移动闪光焊焊接接头质量控制

摘要：移动闪光焊接接头控制是无缝线路施工的关键工序，接头外在质量是控制轨道平顺性、线路行车速度的主要因素。同样，作为承载车辆的部件轨道，其安全性同样非常重要，轨道问题是直接影响高铁安全性的重要因素。为保证铁路轨道的安全性和平顺性必须要对钢轨的焊接保持足够的重视，避免焊接接头成为整个无缝线路的薄弱环节，本文详细介绍了现场焊头的质量控制。

关键词：移动闪光焊接 平直度 sec电子平直仪 接头精整

钢轨闪光焊接施工，是在无缝长轨铺设施工完毕后，利用线路行车空闲时间用移动式焊机将500米长钢轨接头焊接，并按规定进行长轨条应力放散及锁定焊施工。焊接施工用电由焊轨车组自带的内燃发电机组供应。施工时焊轨车组压住已焊接的长轨条，轨道车采用顶进的方式，焊轨作业车组编组如下：从焊接作业点开始依次分别为闪光焊机（平车）、轨道车。根据不同的焊轨方向，焊轨车组提前在站内编组完毕后，利用长轨运输车推进后的空闲时间随之推进焊轨车组，进入计划施工地点进行焊轨施工，长轨运输车从前方返回之时，焊轨车组要提前退出区间。

1 工艺流程

钢轨接头焊前检查与处理：钢轨接头焊前检查与处理包括钢轨扣件拆除、垫放滚筒、轨端及电极接触部位除锈、机车对位、对轨与夹持、设备检查等内容。现场施工时通过上述准备工作后经检查达到焊接条件即可进行焊接。

钢轨焊接：钢轨焊接包括焊轨作业车对位，夹轨对中，通电焊接。

焊后处理：接头焊接后要检查接头外观质量、推凸质量、接头粗打磨、接头热处理、焊后冷调直、焊缝精磨、焊缝平直度检查、接头无损探伤、恢复线路。

移动闪光焊接头外在质量的优化措施

线上钢轨移动闪光焊过程中，为保证最终线路的平顺性，需严格控制接头的外在质量，特别是平直度。由于现场移动闪光焊是一个由铺轨、拆除扣件、垫放滚筒、除锈、对轨、焊接、粗磨、正火、矫直、接头精整、探伤、整修、恢复线路等十多个工序相互结合组成的一个综合施工过程，因此对移动闪光焊的外在质量控制贯穿始终。其中对焊接接头平直度有直接影响的工序主要有：对轨、焊接、正火、矫直及接头精整。

工地现场焊接工艺流程图。

为进一步保证京沪高速铁路钢轨焊接接头的外观质量，结合本项目实际施工，提出以下现场焊轨控制要点及具体实施。

2 对轨工序

现场施工时，线路条件如曲线段、直线段、坡道等会对钢轨的平顺性有一定的影响。当进行焊接时，由于移动式闪光焊机夹持采用轨腰夹持的方式，通过钳口表面与轨腰表面的接触进行夹紧，由于两表面均为圆弧面，因此仅仅靠夹持无法达到足够的对中精度，特别是在非直线段上，这点情况尤为突出。故此焊接前，应将钢轨初对中，将两待焊钢轨轨顶面和工作边平行对位，基本平齐，预留好合理的预拱度，采用斜铁等方式消除由于弯道超高及钢轨扭曲引起的不对中情况后，才能进入夹持工序。初对轨是保证接头外观质量中最容易被忽视的环节。

3 预拱度控制

焊接接头预拱度控制是控制高低接头的关键工序，施工时待焊钢轨在拆除扣件后垫放好滚筒，在各项检查完成后，进行焊接对位，焊接对位直接控制钢轨焊接施工质量。钢轨预供度调整，焊前钢轨供度控制在2.9mm/m～3.1mm/m，待焊钢轨分固定端和活动端。固定管调整为：设3个固定支点，支点位置距轨端第二个承轨槽、第五个承轨槽、第8个承轨槽，调整高度依次为3cm、1cm、2cm，由于固定端钢轨在焊接机组下压后会上翘；活动端调整为：设2个固定支点，第一个支点距轨端第3～5个承轨槽上，第二个支点距轨端18～21个承轨槽上，调整高度分别为4cm、9cm，由于第一支点和第二支点之间的间距较大，钢轨在重力作用下轨端会上翘（以上数据为现场焊接经验值），现场调整通过移动活动端支点将钢轨供度调整好，具体见下图。

