李樺

摘 要：鐵路道軌施工過程中，設(shè)備、操作、工序等細(xì)節(jié)的安全系數(shù)是整個(gè)工程安全系數(shù)和后續(xù)應(yīng)用質(zhì)量的基本保障。本文先系統(tǒng)的分析了在鐵路鋼軌接觸焊接工程中常見的施工工藝，又結(jié)合實(shí)際施工案例分析了此類工程中施工技術(shù)應(yīng)用的細(xì)節(jié)，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)鐵路鋪軌施工更加安全和高效的運(yùn)行提供穩(wěn)定保障。

關(guān)鍵詞：鐵路;鋼軌;接觸焊接

1 無縫線路軌道工程施工中的鋼軌焊接

1.1 概述

無縫線路軌道工程施工是一項(xiàng)大的系統(tǒng)工程，現(xiàn)場(chǎng)鋼軌接觸焊接施工則是其基本的施工環(huán)節(jié)之一。在秦沈線跨區(qū)間無縫線路軌道工程的施工中，我們的基本施工工序?yàn)椋?/p>

（1）路基與底碴的交接;（2）基地焊接長鋼軌;（3）鋪設(shè)長軌軌道;（4）分次鋪碴整道;（5）現(xiàn)場(chǎng)單元軌節(jié)焊接;（6）預(yù)鋪或換鋪大號(hào)碼道岔;（7）軌道的鎖定焊接、應(yīng)力放散、線路鎖定形成無縫線路;（8）精細(xì)整理線路和道岔;（9）軌道的合攏鎖定焊接、應(yīng)力放散、線路（道岔）鎖定，形成跨區(qū)間無縫線路;（10）鋼軌預(yù)打磨;（11）軌檢車檢測(cè)線路、整改線路、竣工驗(yàn)交。

我們目前所著重探討的是無縫線路軌道工程施工中現(xiàn)場(chǎng)鋼軌接觸焊接工序，所以須對(duì)其中的各個(gè)施工環(huán)節(jié)作出明確的分類。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接的施工工序分類

根據(jù)無縫線路軌道工程施工工序的要求，我們將現(xiàn)場(chǎng)的鋼軌焊接分為單元焊、鎖定焊和合攏鎖定焊三類，同時(shí)賦予了明確的作業(yè)內(nèi)容。

單元焊，它是無縫線路軌道工程施工中的一道獨(dú)立的施工工序，即完成單元軌道內(nèi)的鋼軌焊接，形成單元軌道。

鎖定焊，它不是無縫線路軌道工程施工中的一道獨(dú)立的施工工序，而是必須和應(yīng)力放散、線路鎖定結(jié)合在一起才成為一道完整的工序，一般采用先焊接后鎖定的作業(yè)順序。這道工序完成后軌道即形成無縫線路。

合攏鎖定焊，它是將兩部分無縫線路焊連在一起的施工工序，除按鎖定焊作業(yè)內(nèi)容作業(yè)外，還必須遵守?zé)o縫線路的施工規(guī)范，必要時(shí)需在鋼軌處于拉伸的狀態(tài)下進(jìn)行焊接，可采用先部分鎖定后焊接、再全部鎖定的作業(yè)順序。

2 現(xiàn)場(chǎng)鋼軌接觸焊接的工藝要求

鋼軌的閃光接觸焊接與鋁熱焊接不同，鋁熱焊屬于鑄造焊接而閃光焊屬于鍛壓焊接。鋁熱焊利用外加鋁熱焊劑的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，熔鑄鋼軌達(dá)到焊接的目的，而閃光焊接則利用鋼軌的接觸閃光，在不斷燒損鋼軌母材的同時(shí)產(chǎn)生大量的熱，鍛壓鋼軌達(dá)到焊接的目的。在鋁熱焊施工中鋼軌不產(chǎn)生位移，而在閃光焊施工中鋼軌要產(chǎn)生整體位移，軌道中會(huì)出現(xiàn)一段不斷增大的缺口。

現(xiàn)場(chǎng)鋼軌閃光焊接的工藝要求與基地車間內(nèi)閃光焊接的工藝要求原則上是一致的。但是由于現(xiàn)場(chǎng)和車間的客觀環(huán)境不同，因此需要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的特點(diǎn)采取相應(yīng)的措施。

2.1 關(guān)于對(duì)中焊接

目前焊軌機(jī)的對(duì)中方式有兩種，即中心線對(duì)中和工作邊對(duì)中。在焊軌生產(chǎn)線上固定式焊軌機(jī)一般均采用工作邊對(duì)中，焊縫工作邊的平直度比較容易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但在施工實(shí)踐中，焊縫工作邊也出現(xiàn)過負(fù)值。所以我們?cè)诩夹g(shù)總結(jié)中也提出，在調(diào)直時(shí)向內(nèi)多調(diào)0.1 mm～0.2 mm。

