浅谈无缝铁路闪光焊接施工工艺

摘要：从我国大规模建设高速铁路客运专线的实际情况出发，阐述建设无缝铁路的优点以及在铺设无缝线路过程中的关键因素，研究无缝线路接头闪光焊接的施工工艺特点。

关键词： 无缝铁路 施工工艺 闪光焊接

中图分类号：F530文献标识码： A

前言：本文结合现阶段我国高速铁路的发展状况，说明了铺设无缝线路的重要性以及必要性。更深入研究了铺设无缝线路过程中关键技术钢轨焊接。着重介绍了现场移动式闪光焊接的优点以及其施工工艺。

一. 关于无缝线路

1.概述

所谓无缝铁路，顾名思义即采用焊接手段将线路钢轨接头焊接，使得线路钢轨连接成一根整轨，从而使运行列车通过钢轨接头时无明显过度痕迹。从世界铁路发展历史来看，在2010年12月3日，中国新一代高速动车组在京沪高铁先导段跑出了486.1km的时速，再次刷新世界最高运营纪录。随着列车运行速度的提高，乘坐列车出行的人流量增大以及出行旅客对乘坐舒适度的要求越来越高，除了先进的高速列车、良好的弓网关系以外，拥有平顺的承载列车的无缝线路轨道也至关重要，高速铁路平顺性是确保列车安全和旅客舒适度的重要因素，甚至成为列车冲击高速时的关键制约因素，铺设高速铁路无缝线路已成为世界范围内铁路发展的趋势。

2.钢轨焊接

钢轨焊接是通过加热、加压，或两者并用使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。由于钢轨的焊接是一个热过程，在焊接热的作用下，钢轨或辙叉的材料必然会发生一些变化，这就使得焊接接头部位和钢轨或辙叉本身产生了差异。研究表明焊接接头历来是焊接结构中的薄弱环节，钢轨焊接接头也是整个无缝线路的薄弱环节。为保证无缝线路的质量，必需对实现无缝化的焊接施工给予足够的重视。而焊接一个内在质量优良的焊接接头要在焊接准备、工艺、设备、材料、操作、焊后处理等多方面准备充分。

二. 钢轨焊接施工工艺

目前我国高速铁路无缝化施工主要包含三种焊接内容：基地焊（即厂焊）、现场移动式闪光焊以及铝热焊。本文主要讲解在钢轨铺设后在线路上现场利用K922焊机进行的移动式闪光焊焊接工艺。

1.焊接原理

闪光焊其焊接的基本原理是利用电流通过某一电阻时所产生的热量熔接焊件，再经过顶锻完成焊接。当两焊接钢轨间通过电流时，由于两钢轨接触面之间存在着较大电阻，因电热效应使钢轨迅速加热，两钢轨的接触面微观存在凹凸不平，因此首先接触的凸点瞬间被加热到融化状态，熔化的金属从钢轨接触面的缝隙中飞溅而出，形成闪光。同时钢轨继续受热，通过加热和持续闪光的作用，钢轨端而把温度逐渐一致，形成熔化金属层，防止周围气体进入。同时施加顶锻力，迫使焊面相互挤压，挤出全部液态金属，将两钢轨联成一体。

2.现场闪光焊施工工艺

2.1.焊接前准备

拆除待焊轨前方长钢轨全部及轨头后方10m范围内的扣件，并校直钢轨；根据轨枕和扣件类型适当垫高待焊轨头后方的钢轨，以保证焊头轨顶平直度。待焊轨头前方长钢轨下每隔12.5m安放一个滚筒，以便钢轨可以纵向移动。

2.2.钢轨焊接前检查

检查钢轨表面质量应符合《客运专线250km/h或350km/h钢轨检验及验收暂行标准》的规定。调整左右单元轨节接头相错量，对超出部分在焊接前进行锯轨，使相错量不大于100mm；若钢轨端头部有弯曲，必须采取措施对其进行矫直，对于无法进行矫直处理的钢轨端头，则采取切割的方式，并保证锯切后的钢轨端面斜面不大于0.85mm。

2.3.焊机焊前检查

焊机保养及维修必须符合焊机及附属设备保养维修规程，并执行相应的安全操作规程。开机前应对焊机主机、液压系统、冷却系统、发电机组进行全面的检查，确保焊机一切工作顺利。

2.4. 焊前打磨除锈

利用手砂砂轮机对钢轨端头、端头两侧500mm范围内的钢轨腰进行除锈，经打磨后的钢轨表面要见金属光泽，不得有锈斑。打磨后等待焊接时间超过24h或打磨后有水、油等污染时，必须重新打磨。在使用砂轮机时应沿钢轨纵向进行打磨，以保持轨头原曲线形状。砂轮与钢轨平稳接触，防止砂轮跳动，同时还要注意钢轨表面局部过热发黑发蓝。

2.5. 焊机对位

由调车员联系协调，将移动式焊轨机和工班作业人员运抵作业区，推进移动焊轨车至初定位，载有移动式焊轨机的平板车每一个轮位对距焊接位置3.2m左右。根据轨枕和扣件类型，在钢轨下加楔子将两焊接轨端抬起一定高度，便于焊机对位夹轨，并用焊轨机平板车底板上的四个液压油缸将整车项起，使其车轮离开约150~200mm。

