鐵路重傷鋼軌倒序焊復(fù)維修關(guān)鍵技術(shù)

彭輝挺，戴 虹，黃正中，周世恒，黃建平

（西南交通大學(xué)，四川成都610031）

鐵路重傷鋼軌倒序焊復(fù)維修關(guān)鍵技術(shù)

彭輝挺，戴 虹，黃正中，周世恒，黃建平

（西南交通大學(xué)，四川成都610031）

針對(duì)鐵路重傷鋼軌采用鋁熱焊方法維修接頭病害多、運(yùn)營(yíng)期間斷軌率高的工程問題，采用YHGQ-1200氣壓焊軌車，其上配置全自動(dòng)數(shù)控氣壓焊軌機(jī)。采用倒序法焊復(fù)施工，即焊軌車先在線下對(duì)插入軌的前端進(jìn)行無應(yīng)力焊接，焊后保壓正火熱處理，然后插入軌入槽，焊軌車退回停車位，再采用金屬軌枕墊將距插入軌后端焊口20 m鋼軌墊高，焊軌車爬坡至焊接工位，在線上進(jìn)行應(yīng)力焊接和焊后保壓正火熱處理。采用氣壓焊軌車這種在線焊復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)化施工技術(shù)，作業(yè)過程安全，工藝穩(wěn)定性良好，焊頭品質(zhì)優(yōu)異，一次焊接鎖定作業(yè)高效，施工方案簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。

鋼軌；焊復(fù)維修；氣壓焊接；強(qiáng)韌化

0 前言

在鐵路無縫線路的運(yùn)營(yíng)過程中，由于存在著諸多復(fù)雜因素，往往會(huì)發(fā)生鋼軌傷損問題，期望采用優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的維修技術(shù)進(jìn)行維修。如果無縫線路維修作業(yè)不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致線路鎖定軌溫的改變，影響無縫線路的穩(wěn)定性和安全性，還涉及到線路維護(hù)經(jīng)濟(jì)性。

目前，我國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼軌焊接方法有閃光焊、鋁熱焊、氣壓焊、鋁熱焊[1]等。在鐵路無縫線路維修工程中，重傷鋼軌（含母材和焊接接頭）在切除傷軌、插入新鋼軌之后，因閃光焊過程需要脈動(dòng)，對(duì)線上帶應(yīng)力焊接工況閃光過程難以穩(wěn)定控制，其適應(yīng)性較差，必須采用鋁熱焊方法對(duì)兩個(gè)接頭進(jìn)行焊復(fù)。采用鋁熱焊方法焊復(fù)的接頭有病害多、運(yùn)營(yíng)期間斷軌率高的突出問題。如今的氣壓焊軌車具有拉軌、焊接、焊后熱處理一機(jī)化作業(yè)的強(qiáng)大功能，利用這種先進(jìn)焊軌裝備探索焊復(fù)施工關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于豐富無縫線路維修技術(shù)理論以及工程應(yīng)用具有高實(shí)用價(jià)值，可填補(bǔ)重傷鋼軌強(qiáng)韌化焊復(fù)維修技術(shù)空白。

1 焊復(fù)條件

1.1 焊復(fù)裝備

采用我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的YHGQ-1200氣壓焊軌車[2]，利用其上配置的GPW-1200氣壓焊軌機(jī)，在線路鎖定焊接和熱處理一機(jī)化作業(yè)施工方法[3]的基礎(chǔ)上，根據(jù)“天窗時(shí)間”內(nèi)完成重傷線路焊復(fù)維修要求，設(shè)計(jì)焊復(fù)維修技術(shù)。

1.2 焊復(fù)條件

焊復(fù)施工軌溫低于或等于設(shè)計(jì)軌溫。

1.3 焊復(fù)目標(biāo)

對(duì)于焊復(fù)維修施工所需松開的線路，即擾動(dòng)過的區(qū)段，經(jīng)過焊復(fù)一次維修后，均應(yīng)恢復(fù)到原線路設(shè)計(jì)軌溫。