钢轨供度调整好后进行焊机对位，车轮距轨端第一轮对提前标上记号，以每小时3-5公里的速度推进移动焊轨机初定位，载有移动焊机的轨道车第一个轮对距焊接位置3m左右，对位完成后应迅速装好止轮器，保证车辆不会发生溜车现象。对位之后应放下液压支腿，顶升起焊轨作业车。在焊接接头对轨过程中，必须以轨顶面和工作面为基准，轨顶面和工作面错位偏差不应大于0.2mm，轨底边缘错位偏差不应大于1mm。焊机电极表面应平整、光洁，无油、水、铁渣等污染物，左右股轨节接头相错量不能超过100mm。曲线上钢轨焊接，由于高速铁路、客运专线曲线半径较大，现场拨道调整量不大，为确保钢轨在焊接过程中横向相差量满足要求，在待焊钢轨下放好滚筒后，将钢轨向曲线内侧拨动，在接头20m范围拨成直线，现场通过拉悬线检查。

4 夹持焊接工序

对移动式闪光焊焊接接头来讲，夹持对中主要通过焊机进行，通过对中时设备的机械精度辅助人工干预，可以较好的实现对中。由于任何两根待焊钢轨的平直度都不可能完全一样，线路情况的影响也不相同，焊轨设备本身的机械对中结构也有一定的偏差，因此焊后大部分接头存在着一定的接头错边。夹持焊接工序在保证接头外观平直度质量方面主要进行两方面的工作，一是将以轨顶面及工作边为基准，兼顾其他部位进行对中，确保接头错边处于合理范围内，控制好焊接接头的错边量，也可以改善焊接接头的平直度；二是控制焊接预拱度，以控制焊后平直度，为接头正火打下良好的平直度基础。

5 正火矫直工序

焊后正火热处理同样是一个热过程，依然不可避免的会使得焊接接头产生平直度变化。正火过程无法象焊接过程一样通过夹持机构的夹持结合撤出夹持时间的控制来保证高温接头的平直度，正火时只能够通过控制拆除扣件距离、垫物高度和位置等辅助手段来使得正火工序对平直度的影响最小化。根据现场实际轨温情况，由于正火后接头预供度会下降，高温时控制钢轨供度为3.1mm/m，在接头两侧第二、四、六轨枕位置安装锁轨装置，锁轨装置满足能定在道床板上，在接头加热强将钢轨预供度调整好，将锁轨装置安装好，并在接头两侧将30m范围内的扣件按锁定要求全部拧紧方可进行钢轨接头热处理（由于钢轨轨温变化内部产生的应力会造成接头上供或拉细）。接头横向调整采用弯轨机，高铁、客运专线要求高，施工选用弯轨机作业力在轨腰位置，弯轨是将反向位置1m范围内的全部轨距挡块拆除，同时弯轨是保压时间控制在10秒以上，防止钢轨回弹。

6 接头精整工序

移动闪光焊接头精整使用仿型打磨机对焊接接头的轨顶面及轨头侧面工作边进行外形精整，恢复轨头轮廓形状。外形精整是控制接头平直度的最重要手段之一。外形精整的基本作业采用多次测量、多次打磨方式。为保证接头精整质量，作业前，焊接接头及两端1m范围内温度应在50℃以下，精磨的长度不应超过焊缝中心线两侧各450mm范围。使用仿形打磨机对焊接接头的轨顶面及轨头侧面工作边进行外形精整，外形精整应保持轨头轮廓形状，不应使焊头或钢轨产生任何机械损伤或热损伤，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。现阶段，我国铁路建设单位和工务养护单位进行现场接头外形精整时主要采用直尺塞尺式前后测量和各式仿形打磨机打磨。前后测量时必须要了解接头的平直度状况才能判断打磨范围和打磨量，而传统的接触式测量方式受限于固有精度，无法给予后期打磨足够准确的数据，这就会影响打磨质量。同时传统测量方式无法直观给出所测量接头的精确平直度情况，这样就在打磨时无法给予操作人员足够的打磨范围、打磨起始点、打磨量的指示，因此在高速铁路要求对接头平直度日益进行精确控制的情况下就无法达到要求，迫切需要更精确的接头平直度测量方式。

