基于移動(dòng)氣壓焊軌車道上焊施工工藝分析

于紅昱 孫昭藩

【摘 要】隨著中國(guó)軌道交通的飛速發(fā)展，軌道運(yùn)輸成為了連接中國(guó)東西南北的主要交通樞紐，告別傳統(tǒng)和軌道焊接方式，軌道工程的無縫焊接逐漸成為了軌道焊接工程的主要技術(shù)手段，軌道交通的施工質(zhì)量關(guān)系到軌道交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展前景，軌道焊接工程逐步成為了社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。本文將簡(jiǎn)要介紹移動(dòng)氣壓焊的設(shè)備和工作原理，移動(dòng)氣壓焊的質(zhì)量要求，以及移動(dòng)氣壓焊軌車道上焊施工工藝。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)氣壓焊;移動(dòng)氣壓焊的質(zhì)量要求;軌車道上焊施工工藝

中圖分類號(hào)： U213.92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）04-0252-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.099

基于軌道交通工程的龐大建設(shè)基礎(chǔ)，高鐵軌道建設(shè)和發(fā)展呈現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。截止2018年12月31日，中國(guó)高鐵運(yùn)行的歷程達(dá)到了29000公里，這個(gè)數(shù)字超過了全球其他國(guó)家高鐵運(yùn)行里程的總和，約占全球高鐵運(yùn)行總里程的三分之二。中國(guó)已經(jīng)成為了世界高鐵行業(yè)的巨頭，中國(guó)高鐵行業(yè)具有先進(jìn)科研技術(shù)、安全系數(shù)高、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，高鐵行業(yè)已經(jīng)成為了中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的標(biāo)桿。區(qū)別去傳統(tǒng)的軌道焊接技術(shù)，無縫焊接技術(shù)逐漸走上了歷史的舞臺(tái)，軌道無縫焊接技術(shù)可以大大延長(zhǎng)軌道和列車的使用壽命，軌道無縫焊接工程將成為一項(xiàng)重大惠民工程[1]。

1 移動(dòng)氣壓焊設(shè)備要求及工作原理

鋼軌的無縫焊接方法有很多，主要分為接觸焊接、氣壓焊接、電弧焊接、鋁熱焊接等方式，移動(dòng)氣壓焊是應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)焊接的主要技術(shù)手段，是最符合我國(guó)地理環(huán)境的技術(shù)手段，本文要著重介紹移動(dòng)氣壓焊的工作原理和焊接工藝[2]。

（1）移動(dòng)氣壓焊設(shè)備要求

結(jié)合中國(guó)鐵軌的特點(diǎn)，移動(dòng)氣壓焊主要采用臥式的雙柱型結(jié)構(gòu)，主要元件構(gòu)成是依靠一段斜鐵栓緊鎖待焊接的軌道，然后搭配焊接的輔助器材，還包括混合式可燃?xì)怏w加熱器和油泵流量傳感器以及三段壓力焊接設(shè)備。根據(jù)不同的階段的壓力設(shè)定不同的技術(shù)參數(shù)，三段工作壓力主要分為40Mpa、55Mpa和55（40）pa，油缸行程分為155mm、380mm、380（155）mm，適應(yīng)的軌道質(zhì)量參數(shù)介于43kg/m—75kg/m之間。三段式壓力焊接的主要特點(diǎn)是低壓設(shè)備價(jià)格低廉、設(shè)備輕巧易操作，保持設(shè)備壓力穩(wěn)定性。移動(dòng)氣壓焊主要設(shè)備分為壓接機(jī)、加熱器、控制箱、油泵以及冷卻裝置。壓接機(jī)主要作用是夾緊兩端需要焊接的鋼軌，確保焊接工作的正常進(jìn)行。加熱器是確保焊鋼鐵軌溫度的裝置，為燃料氣體的燃燒提供了場(chǎng)所?？刂葡涫钦{(diào)控燃料和氧氣配比的裝置，可以在焊接過程中調(diào)節(jié)出氧氣的比例，從而確保焊接面的平滑。油泵是為壓接機(jī)提供移動(dòng)動(dòng)能的裝置，而冷卻裝置的作用是使焊接面快速冷卻。輔助耗材一般有焊接所用的乙炔和氧氣瓶，焊接后的打磨機(jī)一般分為頂磨機(jī)和端磨機(jī)兩種[3]。