在移動(dòng)式焊軌機(jī)中兩種對(duì)中方式都有，亦各有利弊。工作邊對(duì)中的設(shè)備優(yōu)點(diǎn)已如上所述，缺點(diǎn)是設(shè)備自重較大（如AMS60型自重6.5 t），中心線對(duì)中設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是焊縫的強(qiáng)度較好，設(shè)備自重較?。ㄈ鏚920型自重3 t，K922型自重3.5 t），缺點(diǎn)是焊縫工作邊的平順性不太容易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但是在調(diào)直時(shí)采取向內(nèi)多調(diào)0.1 mm～0.2 mm的措施，經(jīng)過細(xì)致的打磨，工作邊的平直度也能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 關(guān)于保壓推瘤

在車間的焊軌生產(chǎn)線上這一問題并不存在，生產(chǎn)線（沿鋼軌的縱向）已經(jīng)調(diào)置為水平狀態(tài)，鋼軌焊接時(shí)活動(dòng)端的鋼軌長僅為25 m，并支承在生產(chǎn)線的滾道上。在焊接的全過程中，活動(dòng)端的鋼軌不會(huì)對(duì)鋼軌的焊縫產(chǎn)生反力，因此也不存在保壓問題。

在現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接中情況則不同，現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接時(shí)活動(dòng)端的鋼軌長為500 m～2 000 m（重30 t～120 t），而且如此長鋼軌往往還在12‰的坡道上，盡管其同樣支承在滾道上（滾道的間距不同），在焊接過程中，活動(dòng)端的長鋼軌因拉力和拉伸力的存在，將會(huì)對(duì)焊縫產(chǎn)生反力。如果在焊接剛完成之際就松開夾鉗進(jìn)行推瘤作業(yè)，則焊縫將因無力承受此反力而嚴(yán)重影響焊縫的焊接質(zhì)量，甚至于開焊。因此必須強(qiáng)調(diào)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的閃光焊接，在焊縫軌溫降至300℃～500℃以前必須保壓，以確保焊接質(zhì)量。

2.3 關(guān)于正火工藝

按照正火工藝的要求，在軌溫降至500℃以下之后，再將鋼軌加溫至910℃左右，而此時(shí)的鋼軌焊縫亦不能承受外力，所以必須在線路鎖定之后（或部分鎖定之后）再進(jìn)行正火作業(yè)。

其它焊接工藝要求亦必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，研制和使用相應(yīng)的機(jī)具。

3 現(xiàn)場(chǎng)鋼軌閃光焊接的力學(xué)分析

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施閃光焊接時(shí)鋼軌將受到三種力，一是使鋼軌整體位移的拉力（FW），二是使鋼軌拉伸變形的拉伸力（FB），三是鋼軌焊接時(shí)的頂鍛力（FD）。FW與外部阻力相關(guān)、FB與鋼軌內(nèi)部的溫度力相關(guān)、FD約為450 kN～500 kN。

3.1 FW的計(jì)算

已知的外部條件為鋼軌60 kg/m、長度2 000 m、坡道12‰，鋼軌在移動(dòng)時(shí)每隔10 m～12 m放置一個(gè)滾筒（滾動(dòng)軸承）。

FW = P×（μW+μQ+μP）

μW為鋼軌移動(dòng)摩擦系數(shù)（取0.054）、μQ為曲線阻力系數(shù)（取0.000 2）、μ′P為坡道阻力系數(shù)（0.012）。

10 m鋼軌簡支狀態(tài)下，中間撓度為a==11.6 mm，相當(dāng)于11.6/5 000=2.3‰的坡道，μP=0.012+0.002 3=0.014 3。

FW=1 200×0.068 5=82.2 kN

3.2 FB的計(jì)算

若采用連續(xù)閃光焊工藝，則鋼軌的總消耗量為42 mm～

45 mm;若采用脈動(dòng)閃光焊工藝，則鋼軌的總消耗量為27 mm

～30 mm。

鋼軌的熱脹冷縮線性變化為ΔL=α×Δt×L（α=11.8×

10-6/℃），即每1 000 m鋼軌每增加1℃伸長11.8 mm，則30 mm的鋼軌消耗量相當(dāng)于1 000 m鋼軌2.54℃的溫度變化量。

60 kg/m鋼軌的溫度力公式為 Pt=EFα×Δt =19×Δt（kN），所以30 mm鋼軌伸長量相當(dāng)于1 000 m鋼軌的溫度力FB=

48.26 kN。

在實(shí)際施工中，可以根據(jù)不同的工況（活動(dòng)端的鋼軌長度、施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的軌溫、施工所用機(jī)具的拉伸力、拉伸行程等因數(shù)）進(jìn)行施工組織。

4 現(xiàn)場(chǎng)鋼軌閃光焊接施工工藝

4.1 單元焊施工

根據(jù)鋼軌閃光焊接工藝的特點(diǎn)，在工序安排上宜提前進(jìn)行單元焊，如可以在鋪設(shè)長軌軌道之后即進(jìn)行單元焊作業(yè)，其作業(yè)內(nèi)容為：

