有線傷損鋼軌移動(dòng)閃光焊接施工技術(shù)

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摘要：鐵路線路的維修維護(hù)是保證運(yùn)輸安全與穩(wěn)定的重要工作，采用閃光焊接方法處理無縫線路中傷損鋼軌的效果較好。概述了既有線閃光焊施工技術(shù)現(xiàn)狀，包括線下焊接、線上焊接和插入焊3種施工方式；分析總結(jié)了3種方式存在的問題和解決方法；對(duì)既有線閃光焊施工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提出展望。

關(guān)鍵詞：鋼軌；無縫線路；傷損焊接接頭；閃光焊；插入焊；焊軌施工

近年來，我國(guó)鐵路行業(yè)飛速發(fā)展，截至2022年12月，我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到15.5萬km，其中高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)4.2萬km。面對(duì)逐年增長(zhǎng)的運(yùn)營(yíng)里程、貨物發(fā)送量、旅客承載量，鐵路線路的維修維護(hù)便成為確保鐵路運(yùn)輸安全與穩(wěn)定的重要工作。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，高速鐵路無縫線路施工技術(shù)已越來越成熟，鐵路無縫線路的鋪設(shè)也逐年增多。無縫線路建成后達(dá)到一定運(yùn)營(yíng)里程或鋼軌磨損達(dá)到一定程度后就要進(jìn)行換鋪，相比新線施工，既有線施工量更大一些。在處理既有線傷損鋼軌接頭時(shí)，常見的維修處理方法有鋁熱焊接、閃光焊接和氣壓焊接。鋁熱焊接具有設(shè)備小巧靈活、焊接時(shí)無需移動(dòng)母材等優(yōu)點(diǎn)，但因其接頭為鑄造組織，強(qiáng)度韌性較低、傷損率高，接頭質(zhì)量易受環(huán)境和作業(yè)人員操作影響[1-3]。尤其是既有線鋼軌在服役期間產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致砂型與鋼軌不能完全密貼、易產(chǎn)生溢流飛邊等問題，進(jìn)而影響接頭使用壽命。因此，鋁熱焊接已逐漸不適應(yīng)我國(guó)大規(guī)模鐵路維修安全可靠的要求。氣壓焊接頭為鍛造組織，相比鋁熱焊接頭質(zhì)量較好，無需大功率電源，焊接時(shí)間短。但因鋼軌端面的清潔度要求嚴(yán)格，且氣壓焊采用火焰由表及里以熱傳遞的方式加熱鋼軌，加熱效率低，很難做到均勻加熱，其焊接質(zhì)量易受操作人員和環(huán)境因素的影響[4-5]。閃光焊接頭為鍛造組織，具有晶粒較細(xì)、強(qiáng)度大、韌性好、耐磨性高、平順性好等特點(diǎn)。閃光焊因其焊接質(zhì)量穩(wěn)定、自動(dòng)化和機(jī)械化程度高、受人工操作水平影響小等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為國(guó)內(nèi)無縫線路接頭的主要焊接方法[6]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)無縫線路接頭中閃光焊接頭的占有率最高，接頭斷軌率最低。鑒于此，圍繞既有線鋼軌移動(dòng)閃光焊施工方法的現(xiàn)狀，分析總結(jié)了線下焊接、線上焊接和插入焊3種方式存在的問題和解決方法，并展望了既有線鋼軌移動(dòng)閃光焊施工的發(fā)展情況。

1移動(dòng)閃光焊施工方式

鋼軌閃光焊接分為焊軌基地廠焊和移動(dòng)式閃光焊?，F(xiàn)階段無縫線路鋼軌焊接流程如圖1所示，在焊軌廠將定尺鋼軌采用固定式閃光焊機(jī)焊接成300~500m的長(zhǎng)鋼軌，通過長(zhǎng)軌運(yùn)輸車將長(zhǎng)鋼軌運(yùn)送到鐵路現(xiàn)場(chǎng)，再采用移動(dòng)式閃光焊機(jī)將鋼軌焊接成無縫線路[7]。采用移動(dòng)閃光焊進(jìn)行鐵路現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接時(shí)，可分為新線焊接和既有線焊接。進(jìn)行鐵路新線焊接時(shí)，先將定尺鋼軌提前卸至承軌槽，在軌溫適宜的條件下，移動(dòng)閃光焊焊軌車進(jìn)入?yún)^(qū)間，完成單元軌節(jié)的焊接和放散，采用移動(dòng)閃光焊焊接新線，因其焊接效率高、焊接速度快和接頭質(zhì)量好，已在新線建設(shè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。目前，我國(guó)新建鐵路線路全部采用移動(dòng)式閃光焊方法焊接[8]。相比新線施工，既有線施工量更大一些。既有線閃光焊接分為線下焊接和線上焊接，其中線上焊接又分為線上換軌和插入焊。