（2）移動(dòng)氣壓焊工作原理

我國(guó)目前主要采用塑性氣壓焊技術(shù)手段，氣壓焊的技術(shù)要求是將兩個(gè)經(jīng)過清潔平整的鋼軌截面緊密地貼合在一起，然后通過氣體燃燒來給鋼軌貼合面加熱，經(jīng)過完全加熱的貼合面達(dá)到一種塑性的狀態(tài)，然后通過壓接機(jī)對(duì)貼合面施以足夠的壓力，讓兩個(gè)鋼軌之間的距離縮小到原子力矩的距離，讓來自兩個(gè)不同鋼軌的原子之間實(shí)現(xiàn)重新的結(jié)晶，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)意義上的無縫拼接[4]。

2 移動(dòng)氣壓焊焊機(jī)鋼軌的質(zhì)量要求

（1）移動(dòng)氣壓焊常見的質(zhì)量問題

在焊接過程由于對(duì)焊接斷面清潔不徹底造成焊接面軌出現(xiàn)光斑，光斑屬于一種截面型的缺陷，很大程度上影響軌道的焊接質(zhì)量。在焊接過程中對(duì)可燃?xì)怏w控制箱的操作不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致焊接燃燒過當(dāng)?shù)那闆r發(fā)生，過燒的主要特點(diǎn)是焊接面呈深褐色，斷面金屬成分在焊接中失去了金屬活性，徹底影響了讓截面原子重組的意義，引發(fā)過燒的主要原因是技術(shù)人員的操作失誤和可燃物配比不科學(xué)。在焊接過程中要著重注意軌道底部的焊接程度，因?yàn)檐壍榔戒佋谡砟旧蠒r(shí)，軌道底部處于視線的盲點(diǎn)，加上受到天氣和施工環(huán)境的影響，施工人員很容易出現(xiàn)一些操作不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，如忽視軌道底部的斷面清潔情況，加熱器安裝不正確、截面的上下左右沒有對(duì)正等情況，這些操作的失誤還會(huì)軌道的焊接面出現(xiàn)一些偏差、下榻、凹陷甚至出現(xiàn)裂痕等現(xiàn)象[5]。

（2）提高移動(dòng)氣壓焊質(zhì)量的有效手段

首先要樹立移動(dòng)氣壓焊焊接技術(shù)小組，由技術(shù)過硬且經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員擔(dān)當(dāng)組長(zhǎng)，在施工過程中采取組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制的原則，組長(zhǎng)將要對(duì)工程質(zhì)量、工程進(jìn)度、工程原料成本進(jìn)行把控。要定期舉行焊接技術(shù)培訓(xùn)，讓焊接人員真正上手掌握焊接技術(shù)，要鍛煉焊接人員處理應(yīng)急事件的能力。要制定符合規(guī)定的焊接參數(shù)，要嚴(yán)格執(zhí)行TB/T1632鐵道行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，凡是新上崗人員或者長(zhǎng)期未從事焊接工作的人員，都要進(jìn)行上崗前的理論知識(shí)考核，只有通過了理論知識(shí)的考核才能進(jìn)行試焊的操作。要對(duì)工人的試焊考核嚴(yán)格把控，要進(jìn)行多組別不同環(huán)境的焊接考核，要通過平均的焊點(diǎn)成績(jī)來判斷工人的實(shí)際焊接能力，然后采用擇優(yōu)上崗制度。要熟悉掌握移動(dòng)氣壓焊的焊接過程，要充分打磨和清潔鋼軌斷面，要使用銼刀、砂紙、鐵抹布等工具將鋼軌斷面前30厘米的污垢、鐵銹清理干凈，經(jīng)過充分打磨后呈現(xiàn)金屬的光澤。要根據(jù)焊接要求充分調(diào)試加熱器的溫度，一般溫度控制在800——900℃之間，要控制好可燃?xì)怏w和氧氣的比例，在焊接過程中一定要穩(wěn)定住焊接截面的溫度，要控制加熱器的擺動(dòng)頻率，要控制在每分鐘60次左右，在焊接后期要適當(dāng)加大擺動(dòng)頻率，保證焊接面的受熱均勻。焊接完成后要檢查焊接頭的外形，特別是遠(yuǎn)離視線的鋼軌底端，要使用強(qiáng)光照明充分查看焊接面是否符合鐵道部的TB/T1632質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，要對(duì)焊接兩端的50厘米內(nèi)的鋼軌進(jìn)行校正，如果偏移量較大就需要鋸開焊點(diǎn)重新焊接。另外技術(shù)人員要定期對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行安全檢查，如果發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)匯報(bào)，避免意外事故的發(fā)生[6]。

