钢轨焊头平直度控制与廓形控制技术研究*

金能龙，左世鑫

（1.湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002；2.中铁一局集团新运工程公司，陕西 咸阳 712000）

正线钢轨焊接目前主要采用闪光焊或数控气压焊进行焊接，闪光焊可以分为厂焊和现场焊，道岔现场采用铝热焊进行焊接。现场钢轨焊接完成后，要通过打磨使钢轨焊头平直度和廓形符合标准。

1 现场闪光焊或气压焊焊头平直度控制

现场闪光接触焊主要采用移动闪光焊机或者移动气压焊机进行焊接。移动闪光焊机和气压焊机在焊接过程中，由于现场环境不佳（露天作业）和现场条件不适合配备很多大型辅助机械，钢轨在焊接过程中容易出现对位不准确，从而导致产生高焊头、低焊头、错边扭曲焊头等情况。闪光焊接完成后还要对钢轨焊头进行正火处理，正火处理过程中存在钢轨内部受力、正火温度过高等情况，导致焊头平直度和焊头廓形发生变化，难以打磨矫正。

现场闪光焊或气压焊焊接对位、正火过程对焊头廓形与平直度的影响至关重要。由于重打磨、轻焊接的对位与正火控制，导致多数现场焊头打磨量大、少数焊头平直度及廓形未达到规范要求等情况出现。虽然在正火过程中采用热矫正方式进行焊头平直度矫正是一种可行、有效的方式，但是利用正火进行热矫正必须先做好实验数据分析，在正火过程中如果单凭感觉进行矫正会导致焊头平直度严重不良及焊头扭曲。闪光焊或气压焊焊头在采用热打磨进行粗磨时，一定要预留足够的降温回缩量，避免焊头降温后出现低焊头的现象和精磨预留量不足的问题。

现场焊接过程中还存在闪光焊、气压焊现场钢轨焊接人员与钢轨打磨人员的管理分离，焊接人员与打磨技术人员沟通交流不多，联合整治高焊头、低焊头情况的实验也比较少，导致现场焊头对位源头控制不好。

2 现场铝热焊焊头平直度控制

铝热焊主要用于道岔焊接及断轨修复，铝热焊区别于闪光焊及气压焊的地方在于：由于铝热焊的对位情况比闪光焊、气压焊要好，因此钢轨出现高焊头、低焊头的情况比较少；铝热焊打磨量比较大，必须采用热打磨方式进行打磨；仅需将铝热焊轨腰、轨底部分打磨至光滑圆顺，使其能够减少应力集中现象和去除毛刺；铝热焊焊头没有采用正火工艺。

铝热焊焊头平直度控制较现场闪光焊及气压焊相对容易，在铝热焊焊头平直度及廓形控制中，需及时利用热打磨进行焊头粗磨，粗磨要考虑温度影响和预留足够的精磨打磨量，保证精磨过程中不出现打亏现象。同时，由于铝热焊焊头推瘤后余量较大，在粗磨及精磨中要对钢轨廓形采用边观察边打磨的方式，特别是在精磨过程中要防止廓形不一致、母材超打磨等情况的发生。

3 钢轨焊头平直度控制与廓形控制

1）钢轨对位不良导致焊头出现错边及扭曲，在后期热矫正、打磨过程中无法消除。钢轨焊头顶面、工作边平直度对位不良及上拱度预留不合适，虽然可以在热矫正、打磨中消除一部分，但是平直度严重不良的焊头无法消除。因此，钢轨焊头对位是控制焊头质量的关键。要强化焊接后质量检查、粗磨过程质量检查，及时对检查数据进行分析，调整钢轨对位参数。钢轨焊接对位时，要用专用垫块将钢轨垫高并进行精细管理，按照不大于2‰坡度进行设置。

2）闪光焊及气压焊中钢轨正火过程对焊头平直度及钢轨廓形都有一定的影响。钢轨内部如果存在正弯矩会导致焊头在正火过程中下沉从而产生低焊头，如果存在负弯矩会导致焊头在正火过程中上拱变形；钢轨内部存在的拉应力较大会导致焊头被拉细，特别是高温焊接钢轨没有及时正火，在夜间温度比较低或者无缝线路存在巨大拉应力情况下进行正火，会导致焊头被拉细，廓形被严重破坏，进而导致焊头报废。在钢轨存在巨大压应力情况下正火，会导致钢轨变形，廓形与平直度难以保证。钢轨正火过程中，尽量采用电磁正火设备，特殊情况下采用氧气乙炔正火时，要及时观测温度及控制正火距离，避免过烧及正火范围偏离，导致焊头下踏变形、热影响区范围变大。钢轨矫正宜在正火过程中进行，矫正前要做好预案，要分析钢轨内部温度应力情况，防止正火矫正效果不到位或者焊头破坏。正火完成后，钢轨矫正宜在轨温20℃以上时进行，尽量采用加热矫正，加热温度不超过300℃。

3）钢轨粗磨对焊头平直度和廓形有较大的影响，特别是选择高温粗磨时，要做好预留量，严禁出现超打磨的情况，精磨时避免低焊头或者轨底凹陷、廓形不良的情况。钢轨粗磨过程中尽量采用仿形打磨机打磨钢轨顶面和钢轨工作边。

4）钢轨精磨是焊头平直度及钢轨廓形成型的最后一关，也是至关重要的一关。精磨前，检查焊接接头错边量及推凸余量，并检查是否存在裂纹、明显压痕、划伤、碰伤、电极灼伤等损伤[1]，如果余量超标或者出现损伤，应及时处理或者判废。根据钢轨粗磨后状态合理制定精磨方案是精磨效果良好的前提。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[2]。对于确实存在高焊头、低焊头且无法通过精磨进行处理的，要采用热矫正方式进行矫正处理，必要时要切除重焊。不能利用打亏母材方式进行精磨，更不能因为规范中仅需检查焊头1 m范围平直度而将焊头两侧打亏，从而满足高焊头的假象，导致钢轨母材被人为打磨成坑洼状态。精磨过程中，要统筹达成焊头平直度良好及钢轨廓形状态良好，要边打磨边测量以保证焊头打磨质量，要控制好进刀力度，注意钢轨廓形光滑圆顺程度，严禁局部打亏或者打磨灼伤发蓝情况。

4 结束语

焊头平直度和钢轨廓形是影响钢轨轮轨接触关系的重要内容，现场钢轨焊头打磨是焊头质量控制的重要一环。本文对不同焊接方式下的钢轨对位、正火处理、热矫正、粗磨、精磨等进行全方位实验研究，并对研究数据进行分析，制定详细合理的钢轨焊头平直度控制措施，保证焊头质量和减少返工数量，提高施工经济效益。另外，在工程施工中，一些现场焊接、正火、打磨人员为劳务派遣人员，其对于专业知识的学习不够，质量意识较低，导致现场钢轨焊头打磨质量不高，工程单位要加强钢轨焊接、打磨等过程中人员技能和素质的培养，从而保证焊头质量。