2既有線線下焊接

采用移動(dòng)閃光焊進(jìn)行線下焊接時(shí)，利用其他天窗點(diǎn)，先將300~500m長(zhǎng)鋼軌提前卸至道肩。當(dāng)閃光焊施工天窗時(shí)，在線路封鎖的情況下，移動(dòng)閃光焊軌車進(jìn)入?yún)^(qū)間將長(zhǎng)鋼軌焊連成滿足換軌需求的超長(zhǎng)無縫鋼軌。移動(dòng)閃光焊線下焊接施工流程如圖2所示。

2.1存在問題因各路局施工車型不同、施工條件不同，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)采用的施工工藝也存在一定差異。如圖3所示，進(jìn)行線下焊接時(shí)，長(zhǎng)鋼軌通常放置于石砟上，若直接焊接，受道床摩擦阻力影響，焊接阻力過大，實(shí)際作業(yè)情況與焊機(jī)預(yù)設(shè)焊接參數(shù)存在偏差，易導(dǎo)致過燒、灰斑等缺陷的產(chǎn)生[9-10]?，F(xiàn)有移動(dòng)閃光焊線下焊接施工方法及特點(diǎn)如表1所示。

2.2解決方法道床阻力會(huì)影響閃光焊焊接過程。焊機(jī)的焊接參數(shù)是根據(jù)型式檢驗(yàn)設(shè)置的，型式檢驗(yàn)時(shí)采用短鋼軌，且不存在道床阻力的影響，若在型式檢驗(yàn)時(shí)模擬道床阻力的存在，設(shè)定焊接參數(shù)，其成本過高，效用不明顯。因此，應(yīng)選用能夠最大程度降低道床阻力影響、相對(duì)節(jié)約人工和設(shè)備成本、對(duì)焊接質(zhì)量影響最小的方法，具體方法需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇。在人力和設(shè)備準(zhǔn)備充足的情況下，選取局部撥彎法或全鋪墊滾筒法，盡可能減小道床阻力對(duì)焊接質(zhì)量的影響。

3既有線線上換軌

既有線線上換軌是在線路封鎖狀態(tài)下，將線下焊接好的1000~2000m超長(zhǎng)無縫鋼軌移動(dòng)至線上承軌槽，新舊軌之間無需預(yù)留消耗量，確保待焊鋼軌兩端的間隙在焊機(jī)調(diào)整范圍內(nèi)。按線路應(yīng)力放散要求，每間隔20根軌枕在鋼軌下支墊滾筒，使接頭盡可能平順。將焊機(jī)與鋼軌對(duì)位，利用焊機(jī)將鋼軌拉至平順，開始焊接工序，圖4為既有線線上換軌施工示意圖。采用保壓焊接的方式進(jìn)行鋼軌焊接，焊后對(duì)鋼軌進(jìn)行拉伸。

3.1存在問題既有線線上換軌時(shí)，面臨的主要問題是在焊機(jī)夾持區(qū)域，推瘤過程中，軌枕螺栓與推瘤刀行程干涉沖突，影響焊接作業(yè)[11]。

3.2解決方法依據(jù)現(xiàn)有施工案例[12]，總結(jié)出3種方法如表2所示，但在實(shí)際施工中3種方法都存在一定的問題。順坡支墊法雖施工方案簡(jiǎn)單，易操作，能解決軌枕螺栓與推瘤刀行程的沖突，但局部抬高鋼軌會(huì)造成接頭起拱量嚴(yán)重超標(biāo)，鋼軌墊高，焊軌車掉道風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大，需配合軌距拉桿使用。軌枕翻面法雖避免了鋼軌太高導(dǎo)致的焊軌車失穩(wěn)問題，但恢復(fù)石砟和軌枕耗時(shí)長(zhǎng)，且易對(duì)線路基礎(chǔ)穩(wěn)定性造成一定影響。螺栓錨固法具備軌枕翻面法的優(yōu)點(diǎn)，且相比軌枕翻面法，螺栓錨固法不用清理搗固石砟，但錨固作業(yè)過程復(fù)雜，且錨固恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。順坡支墊法是解決軌枕螺栓干涉效率最高、操作最簡(jiǎn)單的方法。使用固定端鋼軌專用順坡支墊工具，墊高鋼軌形成順坡的同時(shí)，支墊工具有軌底角鎖定扣塊、軌底固定槽、軌枕螺栓卡槽，能牢固鎖定軌距，最大限度減小焊機(jī)掉道風(fēng)險(xiǎn)，配合軌距拉桿使用可靠性更高。圖5為固定端鋼軌專用支墊工具。相比于新線焊接，既有線線上換軌需在維修天窗時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，施工結(jié)束后要保證鐵路線路的正常運(yùn)行。正常情況下，按新線焊接方法將龍口進(jìn)行拉伸鎖定焊，若施工時(shí)突發(fā)意外情況，例如液壓拉軌器故障導(dǎo)致拉伸鎖定焊無法正常進(jìn)行，則需在換鋪后的龍口處采用鋁熱焊接方法進(jìn)行應(yīng)急焊接，及時(shí)提報(bào)施工計(jì)劃，在下一個(gè)維修天窗內(nèi)進(jìn)行線上插入焊。

