和控制，保护环境。综上所述，采取遮盖和保护措施有助于防止热辐射对设备和结构的损害，确保焊接过程的安全性和周围环境的保护。5.4.5气温低于0℃时不宜进行工地焊后热处理，而在刮风、下雨天气进行焊后热处理时，需要采取防风、防雨措施，主要是为了确保焊后热处理的效果和安全性。首先，气温低于0℃时进行焊后热处理可能会导致以下问题：温度不均匀：低温环境下，钢材的温度分布不均匀。这会导致焊缝区域温度的波动和不均匀，从而影响热处理的均匀性和一致性，使焊后组织转变不完全，影响材料性能。冷却速度过快：低温环境下，焊后热处理后钢材的冷却速度较快。过快的冷却速度可能导致产生大量的残余应力和脆性组织，从而降低焊缝和材料的强度和韧性。其次，在刮风、下雨天气进行焊后热处理时，需要采取防风、防雨措施的原因是：温度稳定性：风会带走热空气，导致焊后热处理温度的波动和不稳定性。这会影响焊接区域的均匀加热和保温，从而影响热处理的效果。雨水影响：雨水会在焊接区域形成水膜，阻碍热传导，导致焊后热处理温度无法达到设计要求。在高温环境下，水与炙热的焊接区域发生迅速蒸发，产生突然的温度变化，容易引起材料的热裂纹和变形。因此，在气温低于0℃或刮风、下雨天气进行焊后热处理时，必须采取防风、防雨措施，确保温度稳定性和热处理效果，同时避免由于过快的冷却速度而引发的材料强度和韧性下降的问题。6电磁感应正火工艺6.1一般规定6.1.1电磁感应正火作业组织流程如图6.1所示：图6.1电磁感应正火作业流程图6.1.2根据焊后热处理细化焊缝组织、改善韧性、提高轨头硬度（使之与母材匹配）的目的，钢轨加热温度和冷却速度、加热温度速率、冷却方式、冷却速率和正火加热宽度等是主要的工艺参数。研究表明，加热温度影响奥氏体晶粒尺寸和冲击韧性，冷却速度影响珠光体片间距和硬度。钢种不同，其影响规律也有所不同，本标准主要针对U71Mn和U75V两种钢种。6.1.5当中频电源设备、加热感应器、喷风冷却设备变化时，在进行5个落锤检验的同时，一定要检验后接接头的硬度，尤其是轨顶面和轨头（1线）的硬度，根据硬度结果，确定是否需要调整加热和冷却工艺参数。在生产检验中，至少需3个月做一次硬度检验，以监控焊接接头的轨面硬度与母材匹配。6.1.6焊后热处理加热温度控制是否准确是衡量焊后热处理效果的关键。对采用了温度计进行自控的情况，应定期对温度计的精准度进行校验。6.1.7正火加热的起始温度应低于500℃，这是为了使焊接后完成珠光体转变。但正火失败后需重新加热时，无需冷却至500℃以下加热，且重新加热时焊缝应严格居中，否则会出现多个软化带。6.3电磁感应正火6.3.1焊接后在整个焊缝热影响区域内（长约40mm）有几个不同组织性能的区域，通常分为焊缝区（即熔合线区）、过热区、正火区和部分相变区（或双相区），由不同温度影响而形成。在焊缝区，由于在焊接时曾发生熔化，出现脱碳，或多或少存在焊接缺陷，该区宽度很窄，一般不大于0.5mm。过热区会改变钢轨金相组织，也就是奥氏体晶粒粗化。焊缝区和过热区的冲击韧性最差。钢轨焊后热处理加热宽度的选择原则是完全覆盖焊接热影响区。一般焊接热影响区宽度为40mm左右，考虑到焊后热处理生产时焊缝对中的需要，加热感应器宽度按70~90mm设计，太窄难以完全覆盖原焊接热影响区；太宽需延长加热时间或加大加热功率，造成能源消耗。6.3.3钢轨焊后热处理加热温度选择合理与否直接关系到焊接接头整体的韧性提高，在完全奥氏体化的条件下，一方面奥氏体晶粒和冲击韧性随着加热温度的升高而变粗变差；另一方面，焊接接头的强度随着加热温度的升高而增大。为了完成奥氏体的转变，钢轨最低加热温度应大于Ac3。在焊后热处理中，U71Mn和U75V钢轨焊接接头加热温度最低的轨底侧部分温度应大于774℃；为了保证在焊后热处理工位完成组织转变，焊后喷风冷却应冷至580℃以下为好。