《中國制造2025》下的軌道焊接技術(shù)發(fā)展方向

■ 高文會

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《中國制造2025》下的軌道焊接技術(shù)發(fā)展方向

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摘 要：通過學(xué)習(xí)《中國制造2025》，結(jié)合國內(nèi)軌道焊接技術(shù)現(xiàn)狀，探討今后10年在軌道焊接技術(shù)方面的工作重點(diǎn)：軌道焊接施工裝備技術(shù)升級與創(chuàng)新、焊接工藝工法創(chuàng)新、焊接質(zhì)量控制技術(shù)與管理方法創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)體系完善與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：《中國制造》2025；軌道焊接；焊接工藝；焊接質(zhì)量；標(biāo)準(zhǔn)體系

0　引言

1915年，歐洲最早使用焊接的方法將電車軌道鋼軌連接起來，經(jīng)過100年的發(fā)展，歐洲以軌道焊接設(shè)備精良先進(jìn)著稱。我國自1957年開始，第1次焊接鐵路鋼軌，經(jīng)過近60年的努力，我國陸續(xù)發(fā)展了鋼軌鋁熱焊接、氣壓焊接和閃光焊接技術(shù)，在鋼軌焊接工藝、質(zhì)量控制和裝備制造等方面成就顯著。

2008年以后，我國新建了11個(gè)焊軌基地，經(jīng)過持續(xù)改進(jìn)，形成了鋼軌基地焊接的成套技術(shù)。2009年1月—2014年底，焊軌基地共焊接高速鐵路鋼軌接頭66.6萬個(gè)，7年內(nèi)沒有接頭折斷，為實(shí)現(xiàn)軌道高平順性和高可靠性作出了重要貢獻(xiàn)。

《中國制造2025》是我國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動綱領(lǐng)。在軌道交通裝備方面要求有突破發(fā)展，提升自主可控水平，提高質(zhì)量可靠性，推廣采用先進(jìn)成型和加工方法、在線監(jiān)測裝置、智能化生產(chǎn)和監(jiān)測設(shè)備。研發(fā)高速重載軌道交通裝備系統(tǒng)，圍繞系統(tǒng)全壽命周期，向用戶提供整體解決方案，建立世界領(lǐng)先的現(xiàn)代軌道交通產(chǎn)業(yè)體系。

《中國制造2025》為軌道焊接技術(shù)的發(fā)展指明了方向。2015年以前，國內(nèi)軌道焊接技術(shù)雖然取得了成就，但仍有不足，今后十年我們應(yīng)抓住機(jī)遇、自我完善提高自主創(chuàng)新的技術(shù)水平，完成《中國制造2025》制定的目標(biāo)。

1　焊接施工裝備技術(shù)升級與創(chuàng)新

1.1國產(chǎn)軌道焊接配套裝備技術(shù)升級

歐洲的軌道焊接設(shè)備，在設(shè)備加工裝配精度、設(shè)備狀態(tài)自診斷和自保護(hù)、設(shè)備作業(yè)能力和作業(yè)精度等方面均優(yōu)于我國，國內(nèi)應(yīng)著力借鑒。2000年以來，國內(nèi)陸續(xù)開發(fā)了系列軌道焊接及配套設(shè)備，應(yīng)用表明，能夠?qū)崿F(xiàn)功能，但技術(shù)不夠先進(jìn)，產(chǎn)品檔次不高。需要繼續(xù)學(xué)習(xí)消化國外先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)裝備的技術(shù)升級。焊軌基地的主要設(shè)備應(yīng)具備一鍵控制、自動完成全部作業(yè)的功能。

（1）焊前軌端除銹設(shè)備：國內(nèi)主要采用砂帶或千葉輪對鋼軌頂面除銹，在保證除銹效果的前提下，應(yīng)能夠可靠控制除銹深度。對鋼軌斷面標(biāo)簽的處理不應(yīng)影響鋼軌斷面斜度。歐洲普遍采用的鋼絲輪刷除銹技術(shù)仍值得借鑒。