2 焊復(fù)方法

2.1 倒序焊復(fù)工法

氣壓焊軌車先進(jìn)行遠(yuǎn)工位2#頭的無應(yīng)力線下自由焊，再退車進(jìn)行近工位1#頭的帶應(yīng)力線上鎖定焊[4]?！跋染€下焊、后線上的倒序焊”施工作業(yè)如圖1、圖2所示。

圖1 線下焊2#頭施工作業(yè)

（1）首先測(cè)量施工線路，要求施工軌溫小于等于設(shè)計(jì)軌溫，若施工軌溫大于設(shè)計(jì)軌溫，需增加輔助降溫的技術(shù)措施。

（2）根據(jù)高速鐵路線路要求、線路傷損情況及位置，確定插入鋼軌長(zhǎng)度A，對(duì)施工線路進(jìn)行排尺作業(yè)，確定鋼軌焊復(fù)位置，即無應(yīng)力焊接2#頭和帶應(yīng)力焊接1#頭位置。

（3）根據(jù)實(shí)際需要松開2#頭保留段K m長(zhǎng)的扣件，替換段隔5留1松開扣件，鋸軌、除銹、端磨，然后將2#保留段舊軌撥出線外并墊高，在線下與插入的新軌焊口對(duì)齊，如圖1所示。

（4）焊軌車開至2#頭工位，氣壓焊軌機(jī)落下，一次夾持，完成2#頭保留段舊軌與新軌的拉軌、焊接、噴風(fēng)冷卻、保壓熱處理施工作業(yè)，該焊頭為無應(yīng)力線下焊接。

（5）松開焊機(jī)，收回焊機(jī)，焊軌車退出2#頭工位。

（6）松開替換段舊軌長(zhǎng)度A m的所有扣件；并松開1#頭保留段舊軌距1#頭長(zhǎng)度20 m以及對(duì)側(cè)股20 m的所有扣件，再松開替換段對(duì)側(cè)股距1#頭對(duì)應(yīng)位置20 m的所有扣件。

（7）根據(jù)實(shí)際施工條件及搭接量計(jì)算公式準(zhǔn)確計(jì)算新軌與1#頭保留段舊軌的搭接量，再進(jìn)行鋸軌、除銹、端磨。

（8）在1#頭保留段線路上設(shè)置軌距桿，鎖住1#頭保留段線路鋼軌軌距，并在鋼軌下面放置專用墊軌裝置，使1#頭保留段線路抬高產(chǎn)生一個(gè)與原線路順坡。

（9）采用在1#頭保留段和替換段撥彎方法，施工時(shí)如圖2所示。撥彎區(qū)段宜設(shè)置在距1#頭焊口70～100 m內(nèi)，向外向上斜向撥彎，使替換段與1#頭保留段鋼軌對(duì)齊，然后焊軌車爬坡到達(dá)1#頭工位，焊軌機(jī)落下，一次夾持，順序完成拉軌、焊接、噴風(fēng)冷卻、保壓熱處理施工作業(yè)，使焊復(fù)擾動(dòng)區(qū)段線路的鎖定軌溫穩(wěn)定保持在設(shè)計(jì)軌溫范圍之內(nèi)。

（10）松開焊機(jī)，收回焊機(jī)，焊軌車退出1#頭工位；焊頭打磨、探傷、上扣件，調(diào)整軌距，恢復(fù)線路。

2.2 墊軌爬坡焊接

采用YHGQ-1200型氣壓焊軌車的GPW-1200焊軌機(jī)焊接時(shí)，需要將待焊鋼軌接頭處提高約200 mm（加熱器底部留空80mm，軌枕螺栓最大高度120 mm）。由于現(xiàn)有的YHGQ-1200焊軌車無法采用原配液壓支腿直接將車前端抬高至焊接要求的200 mm高度，因此試驗(yàn)采用專用墊軌裝置[4]（見圖3）和6根軌距拉桿加固焊軌車下線路鋼軌的穩(wěn)定性，并按如圖4所示方法墊高鋼軌、焊軌車爬坡進(jìn)行施工作業(yè)。

