移動(dòng)閃光接觸焊鋼軌對(duì)位對(duì)焊頭平直度的影響分析

劉德輝 金能龍

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001)

鋼軌焊接分為閃光接觸焊、氣壓焊、鋁熱焊等焊接方式，其中閃光接觸焊是目前應(yīng)用最廣泛的一種焊接方式，小型氣壓焊已經(jīng)淘汰，鋁熱焊主要用于道岔焊接及斷軌處理，閃光接觸焊用于正線焊接，也簡(jiǎn)稱閃光焊或者接觸焊。閃光焊又可以分為移動(dòng)閃光焊和固定閃光焊，固定閃光焊主要用于500 m長(zhǎng)軌條(最常見)的焊接，使用固定閃光焊機(jī)，在焊軌廠完成，焊接方式也稱為廠焊。500 m長(zhǎng)軌條在運(yùn)輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場(chǎng)后，需要在工地焊接成單元軌節(jié)以及形成全區(qū)間、跨區(qū)間無(wú)縫線路，工地使用移動(dòng)閃光焊機(jī)進(jìn)行焊接，焊接方式也稱為工地焊或者現(xiàn)場(chǎng)焊。

1 移動(dòng)閃光接觸焊的焊接工藝

目前我國(guó)常用的移動(dòng)閃光焊機(jī)為K922焊機(jī)，該焊機(jī)穩(wěn)定性好，焊接質(zhì)量可靠。鋼軌焊接過(guò)程是由多個(gè)工序組成的，如果某一個(gè)工序出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)對(duì)鋼軌焊頭的質(zhì)量產(chǎn)生影響，焊接工藝如下：

焊前設(shè)備檢查→軌端打磨→軌端打磨→鋼軌對(duì)正→焊接→推瘤→正火→粗磨→探傷→精磨及驗(yàn)收。

2 移動(dòng)閃光接觸焊鋼軌對(duì)位對(duì)鋼軌焊頭平直度控制的影響分析

鋼軌焊頭質(zhì)量可以分為內(nèi)部焊接傷損和外觀質(zhì)量?jī)蓚€(gè)部分，內(nèi)部傷損(未焊合、夾渣等)主要由鋼軌探傷工作完成，外觀質(zhì)量主要由焊頭平直度和推瘤傷損(推瘤推虧、刮傷等)，鋼軌焊頭平直度是影響列車安全、平穩(wěn)、高速運(yùn)行的重要條件，鋼軌焊頭平直度的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是非常精密而且嚴(yán)格的，高速鐵路驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見表1。

鋼軌焊頭平直度與鋼軌焊機(jī)對(duì)位有直接關(guān)系，因?yàn)楹笝C(jī)對(duì)位過(guò)程中直接影響鋼軌對(duì)位情況，如果鋼軌對(duì)位出現(xiàn)狀況，很容易出現(xiàn)高焊頭或者低焊頭，在后期矯正中很難矯正完成。焊頭矯正后焊頭高于1 mm或者低于0.5 mm的應(yīng)該鋸掉重焊,勢(shì)必帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和工期影響。

表1 高速鐵路無(wú)砟軌道鋼軌焊接接頭平直度允許偏差

焊軌廠鋼軌焊接的對(duì)位平臺(tái)、粗磨平臺(tái)、調(diào)直設(shè)備、精磨數(shù)控平臺(tái)都比較成熟、先進(jìn)，因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程不需要進(jìn)行對(duì)位順坡，沒(méi)有軌道限制，焊接質(zhì)量較好，小的初始不平順可以通過(guò)很多大型機(jī)械(電磁正火設(shè)備、四向調(diào)直機(jī)、精磨設(shè)備)矯正與打磨來(lái)有效保證焊頭外觀質(zhì)量。但現(xiàn)場(chǎng)焊接接頭的大型數(shù)控矯正、打磨設(shè)備應(yīng)用比較少，如果鋼軌對(duì)位引起的鋼軌焊頭初始不平順過(guò)大，后期矯正與打磨很難解決鋼軌焊頭平直度。

