移動閃光接觸焊鋼軌對位對焊頭平直度的影響分析

劉德輝 金能龍

(湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 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用最廣泛的一種焊接方式，小型氣壓焊已經淘汰，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，也簡稱閃光焊或者接觸焊。閃光焊又可以分為移動閃光焊和固定閃光焊，固定閃光焊主要用于500 m長軌條(最常見)的焊接，使用固定閃光焊機，在焊軌廠完成，焊接方式也稱為廠焊。500 m長軌條在運輸到工地現場后，需要在工地焊接成單元軌節以及形成全區間、跨區間無縫線路，工地使用移動閃光焊機進行焊接，焊接方式也稱為工地焊或者現場焊。

1 移動閃光接觸焊的焊接工藝

目前我國常用的移動閃光焊機為K922焊機，該焊機穩定性好，焊接質量可靠。鋼軌焊接過程是由多個工序組成的，如果某一個工序出現問題都會對鋼軌焊頭的質量產生影響，焊接工藝如下：

焊前設備檢查→軌端打磨→軌端打磨→鋼軌對正→焊接→推瘤→正火→粗磨→探傷→精磨及驗收。

2 移動閃光接觸焊鋼軌對位對鋼軌焊頭平直度控制的影響分析

鋼軌焊頭質量可以分為內部焊接傷損和外觀質量兩個部分，內部傷損(未焊合、夾渣等)主要由鋼軌探傷工作完成，外觀質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、高速運行的重要條件，鋼軌焊頭平直度的驗收標準是非常精密而且嚴格的，高速鐵路驗收標準見表1。

鋼軌焊頭平直度與鋼軌焊機對位有直接關系，因為焊機對位過程中直接影響鋼軌對位情況，如果鋼軌對位出現狀況，很容易出現高焊頭或者低焊頭，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的應該鋸掉重焊,勢必帶來巨大的經濟損失和工期影響。

表1 高速鐵路無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位平臺、粗磨平臺、調直設備、精磨數控平臺都比較成熟、先進，因為整個過程不需要進行對位順坡，沒有軌道限制，焊接質量較好，小的初始不平順可以通過很多大型機械(電磁正火設備、四向調直機、精磨設備)矯正與打磨來有效保證焊頭外觀質量。但現場焊接接頭的大型數控矯正、打磨設備應用比較少，如果鋼軌對位引起的鋼軌焊頭初始不平順過大，后期矯正與打磨很難解決鋼軌焊頭平直度。

常見移動焊機對位過程為：焊前檢查焊機，應確認焊機狀態正常，電壓正常，油位、油溫正常，焊機無報警。以3 km/h～5 km/h的速度推進移動焊軌機初定位，載有移動焊機的軌道車第一個輪對距焊接位置2.8 m左右，對位完成后應迅速裝好止輪器，保證車輛不會發生溜車現象，對位之后應放下液壓支腿，頂升起焊軌作業車。鋼軌對位由于軌道限制，需要墊高順坡，在對位過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。

鋼軌焊接過程中還要預留上拱度，預留上拱度的主要原因是鋼軌在加熱焊接過程中會出現一定的下沉量，上拱度可以防止下沉出現低焊頭。預留上拱度過大，會出現高焊頭，預留上拱度過小，會出現低焊頭。那么順坡的良好程度直接影響到預留的上拱度，對位順坡還會影響到鋼軌頂面、工作邊以及軌底三角區邊緣的錯位情況，直接影響到后期鋼軌焊接外觀質量。

在焊機對位后，考慮到溫度影響及焊接后列車通過的影響，在焊接前設置1 mm～2 mm的上拱量，要求軌頂面和工作面錯位偏差不應大于0.2 mm，軌底邊緣錯位偏差不應大于1 mm，并且鋼軌焊頭兩側鋼軌不能出現過大豎向應力和橫向應力，防止鋼軌焊接完成后，焊頭還處于高溫半塑型狀態，出現上拱、低踏、側彎等情況，引起平直度不良。

3 移動閃光接觸焊鋼軌對位對鋼軌平直度影響的控制思考

3.1 焊機對位過程中鋼軌墊高及順坡設置思考

鋼軌焊機對位過程中，鋼軌墊高主要采用墊塊或者齒條式起道機等進行將鋼軌抬起，一般情況下焊軌機下面采用墊塊墊高，焊機前面鋼軌用齒條式起道機抬高，墊塊常見的有鐵質墊塊、木質墊塊等，這種設計有比較簡單、取材容易等優點，但是這種墊高方式穩定性差、精度低。