圖3 專用墊軌裝置

圖4 焊軌車爬坡時(shí)的專用墊軌裝置和軌距拉桿設(shè)置位置（單位：mm）

將近端鋼軌20 m范圍的扣件全部解除，在鋼軌下面放置好墊軌裝置，保證焊接部位鋼軌抬高200 mm，即在前轉(zhuǎn)向架的前輪對(duì)處升高145 mm，后輪對(duì)處升高115 mm。通過在近端鋼軌下設(shè)置墊軌裝置和軌距拉桿，保證作業(yè)時(shí)焊軌車爬升到指定位置進(jìn)行焊軌作業(yè)。動(dòng)端鋼軌只需用枕木墊高，調(diào)整高度與靜端鋼軌對(duì)齊即可。

為了防止鋼軌支墊后作業(yè)車發(fā)生橫向移動(dòng)，金屬軌枕墊必須固定在軌枕上，除了能承受縱向力，還要提供能抵抗作業(yè)車可能產(chǎn)生的橫向移動(dòng)。焊軌車就位后，必須在后轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)處前、后均設(shè)置鐵靴，防止作業(yè)車在自重力的作用下回退以及焊接頂鍛時(shí)前沖。

采用這種“先線下、后線上的倒序焊”方法施工作業(yè)[4]，只需進(jìn)行一次墊軌，焊軌車爬坡，就能完成焊接和焊后熱處理的全套焊軌作業(yè)，其施工工序簡(jiǎn)便，大大縮短了作業(yè)時(shí)間，能夠保證在“天窗時(shí)間”內(nèi)完成該段線路的焊復(fù)維修工作。

2.3 撥彎連入法

撥彎連入法是指將焊縫附近一段鋼軌不鎖定，預(yù)留插入新軌與線上舊軌之間的搭接量，在遠(yuǎn)端撥彎，焊軌完成后得到所需的設(shè)計(jì)鎖定軌溫，便可一次鎖定該段線路，不需對(duì)線路進(jìn)行二次放散[5]。

搭接量是指插入軌與線上鋼軌焊接完第一個(gè)無應(yīng)力焊接接頭之后，全部鋼軌位于線上墊軌200mm起拱完成后，未撥彎前無應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，焊接第二個(gè)焊接接頭時(shí)的待焊端面之間的搭接量大小。具體計(jì)算公式為

式中ΔX為搭接量，指未撥彎前的兩端鋼軌支墊好之后的搭接量（單位：mm）；B為單個(gè)焊接接頭的頂鍛量（單位：mm）；C為調(diào)節(jié)參數(shù)（施工時(shí)給線路提高鎖定軌溫的調(diào)節(jié)值），C=2 mm；D為墊軌200 mm起拱引起的長(zhǎng)度增量，D＝2 mm；T為設(shè)計(jì)鎖定軌溫（單位：℃）；T0為施工軌溫（單位：℃）；L為拆開扣件總長(zhǎng)，包括插入軌長(zhǎng)度（單位：m）；α為鋼軌溫度線長(zhǎng)系數(shù)，α=0.011 8 mm/m·℃。

針對(duì)式（1）中設(shè)計(jì)鎖定軌溫T的不同，設(shè)計(jì)了三種線路恢復(fù)方案：

（1）方案1。氣壓焊機(jī)的作業(yè)能力測(cè)試方案，即通過設(shè)置不同的設(shè)計(jì)鎖定軌溫T1，使其與施工軌溫差ΔT達(dá)到最大上限值，從而對(duì)焊機(jī)的施工作業(yè)能力進(jìn)行測(cè)試。

（2）方案2。線路焊復(fù)后，自動(dòng)恢復(fù)至原線路狀態(tài)，即通過線路剛鋸開時(shí)鋼軌拉開的軌縫，根據(jù)式（2）計(jì)算原線路的鎖定軌溫T2，使焊復(fù)后線路恢復(fù)至原線路狀態(tài)

式中ΔL為軌縫（單位：mm）；d為鋸片厚度，d=5 mm；T2為原線路鎖定軌溫（單位：℃）；T0為施工軌溫（單位：℃）；L為拆開扣件總長(zhǎng)（單位：m）；α為鋼軌溫度線長(zhǎng)系數(shù)，α=0.011 8 mm/m·℃。