（2）鋼軌焊接接頭熱處理設(shè)備：該項(xiàng)技術(shù)是我國獨(dú)有技術(shù)，今后需實(shí)現(xiàn)加熱溫度、加熱部位和熱影響區(qū)寬度的精準(zhǔn)化控制，并提高設(shè)備智能化、信息化水平。

（3）接頭矯直設(shè)備：需提高測量裝置準(zhǔn)確性，測量軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)完全自主開發(fā)，應(yīng)根治液壓系統(tǒng)的漏油或滲油。

（4）國產(chǎn)精磨機(jī)：能夠自動完成精磨過程，但設(shè)備自控技術(shù)不夠先進(jìn)，精磨能力不強(qiáng)。法國GEISMAR公司的MAS150型精磨機(jī)可以一鍵實(shí)現(xiàn)將軌頭2 mm高的焊筋磨平，廓形好，效率高，國內(nèi)應(yīng)進(jìn)一步消化吸收和再創(chuàng)新。

（5）焊筋整形設(shè)備：無論是銑削或磨削，應(yīng)能夠自動將焊筋邊緣棱角全部去除，將接頭錯(cuò)邊導(dǎo)致的臺階加工平順，實(shí)現(xiàn)“不可見”焊縫，為全自動探傷創(chuàng)造條件。

（6）便攜式鋼軌電子平直儀：目前國內(nèi)使用最多的是德國施密特公司的SEC電子平直儀，國產(chǎn)電子平直儀應(yīng)用較少，需創(chuàng)造更多國內(nèi)應(yīng)用機(jī)會，以期在實(shí)踐中完善技術(shù)。

1.2焊接質(zhì)量檢測自動化

焊軌基地應(yīng)逐步淘汰手工探傷作業(yè)方法，應(yīng)用大型自動化探傷設(shè)備，對接頭進(jìn)行全斷面超聲波探傷，探頭位置和掃查軌跡實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，存儲每個(gè)接頭的動態(tài)探傷掃查圖形，便于追溯和對照。實(shí)現(xiàn)自動測量、評判接頭的外觀質(zhì)量。

鋼軌現(xiàn)場焊接應(yīng)全面普及便攜式掃查架全斷面探傷作業(yè)，存儲每個(gè)接頭的動態(tài)探傷掃查圖形。目前的掃查架需減少故障率，增強(qiáng)耐用性。

1.3鋼軌閃光焊機(jī)自主創(chuàng)新

自1979年以來，我國鐵路工廠焊接鋼軌的主流機(jī)型是瑞士SCHLATTER公司的GAAS80型直流焊機(jī)，該焊機(jī)技術(shù)先進(jìn)、功能完備、制造精良，是該公司歷經(jīng)幾十年不斷完善的成熟設(shè)備。

國產(chǎn)固定式鋼軌閃光焊機(jī)，目前主要有兩種形式：仿K190型和仿K1000型。兩種形式焊機(jī)全為交流焊機(jī)，結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有顯著突破，接頭錯(cuò)邊量的控制能力較弱。國內(nèi)需要自主創(chuàng)新、研發(fā)新一代鋼軌閃光焊機(jī)，吸收GAAS80焊機(jī)的設(shè)計(jì)理念，提高設(shè)備自動對中功能，提高智能化、信息化水平，開發(fā)結(jié)構(gòu)全新、性能更優(yōu)的新型焊機(jī)或焊接機(jī)器人。

1.4全自動無人值守焊軌生產(chǎn)線

焊軌基地的焊接生產(chǎn)和質(zhì)量控制最終要實(shí)現(xiàn)完全自動化，生產(chǎn)線各工位應(yīng)實(shí)現(xiàn)無人值守。生產(chǎn)線工位布局應(yīng)實(shí)現(xiàn)多種形式，實(shí)現(xiàn)相關(guān)工位的合并（如除銹焊接一體機(jī)、矯直精磨一體機(jī)等），滿足國際市場的需求。

