钢轨气压焊加热器回火现象分析及防治措施

0 前言

目前钢轨的焊接从方法上可分为闪光焊、气压焊、铝热焊和电弧焊四种。气压焊作为一种比较成熟的技术,由于其设备结构的小型化、轻便化便于现场施工使用,以及较低的焊接成本,因而被广泛地应用于国有铁路和地方铁路的建设中。然而在实际操作过程中气压焊设备中的加热器经常有回火现象产生,直接影响了钢轨的焊接质量,因此解决气压焊加热器的回火问题是保证钢轨焊接质量的关键点。

钢轨气压焊加热器回火现象分析及防治措施

1 加热器回火现象产生的原因

在焊接过程中,当混合气由喷火孔喷出的速度小于在这种混合气混合比条件下的燃烧速度时,火焰便钻到加热器内部燃烧,这种情况存在的时间略长时回火现象就产生了。回火产生的主要原因如下。

1.1喷火孔不通畅

如果加热器有个别喷火孔堵塞,这个喷火孔喷气不畅,火焰会沿堵塞的喷火孔钻到加热器中燃烧,从而引起加热器气路中的混合气体发生爆炸,产生回火现象。

1.2加热器喷火孔直径偏大

加热器喷火孔直径是根据钢轨不同部位几何尺寸的大小而设计的,直径从0.5~0.8 mill不等,而且在焊接过程中混合气的流量也是有规定的,并由控制箱(气体流量计)控制,但在实际工作中由于清除喷火孔烟尘时方法不当造成喷火孔偏大,那么这个流量相对于过大的喷火孔而言就偏小了,当孔径增大时混合气体的喷出速度与孔径成反比,所以这时气体的喷出速度就会降低,当低于火焰的燃烧速度时就会发生回火。

1.3混合气供应不稳定、不充足

1.3.1氧气供应不稳定或不充足

在实际操作过程中有时出现氧气流量计调至一定的数值时,流量计的浮子开始上下窜动忽高忽低,氧气减压器表白行降压,这说明氧气减压器放气量不能满足流量计供给加热器所需的氧气。其次氧气减压器在长期的使用过程中,由于安装减压器时氧气瓶口污物吹除不净,污物进入减压器后,有的部位被堵塞,也会造成氧气的供给不稳。还有氧气减压器长期使用会出现直流现象。由于氧气流量不足人们就会将氧气流量计的开关往大处调整,但这时又会忽然出现氧气流量上升的现象,由于乙炔流量这时已经固定,所以会形成过半强的氧化焰,这种氧化焰的燃烧速度快,当大于混合气的喷出速度时就会发生回火。

1.3.2乙炔供应不稳定或不充足

由于乙炔和氧气两种气体的性质不同,乙炔气的气路同氧气的气路相比在设计上有所不同。为防止回火时火焰沿着乙炔气路回燃,在乙炔气的气路上设计了回火防止器。目前控制箱内部使用的全部为干式回火防止器,它具有连续止火、自动复位、全封闭的特点,但是在使用一段时间以后有两个部位会发生堵塞。第一个部位是过滤网,过滤网是用金属丝编织而成,其目的和作用是滤除乙炔气中的杂物,提高火焰的质量,但同时被滤除的杂物附着在过滤网上,随使用时间的延长,附着物堵塞过滤网的情况逐步严重;第二个部位是止火管,止火管是用颗粒状物质挤压加工而成,管壁上有许多细小的孔洞,乙炔气从这些细小的孔洞中排除,其目的和作用是阻挡回火燃烧的火焰与新的乙炔气体接触,使火焰熄灭,但火焰在熄灭时会产生大量的烟尘,这些烟尘会进入止火管的管壁内部并附着在止火管管壁上,随着回火次数的增加,烟尘堵塞的更加严重。由于乙炔气路的堵塞不畅,造成混合气无法正常供给,使混合气无法以正常的喷射速度由喷火孔喷出,而乙炔气供给不正常极容易出现过氧化焰,过氧化焰燃烧速度快,在喷射速度降低而燃烧速度加快,就会出现回火。

2 回火的危害

2.1 回火发生在三段压力焊的第一段

由于回火会产生大量的烟尘而污染待焊钢轨的端面,所以就需要重新处理端面,而重新处理端面既费时(需要将已经进行的工序重做),又费力(因为钢轨已经被预热,在热状态下将钢轨端面处理达到规定的清洁程度非常困难)。