（3）方案3。焊復(fù)作業(yè)后，重新恢復(fù)設(shè)計(jì)鎖定軌溫，即根據(jù)高速鐵路線路鋪設(shè)要求，糾正原線路鎖定軌溫誤差，重新將松開的焊復(fù)區(qū)段線路恢復(fù)到設(shè)計(jì)鎖定軌溫T3，確保焊復(fù)區(qū)段線路鎖定軌溫符合設(shè)計(jì)軌溫標(biāo)準(zhǔn)要求。

上述三種方案通過試驗(yàn)加以驗(yàn)證，評(píng)價(jià)其接頭強(qiáng)韌性，維修工法的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3 結(jié)論

（1）采用氣壓焊軌車和倒序焊施工方法進(jìn)行重傷線路焊復(fù)維修，只需進(jìn)行一次焊軌作業(yè)，用時(shí)150min，能夠在“天窗時(shí)間”內(nèi)完成焊復(fù)施工任務(wù)。

（2）采用“撥彎連入法”施工方法進(jìn)行施工，能夠滿足一次換軌，零放散施工要求。

（3）采用焊接、正火熱處理一機(jī)化作業(yè)的恒位移控制工藝，焊軌機(jī)通過自動(dòng)補(bǔ)償鎖定軌溫所需的拉軌力，能可靠保證焊軌作業(yè)過程與型式試驗(yàn)工藝的一致穩(wěn)定，完全滿足鎖定軌溫差小于等于15℃的帶應(yīng)力焊接接頭品質(zhì)。

（4）采用該套焊復(fù)技術(shù)對(duì)鐵路重傷線路進(jìn)行焊復(fù)維修，其施工效率高，設(shè)備配套、人員配置數(shù)量最少，其焊軌施工安全、高效、經(jīng)濟(jì)。

[1]TB/T1632，,鋼軌焊接[S].

[2]劉國(guó)用.自行式焊軌車線上焊施工技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究[D].四川：西南交通大學(xué)，2014.

[3]戴虹，許建明，徐其瑞，等.一種線路鎖定焊接和熱處理一機(jī)化作業(yè)施工方法[P].中國(guó)：2013106989272.

[4]黃正中，王斌遠(yuǎn)，許建明，等.一種高鐵線路焊復(fù)施工專用金屬軌枕墊[P].中國(guó)：2014208363136.

[5]戴虹，周世恒，許建明，等.一種高速鐵路線路在線高品質(zhì)永久焊復(fù)施工方法[P].中國(guó)：2014108204666.

Key technology of railway injuries rail welding after repair in reverse chronological order

PENG Huiting，DAI Hong，HUANG Zhengzhong，ZHOU Shiheng，HUANG Jianping
（Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

For using aluminium heat welding method to repair joint disease more，during the operation of high rate of broken rail，the YHGQ-1200 pressure welded rail car is used，the configuration of automatic numerical control air pressure on the rail welding machine. Welding reverse method after construction methods，namely welded rail car in the first line to stress free welding of plugged into the front end of the orbit，the holding is heat treatment after welding，then injecting into the trough，return welded rail car parking spaces，and then use a metal sleeper mat insert from orbit back-end joint 20 meters high rail pad，welded rail car climbs to the welding station，online on welding stress and pressure are heat treatment after welding.Welding with the air pressure welded rail car this online after the standardization of the construction technology，process safety，process stability is good，the welding quality is excellent，a welding locking operation efficiency，construction scheme is simple and economic.

rail；welding after maintenance；gas pressure welding；strengthening and toughening

TG453+.2

A

1001－2303（2016）06－0023-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.06.05

2016-01-12

中國(guó)鐵路總公司《大型養(yǎng)路機(jī)械—焊軌車線上焊施工技術(shù)研究》資助項(xiàng)目（2012G004-B）

彭輝挺（1990—），男，福建廈門人，在讀碩士，主要從事自動(dòng)化加工的研究。