1.5移動式閃光焊機(jī)實(shí)現(xiàn)鋼軌工作邊對齊

國內(nèi)外的移動式鋼軌閃光焊機(jī)，有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：大多數(shù)是“鉗夾軌腰、鋼軌中線對正”的形式，典型機(jī)型如K922等（加拿大E.O.Paton公司產(chǎn)品），機(jī)頭質(zhì)量約3 t，目前國產(chǎn)移動式閃光焊機(jī)全部是這種形式；另一種是可實(shí)現(xiàn)鋼軌工作邊對齊的焊機(jī)，典型機(jī)型如AMS60（瑞士SCHLATTER公司產(chǎn)品），機(jī)頭質(zhì)量約7 t，特點(diǎn)是接頭錯(cuò)邊量易于控制，接頭外觀質(zhì)量好。

國產(chǎn)移動式閃光焊機(jī)應(yīng)突破既有模式，研發(fā)有利于控制接頭錯(cuò)邊量的新型焊機(jī)。

1.6小型氣壓焊接設(shè)備升級換代

我國是小型氣壓焊接設(shè)備的原創(chuàng)國，鋼軌小型氣壓焊接技術(shù)作為一種焊接方式，在便攜、環(huán)保、靈活機(jī)動性強(qiáng)、成本低等方面有其優(yōu)點(diǎn)，在地鐵、新線建設(shè)等方面有其適用性，在國外市場仍有一定需求。小型氣壓焊接設(shè)備需要升級換代，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了加熱過程的數(shù)字化控制，下一步需要在機(jī)具集成化、輕量化方面，以及質(zhì)量控制的信息化方面實(shí)現(xiàn)升級。

1.7國產(chǎn)鋁熱焊接產(chǎn)品的應(yīng)用

國產(chǎn)鋁熱焊接產(chǎn)品需要抓住我國鐵路大規(guī)模建設(shè)的時(shí)機(jī)，爭取更多的使用機(jī)會，獲取更多的使用經(jīng)驗(yàn)，使其更加成熟、完善。開發(fā)專用的焊接材料，以滿足現(xiàn)場原位焊修等特殊需要。

1.8焊接生產(chǎn)輔助材料

打磨鋼軌焊接接頭用的國產(chǎn)砂輪，因粒度、硬度或粘合材料等原因，常使接頭出現(xiàn)打磨灼傷，砂輪生產(chǎn)技術(shù)需要改進(jìn)。焊前軌端除銹用的鋼絲輪刷，除銹效果不好、壽命低，需要改進(jìn)。焊接生產(chǎn)及輔助材料應(yīng)節(jié)能環(huán)保。

1.9設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

運(yùn)行軟件和自動控制的設(shè)備應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和交換數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程指導(dǎo)現(xiàn)場維護(hù)設(shè)備，輔助監(jiān)控作業(yè)質(zhì)量。

2　焊接工藝工法創(chuàng)新

2.1高強(qiáng)合金鋼軌焊接工藝與接頭探傷

高強(qiáng)合金鋼軌（如貝氏體鋼軌等）因其硬度高、強(qiáng)韌性好，可顯著提高鋼軌使用壽命。作為新的鋼軌材料，需研究制定新的焊接工藝。因焊縫組織不同于普通珠光體鋼軌，用于珠光體鋼軌焊接接頭的探傷方法不適用于貝氏體鋼軌，需研究開發(fā)適用于合金鋼軌接頭的探傷方法和探傷工藝。

2.2不同鋼種鋼軌的混合焊接

為了提高鋼軌的使用水平，需要根據(jù)線路的具體情況鋪設(shè)不同強(qiáng)度等級的鋼軌，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)直線、曲線、坡道等區(qū)段的鋼軌等壽命匹配。鋼軌焊接應(yīng)為鋼軌使用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)不同鋼種鋼軌的混合焊接。