3 移動(dòng)氣壓焊軌車道上焊施工工藝

素有連接中國(guó)南北運(yùn)輸線路大動(dòng)脈之稱京滬線的開通，大大縮短了我國(guó)南方和北方地理上的距離。隨著京滬線使用時(shí)間的增加，濟(jì)南工務(wù)機(jī)械段承擔(dān)起了京滬線換軌的重?fù)?dān)，泰山西坡——泰安線路的一段50公里的鐵軌更換工程，我們結(jié)合本次鋼軌更換工程的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)移動(dòng)氣壓焊軌車道上焊施工工藝展開分析[7]。

（1）施工前準(zhǔn)備

我們組織施工方和監(jiān)理方進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合泰山西坡到泰安的地理狀況和人文環(huán)境，制定詳細(xì)的鐵路施工計(jì)劃書，標(biāo)注出特殊路段的處置手段和方式，然后根據(jù)具體的施工路段進(jìn)行任務(wù)分配，京滬線是60kg/m鋼軌材料，我們把鋼軌截取1000米作為一個(gè)計(jì)量單位，50公里的鐵軌就需要100個(gè)焊點(diǎn)。

（2）焊接前的拋光打磨

施工人員要在選擇晴朗干燥的天氣，如果持續(xù)陰雨天氣施工需要做好遮雨防潮措施，先使用打磨機(jī)對(duì)焊接軌道截面進(jìn)行初步打磨，然后在使用銼刀和砂紙進(jìn)行人工打磨，打磨的過程中著重關(guān)注軌道底角三角區(qū)，要保證兩個(gè)軌道截面以下30CM以內(nèi)進(jìn)行徹底的打磨拋光，要徹底清除鋼軌表面的鐵銹、污垢、沙土、油漬等雜物，最后使用NCL4溶液對(duì)打磨后的截面進(jìn)行沖洗。

（3）夾軌和安裝加熱器

使用拉伸設(shè)備將鋼軌拉伸成水平的形狀，利用支架固定在混凝土枕木上，在拉伸鋼軌的過程中要避免損壞到鋼軌，對(duì)軌過程中注意軌道的水平和高低的位置，要將需要焊接的兩段軌道處于完全水平的位置，然后將壓接機(jī)固定在一側(cè)的軌道上，然后將需要焊接的軌道縫隙控制在1厘米左右，然后將壓接機(jī)移動(dòng)到焊接縫隙上，使壓接機(jī)距離焊接縫的距離為25厘米左右，然后使用移動(dòng)氣壓焊的斜鐵來夾緊待焊接的鋼軌，夾軌的同時(shí)要保持兩條鋼軌的底部要保持水平，夾緊斜鐵的同時(shí)要開啟油泵，油泵的頂力設(shè)置成15Mpa。然后在鋼軌上開始安裝加熱器，調(diào)整加熱器的火孔平面距地面2.5厘米左右，使用水平尺測(cè)量保證火孔與軌道保持垂直。

