气压焊轨车长吉城际重伤钢轨焊复应用

刘　勇，陈志新，戴　虹，黄正中，周世恒，李英男，彭辉挺

（1.沈阳铁路局，辽宁沈阳110000；2.西南交通大学材料科学与工程学院，四川成都60031）

气压焊轨车长吉城际重伤钢轨焊复应用

刘勇1，陈志新1，戴虹2，黄正中2，周世恒2，李英男1，彭辉挺2

（1.沈阳铁路局，辽宁沈阳110000；2.西南交通大学材料科学与工程学院，四川成都60031）

针对长吉城际重伤钢轨焊复需要满足区间钢轨焊接消除铝热焊接头以及施工中一次完成钢轨更换、焊接、锁定的技术难题，采用YHGQ-1200气压焊轨车，利用气压焊轨机的拉轨、焊接和正火一机化作业功能，开展了重伤线路焊复探索模拟试验，并在低于线路锁定轨温的环境条件下，在250 km/h设计速度的长吉城际铁路现场，完成了3段重伤线路的焊复施工和质量跟踪工作。结果表明：在高铁和重伤线路上，使用气压焊轨车和配套的金属垫轨装置，采用切除伤损钢轨、插入短轨、应力焊施工工艺，采用“先线下焊、后线上应力焊”的倒序施工方法，能保证在“天窗时间”维修时间内一次完成线路焊复施工任务，满足线路锁定设计轨温要求，其作业效率高，施工方便，达到区间钢轨焊接消除铝热焊接头的目的，服役焊头经过一年多的探伤跟踪，无伤损，质量满足TB/T1632《钢轨焊接》标准要求。

无缝线路；重伤钢轨；气压焊接；维修

0　前言

在高速铁路、重载铁路和城市交通交通的运营过程中，不可避免地存在线路钢轨局部伤损问题，需要采取最佳的技术方法进行维修。若线路维修作业方法不当，不仅会影响到线路维护寿命与经济性，还会导致线路锁定轨温的改变，影响无缝线路的稳定性和安全性。

在铁路无缝线路的维修过程中，对于重伤钢轨（含母材和焊接接头）需要切除，并插入短轨重新焊接，按照线路铺设的设计要求，进行两个焊头的焊复维修（含一个接头无应力，另一个接头需按线路设计和实际施工轨温计算拉轨量或拉轨力），期望尽可能使因维修扰动过的线路以方便、快速、高效、经济的作业方式恢复到线路设计的最佳状态。

过去由于钢轨闪光焊接过程需要脉动，对于应力焊接工况的适应性较差，闪光过程难以稳定控制，高品质的线上应力焊接施工关键技术和装备尚属空白，不得不采用铝热焊方法对重伤钢轨进行焊接修复。但是，由于铝热焊接头焊缝组织为铸造组织，接头的塑性和韧性极差，焊头病害多，运营期间断轨率高。如今气压焊轨车已问世，它具有焊接、焊后热处理一机化作业的强大功能。利用现代焊轨先进装备，按照焊复施工质量、效率要求开展探索工作，对于丰富铁路工务维修焊复技术，填补铁路强韧化焊复技术的工程应用空白，具有重要意义。

1　试验条件

1.1试验地点

（1）沟帮子焊轨基地：线路钢轨为U74 60 kg/m旧轨，试验时间为2014年8月3日至2014年8月5日。模拟试验时间为早上8点至11点，该时段气温约30℃。

（2）长吉城际铁路。

a.线路钢轨为鞍钢生产的60 kg/m材质U71MnG、100 m长定尺无螺栓孔新钢轨。正线轨道为一次铺设跨区间无缝线路。焊复作业时间为2014年9月15日至24日，凌晨1点至6点之间，该时段气温约10℃。

b.按行进方向车辆编组为：气压焊轨车—轨道车—平板车—轨道车。由轨道车牵引平板车，平板车上放置新钢轨和小型辅助机具等施工所需器具。

1.2试验设备

采用YHGQ-1200气压焊轨车[1]、焊轨车专用金属垫轨装置[2]以及配套的施工辅助机具。

1.3试验方法

1.3.1垫轨方法

焊轨车焊轨作业时，采用垫轨装置和6根轨距杆（见图1）加固焊轨车下线路，保证线路的稳定性，将静端钢轨20 m范围的扣件全部拆除，在钢轨下面放置好垫轨装置，将待焊钢轨接头处提高约200 mm，动端钢轨采用枕木垫高，调整高度与静端钢轨对齐，方便焊轨车爬坡进行施工作业[3]。

图1　焊轨车爬坡时的垫轨装置和轨距拉杆设置位置示意

为了防止钢轨支垫后作业车发生横向移动，金属轨枕垫必须固定在轨枕上，除了能承受纵向力，还要提供能抵抗作业车可能产生的横向移动。焊轨车就位后，必须在后转向架的轮对前、后均设置铁鞋，防止作业车在自重力的作用下回退，以及焊接顶锻时前冲。