2.3現(xiàn)場焊接工藝工法

目前正線鋼軌的現(xiàn)場焊接大多采用移動式閃光焊接作業(yè)車，線上、線下焊接的質(zhì)量均有待提高。需完善作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和施工方法，創(chuàng)新管理模式，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場焊接鋼軌質(zhì)量穩(wěn)定。

需研究新型現(xiàn)場焊軌、換軌模式，在一個(gè)天窗點(diǎn)內(nèi)完成500 m鋼軌之間的焊接、長鋼軌卸車、換軌和回收舊軌的全部工作，為將來高速鐵路換軌大修做好技術(shù)儲備。

2.4高速鐵路鋼軌及接頭修理技術(shù)

處理高速鐵路鋼軌或接頭的傷損，目前采用插入短軌的方法，但插入短軌增加了接頭數(shù)量，不利于保證軌道的整體質(zhì)量。需研究高速鐵路鋼軌接頭原位焊接技術(shù)，在不插入短軌的情況下，采用合適的焊接方法和焊接工藝修復(fù)軌道。新線建設(shè)期間的鋼軌低接頭，目前現(xiàn)場普遍采用加熱矯直的方法，隨意性強(qiáng)，需研究制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)章。在實(shí)踐基礎(chǔ)上，形成完整的高速鐵路鋼軌及接頭修復(fù)技術(shù)。

2.5鋼軌現(xiàn)場焊接質(zhì)量控制

焊軌作業(yè)車，無論是移動式閃光焊還是移動式氣壓焊，都應(yīng)特別重視控制接頭錯(cuò)邊量，焊接后在不打磨的情況下立即檢查，鋼軌頂面和軌頭側(cè)面工作邊的接頭錯(cuò)邊量應(yīng)控制在0.2 mm以下，越小越好。

控制鋼軌現(xiàn)場焊接質(zhì)量，應(yīng)在焊接前調(diào)整好鋼軌狀態(tài)，加強(qiáng)對焊接作業(yè)過程的控制，如焊機(jī)夾持鋼軌的位置、推凸刀的狀態(tài)、油缸的同步性、發(fā)電機(jī)的輸出、助力拉軌器的應(yīng)用等；加強(qiáng)對后續(xù)處理作業(yè)的控制，如對焊筋的打磨、對接頭的熱處理、對接頭平直度的調(diào)整等。需提出一整套完備的質(zhì)量控制措施。

3　焊接質(zhì)量控制技術(shù)與管理方法創(chuàng)新

3.1鋼軌焊接大數(shù)據(jù)管理

開展鋼軌焊接大數(shù)據(jù)管理，鋼軌的基地焊接、現(xiàn)場焊接，以及道岔鋼軌的焊接，應(yīng)為每個(gè)接頭建立電子檔案，記錄接頭的焊接信息和鋪設(shè)位置，能夠方便地進(jìn)行質(zhì)量管理和追溯。與每個(gè)接頭的身份證號對應(yīng)，應(yīng)記錄兩側(cè)鋼軌母材的熱壓印標(biāo)記，可方便地實(shí)現(xiàn)接頭與母材信息的互查。運(yùn)營期間對接頭的檢測和維護(hù)記錄記入接頭電子檔案，隨時(shí)掌握接頭上道后的情況，使接頭從焊接前開始，直至接頭下道，全壽命期間實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理。通過對數(shù)據(jù)的分析，為線路養(yǎng)護(hù)提供指導(dǎo)。

3.2焊筋整形、自動化探傷與接頭身份證號識別

對鋼軌的閃光焊、氣壓焊接頭焊筋進(jìn)一步加工，實(shí)現(xiàn)“不可見”焊縫，消除焊筋棱角，可避免焊筋棱角對探傷的干擾，消除焊筋邊緣尖銳棱角引起的應(yīng)力集中。消除焊筋干擾后，可提高自動化探傷的準(zhǔn)確性。采用條碼技術(shù)，標(biāo)識、識別焊接接頭。

