移动闪光接触焊钢轨对位对焊头平直度的影响分析

刘德辉 金能龙

(湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421001)

钢轨焊接分为闪光接触焊、气压焊、铝热焊等焊接方式，其中闪光接触焊是目前应用最广泛的一种焊接方式，小型气压焊已经淘汰，铝热焊主要用于道岔焊接及断轨处理，闪光接触焊用于正线焊接，也简称闪光焊或者接触焊。闪光焊又可以分为移动闪光焊和固定闪光焊，固定闪光焊主要用于500 m长轨条(最常见)的焊接，使用固定闪光焊机，在焊轨厂完成，焊接方式也称为厂焊。500 m长轨条在运输到工地现场后，需要在工地焊接成单元轨节以及形成全区间、跨区间无缝线路，工地使用移动闪光焊机进行焊接，焊接方式也称为工地焊或者现场焊。

1 移动闪光接触焊的焊接工艺

目前我国常用的移动闪光焊机为K922焊机，该焊机稳定性好，焊接质量可靠。钢轨焊接过程是由多个工序组成的，如果某一个工序出现问题都会对钢轨焊头的质量产生影响，焊接工艺如下：

焊前设备检查→轨端打磨→轨端打磨→钢轨对正→焊接→推瘤→正火→粗磨→探伤→精磨及验收。

2 移动闪光接触焊钢轨对位对钢轨焊头平直度控制的影响分析

钢轨焊头质量可以分为内部焊接伤损和外观质量两个部分，内部伤损(未焊合、夹渣等)主要由钢轨探伤工作完成，外观质量主要由焊头平直度和推瘤伤损(推瘤推亏、刮伤等)，钢轨焊头平直度是影响列车安全、平稳、高速运行的重要条件，钢轨焊头平直度的验收标准是非常精密而且严格的，高速铁路验收标准见表1。

钢轨焊头平直度与钢轨焊机对位有直接关系，因为焊机对位过程中直接影响钢轨对位情况，如果钢轨对位出现状况，很容易出现高焊头或者低焊头，在后期矫正中很难矫正完成。焊头矫正后焊头高于1 mm或者低于0.5 mm的应该锯掉重焊,势必带来巨大的经济损失和工期影响。

表1 高速铁路无砟轨道钢轨焊接接头平直度允许偏差

焊轨厂钢轨焊接的对位平台、粗磨平台、调直设备、精磨数控平台都比较成熟、先进，因为整个过程不需要进行对位顺坡，没有轨道限制，焊接质量较好，小的初始不平顺可以通过很多大型机械(电磁正火设备、四向调直机、精磨设备)矫正与打磨来有效保证焊头外观质量。但现场焊接接头的大型数控矫正、打磨设备应用比较少，如果钢轨对位引起的钢轨焊头初始不平顺过大，后期矫正与打磨很难解决钢轨焊头平直度。

常见移动焊机对位过程为：焊前检查焊机，应确认焊机状态正常，电压正常，油位、油温正常，焊机无报警。以3 km/h～5 km/h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2.8 m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。钢轨对位由于轨道限制，需要垫高顺坡，在对位过程中将钢轨焊头焊接处用垫块垫起200 mm左右，垫起一定高度的原因主要是由于方便焊机电极能够顺利夹住钢轨轨腰，垫起的钢轨要逐渐顺坡到一定距离。

钢轨焊接过程中还要预留上拱度，预留上拱度的主要原因是钢轨在加热焊接过程中会出现一定的下沉量，上拱度可以防止下沉出现低焊头。预留上拱度过大，会出现高焊头，预留上拱度过小，会出现低焊头。那么顺坡的良好程度直接影响到预留的上拱度，对位顺坡还会影响到钢轨顶面、工作边以及轨底三角区边缘的错位情况，直接影响到后期钢轨焊接外观质量。

在焊机对位后，考虑到温度影响及焊接后列车通过的影响，在焊接前设置1 mm～2 mm的上拱量，要求轨顶面和工作面错位偏差不应大于0.2 mm，轨底边缘错位偏差不应大于1 mm，并且钢轨焊头两侧钢轨不能出现过大竖向应力和横向应力，防止钢轨焊接完成后，焊头还处于高温半塑型状态，出现上拱、低踏、侧弯等情况，引起平直度不良。