（4）安裝刀墊準(zhǔn)備焊接

在安裝好壓接機(jī)后，將刀墊的拉塊掛在壓接機(jī)內(nèi)側(cè)端板上，將凸條安裝在壓接機(jī)的相應(yīng)位置，使刀墊緊貼短板內(nèi)側(cè)，推進(jìn)腰刀使定位梢插入定位孔內(nèi)，插入的底刀刀刃要朝向焊接位置，然后就可以進(jìn)行推凸操作。再次進(jìn)行裝備檢查，確定各個(gè)裝置的安裝正確性，然后進(jìn)行點(diǎn)火焊接。可燃?xì)怏w乙炔和氧氣的比例約為1：1，丙烷和氧氣的比例是3：1，在焊接過程中要注意擺動(dòng)加熱器，擺動(dòng)頻率在每分鐘60次左右，目的是使鋼軌受熱溫度比較均勻[8]。

（5）頂鍛和焊熘

在采用三段式塑性焊接過程中，當(dāng)鋼軌溫度達(dá)到1400℃時(shí)，鋼軌達(dá)到了接近融化的狀態(tài)，鋼軌內(nèi)部原子的碰撞速度發(fā)生了巨大的變化，兩段鋼軌內(nèi)部開始出現(xiàn)交融的狀態(tài)，然后開始進(jìn)行頂鍛的操作。當(dāng)頂鍛完成后要松開固定的斜鐵，放入前刀并開啟油泵，使用最大水流速度開啟焊熘程序，至此塑性移動(dòng)氣壓焊接過程結(jié)束。

（6）正火和打磨

在進(jìn)行完焊接的過程后，在焊接縫的溫度冷卻到400℃后采用加熱器進(jìn)行正火處理，加熱器擺動(dòng)頻率為每分鐘50次左右，將加熱器的溫度控制在900攝氏度左右，然后將焊接口進(jìn)行保溫處理。如果焊接后的焊口出現(xiàn)凸點(diǎn)，需要進(jìn)行再次的打磨拋光，最后還要采用超聲設(shè)備進(jìn)行探傷監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)焊接點(diǎn)內(nèi)部出現(xiàn)裂痕需要切割重新進(jìn)行焊接。

4 結(jié)論

軌道上采用塑性移動(dòng)氣壓焊接改變了傳統(tǒng)的有縫焊接模式，無縫軌道的誕生大大提高了軌道的使用壽命，減少了因?yàn)檐壍李嶔?duì)高鐵和輕軌列車造成的傷害，移動(dòng)氣壓焊接技術(shù)為我國(guó)軌道交通的飛速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。中國(guó)軌道交通的飛速發(fā)展離不開奮斗在軌道施工戰(zhàn)線上的匠人，我們要學(xué)習(xí)他們艱苦卓絕的創(chuàng)新精神，將移動(dòng)氣壓焊接軌道焊接工藝傳承下去，努力將中國(guó)打造成更加強(qiáng)大的工業(yè)大國(guó)。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]張君;136RE鋼軌氣壓焊焊接及焊后軌頭硬化處理工藝的研究[J];鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì);2008（05）.

[4]靳劉剛;采用移動(dòng)氣壓焊無慢行條件下的換軌施工方法[J];鐵道運(yùn)營(yíng)技術(shù);2012（01）.

[5]羅玉林;王宇;戴虹;陳麗;鋼軌氣壓焊恒位移控制工藝研究[A];第十六次全國(guó)焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011（11）.

[6]高文會(huì);鋼軌氣壓焊接技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[A];鐵道科學(xué)技術(shù)新進(jìn)展——鐵道科學(xué)研究院五十五周年論文集[C];2005（08）.

[7]富建強(qiáng);YHGQ-1200移動(dòng)式氣壓焊軌車在成都局作業(yè)試驗(yàn)[N];中國(guó)鐵道建筑報(bào);2010（05）.

[8]王楊川;非自行式焊軌車線上焊接施工技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究[D];西南交通大學(xué);2014（12）.