1.3.2插入短轨焊复

试验将线路上的重伤钢轨锯开拆除，插入短轨，按一次作业完成两个接头焊复的施工方法，在天窗点内完成作业，同时线路锁定达到设计要求。

2　试验内容与结果

根据焊轨车焊接、正火一体化施工功能[3]设计了两套焊复作业方案，即焊轨车爬坡顺序焊复和倒序焊复作业法。通过模拟试验和线上试验，探究其工程实用性、安全性和经济性。

2.1顺序焊复试验

首先将插入短轨焊复作业分为1#焊头和2#焊头工位。

顺序焊复作业时，采用垫轨装置先在1#焊头工位进行垫轨，焊轨车爬坡，完成1#焊头的短轨焊后，焊轨车再退回，在2#焊头工位再垫轨，焊轨车再爬坡，按线路锁定要求完成2#焊头的应力焊。

经过试验发现，这种方法需要垫两次轨，1#焊头还需在热态时承受焊轨车通过，作业工序繁琐，并且存在对1#焊头造成损伤的隐患。

2.2倒序焊复试验

根据文献[4]焊轨车先在2#焊头工位进行短轨焊接后，再退车到1#头工位进行垫轨，焊轨车爬坡，按线路锁定要求完成1#焊头应力焊。

图2和图3为“先线下、后线上”倒序焊复施工作业示意，其施工过程为：

图2　倒序焊复的线下短轨2#头施工作业示意

图3　倒序焊复的线上1#焊头应力焊施工作业示意

（1）首先测量施工线路，要求施工轨温小于等于设计轨温，若施工轨温大于设计轨温，需增加辅助降温的技术措施。

（2）根据高速铁路线路要求、线路伤损情况及位置、无缝线路设计轨温、实测轨温，确定插入替换钢轨长度，对施工线路进行排尺作业，确定钢轨焊复位置，即1#焊头和2#焊头位置。

（3）根据实际需要，松开2#头保留段K的扣件，替换段A隔五留一松开扣件，锯轨、除锈、端磨，然后将2#头保留段旧轨拨出线外并垫高，在线下与插入的新轨焊口对齐，如图2所示。

（4）焊轨车开至2#焊头工位，气压焊轨机落下，一次夹持，完成2#头保留段旧轨与新轨的拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业。

（5）松开焊机，收回焊机，焊轨车退出2#焊头工位。

（6）松开替换段A的所有扣件；并松开1#头保留段旧轨距1#头长度20 m以及对侧股20 m的所有扣件，再松开替换段对侧股距1#头对应位置20 m的所有扣件。

（7）根据实际施工条件及公式，准确计算新轨与1#头保留段旧轨的搭接量，再进行锯轨、除锈、端磨。

（8）在1#头保留段线路上设置轨距杆，锁住1#头保留段线路钢轨轨距，并在钢轨下面放置专用垫轨装置，使1#头保留段线路抬高与原线路顺坡。

（9）采用在1#头保留段和替换段拨弯方法，施工如图3所示。拨弯区段宜设置在距1#头焊口70～100 m内，向外向上斜向拨弯，使替换段与1#头保留段钢轨对齐，然后焊轨车爬坡到达1#头工位，焊轨机落下，一次夹持，顺序完成拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业，使焊复扰动区段线路的锁定轨温稳定保持在设计轨温范围之内。

（10）松开焊机，收回焊机，焊轨车退出1#头工位；焊头打磨、探伤、上扣件，调整轨距，恢复线路。

经过试验表明，采用这种倒序焊复方法，只需进行一次垫轨，焊轨车进行爬坡就能完成焊接和焊后热处理的全套焊轨作业，其施工工序简便，大大缩短了作业时间，能够满足“天窗时间”内对重伤线路进行焊复施工。

2.3试验结果与分析

试验在沟帮子焊轨基地和长吉城际铁路线上进行，完成了焊复接头共计11个，其中4个为无应力状态的线下自由焊，7个为线上锁定应力焊。结果如表1、表2所示。

沟帮子焊轨基地的试验接头经过落锤，质量合格。其中，接头B0495断口形貌如图4所示，全断面塑性良好，无缺陷。该接头为U71Mn和U74非同种钢轨焊接，且U74为旧轨，所焊接头性能不如U71Mn同质焊接裂纹源为右侧轨底角上表面未打磨的凸台，有应力集中。接头B0496断口形貌如图5所示，全断面塑性良好，无缺陷，断口较平（接头正火后风冷导致）。裂纹源位于右侧轨底角底部未打磨的凸台，裂纹沿该处向内扩展。该处凸台凸起并没有接头B0495明显，造成的应力集中较小；该接头也是U74旧轨对焊。