2.2 回火发生在三段压力焊的第二段

由于被焊钢轨的两个贴合面已经达到全面积的接触,回火的烟尘虽然不会污染端面,但是重新清理并安装加热器同样既费时又费力,而且钢轨在热状态下要点燃加热器更加困难,即使点燃也会出现个别喷火孔堵塞造成预热不均匀,同时预热时间过长会造成预热宽度增加,而出现轨底角塌陷。

2.3 回火发生在三段压力焊的第三段

由于待焊钢轨端面已经产生变形,几何尺寸变大,一旦发生回火,钢轨降温后重新预热更加困难。如果在不预热的状态下顶锻就会出现光斑与未焊等现象,更严重的是回火会给操作人员带来一定的心理压力。因此,回火的危害显而易见。

3 防治回火的措施

保持加热器正常稳定燃烧,不产生回火的关键,就是保证混合气由加热器喷火孔喷出的速度略大于混合气在这种混合比条件下的燃烧速度。由于混合气的燃速主要由混合气体的成分及混合比决定的,而目前使用的混合气体成分由乙炔气和氧气混合而成,混合比又被“微还原焰”(火焰种类)所控制。也就是说气压焊的工艺和设备决定了这两点是不可改变的,因此只有从控制混合气由加热器喷火孔的喷出速度上研究对策,使喷出速度适应燃速,才不会产生回火现象,应从以下几方面着手。

3.1通畅的喷火孔

每天使用前应清除加热器气路中的烟尘,但在实际操作中要注意以下两点:

(1)一定要用比规定的喷火孔直径小0.1—0.2 mm的钻头捅透喷火孔,如果用0.6 mm的钻头捅透一个直径为0.6 mm喷火孔,喷火孑L是紫铜的,而钻头是钢的,最后喷火孔直径肯定要大于0.6 rniTl。以60kg钢轨加热器为例,加热器的喷火孔大小共有76个左右,如果每个孔径增加0.1 mm,等于增加了一个7.6min的喷火孔,或多出了12个0.6 mm的喷火孔,这不但容易产生回火,也使焊轨质量严重下降。

(2)钻头捅透喷火孔时,钻头尽量垂直喷火孔直径,如果两者不垂直,经过多次捅透的喷火孔直径将会增大,也会产生以上现象。

3.2将喷火孔直径调整到规定的数值

如果由于操作不当造成喷火孔直径大于规定直径时应用小锤或专用设备整修喷火孔,减小喷火孔的直径;如果喷火孔直径超过规定直径很多时,必须进行报废处理。

3.3稳定和充足的混合气

(1)氧气流量应能够满足气压焊流量的需要,同时还应供气稳定,气路通畅。因此应该选择性能稳定、流量偏大的氧气减压器,并目.对减压器经常进行检查,消除隐患。

(2)乙炔气的流量应能够满足气压焊流量的需要,同时还要供气稳定,气路通畅。因此对回火防止器的过滤网应定期用细钢针清除附着物,对止火管可用高压风吹除烟尘,如不能修复则应更换回火防止器,以保证乙炔气路的通畅。

(3)气体流量控制箱应选择性能稳定、配件齐全的正规厂家生产的,同时还要注意设备的变化情况。有的厂家出于现场携带方便的考虑,生产了一种便携式气体流量控制箱,这种控制箱虽然有体积小携带方便的特点,但也有其不足之处,厂家将回火防止器的数量由以前的3个减少到2个,因此在压力不变的情况下,乙炔的流量减少了,就会造成乙炔气供给的稳定性降低,很容易发生回火。

4 结语

通过综合分析回火现象产生的原因,并采取有效的防治措施,就能够基本消除气压焊焊接过程中的回火现象,使钢轨的焊接质量和焊接效率都得到大幅提高。在钢轨焊缝质量检测时,无论是外观测量,还是焊缝内部探伤,都达到较好的效果,为铁路轨道建设发挥了积极的作用。

文章来源:

作者 : 张永革 宁广庆 毛胜辉

作者单位 : 郑州铁路职业技术学院 450052

刊 名: 焊接

年,卷(期) : 2015, (3)

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