鋼軌焊頭平直度控制與廓形控制技術研究*

金能龍，左世鑫

（1.湖南高速鐵路職業(yè)技術學院，湖南 衡陽 421002；2.中鐵一局集團新運工程公司，陜西 咸陽 712000）

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

1 現(xiàn)場閃光焊或氣壓焊焊頭平直度控制

現(xiàn)場閃光接觸焊主要采用移動閃光焊機或者移動氣壓焊機進行焊接。移動閃光焊機和氣壓焊機在焊接過程中，由于現(xiàn)場環(huán)境不佳（露天作業(yè)）和現(xiàn)場條件不適合配備很多大型輔助機械，鋼軌在焊接過程中容易出現(xiàn)對位不準確，從而導致產生高焊頭、低焊頭、錯邊扭曲焊頭等情況。閃光焊接完成后還要對鋼軌焊頭進行正火處理，正火處理過程中存在鋼軌內部受力、正火溫度過高等情況，導致焊頭平直度和焊頭廓形發(fā)生變化，難以打磨矯正。

現(xiàn)場閃光焊或氣壓焊焊接對位、正火過程對焊頭廓形與平直度的影響至關重要。由于重打磨、輕焊接的對位與正火控制，導致多數(shù)現(xiàn)場焊頭打磨量大、少數(shù)焊頭平直度及廓形未達到規(guī)范要求等情況出現(xiàn)。雖然在正火過程中采用熱矯正方式進行焊頭平直度矯正是一種可行、有效的方式，但是利用正火進行熱矯正必須先做好實驗數(shù)據(jù)分析，在正火過程中如果單憑感覺進行矯正會導致焊頭平直度嚴重不良及焊頭扭曲。閃光焊或氣壓焊焊頭在采用熱打磨進行粗磨時，一定要預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)象和精磨預留量不足的問題。

現(xiàn)場焊接過程中還存在閃光焊、氣壓焊現(xiàn)場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人員溝通交流不多，聯(lián)合整治高焊頭、低焊頭情況的實驗也比較少，導致現(xiàn)場焊頭對位源頭控制不好。

2 現(xiàn)場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，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，使其能夠減少應力集中現(xiàn)象和去除毛刺；鋁熱焊焊頭沒有采用正火工藝。

鋁熱焊焊頭平直度控制較現(xiàn)場閃光焊及氣壓焊相對容易，在鋁熱焊焊頭平直度及廓形控制中，需及時利用熱打磨進行焊頭粗磨，粗磨要考慮溫度影響和預留足夠的精磨打磨量，保證精磨過程中不出現(xiàn)打虧現(xiàn)象。同時，由于鋁熱焊焊頭推瘤后余量較大，在粗磨及精磨中要對鋼軌廓形采用邊觀察邊打磨的方式，特別是在精磨過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）鋼軌對位不良導致焊頭出現(xiàn)錯邊及扭曲，在后期熱矯正、打磨過程中無法消除。鋼軌焊頭頂面、工作邊平直度對位不良及上拱度預留不合適，雖然可以在熱矯正、打磨中消除一部分，但是平直度嚴重不良的焊頭無法消除。因此，鋼軌焊頭對位是控制焊頭質量的關鍵。要強化焊接后質量檢查、粗磨過程質量檢查，及時對檢查數(shù)據(jù)進行分析，調整鋼軌對位參數(shù)。鋼軌焊接對位時，要用專用墊塊將鋼軌墊高并進行精細管理，按照不大于2‰坡度進行設置。

2）閃光焊及氣壓焊中鋼軌正火過程對焊頭平直度及鋼軌廓形都有一定的影響。鋼軌內部如果存在正彎矩會導致焊頭在正火過程中下沉從而產生低焊頭，如果存在負彎矩會導致焊頭在正火過程中上拱變形；鋼軌內部存在的拉應力較大會導致焊頭被拉細，特別是高溫焊接鋼軌沒有及時正火，在夜間溫度比較低或者無縫線路存在巨大拉應力情況下進行正火，會導致焊頭被拉細，廓形被嚴重破壞，進而導致焊頭報廢。在鋼軌存在巨大壓應力情況下正火，會導致鋼軌變形，廓形與平直度難以保證。鋼軌正火過程中，盡量采用電磁正火設備，特殊情況下采用氧氣乙炔正火時，要及時觀測溫度及控制正火距離，避免過燒及正火范圍偏離，導致焊頭下踏變形、熱影響區(qū)范圍變大。鋼軌矯正宜在正火過程中進行，矯正前要做好預案，要分析鋼軌內部溫度應力情況，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℃以上時進行，盡量采用加熱矯正，加熱溫度不超過300℃。

3）鋼軌粗磨對焊頭平直度和廓形有較大的影響，特別是選擇高溫粗磨時，要做好預留量，嚴禁出現(xiàn)超打磨的情況，精磨時避免低焊頭或者軌底凹陷、廓形不良的情況。鋼軌粗磨過程中盡量采用仿形打磨機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，也是至關重要的一關。精磨前，檢查焊接接頭錯邊量及推凸余量，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]，如果余量超標或者出現(xiàn)損傷，應及時處理或者判廢。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。應通過SEC電子平直度儀或同類設備對接頭精整前的平直度進行測量，并針對平直度曲線判定打磨范圍和打磨量，并制定相應的打磨工藝[2]。對于確實存在高焊頭、低焊頭且無法通過精磨進行處理的，要采用熱矯正方式進行矯正處理，必要時要切除重焊。不能利用打虧母材方式進行精磨，更不能因為規(guī)范中僅需檢查焊頭1 m范圍平直度而將焊頭兩側打虧，從而滿足高焊頭的假象，導致鋼軌母材被人為打磨成坑洼狀態(tài)。精磨過程中，要統(tǒng)籌達成焊頭平直度良好及鋼軌廓形狀態(tài)良好，要邊打磨邊測量以保證焊頭打磨質量，要控制好進刀力度，注意鋼軌廓形光滑圓順程度，嚴禁局部打虧或者打磨灼傷發(fā)藍情況。

4 結束語

焊頭平直度和鋼軌廓形是影響鋼軌輪軌接觸關系的重要內容，現(xiàn)場鋼軌焊頭打磨是焊頭質量控制的重要一環(huán)。本文對不同焊接方式下的鋼軌對位、正火處理、熱矯正、粗磨、精磨等進行全方位實驗研究，并對研究數(shù)據(jù)進行分析，制定詳細合理的鋼軌焊頭平直度控制措施，保證焊頭質量和減少返工數(shù)量，提高施工經濟效益。另外，在工程施工中，一些現(xiàn)場焊接、正火、打磨人員為勞務派遣人員，其對于專業(yè)知識的學習不夠，質量意識較低，導致現(xiàn)場鋼軌焊頭打磨質量不高，工程單位要加強鋼軌焊接、打磨等過程中人員技能和素質的培養(yǎng)，從而保證焊頭質量。