鋼軌焊頭平直度控制與廓形控制技術(shù)研究*

金能龍，左世鑫

（1.湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421002；2.中鐵一局集團(tuán)新運(yùn)工程公司，陜西 咸陽(yáng) 712000）

正線鋼軌焊接目前主要采用閃光焊或數(shù)控氣壓焊進(jìn)行焊接，閃光焊可以分為廠焊和現(xiàn)場(chǎng)焊，道岔現(xiàn)場(chǎng)采用鋁熱焊進(jìn)行焊接?，F(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接完成后，要通過(guò)打磨使鋼軌焊頭平直度和廓形符合標(biāo)準(zhǔn)。

1 現(xiàn)場(chǎng)閃光焊或氣壓焊焊頭平直度控制

現(xiàn)場(chǎng)閃光接觸焊主要采用移動(dòng)閃光焊機(jī)或者移動(dòng)氣壓焊機(jī)進(jìn)行焊接。移動(dòng)閃光焊機(jī)和氣壓焊機(jī)在焊接過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不佳（露天作業(yè)）和現(xiàn)場(chǎng)條件不適合配備很多大型輔助機(jī)械，鋼軌在焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)對(duì)位不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致產(chǎn)生高焊頭、低焊頭、錯(cuò)邊扭曲焊頭等情況。閃光焊接完成后還要對(duì)鋼軌焊頭進(jìn)行正火處理，正火處理過(guò)程中存在鋼軌內(nèi)部受力、正火溫度過(guò)高等情況，導(dǎo)致焊頭平直度和焊頭廓形發(fā)生變化，難以打磨矯正。

現(xiàn)場(chǎng)閃光焊或氣壓焊焊接對(duì)位、正火過(guò)程對(duì)焊頭廓形與平直度的影響至關(guān)重要。由于重打磨、輕焊接的對(duì)位與正火控制，導(dǎo)致多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)焊頭打磨量大、少數(shù)焊頭平直度及廓形未達(dá)到規(guī)范要求等情況出現(xiàn)。雖然在正火過(guò)程中采用熱矯正方式進(jìn)行焊頭平直度矯正是一種可行、有效的方式，但是利用正火進(jìn)行熱矯正必須先做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在正火過(guò)程中如果單憑感覺(jué)進(jìn)行矯正會(huì)導(dǎo)致焊頭平直度嚴(yán)重不良及焊頭扭曲。閃光焊或氣壓焊焊頭在采用熱打磨進(jìn)行粗磨時(shí)，一定要預(yù)留足夠的降溫回縮量，避免焊頭降溫后出現(xiàn)低焊頭的現(xiàn)象和精磨預(yù)留量不足的問(wèn)題。

現(xiàn)場(chǎng)焊接過(guò)程中還存在閃光焊、氣壓焊現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接人員與鋼軌打磨人員的管理分離，焊接人員與打磨技術(shù)人員溝通交流不多，聯(lián)合整治高焊頭、低焊頭情況的實(shí)驗(yàn)也比較少，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)焊頭對(duì)位源頭控制不好。

2 現(xiàn)場(chǎng)鋁熱焊焊頭平直度控制

鋁熱焊主要用于道岔焊接及斷軌修復(fù)，鋁熱焊區(qū)別于閃光焊及氣壓焊的地方在于：由于鋁熱焊的對(duì)位情況比閃光焊、氣壓焊要好，因此鋼軌出現(xiàn)高焊頭、低焊頭的情況比較少；鋁熱焊打磨量比較大，必須采用熱打磨方式進(jìn)行打磨；僅需將鋁熱焊軌腰、軌底部分打磨至光滑圓順，使其能夠減少應(yīng)力集中現(xiàn)象和去除毛刺；鋁熱焊焊頭沒(méi)有采用正火工藝。

鋁熱焊焊頭平直度控制較現(xiàn)場(chǎng)閃光焊及氣壓焊相對(duì)容易，在鋁熱焊焊頭平直度及廓形控制中，需及時(shí)利用熱打磨進(jìn)行焊頭粗磨，粗磨要考慮溫度影響和預(yù)留足夠的精磨打磨量，保證精磨過(guò)程中不出現(xiàn)打虧現(xiàn)象。同時(shí)，由于鋁熱焊焊頭推瘤后余量較大，在粗磨及精磨中要對(duì)鋼軌廓形采用邊觀察邊打磨的方式，特別是在精磨過(guò)程中要防止廓形不一致、母材超打磨等情況的發(fā)生。

3 鋼軌焊頭平直度控制與廓形控制

1）鋼軌對(duì)位不良導(dǎo)致焊頭出現(xiàn)錯(cuò)邊及扭曲，在后期熱矯正、打磨過(guò)程中無(wú)法消除。鋼軌焊頭頂面、工作邊平直度對(duì)位不良及上拱度預(yù)留不合適，雖然可以在熱矯正、打磨中消除一部分，但是平直度嚴(yán)重不良的焊頭無(wú)法消除。因此，鋼軌焊頭對(duì)位是控制焊頭質(zhì)量的關(guān)鍵。要強(qiáng)化焊接后質(zhì)量檢查、粗磨過(guò)程質(zhì)量檢查，及時(shí)對(duì)檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，調(diào)整鋼軌對(duì)位參數(shù)。鋼軌焊接對(duì)位時(shí)，要用專用墊塊將鋼軌墊高并進(jìn)行精細(xì)管理，按照不大于2‰坡度進(jìn)行設(shè)置。

