無(wú)縫線路的焊接技術(shù)

摘要：鐵路鋼軌無(wú)縫焊接是鋪設(shè)無(wú)縫線路的重要環(huán)節(jié)，是線路行車(chē)安全的重要保證。鋪設(shè)無(wú)縫線路的重要環(huán)節(jié)是軌道焊接、道岔焊接，文章重點(diǎn)闡述了氣壓焊接技術(shù)的操作工藝，并將我國(guó)無(wú)縫線路鋪設(shè)時(shí)的幾種焊接技術(shù)（接觸焊技術(shù)、氣壓焊技術(shù)、鋁熱焊技術(shù)、電孤焊接技術(shù)）加以比較，為無(wú)縫線路焊接技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：無(wú)縫線路 鋼軌 焊接 工藝

由于鋼軌的長(zhǎng)度受到生產(chǎn)和運(yùn)輸條件的限制，我國(guó)當(dāng)前投入使用的鋼軌目前只有兩種長(zhǎng)度：即分別為12.5m和25m。隙縫的存在會(huì)給列車(chē)帶來(lái)一定程度的阻力、顛簸和噪聲，它們不利列車(chē)的正常運(yùn)行，對(duì)鐵軌壽命也會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。如果能夠?qū)⒓茉O(shè)鐵道的鋼軌無(wú)縫連接起來(lái)，不僅有效降低鋼軌的折舊速率，還可以大大提高火車(chē)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，從而提高行車(chē)速度。

1 我國(guó)無(wú)縫線路鋼軌焊接技術(shù)

1957年，長(zhǎng)鋼軌的焊接技術(shù)開(kāi)始廣泛應(yīng)用在中國(guó)的鐵路建設(shè)中，最早引進(jìn)的是電弧焊接技術(shù)，其后又引進(jìn)了前民主德國(guó)的鋁熱焊技術(shù)。到1963年后我國(guó)科學(xué)家發(fā)明了鋼軌焊接機(jī)，鋼軌氣壓焊和接觸焊技術(shù)開(kāi)始受到業(yè)界的關(guān)注?，F(xiàn)如今，只有工地焊接聯(lián)合接頭采用氣壓焊以外，在焊軌廠已停止使用了。熱焊技術(shù)在我國(guó)的推廣和應(yīng)用經(jīng)歷了一個(gè)曲折的過(guò)程，國(guó)內(nèi)的科學(xué)家發(fā)明了大劑量三片模定時(shí)預(yù)熱焊法和相關(guān)材料、工藝的創(chuàng)新，使我國(guó)鐵路無(wú)縫線路焊接技術(shù)水平大幅提升?，F(xiàn)階段，移動(dòng)式小型氣壓焊機(jī)已在我國(guó)鐵路建設(shè)中區(qū)間聯(lián)合接頭的焊接工程中得到了推廣和應(yīng)用。

2 以氣壓焊接法為例加以介紹

氣壓焊接法操作工序簡(jiǎn)單、焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良、成本低廉，因此受到世界各國(guó)鐵路部門(mén)的青睞，而且隨著科技的發(fā)展，氣壓焊也在不斷創(chuàng)新。在大多數(shù)情況下，通過(guò)氣壓焊接法鋪設(shè)長(zhǎng)鋼軌后，經(jīng)整道作業(yè)，線路基本穩(wěn)定，即可在施工現(xiàn)場(chǎng)焊接鋼軌，并參考施工設(shè)計(jì)鎖定線路，再按照氣壓焊接法的相關(guān)操作對(duì)長(zhǎng)軌聯(lián)合接頭施焊。

2.1 氣壓焊工藝 施焊階段先進(jìn)行氣壓焊焊軌工藝實(shí)驗(yàn)。采用雙導(dǎo)柱臥式壓接機(jī)以斜鐵夾緊軌腰的新型移動(dòng)式氣壓焊機(jī)施焊，對(duì)開(kāi)單混合室的射吸式加熱器，雙流量計(jì)控制箱和一套三段頂壓法焊接工藝。

2.2 工藝流程 施工準(zhǔn)備→鋸配軌→拉軌→軌端處理→對(duì)軌固定→點(diǎn)火焊接→焊縫正火→打磨及矯直→焊縫探傷→焊縫驗(yàn)收→現(xiàn)場(chǎng)清理。

2.3 施工工藝

2.3.1 施工準(zhǔn)備。①檢查設(shè)備。設(shè)備檢查：施工前仔細(xì)排查設(shè)備故障，確保乙炔路、氧氣路存氣量充足，油路不漏油；推凸刀的刀刃完好無(wú)損；壓接機(jī)、電源、加熱器、泵站工作狀態(tài)良好；各運(yùn)動(dòng)部件要活動(dòng)自如。②安全情況檢查。操作人員應(yīng)按要求穿戴好勞動(dòng)保護(hù)用品。施工現(xiàn)場(chǎng)及其附近區(qū)域若存在易燃、易爆物和揮發(fā)性氣體，必須立即轉(zhuǎn)移或采取安全防護(hù)措施。