接头B0502保留于沟帮子基地内线路服役，服役至今未发现任何问题，期间定期对接头进行外观检查及探伤，接头无裂纹等焊接缺陷出现，其焊接质量满足TB/T 1632标准要求[5]。长吉城际铁路上服役的焊复接头，焊后探伤和一年多以来多次探伤跟踪，都未发现伤损情况，质量稳定。

表1　焊复接头试验数据统计

表2　焊复接头质量记录

图4　接头B0495断口形貌

图5　接头B0496断口形貌

由表1和表2可以看出：

（1）气压焊轨车的GPW-1200气压焊机能保证锁定轨温差小于等于30℃的应力焊接接头品质。

（2）在长吉城际铁路第一次试验中，采取了恢复到原线路状态的方案，但是由于原线路的锁定轨温不规范（实际锯开测算结果高达43℃），进而导致焊复后线路的锁定轨温随之过高，不符合施工设计标准要求。虽然该组试验中带应力锁定焊接头B0543超声波探伤合格，接头平直度也符合要求，但由于线路锁定不规范，且无应力的线下焊B0542接头超声波探伤不合格，为保证线路安全，锯下该组试验的两个接头，重新焊接。

（3）B0547-B0548、B0550-B0551和B0552-B0553这三组焊复试验，线路恢复方案均采用了倒序焊复方案，这些接头至今都无缺陷出现，其焊接质量满足TB/T 1632标准要求，接头线上服役状况良好。

（4）采用气压焊轨车进行重伤线路的焊复施工表明，焊接接头的质量优良，能够确保焊复后线路锁定轨温的为设计轨温的理想状态，施工安全、高效、经济，具有实用价值。

3　结论

（1）对于铁路线路重伤区段维修工程，采用气压焊轨车和配套的金属垫轨装置，以及“先线下焊、后线上应力焊、拨弯连入”的倒序施工成套工法，施工方便，焊接、正火一机化作业，焊复作业适用性好。

（2）铁路线路重伤区段采用切除伤损钢轨、插入短轨、YHGQ-1200气压焊轨车的应力焊施工成套工艺，能保证在“天窗时间”维修时间内一次完成线路焊复施工任务，满足线路锁定设计轨温要求。

（3）焊复施工后的服役焊头经过一年多的探伤跟踪，无一伤损情况，并且所有接头的平直度满足TB/T1632《钢轨焊接》标准规定大于160 km/h线路的要求。

（4）在“天窗时间”内一次完成锁定轨温差小于等于15℃的焊复施工，效率高，设备配套、人员配置数量最少，焊复施工安全、高效、经济。

[1]张民安.气压焊轨车研究[D].成都：西南交通大学，2010.

[2]黄正中.一种高铁线路焊复施工专用金属轨枕垫[P].中国∶201420836313.6.

[3]戴虹.一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法[P].中国：201310698927.2.

[4]戴虹.一种高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法[P].中国：201410820466.6.

[5]TB/T1632-2014,钢轨焊接[S].

Application of Changji intercity seriously ill rail welding of gas pressure welding vehicle

LIU Yong1，CHEN Zhixin1，DAI Hong2，HUANG Zhengzhong2，ZHOU Shiheng2，LI Yingnan1，PENG Huiting2
（1.Shenyang Rail Personnel，Shenyang 110000，China；2.Material Scirece and Engineering of Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

Aiming at the technical problem that Changji intercity seriously ill rail welding needs to meet interval rail welding eliminate thermit welding head and completing rail replacement，welding，and locking in the construction at a time，the YHGQ-1200 pressure welded vehicle，using pressure rail welding machine，welding of rail，and normalized one machine operation function，has carried out seriously line welding after exploring simulation experiment，and under lock and rail temperature conditions，the design speed of 250 km/h Changji intercity，has completed three seriously line segments after welding construction work and quality tracking.Results show that the high iron and seriously injured on a line，the use of air pressure and matching metal welded rail car cushion rail device，using resection，insert the short rail，stress injuries rail welding construction technology，the"first line outer welding，after the stress welding "reverse construction method，can guarantee in the maintenance"skylight time"time line after welding construction task at a time，meet the requirement of temperature lock design and rail，and its efficiency is high，construction is convenient，rail welding eliminate thermit welding head to interval，the purpose of serving welding head after more than a year of testing trace，no damage，quality meets the TB/T1632 rail welding standard requirement.

continuously welded rail；seriously ill rail；gas pressure welding；maintain

TG453+.2

A

1001－2303（2016）05－0088-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.05.19

2016－03－20；

2016－04－10

中国铁路总公司资助项目（2012G004-B）

刘勇（1971—），男，吉林人，主要从事高速铁路工务工程的研究工作。