（1）拆除固定端軌道25 m和活動(dòng)端500 m軌道的十分之一彈條扣件;（2）將500 m鋼軌打起，在鋼軌下面每隔10 m放置一個(gè)滾筒;（3）進(jìn)行鋼軌閃光焊接、正火、調(diào)直、打磨、探傷等作業(yè);（4）左右股鋼軌先后協(xié)調(diào)作業(yè);（5）確認(rèn)焊縫合格后，打起500 m鋼軌抽出鋼軌下面的滾筒，上好十分之一的彈條扣件;（6）每日施工完成后，對(duì)出現(xiàn)的軌道缺口應(yīng)填以相應(yīng)的短軌，兩端用無孔接頭予以可靠的連接，確保行車安全。

4.2 鎖定焊施工

線路經(jīng)分層鋪碴整道達(dá)到初期穩(wěn)定狀態(tài)之后，即可進(jìn)行線路鎖定作業(yè)。由于線路鎖定作業(yè)是由后向前順序作業(yè)，所以其中的鎖定焊施工可采用先焊接后鎖定的作業(yè)順序。此時(shí)的鎖定焊作業(yè)內(nèi)容與單元焊施工作業(yè)內(nèi)容基本相同。鎖定焊作業(yè)完成之后進(jìn)行應(yīng)力放散、線路鎖定作業(yè)。

4.3 合攏鎖定焊施工

合攏鎖定焊施工可分為兩種情況，一是在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍以內(nèi)施工，二是在低于設(shè)計(jì)鎖定軌溫時(shí)施工。

4.3.1 在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍以內(nèi)施工

在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍以內(nèi)實(shí)施合攏鎖定焊施工時(shí)，若鎖定的活動(dòng)端鋼軌長度為1 000 m，其作業(yè)內(nèi)容為：

（1）拆除固定端軌道25 m和活動(dòng)端1 000 m軌道的全部彈條扣件，將活動(dòng)端1 000 m鋼軌打起，在鋼軌下面每隔10 m放置一個(gè)滾筒;（2）對(duì)活動(dòng)端的1 000 m鋼軌進(jìn)行應(yīng)力放散;（3）應(yīng)力放散后，焊縫處活動(dòng)端鋼軌與固定端鋼軌相互重迭的長度（L′）應(yīng)為：①作業(yè)時(shí)軌溫=實(shí)際鎖定軌溫，則L′=閃光焊接的消耗量，焊接時(shí)可用挑曲線的方法，②作業(yè)時(shí)軌溫=實(shí)際鎖定軌溫-2.54℃（對(duì)于脈動(dòng)閃光焊而言），則L′=0;（4）進(jìn)行鋼軌閃光焊接、正火、調(diào)直、打磨、探傷等作業(yè);（5）左右股鋼軌先后協(xié)調(diào)作業(yè);（6）確認(rèn)焊縫合格后，打起1 000 m鋼軌抽出鋼軌下面的滾筒，上好全部彈條扣件。

4.3.2 在低于設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍時(shí)施工

在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍以下實(shí)施合攏鎖定焊施工時(shí)，若鎖定的活動(dòng)端鋼軌長度為1 000 m，其作業(yè)內(nèi)容為：

（1）拆除固定端軌道25 m和活動(dòng)端1 000 m軌道的全部彈條扣件，將活動(dòng)端1 000 m鋼軌打起，在鋼軌下面每隔10 m放置一個(gè)滾筒;（2）對(duì)活動(dòng)端的1 000 m鋼軌進(jìn)行應(yīng)力放散;（3）應(yīng)力放散后，焊縫處活動(dòng)端鋼軌與固定端鋼軌的間距（L″）應(yīng)為：L″=軌溫相當(dāng)于實(shí)際鎖定軌溫的拉伸量-閃光焊接的消耗量，多余的鋼軌應(yīng)予切除;（4）如果焊軌機(jī)夾鉗的行程小于鋼軌拉伸量與閃光焊接的消耗量之和，則需要采用鋼軌拉伸器先將鋼軌拉伸，其拉伸量等于L″與閃光焊接消耗量之和（拉伸時(shí)須撞擊或擊打鋼軌，盡量做到均勻拉伸）;（5）先將前800 m～900 m鋼軌放下并進(jìn)行鎖定作業(yè)，然后松開鋼軌拉伸器，此時(shí)所剩100 m～200 m

鋼軌的伸縮量（2.36 mm/℃）應(yīng)≤焊軌機(jī)行程-閃光焊接的消耗量，否則應(yīng)在軌溫適當(dāng)升高時(shí)再作業(yè)（注意，此時(shí)作業(yè)應(yīng)遵守?zé)o縫線路的施工規(guī)范）;（6）進(jìn)行鋼軌閃光焊接、正火、調(diào)直、打磨、探傷等作業(yè);（7）左右股鋼軌先后協(xié)調(diào)作業(yè);（8）確認(rèn)焊縫合格后，打起100 m～200 m鋼軌抽出鋼軌下面的滾筒，上好全部彈條扣件。

5 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)鐵路秦沈線跨區(qū)間無縫線路軌道工程的預(yù)算進(jìn)行分析，可知經(jīng)濟(jì)效益的提升十分明顯，同時(shí)鋪架的安全系數(shù)和工期也能夠得到保障，社會(huì)效益良好。

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