6.3.4频率为1kHz~2kHz的中频电源，计算得到涡流透入深度约为10~15mm。为了使焊接接头尤其是钢轨轨头热透，还要依赖热传导。如果加热速度太快，表面看上去很快达到了所要求的温度，实际上轨头内部并未热透。按照实际经验，采用1kHz的中频电源时，冷态焊头加热时间应大于180s，热态焊头应大于120s。6.3.5焊后热处理冷却部位仅从硬度匹配而言，仅加速冷却轨头即可，无需对轨腰和轨底进行加速冷却；但是考虑到对焊接接头平直度下降的影响，则需要对钢轨的全断面进行冷却。6.3.6为了使焊接接头轨面硬度与母材匹配，在800℃~500℃温度区域，对于U75V热轧钢轨，冷却速度应为2℃/s~3℃/s，此时硬度大于350HV；对于U71Mn热轧钢轨，冷却速度应为0.5℃/s~1.0℃/s，此时硬度为298~325HV。6.4焊后热处理检查6.4.1定期检查线圈与感应正火之间是否产生放电，防止钢轨灼伤。清理焊缝表面，去除焊渣、氧化物、锈蚀等杂质。使用适当的清洁剂和工具进行表面清洁，确保表面干净整洁。6.4.3选取焊缝样品，经过打磨、腐蚀等处理，进行金相组织观察，使用金相显微镜观察焊缝组织的显微结构、晶粒尺寸和相态分布等变化。

7作业安全7.1一般规定7.1.2进行钢轨焊缝电磁感应技术操作前，必须经过相关培训和合格的认证，确保所有操作人员具备足够的技术知识和经验。7.1.3强电磁场电器工作时会抑制起搏器发放脉冲，使起搏器停止工作，身装心脏起搏器的人严禁靠近，以免引起心跳过缓、失常等。7.1.4操作过程中，遵守设备操作手册和相关规程，严禁擅自修改设备参数或私自停用安全控制系统，确保设备处于正常工作状态。7.1.6在操作区域内设置明显的安全警示标志，周围应有清晰的隔离栏或护栏，确保他人知道该区域存在危险，不会意外进入操作区域，并设置有效的阻止他人进入的措施。7.1.7编制明确的操作程序，确保操作的准确性和安全性；规定对操作结果的检验和验证要求，确保焊缝电磁感应正火的质量与安全性；记录每次操作的关键信息，为事后追溯和分析提供依据。7.1.8提供设备操作指导、安全手册和培训材料，以便作业人员正确理解和遵守操作规程；进行模拟训练和实地实操，让作业人员掌握实际操作技能并迅速做出正确的反应。7.2安全防护措施7.2.1焊后热处理是一项重要的工艺操作，对焊接接头的性能和微观组织具有显著影响。通过封闭焊后热处理作业范围，可以保证工艺参数的控制、焊接质量的提高，以及满足合规性要求，确保焊接接头的性能和组织在可控的范围内得到改善。7.2.2采用红外线测温仪式通过检测物体发出的红外线辐射，计算出相应的温度值，不会对人体产生任何辐射和电磁波，不会对人体造成伤害。7.2.3不正确使用测温设备，用手触摸检测，可能会发生意外事故，为保证工作人员的安全，防止设备损坏，制定测温工安全操作规程。7.2.4循环水具有冷却、防腐和清洗的作用。加强循环水的温度控制，确保其运行于适宜的温度范围内，保证设备的正常运行和使用寿命，减少水处理设备的故障率，节省能源和生产成本，提高生产效率与经济效益。7.2.6较高的行车速度可能增加设备操作的风险。正火设备行车速度控制在15km/h以内可以提供更多的操作空间和时间窗口，便于操作人员进行监控、调试和调整，确保焊接工艺的准确性和稳定性，实现高效率的焊接过程和优质的焊缝结果。

8质量检验与验收8.1一般规定8.1.2材料进场验收：材料进场验收是确保使用的材料符合质量标准和规格的重要环节，包括了钢轨材料、材料标识和清单确认、材料外观质量检查、材料组成和化学成分检验、材料力学性能检验、材料尺寸和几何要求检查、超声波探伤、清洁度检查及材料证书等验收项目等。拉伸试验：拉伸试验用于评估焊接接头在受到拉伸荷载作用下的强度和性能。这种试验旨在模拟列车通过焊接接头时产生的拉伸力，以检测接头在拉伸