在焊機對位方面的思考：1)盡量使用鐵質墊塊，禁止使用木質墊塊，對墊塊高度進行編號處理，一般精確到mm,例如墊塊高度為135 mm ,那么墊塊編號為h135,對墊塊進行編號的好處在于很容易區分墊塊高度，在使用過程中可以迅速找到相關墊塊;2)盡量減少齒條式起道機作為最后固定鋼軌的墊高工具，因為齒條式起道機承重面較小，鋼軌傾斜，很容易造成焊頭扭曲、錯位等情況，應該對焊機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，應該根據線路軌枕、道床和焊機設備的安放位置等情況，理論設計與現場試驗，確定合理的鋼軌墊塊類型和高度，以及相應的調整方式等，為后續大面積焊接做出相關試驗數據與技術交底;4)焊機操作人員、技術負責人員要認真對待每一次對位情況，對位情況直接影響鋼軌焊頭平直度。

3.2 鋼軌預留上拱度的設置思考

確定合理的上拱度，上拱度對焊頭平直度有直接的影響。預留上拱度數值與鋼軌類型、加熱溫度、墊高方式等一定的內在聯系。通常做法都是墊高1 mm～2 mm,數值不夠明確，對于后期要求只有0 mm～0.2 mm精度來說，隨意性比較大，導致后期打磨的難度增加。

鋼軌預留上拱度的思考：1)在作業前應該對相關現場進行分析、現場試驗等方式確定合理的預留上拱度，應該要精度達到0.2 mm左右,每0.2 mm做一個檔期(如1.2 mm,1.4 mm);2)在鋼軌對軌過程中，因為焊機原因，不能現場量測預留上拱度時，必須通過理論分析、現場試驗確定相關參數，嚴格控制墊塊距離與墊高高度，在焊接完成冷卻后必須進行復核量測，如果出現高焊頭(焊頭高于0.7 mm)或者低焊頭要認真分析，在后續焊接中要調整相關參數，注意積累數據與總結經驗。

3.3 鋼軌錯位的控制思考

鋼軌錯位主要原因：1)鋼軌斷面存在鋼軌制造、存儲、運輸、鋪設等過程中造成的鋼軌斷面誤差、鋼軌扭曲等，工地現場焊接時沒有辦法進行鋼軌斷面配軌選型，會導致一定鋼軌錯位現象出現。2)鋼軌對位過程中導致鋼軌傾斜、扭曲等現象導致鋼軌對位錯位現象出現。

鋼軌錯位的控制思考：1)要嚴格檢查鋼軌每個焊頭鋼軌斷面誤差，超過規定值的要進行鋸掉，重新打磨新的斷面。2)在鋼軌對位過程中一定要按照要求檢查錯位情況，尤其對鋼軌軌底角的檢查，很多時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，軌底角的錯位更能直接反映鋼軌傾斜以及扭曲情況。3)要對墊塊傾斜度、墊塊位置、焊機位置等參數進行實驗及理論分析，對于不同鋼軌斷面采取不同參數的墊塊、不同墊塊位置，合理消除鋼軌斷面誤差、扭曲帶來的錯位情況。

4 結語

鋼軌焊頭平直度的控制，包含焊接過程和打磨過程的控制，焊接過程直接決定焊頭的成型，對后期打磨起到至關重要的作用。焊接過程中要嚴格控制焊機對位，保證鋼軌對位準確，使得鋼軌平直度得到保證。在現場因天窗點或者工期要求等，很多時候精力放在小型機械打磨上，而對鋼軌對位的控制不夠嚴格，理論與試驗數據缺乏等情況，導致后期打磨量增加以及打磨難度提高，進一步導致母材打磨超標，甚至出現焊頭鋸掉重新焊接，使經濟成本上升和影響工期。在軌道施工與大修中，利用移動閃光焊機進行焊接時，應該認真考慮焊接對位，開工前進行相關參數實驗，合理確定鋼軌墊塊厚度、墊塊設置位置、墊塊傾斜度、焊機位置等數據，保證鋼軌對位準確，形成良好的焊頭初始平直度。