3 移动闪光接触焊钢轨对位对钢轨平直度影响的控制思考

3.1 焊机对位过程中钢轨垫高及顺坡设置思考

钢轨焊机对位过程中，钢轨垫高主要采用垫块或者齿条式起道机等进行将钢轨抬起，一般情况下焊轨机下面采用垫块垫高，焊机前面钢轨用齿条式起道机抬高，垫块常见的有铁质垫块、木质垫块等，这种设计有比较简单、取材容易等优点，但是这种垫高方式稳定性差、精度低。

在焊机对位方面的思考：1)尽量使用铁质垫块，禁止使用木质垫块，对垫块高度进行编号处理，一般精确到mm,例如垫块高度为135 mm ,那么垫块编号为h135,对垫块进行编号的好处在于很容易区分垫块高度，在使用过程中可以迅速找到相关垫块;2)尽量减少齿条式起道机作为最后固定钢轨的垫高工具，因为齿条式起道机承重面较小，钢轨倾斜，很容易造成焊头扭曲、错位等情况，应该对焊机前面钢轨也采用固定架模式，如可以采用铝热焊固定架;3)在每条线焊接前，应该根据线路轨枕、道床和焊机设备的安放位置等情况，理论设计与现场试验，确定合理的钢轨垫块类型和高度，以及相应的调整方式等，为后续大面积焊接做出相关试验数据与技术交底;4)焊机操作人员、技术负责人员要认真对待每一次对位情况，对位情况直接影响钢轨焊头平直度。

3.2 钢轨预留上拱度的设置思考

确定合理的上拱度，上拱度对焊头平直度有直接的影响。预留上拱度数值与钢轨类型、加热温度、垫高方式等一定的内在联系。通常做法都是垫高1 mm～2 mm,数值不够明确，对于后期要求只有0 mm～0.2 mm精度来说，随意性比较大，导致后期打磨的难度增加。

钢轨预留上拱度的思考：1)在作业前应该对相关现场进行分析、现场试验等方式确定合理的预留上拱度，应该要精度达到0.2 mm左右,每0.2 mm做一个档期(如1.2 mm,1.4 mm);2)在钢轨对轨过程中，因为焊机原因，不能现场量测预留上拱度时，必须通过理论分析、现场试验确定相关参数，严格控制垫块距离与垫高高度，在焊接完成冷却后必须进行复核量测，如果出现高焊头(焊头高于0.7 mm)或者低焊头要认真分析，在后续焊接中要调整相关参数，注意积累数据与总结经验。

3.3 钢轨错位的控制思考

钢轨错位主要原因：1)钢轨断面存在钢轨制造、存储、运输、铺设等过程中造成的钢轨断面误差、钢轨扭曲等，工地现场焊接时没有办法进行钢轨断面配轨选型，会导致一定钢轨错位现象出现。2)钢轨对位过程中导致钢轨倾斜、扭曲等现象导致钢轨对位错位现象出现。

钢轨错位的控制思考：1)要严格检查钢轨每个焊头钢轨断面误差，超过规定值的要进行锯掉，重新打磨新的断面。2)在钢轨对位过程中一定要按照要求检查错位情况，尤其对钢轨轨底角的检查，很多时候只注重工作边与轨顶面的检查，而忽略钢轨轨底角的检查，轨底角的错位更能直接反映钢轨倾斜以及扭曲情况。3)要对垫块倾斜度、垫块位置、焊机位置等参数进行实验及理论分析，对于不同钢轨断面采取不同参数的垫块、不同垫块位置，合理消除钢轨断面误差、扭曲带来的错位情况。

4 结语

钢轨焊头平直度的控制，包含焊接过程和打磨过程的控制，焊接过程直接决定焊头的成型，对后期打磨起到至关重要的作用。焊接过程中要严格控制焊机对位，保证钢轨对位准确，使得钢轨平直度得到保证。在现场因天窗点或者工期要求等，很多时候精力放在小型机械打磨上，而对钢轨对位的控制不够严格，理论与试验数据缺乏等情况，导致后期打磨量增加以及打磨难度提高，进一步导致母材打磨超标，甚至出现焊头锯掉重新焊接，使经济成本上升和影响工期。在轨道施工与大修中，利用移动闪光焊机进行焊接时，应该认真考虑焊接对位，开工前进行相关参数实验，合理确定钢轨垫块厚度、垫块设置位置、垫块倾斜度、焊机位置等数据，保证钢轨对位准确，形成良好的焊头初始平直度。