3.3接頭硬度與母材匹配

重載鐵路和小半徑曲線將使用更高硬度的鋼軌，隨著母材硬度的提高，接頭硬度與母材硬度匹配的難度越大，需要研究鋼軌焊接接頭的熱處理技術(shù)，包括基地焊接和現(xiàn)場焊接。

3.4設(shè)備、工藝、質(zhì)量評價(jià)

除了技術(shù)因素，管理因素也至關(guān)重要。為了充分發(fā)揮技術(shù)因素的作用，需要建立鋼軌焊接設(shè)備狀態(tài)評價(jià)體系、焊接工藝評價(jià)體系和焊接質(zhì)量評價(jià)體系。技術(shù)、管理相互融合，獲得更好的接頭外觀質(zhì)量、更優(yōu)的接頭性能、更低的焊接成本。

4　標(biāo)準(zhǔn)體系的完善與創(chuàng)新

4.1完善標(biāo)準(zhǔn)體系

鋼軌焊接標(biāo)準(zhǔn)體系需要進(jìn)一步完善，使鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、中國鐵路總公司標(biāo)準(zhǔn)和鐵路局（或段、車間）標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)層次更加清晰，各有側(cè)重，標(biāo)準(zhǔn)體系不僅能夠促進(jìn)實(shí)現(xiàn)“走出去”，為國際市場所接受，又有利于體現(xiàn)國內(nèi)的技術(shù)價(jià)值。

完善企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，制定管理辦法、技術(shù)規(guī)章等文件，通過企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)技術(shù)訣竅，對條件、過程和結(jié)果實(shí)施控制，通過管理和加強(qiáng)過程控制保證焊接質(zhì)量。

4.2鋼軌焊接標(biāo)準(zhǔn)國際化

我國鋼軌焊接有獨(dú)特的特點(diǎn)，焊接材料全部是我國制造的鋼軌，有自主建設(shè)的焊軌基地，有自己的焊接工藝和質(zhì)量檢驗(yàn)方法，有自主開發(fā)的氣壓焊接方法，有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的成套鋁熱焊接產(chǎn)品，有2萬km高速鐵路鋼軌焊接的生產(chǎn)實(shí)踐，焊接質(zhì)量有七年以上的運(yùn)營考驗(yàn)。

我國鐵路鋼軌焊接標(biāo)準(zhǔn)是幾十年生產(chǎn)實(shí)踐的總結(jié)，實(shí)踐證明標(biāo)準(zhǔn)是成熟的。在國際上推行中國鐵路鋼軌焊接標(biāo)準(zhǔn)，有利于推廣我國軌道交通建設(shè)技術(shù)成果，促進(jìn)我國加工制造業(yè)的進(jìn)步。

5　結(jié)束語

《中國制造2025》指出了我國在加工制造業(yè)方面的發(fā)展方向，軌道交通裝備是重點(diǎn)領(lǐng)域之一，鋼軌焊接是軌道交通裝備中的重要組成部分。前期國內(nèi)在軌道焊接方面已經(jīng)取得了可喜的成就，為今后發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)，目前具備進(jìn)一步提升的條件。今后10年，軌道焊接技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)在《中國制造2025》指引下，通過創(chuàng)新驅(qū)動，在工藝裝備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理體系等方面實(shí)現(xiàn)國際領(lǐng)先，形成成套技術(shù)。根據(jù)用戶需求，提供完整解決方案，在實(shí)施中國高鐵“走出去”發(fā)展戰(zhàn)略中提高國際競爭力。

高文會：中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，研究員，北京，100081

責(zé)任編輯 高紅義

中圖分類號：U213.9+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-061X（2016）02-0009-03