4既有線插入焊

既有線插入焊是指鋸切既有線的傷損舊軌，插入焊接一根6.25m以上的短軌。原則上，普速鐵路插入短軌不少于6.25m，高速鐵路插入短軌不少于20m。一次插入焊作業(yè)需焊接2個(gè)接頭，如圖6所示，沿焊軌車行進(jìn)方向，先與既有舊軌焊連的接頭稱為頭端，后與既有舊軌焊連的接頭稱為尾端。4.1存在問題既有線插入焊尾端接頭焊接施工流程如圖7所示。既有線插入焊同樣面臨軌枕螺栓干涉焊機(jī)的問題，除此之外，還缺乏固定撥彎鋼軌的專用工具。4.2解決方法焊接既有線插入焊尾端接頭時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員將鋼軌向道心內(nèi)側(cè)撥出一定弧度，起到預(yù)留消耗量的作用?，F(xiàn)有施工情況下，鋼軌撥出時(shí)固定方式不規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)往往采用短鋼軌、破舊枕木、鋼管等工具對(duì)撥彎鋼軌進(jìn)行支墊。圖8為撥彎支墊工具。支墊工具一端有軌頭卡槽，可緊扣住固定端鋼軌軌頭；另一端有軌枕螺栓卡槽，可牢固固定在軌枕螺栓上?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行撥彎焊接時(shí)，操作人員先用齒條壓機(jī)將撥彎鋼軌抬高至高于軌枕螺栓，使用撬棍將撥彎鋼軌放置于專用支墊工具上，待焊機(jī)頂鍛時(shí)，再使用撬棍配合頂鍛力將撥彎鋼軌撥回承軌槽。

5展望

既有線鋼軌采用移動(dòng)閃光焊施工已較為成熟，采用科學(xué)合理的施工工藝和安全有序的施工組織，可節(jié)省施工時(shí)間，提高焊接質(zhì)量。既有線鋼軌移動(dòng)閃光焊施工技術(shù)尚存在優(yōu)化空間。一方面，施工配套工機(jī)具還具有很大的改良空間，研制自動(dòng)化配套工機(jī)具，能減輕現(xiàn)場(chǎng)人員的工作量，工機(jī)具的進(jìn)一步輕量化也是亟待解決的問題。對(duì)配套工機(jī)具進(jìn)一步改良，減輕質(zhì)量，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，最大程度為現(xiàn)場(chǎng)人員提供便利。例如，現(xiàn)場(chǎng)多采用向道心內(nèi)側(cè)進(jìn)行撥彎，其支墊工具能以對(duì)側(cè)直鋼軌為支點(diǎn)進(jìn)行固定。在不具備道心內(nèi)側(cè)撥彎的工況（如曲線區(qū)段），若將鋼軌向道心外側(cè)撥出，支墊工具應(yīng)穩(wěn)固固定，需研制能夠具備道心內(nèi)、外側(cè)以及鋼軌垂向方向的撥彎支墊工具。另一方面，既有線鋼軌移動(dòng)閃光焊施工工藝中，諸多參數(shù)的制定沒有量化，僅依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員經(jīng)驗(yàn)，例如既有線鋼軌插入焊中，距待焊接頭的撥彎距離，撥出“彎”的弦長(zhǎng)以及弓矢的精確值缺乏理論依據(jù)支撐。盡管目前根據(jù)人員經(jīng)驗(yàn)可以完成焊接作業(yè)，但是只有對(duì)這些參數(shù)的取值進(jìn)行深入研究，科學(xué)制定施工工藝，才能更好地確保移動(dòng)閃光焊施工方法在無縫線路的優(yōu)勢(shì)，為線路質(zhì)量安全提供更有效的保障。

參考文獻(xiàn)：

［1］呂其兵，張曦.高速鐵路軌道焊接質(zhì)量控制現(xiàn)狀與趨勢(shì)［J］.電焊機(jī)，2019，49（2）：1-5.

［2］任金雷，高松福，石孟雷，等.鋼軌鋁熱焊接砂型及焊接工藝優(yōu)化［J］.鐵道建筑，2022，62（5）：55-58.

［3］張琪，李力，宋宏圖，等.無縫線路鋼軌焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)［J］.熱加工工藝，2017，46（3）：10-12.

［4］朱志明，范開果，潘際鑾.高速鐵路鋼軌焊接技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.焊接，2013，479（5）：5-10+68.

［5］廖馬宏.重載用高耐磨、高強(qiáng)韌過共析鋼軌氣壓焊工藝研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2021.

作者:李政 高松福 宋宏圖 李澤明 郭林泉 張健 單位:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司 中國(guó)鐵路太原局集團(tuán)有限公司 北京中鐵科新材料技術(shù)有限公司