2）閃光焊及氣壓焊中鋼軌正火過(guò)程對(duì)焊頭平直度及鋼軌廓形都有一定的影響。鋼軌內(nèi)部如果存在正彎矩會(huì)導(dǎo)致焊頭在正火過(guò)程中下沉從而產(chǎn)生低焊頭，如果存在負(fù)彎矩會(huì)導(dǎo)致焊頭在正火過(guò)程中上拱變形；鋼軌內(nèi)部存在的拉應(yīng)力較大會(huì)導(dǎo)致焊頭被拉細(xì)，特別是高溫焊接鋼軌沒(méi)有及時(shí)正火，在夜間溫度比較低或者無(wú)縫線路存在巨大拉應(yīng)力情況下進(jìn)行正火，會(huì)導(dǎo)致焊頭被拉細(xì)，廓形被嚴(yán)重破壞，進(jìn)而導(dǎo)致焊頭報(bào)廢。在鋼軌存在巨大壓應(yīng)力情況下正火，會(huì)導(dǎo)致鋼軌變形，廓形與平直度難以保證。鋼軌正火過(guò)程中，盡量采用電磁正火設(shè)備，特殊情況下采用氧氣乙炔正火時(shí)，要及時(shí)觀測(cè)溫度及控制正火距離，避免過(guò)燒及正火范圍偏離，導(dǎo)致焊頭下踏變形、熱影響區(qū)范圍變大。鋼軌矯正宜在正火過(guò)程中進(jìn)行，矯正前要做好預(yù)案，要分析鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力情況，防止正火矯正效果不到位或者焊頭破壞。正火完成后，鋼軌矯正宜在軌溫20℃以上時(shí)進(jìn)行，盡量采用加熱矯正，加熱溫度不超過(guò)300℃。

3）鋼軌粗磨對(duì)焊頭平直度和廓形有較大的影響，特別是選擇高溫粗磨時(shí)，要做好預(yù)留量，嚴(yán)禁出現(xiàn)超打磨的情況，精磨時(shí)避免低焊頭或者軌底凹陷、廓形不良的情況。鋼軌粗磨過(guò)程中盡量采用仿形打磨機(jī)打磨鋼軌頂面和鋼軌工作邊。

4）鋼軌精磨是焊頭平直度及鋼軌廓形成型的最后一關(guān)，也是至關(guān)重要的一關(guān)。精磨前，檢查焊接接頭錯(cuò)邊量及推凸余量，并檢查是否存在裂紋、明顯壓痕、劃傷、碰傷、電極灼傷等損傷[1]，如果余量超標(biāo)或者出現(xiàn)損傷，應(yīng)及時(shí)處理或者判廢。根據(jù)鋼軌粗磨后狀態(tài)合理制定精磨方案是精磨效果良好的前提。應(yīng)通過(guò)SEC電子平直度儀或同類設(shè)備對(duì)接頭精整前的平直度進(jìn)行測(cè)量，并針對(duì)平直度曲線判定打磨范圍和打磨量，并制定相應(yīng)的打磨工藝[2]。對(duì)于確實(shí)存在高焊頭、低焊頭且無(wú)法通過(guò)精磨進(jìn)行處理的，要采用熱矯正方式進(jìn)行矯正處理，必要時(shí)要切除重焊。不能利用打虧母材方式進(jìn)行精磨，更不能因?yàn)橐?guī)范中僅需檢查焊頭1 m范圍平直度而將焊頭兩側(cè)打虧，從而滿足高焊頭的假象，導(dǎo)致鋼軌母材被人為打磨成坑洼狀態(tài)。精磨過(guò)程中，要統(tǒng)籌達(dá)成焊頭平直度良好及鋼軌廓形狀態(tài)良好，要邊打磨邊測(cè)量以保證焊頭打磨質(zhì)量，要控制好進(jìn)刀力度，注意鋼軌廓形光滑圓順程度，嚴(yán)禁局部打虧或者打磨灼傷發(fā)藍(lán)情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

焊頭平直度和鋼軌廓形是影響鋼軌輪軌接觸關(guān)系的重要內(nèi)容，現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊頭打磨是焊頭質(zhì)量控制的重要一環(huán)。本文對(duì)不同焊接方式下的鋼軌對(duì)位、正火處理、熱矯正、粗磨、精磨等進(jìn)行全方位實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，制定詳細(xì)合理的鋼軌焊頭平直度控制措施，保證焊頭質(zhì)量和減少返工數(shù)量，提高施工經(jīng)濟(jì)效益。另外，在工程施工中，一些現(xiàn)場(chǎng)焊接、正火、打磨人員為勞務(wù)派遣人員，其對(duì)于專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)不夠，質(zhì)量意識(shí)較低，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊頭打磨質(zhì)量不高，工程單位要加強(qiáng)鋼軌焊接、打磨等過(guò)程中人員技能和素質(zhì)的培養(yǎng)，從而保證焊頭質(zhì)量。