常見移動(dòng)焊機(jī)對(duì)位過(guò)程為：焊前檢查焊機(jī)，應(yīng)確認(rèn)焊機(jī)狀態(tài)正常，電壓正常，油位、油溫正常，焊機(jī)無(wú)報(bào)警。以3 km/h～5 km/h的速度推進(jìn)移動(dòng)焊軌機(jī)初定位，載有移動(dòng)焊機(jī)的軌道車第一個(gè)輪對(duì)距焊接位置2.8 m左右，對(duì)位完成后應(yīng)迅速裝好止輪器，保證車輛不會(huì)發(fā)生溜車現(xiàn)象，對(duì)位之后應(yīng)放下液壓支腿，頂升起焊軌作業(yè)車。鋼軌對(duì)位由于軌道限制，需要墊高順坡，在對(duì)位過(guò)程中將鋼軌焊頭焊接處用墊塊墊起200 mm左右，墊起一定高度的原因主要是由于方便焊機(jī)電極能夠順利夾住鋼軌軌腰，墊起的鋼軌要逐漸順坡到一定距離。

鋼軌焊接過(guò)程中還要預(yù)留上拱度，預(yù)留上拱度的主要原因是鋼軌在加熱焊接過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的下沉量，上拱度可以防止下沉出現(xiàn)低焊頭。預(yù)留上拱度過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)高焊頭，預(yù)留上拱度過(guò)小，會(huì)出現(xiàn)低焊頭。那么順坡的良好程度直接影響到預(yù)留的上拱度，對(duì)位順坡還會(huì)影響到鋼軌頂面、工作邊以及軌底三角區(qū)邊緣的錯(cuò)位情況，直接影響到后期鋼軌焊接外觀質(zhì)量。

在焊機(jī)對(duì)位后，考慮到溫度影響及焊接后列車通過(guò)的影響，在焊接前設(shè)置1 mm～2 mm的上拱量，要求軌頂面和工作面錯(cuò)位偏差不應(yīng)大于0.2 mm，軌底邊緣錯(cuò)位偏差不應(yīng)大于1 mm，并且鋼軌焊頭兩側(cè)鋼軌不能出現(xiàn)過(guò)大豎向應(yīng)力和橫向應(yīng)力，防止鋼軌焊接完成后，焊頭還處于高溫半塑型狀態(tài)，出現(xiàn)上拱、低踏、側(cè)彎等情況，引起平直度不良。

3 移動(dòng)閃光接觸焊鋼軌對(duì)位對(duì)鋼軌平直度影響的控制思考

3.1 焊機(jī)對(duì)位過(guò)程中鋼軌墊高及順坡設(shè)置思考

鋼軌焊機(jī)對(duì)位過(guò)程中，鋼軌墊高主要采用墊塊或者齒條式起道機(jī)等進(jìn)行將鋼軌抬起，一般情況下焊軌機(jī)下面采用墊塊墊高，焊機(jī)前面鋼軌用齒條式起道機(jī)抬高，墊塊常見的有鐵質(zhì)墊塊、木質(zhì)墊塊等，這種設(shè)計(jì)有比較簡(jiǎn)單、取材容易等優(yōu)點(diǎn)，但是這種墊高方式穩(wěn)定性差、精度低。

在焊機(jī)對(duì)位方面的思考：1)盡量使用鐵質(zhì)墊塊，禁止使用木質(zhì)墊塊，對(duì)墊塊高度進(jìn)行編號(hào)處理，一般精確到mm,例如墊塊高度為135 mm ,那么墊塊編號(hào)為h135,對(duì)墊塊進(jìn)行編號(hào)的好處在于很容易區(qū)分墊塊高度，在使用過(guò)程中可以迅速找到相關(guān)墊塊;2)盡量減少齒條式起道機(jī)作為最后固定鋼軌的墊高工具，因?yàn)辇X條式起道機(jī)承重面較小，鋼軌傾斜，很容易造成焊頭扭曲、錯(cuò)位等情況，應(yīng)該對(duì)焊機(jī)前面鋼軌也采用固定架模式，如可以采用鋁熱焊固定架;3)在每條線焊接前，應(yīng)該根據(jù)線路軌枕、道床和焊機(jī)設(shè)備的安放位置等情況，理論設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定合理的鋼軌墊塊類型和高度，以及相應(yīng)的調(diào)整方式等，為后續(xù)大面積焊接做出相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與技術(shù)交底;4)焊機(jī)操作人員、技術(shù)負(fù)責(zé)人員要認(rèn)真對(duì)待每一次對(duì)位情況，對(duì)位情況直接影響鋼軌焊頭平直度。