目前，各焊轨基地已开始采用比较先进的SEC电子平直度仪对钢轨顶面和工作边平直度进行测量。该设备是集成了计算机、传感器、信号处理、精密机械加工、新材料等新技术于一身的机电一体化设备。其特点是：采用有效长度为1米的精密导轨为测量基线，能反映真实值，消除了钢板直尺加塞尺方法的测量原理缺陷；数据采集、处理实现自动化、数字化；能连续测量钢轨两个方向的平直度数据；测量仪结构紧凑、重量较轻、便于携带、操作简便、检测效率高。测量时将钢轨平直度测量仪置于钢轨顶面或者侧面，箭头指向焊缝中心，测量钢轨顶面及侧面工作边平直度。测量过程中，每隔5mm进行采样，一米范围内总共测量200个点，通过将这两百个点的数据连线，绘出该接头的平直度曲线。实际接头精整作业前，在钢轨温度处于设计锁定轨温范围时测量钢轨焊接接头平直度，记录测量时的轨温。结合该接头测量获得的平直度曲线，可获得以下信息：

①接头轨顶面的平直度变化趋势（判断打磨长度）。

②接头工作边的平直度变化趋势（判断打磨长度）。

③接头轨顶面和工作边的错边情况（判断打磨长度）。

④接头轨顶面最大、最小值（确定打磨深度）。

⑤超过规定值的长度及部位（确定重点打磨区域）。

7 工艺优化措施

为进一步保证高速铁路钢轨焊接接头的外观质量，结合本项目实际施工，提出以下优化措施及建议：

①为保证外观质量，必须重视生产过程中连续质量控制，通过对轨、夹持焊接、正火矫直和接头精整等工序密切配合，形成满足高铁要求的外观质量控制手段。

②对轨过程必须使两待焊钢轨相互平顺，消除因线路条件引起的钢轨扭曲。

③持焊接过程必须重视控制接头错边和预拱度，保证焊后接头平直度稳定，不出现超标的错边。

④正火矫直工序必须在达到正火要求的同时控制平直度不发生大的变化，应采用矫直的方式使得接头接近笔直。

⑤接头精整工序应通过SEC电子平直度仪或同类设备对接头精整前的平直度进行测量，并针对平直度曲线判定打磨范围和打磨量，并制定相应的打磨工艺。通过上述方法，可实现对接头打磨量和打磨范围较好的控制，防止打磨超限或者造成报废接头的情况。

8 结束语

在京沪高速铁路310公里无缝线路钢轨焊接施工任务中，由于不断优化钢轨焊接施工工艺，同时执行京沪公司下发的各项无缝线路施工相关文件，项目部在京沪线焊轨施工得到了铁科院金化所、京沪公司、监理等多家单位的认可和赞同，焊接接头验收一次性通过，并在试验过程实现了486.1公里/小时的世界最高运营时速，相关观点、经验可供类似工程借鉴。

参考文献：

[1]铁路轨道设计规范（TB10082-2005）.

[2]客运专线铁路轨道施工技术指南（TZ211-2005）.

[3]无缝线路研究与应用.

[4]京沪高速铁路指挥部下发无缝线路相关文件.

[5]道行业标准TB/T1632.1-2005，TB/T1632.2-200、TB/T26

58.21-2007.

[6]客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准》铁建设[2007]85号.

作者简介：吕保华（1980-），男，河南驻马店人，回族，毕业院校：兰州交通大学，工程师，研究方向：轨道工程。