2.3.2 鋸軌配軌：聯(lián)合接頭的相錯(cuò)量>100mm時(shí)就必須鋸軌。

2.3.3 拉軌：用拉軌器實(shí)施拉軌，松開(kāi)鋼軌扣件，將鋼軌支撐在滾輪上。鋼軌接頭用枕木作支撐使接頭位置對(duì)正。

2.3.4 軌端處理。①鋼軌調(diào)直。焊接前借助1m的直尺調(diào)直鋼軌，同時(shí)將鋼軌矢度<±0.5mm。②端面打磨。打磨鋼軌端面時(shí)，鋼軌必須與打磨機(jī)的兩個(gè)定位面貼實(shí)；打磨時(shí)，切記輕拿輕放端面打磨機(jī)，確保打磨機(jī)精準(zhǔn)無(wú)誤。

2.3.5 對(duì)軌固定，待焊軌裝壓接機(jī)并夾緊后，用300mm鋼板尺檢查其固定效果，一般應(yīng)符合以下條件：①焊縫部位矢度≤0.3mm，兩軌頂面高低錯(cuò)位應(yīng)控制在0.2mm以內(nèi)，軌頂面要平順；若兩軌頂面高差超限制，可用墊片調(diào)平。②誤差≤0.3mm，注意作業(yè)面應(yīng)該是平順的。如果因軌頭寬度與設(shè)計(jì)要求存在較大差異，或軌端發(fā)生旁彎，造成調(diào)直后無(wú)法達(dá)到理想狀態(tài)，此時(shí)就要圍繞基本軌輪廓面，在1m范圍內(nèi)將作業(yè)面直線度偏差控制在0.5mm

以內(nèi)。③兩軌底面高低錯(cuò)位量不應(yīng)超過(guò)1mm。④根據(jù)設(shè)計(jì)要求實(shí)施預(yù)頂后，端面要緊貼鋼軌，兩底角要密貼，將局部間隙控制在0.3mm以內(nèi)。⑤若偏差超限制，固定時(shí)施工效果不達(dá)標(biāo)，此時(shí)要啟動(dòng)壓接機(jī)，按設(shè)計(jì)要求重新處理鋼軌端面，切忌強(qiáng)行開(kāi)焊而破壞焊接質(zhì)量。

2.3.6 點(diǎn)火焊接。①安裝加熱器。從鋼軌與壓接機(jī)導(dǎo)桿之間分別將加熱器兩側(cè)側(cè)向掐入，旋轉(zhuǎn)90°置于導(dǎo)桿之上，同時(shí)以操作規(guī)范為基準(zhǔn)將二者連接；轉(zhuǎn)動(dòng)加熱器支承小車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，調(diào)整壓接機(jī)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的掛鉤長(zhǎng)度，使加熱器的焊接端與火孔面平行，最大偏差≤1mm；搖動(dòng)加熱二、三次，使焊接端平行于火孔平面。調(diào)整加熱器支承塊小車(chē)構(gòu)件，使鋼軌外輪廓附近和加熱器火孔端面之間保持在（25±1）mm的間距。②預(yù)頂高壓泵站加油門(mén)使預(yù)頂力達(dá)到18MPa到20MPa。③點(diǎn)火焊接。點(diǎn)火焊接時(shí)，為防止發(fā)生安全事故，必須在啟動(dòng)氧氣路和乙炔路開(kāi)關(guān)三、四秒后立即點(diǎn)火；擺動(dòng)加熱器加熱，從0～3.5分鐘到頂鍛前，擺動(dòng)頻率為60次/min，擺動(dòng)量為15～20mm。④降壓并保壓。點(diǎn)火加熱，當(dāng)鋼軌發(fā)生塑性變形，焊縫及其附近就會(huì)稍微向上凸起，此時(shí)的頂鍛壓力宜設(shè)置為8～10MPa，并進(jìn)行保壓。⑤頂鍛。完成上一工序后繼續(xù)加熱。當(dāng)軌底角上表面產(chǎn)生多個(gè)1.5～3mm2的單個(gè)熔池，軌頭頂面產(chǎn)生“鏡面熔池”時(shí)進(jìn)行頂鍛。頂鍛時(shí)，擺動(dòng)頻率為每分鐘80次，擺動(dòng)量約為30mm。⑥推凸。完成頂鍛施工后停止加熱，拆除加熱器上的掛鉤，隨即把加熱器推至壓機(jī)右側(cè)橫梁的極限；泵站換向、左側(cè)橫梁（活動(dòng)端）的軌頂螺栓松開(kāi)后，泵站給油倒車(chē)，當(dāng)左橫梁松動(dòng)時(shí)，迅速將這一端的斜鐵打松后開(kāi)始倒車(chē)，目測(cè)焊瘤和推刀墊之間的距離能夠容下刀體即可停止倒車(chē)，立即放置前刀體，推入腰刀并安裝底刀，泵站換向給油開(kāi)始推凸，將焊瘤推離焊縫后，泵站換向給油倒車(chē)，將兩橫梁的間距拉至最大限值立即關(guān)閉泵站，拆除推凸裝置。推凸時(shí)，若壓力達(dá)到40MPa，推凸刀仍無(wú)法將焊瘤推除，就應(yīng)立即中止推凸，將推凸裝置拆除后人工推除。