3.2 鋼軌預(yù)留上拱度的設(shè)置思考

確定合理的上拱度，上拱度對(duì)焊頭平直度有直接的影響。預(yù)留上拱度數(shù)值與鋼軌類型、加熱溫度、墊高方式等一定的內(nèi)在聯(lián)系。通常做法都是墊高1 mm～2 mm,數(shù)值不夠明確，對(duì)于后期要求只有0 mm～0.2 mm精度來(lái)說(shuō)，隨意性比較大，導(dǎo)致后期打磨的難度增加。

鋼軌預(yù)留上拱度的思考：1)在作業(yè)前應(yīng)該對(duì)相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方式確定合理的預(yù)留上拱度，應(yīng)該要精度達(dá)到0.2 mm左右,每0.2 mm做一個(gè)檔期(如1.2 mm,1.4 mm);2)在鋼軌對(duì)軌過(guò)程中，因?yàn)楹笝C(jī)原因，不能現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)預(yù)留上拱度時(shí)，必須通過(guò)理論分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定相關(guān)參數(shù)，嚴(yán)格控制墊塊距離與墊高高度，在焊接完成冷卻后必須進(jìn)行復(fù)核量測(cè)，如果出現(xiàn)高焊頭(焊頭高于0.7 mm)或者低焊頭要認(rèn)真分析，在后續(xù)焊接中要調(diào)整相關(guān)參數(shù)，注意積累數(shù)據(jù)與總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

3.3 鋼軌錯(cuò)位的控制思考

鋼軌錯(cuò)位主要原因：1)鋼軌斷面存在鋼軌制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、鋪設(shè)等過(guò)程中造成的鋼軌斷面誤差、鋼軌扭曲等，工地現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)沒(méi)有辦法進(jìn)行鋼軌斷面配軌選型，會(huì)導(dǎo)致一定鋼軌錯(cuò)位現(xiàn)象出現(xiàn)。2)鋼軌對(duì)位過(guò)程中導(dǎo)致鋼軌傾斜、扭曲等現(xiàn)象導(dǎo)致鋼軌對(duì)位錯(cuò)位現(xiàn)象出現(xiàn)。

鋼軌錯(cuò)位的控制思考：1)要嚴(yán)格檢查鋼軌每個(gè)焊頭鋼軌斷面誤差，超過(guò)規(guī)定值的要進(jìn)行鋸掉，重新打磨新的斷面。2)在鋼軌對(duì)位過(guò)程中一定要按照要求檢查錯(cuò)位情況，尤其對(duì)鋼軌軌底角的檢查，很多時(shí)候只注重工作邊與軌頂面的檢查，而忽略鋼軌軌底角的檢查，軌底角的錯(cuò)位更能直接反映鋼軌傾斜以及扭曲情況。3)要對(duì)墊塊傾斜度、墊塊位置、焊機(jī)位置等參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及理論分析，對(duì)于不同鋼軌斷面采取不同參數(shù)的墊塊、不同墊塊位置，合理消除鋼軌斷面誤差、扭曲帶來(lái)的錯(cuò)位情況。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼軌焊頭平直度的控制，包含焊接過(guò)程和打磨過(guò)程的控制，焊接過(guò)程直接決定焊頭的成型，對(duì)后期打磨起到至關(guān)重要的作用。焊接過(guò)程中要嚴(yán)格控制焊機(jī)對(duì)位，保證鋼軌對(duì)位準(zhǔn)確，使得鋼軌平直度得到保證。在現(xiàn)場(chǎng)因天窗點(diǎn)或者工期要求等，很多時(shí)候精力放在小型機(jī)械打磨上，而對(duì)鋼軌對(duì)位的控制不夠嚴(yán)格，理論與試驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏等情況，導(dǎo)致后期打磨量增加以及打磨難度提高，進(jìn)一步導(dǎo)致母材打磨超標(biāo)，甚至出現(xiàn)焊頭鋸掉重新焊接，使經(jīng)濟(jì)成本上升和影響工期。在軌道施工與大修中，利用移動(dòng)閃光焊機(jī)進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)該認(rèn)真考慮焊接對(duì)位，開工前進(jìn)行相關(guān)參數(shù)實(shí)驗(yàn)，合理確定鋼軌墊塊厚度、墊塊設(shè)置位置、墊塊傾斜度、焊機(jī)位置等數(shù)據(jù)，保證鋼軌對(duì)位準(zhǔn)確，形成良好的焊頭初始平直度。