对位完成后作业人员应立即打好车辆止轮器，防止在焊接作业中发生溜车现象。

2.6. 夹轨对正

通过夹紧钢夹对两待焊钢轨接头的水平和垂直方向进行调直，对准系统能将两钢轨沿钢轨中轴线对中，对准精度为0.3mm，操作人员检查钢轨上下、方向是否对正，若没有对正，松开夹钳并重新对正。

2.7. 焊接和推凸

在焊接过程中严格按照安全操作规程进行焊轨作业，钢轨对中首先要保证钢轨顶面和工作面平顺。对中后焊中心不偏离焊机钳中心。钢轨可靠的夹紧、对中后调整轨2mm左右，便可开始焊接。焊接由可编程序控制自动控制焊接电流、电压、位移、压力等参数，焊接时间约两分钟，焊接完成后由焊轨机自动完成推瘤。计算机组成的焊接数据采集系统焊接过程的全部技术数据，绘出焊接参数曲线图。焊机监控人员应认真观察焊接记录，分析每个焊接接头曲线，与型式试验通过时的焊接曲线仔细对比，发现异常及时汇报给有关部门，不得擅自更改焊机的技术参数。

焊接结束后，应立即检查焊机钳口部位及钢轨钳口接触处有无烧伤，以及焊接接头存在表面烧伤、严重错位、裂纹等缺陷，若有此类现象，即为不合格焊头。如发生烧伤时应及时处理，及时清理导电钳口表面，保证其光洁平整度，每焊完一个接头必须进行清理，不得留有尘渣。在每个班组每次焊接关应对焊接设定的参数进行核实，确认无异常后方可进行下一步和作业。

2.8. 焊后粗磨

利用钢轨打磨机具打磨钢轨焊接接头的轨顶面、侧面、轨底表面，打磨时不宜横向打磨焊，更不能用砂轮在钢轨上跳动从而冲击钢轨母材，不应让焊头局部过热产生“发黑”、“发蓝”现象，若出现此现象，即打磨导致钢轨温度过高，要适当暂停打磨，待温度适宜时再进行打磨。

2.9. 正火

焊头粗后在钢轨下垫上短枕木头，将火焰加热器、流量控制箱，乙炔过滤器。乙炔瓶、氧气瓶和冷却水泵用胶管连接。将正火架放置在钢轨上将火焰加热器放置在正火架的圆柱形导杠上，调整加热器与钢轨表面间隙，使得间隙均匀、对称之后锁定并启动冷却水泵。调节加热器位置，使焊接接头处于加热器摆动中心，摆动幅度不小于60mm。正火加热起始阶段轨头表面温度应在500℃以下，加热温度应为850℃～950℃。光电测温仪探头应垂直被测钢轨表面，每次测量接触时间≤3S。

2.10. 焊头精磨

利用仿形打磨机打磨焊接接头的轨顶面、各侧面进行外形精整。外形精整应保持轨头轮廓形状。焊头在轨底上表面焊缝两侧各150mm范围内及距两侧轨底角边缘各为35mm的范围内应打磨平整，不得打亏。打磨温度不应大与50℃。

外形精整的长度不应超过焊缝中心线两侧各450mm，外形精整不应使焊接接头或钢轨产生任何机械损伤。不应使用外形精整的方法纠正超标的平直度偏差和超标的接头错边。

2.11. 焊头探伤

焊接接头到40℃以下对钢轨焊头进行探伤。焊缝探伤分为目测和仪器检测。焊缝表面的缺陷主要有电击伤、划伤、碰伤的，可以通过目测判断；焊缝内部的缺陷主要有过烧、灰斑、夹杂、未焊透等，通过仪器进行。

探伤前，首先对工件表面进行处理使其达到表面无锈蚀、斑点、氧化层、油和焊接溅射物等污物存在，保证表面光洁度，以确保探伤的准确度，并保护探头。

2.12. 焊缝验收

焊缝探伤合格后应检查其外观尺寸，钢轨焊接接头温度低于50度时测量其平直度：用一米长直尺测量钢轨焊缝的不平度。平直度偏差的测量位置分别在轨顶面纵向中心线、轨头侧面工作边上距离轨顶面16mm处的纵向线；在平直度检测时应以焊缝中心线两侧各500mm位置的钢轨表面作为基准点。

三. 结束语

现场接触焊采用先进的连续闪光焊技术，焊接性能优异且焊接工艺稳定，不但能保证焊缝的质量和精度，而且焊缝质量的一致性也比较好。随着列车运行速度的提高，要求无缝线路全部接头质量能够保证高可靠性和高一致性，以满足铁路高速行驶的要求，现场移动式接触焊焊接施工技术被广泛采用。工程实践证明，采用闪光焊焊接施工技术，工艺先进，质量可靠，便于流水作业，丰富无缝线路的施工方法，适应于我国高速铁路建设的需要，具有广阔的发展前景。

参考文献：

[1] 吕其兵. 钢轨接触焊工艺、质量及进程控制研究 成都：西南交通大学2004.

[2] 中华人民共和国铁道部. 铁建设函[2005]160号 客运专线铁路施工质量验收暂行标准. [3]中华人民共和国铁道部。TB20754-2010/J1150-2011 高速铁路轨道工程施工质量验收标准 北京：中国铁道出版社 2011

作者简介：

1、王召，男，1988年5月出生， 2010年7月毕业于石家庄铁道大学四方学院铁道工程专业，中铁三局集团公司线桥工程公司，助理工程师。