2.3.7 焊縫正火。①鋼軌接頭的正火起始和終了的溫度分別是400～500℃、850～900℃。②焊縫擺動(dòng)總寬度是0～2min時(shí)為40mm，50～60次/min；擺動(dòng)總寬度在2～3min時(shí)大概在60～80mm，1分鐘平均擺動(dòng)35～40次。③被正火部位的溫度下降到全黑后再將墊軌的枕木墩撤下，以防焊接部位變形。④焊縫部位正火后溫度超過(guò)250℃，不得對(duì)該部位澆水或火烤，也不能敲擊該部位，以免使焊縫出現(xiàn)塑性變形的問(wèn)題。

2.3.8 焊后打磨及矯直。①采用仿形打磨機(jī)對(duì)焊接接頭的軌頂面和各個(gè)側(cè)面進(jìn)行打磨，注意控制打磨溫度。②打磨前先用1米直尺量測(cè)焊縫，通過(guò)彎軌機(jī)調(diào)直彎曲或變形的焊縫再開(kāi)始打磨。③嚴(yán)格按驗(yàn)收要求打磨鋼軌。

2.3.9 焊縫探傷。①當(dāng)焊縫溫度<50℃時(shí)方可探傷。②對(duì)有疑問(wèn)的焊接接頭應(yīng)進(jìn)行復(fù)探。③如果焊縫內(nèi)部未焊透，或存在氣孔夾渣或裂紋，應(yīng)報(bào)廢焊頭重新焊接。

2.3.10 焊縫驗(yàn)收。仔細(xì)檢查通過(guò)探傷的焊縫，以確保其外觀尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

3 幾種無(wú)縫線路焊接技術(shù)的比較

鐵路鋼軌，當(dāng)前通常采用分步焊接的方法來(lái)鋪設(shè)，這種方法要求焊接工廠事先在沿路施工地點(diǎn)設(shè)立，再將標(biāo)準(zhǔn)鋼軌運(yùn)至工廠，將其焊接成便于短距離搬運(yùn)的長(zhǎng)鋼軌，然后運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接安裝，鋪設(shè)出跨區(qū)間性的無(wú)縫鐵軌。從實(shí)際工作中來(lái)看，一般采用氣壓焊、接觸焊、鋁熱焊、電弧焊等方法焊接鐵軌。

3.1 鋁熱焊：該技術(shù)是用燃燒鋁熱劑生成的熱能來(lái)加熱焊縫，融化的鋼水導(dǎo)入到砂模內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)無(wú)縫焊接。

鋁熱焊對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求甚少，但焊接質(zhì)量差，要控制焊接質(zhì)量，必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)控。

3.2 氣壓焊：氣壓焊是通過(guò)可燃?xì)怏w燃燒后生成的熱能使鋼軌融化，同時(shí)對(duì)鋼軌施加物理壓力進(jìn)行焊接。

氣壓焊的焊接速度快、質(zhì)量?jī)?yōu)良，且成本低廉，對(duì)電源功率要求不高，但對(duì)接頭斷面的處理技術(shù)要求十分苛刻。

3.3 接觸焊：接觸焊是利用電阻阻礙電流所形成的高溫?zé)崃縼?lái)實(shí)施焊接的。接觸焊的焊接速度快、質(zhì)量?jī)?yōu)良，但造價(jià)較高，對(duì)焊接設(shè)備和電源功率要求也高，目前只適用于工廠作業(yè)。

3.4 電弧焊：普通維修常采用此法。焊接部位的金屬機(jī)械性能幾乎與母材無(wú)差異，其耐磨強(qiáng)度和硬度甚至優(yōu)于母材。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)鐵路施工技術(shù)已達(dá)到國(guó)際水準(zhǔn)。作為鐵路建設(shè)部門(mén)，應(yīng)該不遺余力地繼續(xù)探索更符合國(guó)內(nèi)施工條件的鐵路施工技術(shù)，特別要在無(wú)縫線路焊接上下功夫，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。無(wú)縫線路已在不同氣候區(qū)的鐵路與鐵路橋橋梁上有較大的發(fā)展與突破。相信新型式超長(zhǎng)無(wú)縫線路在今后會(huì)得到廣泛而迅速的推廣和使用。必須掌握好無(wú)縫線路的焊接技術(shù)，才能保證無(wú)縫線路的施工質(zhì)量，以便更好地滿足運(yùn)營(yíng)的需要，使旅客乘車(chē)更加舒適。

參考文獻(xiàn)：

[1]廣鐘巖，高慧安.鐵路無(wú)縫線路[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.

[2]張鋒.我國(guó)鐵路無(wú)縫線路焊接技術(shù)分析研究[J].硅谷，2012（11）.

[3]馬慶海.無(wú)縫線路鋼軌焊接接頭低塌焊補(bǔ)方法的探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（18）.