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1、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。第1页/共66页前言前言v我国铁路钢轨焊接主要采用闪光焊接方法，新
2、（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2页/共66页第一章外观质量(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，为焊接高速轨积累数据和
3、提供技术依据。第3页/共66页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4页/共66页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
4、控范围。第5页/共66页第一节第一节 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6页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第7页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第8页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第9页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第10页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第11页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线
5、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-0.15-0.25mm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12页/共66页第一节第一节 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0.28/0m
6、m，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13页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析v分析：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14页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲
7、线分析良好类平直度曲线分析第15页/共66页第一节第一节 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%；其生产过程各工位数据如表2。第16页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第17页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第18页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第19页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第20页/共66页第一节第一节 良好类平直度曲线分析良好类平直度曲线分析第21页
8、/共66页第一节第一节 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-0.17/0.07mm，满足作业工艺标准要求；第22页/共66页第一节第一节 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，
9、来提高工作边平直度曲线形态。第23页/共66页第二节第二节 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24页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第25页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第26页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第27页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度
10、曲线分析第28页/共66页第二节第二节 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29页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析v分析：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
11、，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30页/共66页第二节第二节 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：-0.02/0.29mm，经沉降后平直度平均值为：-0.02/0.28mm。第31页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格
12、类平直度曲线分析第32页/共66页第二节第二节 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33页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第34页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第35页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析第36页/共66页第二节第二节 合格类平直度曲线分析合格类平直度曲线分析v分析：va.接头母材端部水平方向平
13、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37页/共66页第三节第三节 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
14、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38页/共66页第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第39页/共66页第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第40页/共66页第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第41页/共66页第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第42页/共66页第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲线分析第43页/共66页第三节第三节 不合格类平直度曲线分析不合格类平直度曲
15、线分析第44页/共66页第三节第三节 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R20152-1、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
16、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45页/共66页第三节第三节 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
17、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-0.28/0.02mm，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46页/共66页第四节第四节 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47页/共66页第四节第四节
18、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48页/共66页第四节第四节 总结总结v3、粗磨工位除严格按照作
19、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49页/共66页第四节第四节 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
20、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50页/共66页第四节第四节 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：
21、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
22、焊前检查、矫直及除锈标准符合实际作业要求。第51页/共66页第四节第四节 总结总结第52页/共66页第四节第四节 总结总结第53页/共66页第四节第四节 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：0.2mm-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第54页/共66页平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点
23、v1.做好做好钢轨焊钢轨焊前前检查检查与与选选配，包括配，包括钢钢轨轨主要几何尺寸、断面不主要几何尺寸、断面不对对称度、端称度、端部扭曲和部扭曲和轨轨端平直度，两个待端平直度，两个待焊钢轨焊钢轨端面尺寸端面尺寸应应尽量接近，尽量接近，这这是保是保证焊证焊接接接接头头平直度的基平直度的基础础。第55页/共66页平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v2.焊焊前除前除锈锈作作业时业时，应应注意控制除注意控制除锈锈磨削深度，除磨削深度，除锈锈后的表面后的表面质质量量应应能能够够满满足足焊焊接的要求，接的要求，钢轨顶钢轨顶面被磨削的面被磨削的深度深度应应尽量小。尽量小。第56页/共66页平直度控制的
24、关键要点平直度控制的关键要点v3.焊焊接工位，接工位，应应合理合理设设定定钢轨焊钢轨焊前前预预拱拱度，度，预预拱度的拱度的设设定定值值可以通可以通过过分析分析时时效效后的接后的接头头平直度来确定。平直度来确定。设设定合理的定合理的预预拱度，可以使相当一部分接拱度，可以使相当一部分接头头无无须矫须矫直，直，不不经过矫经过矫直、平直度（不直、平直度（不计计推凸余量）推凸余量）就符合要求，就符合要求，这这是最理想的。是最理想的。第57页/共66页平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v4.焊焊接工位，接工位，应应注意控制接注意控制接头错边头错边量，量，钢轨顶钢轨顶面、面、轨头侧轨头侧面工作面工作边
25、边和和轨轨脚脚边边缘缘水平方向的接水平方向的接头错边头错边量（量（错错牙）越牙）越小越好，接小越好，接头错边头错边量（量（错错牙）越小，牙）越小，精磨的精磨的长长度就可以越短。如果接度就可以越短。如果接头错头错边边量超量超过标过标准要求，准要求，应该应该在在焊焊接工位接工位切掉接切掉接头头重新重新焊焊接。接。第58页/共66页平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v5.焊焊接工位，接工位，应应注意控制推凸余量，注意控制推凸余量，控制推凸余量的目的是控制推凸余量的目的是为为精磨机精磨机创创造造条件，当推凸余量条件，当推凸余量较较大大时时，可以在粗，可以在粗磨磨时预时预打磨工位，但是打磨工位，但
26、是应规应规定定预预打磨打磨工位只打磨工位只打磨焊焊筋，将筋，将焊焊筋高度磨掉一筋高度磨掉一些、些、焊焊筋高度能筋高度能满满足精磨机的使用条足精磨机的使用条件即可，不件即可，不应应在在预预打磨作打磨作业时业时磨到磨到钢钢轨轨母材。母材。第59页/共66页平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v6.焊焊接接接接头经过热处头经过热处理后理后进进行不少于行不少于24小小时时的的时时效效处处理，使接理，使接头头自然冷却到常自然冷却到常温。温。v7.焊焊接接接接头头的的矫矫直作直作业业，应应明确明确矫矫直的直的任任务务是是纠纠正接正接头头两两侧侧的的钢轨钢轨在方向上的在方向上的偏差，偏差，错错牙不牙不应
27、应通通过矫过矫直直纠纠正。正。矫矫直后直后对对平直度曲平直度曲线线的判断很重要，的判断很重要，矫矫直后必直后必须测须测量并存量并存储储平直度曲平直度曲线线。第60页/共66页平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v8.焊焊接接接接头头的精磨作的精磨作业业，应应在符合精磨作在符合精磨作业业的条件下的条件下进进行。行。应应明确精磨的任明确精磨的任务务是将是将焊焊筋筋磨平、将没有超磨平、将没有超过标过标准的微小准的微小错边错边量磨平，量磨平，使接使接头头的表面不平度符合要求。精磨作的表面不平度符合要求。精磨作业应业应保持保持轨头轮轨头轮廓形状。精磨后接廓形状。精磨后接头头会会产产生局部生局部升温，
28、升温，进进一步影响平直度峰一步影响平直度峰值值，因此精磨后，因此精磨后在温升情况下在温升情况下测测量的平直度峰量的平直度峰值值会比接会比接头头出出厂前常温下厂前常温下测测量的平直度峰量的平直度峰值值高，但曲高，但曲线线的的形状是具有参考价形状是具有参考价值值的，通的，通过过曲曲线线形状可以形状可以判断表面不平度是否合格。判断表面不平度是否合格。第61页/共66页平直度控制的关键要点平直度控制的关键要点v9.在在质检质检工位上工位上检查焊检查焊接接接接头头的平直的平直度：度：应应注意注意钢轨钢轨停放位置停放位置对测对测量量结结果果有有显显著影响；著影响；测测量量仪仪器的精度器的精度对测对测量量结结果有果有显显著影响，著影响，测测量量仪仪器必器必须经过须经过定期定期鉴鉴定和校准；定和校准；测测量平台的量平台的测测量重量重复性要好。目前各复性要好。目前各焊轨焊轨基地均在基地均在测测量量平台上平台上经过经过冷却后冷却后测测量。量。第62页/共66页第63页/共66页v下图所示的焊接接头轨顶面分别测量了5次，其平直度的测量结果都在0.1mm范围内变化，此次测量结果的重复性较好。第64页/共66页谢谢！第65页/共66页感谢您的观看。感谢您的观看。第66页/共66页