電子測量方式下高速鐵路鋼軌焊接接頭平直度控制方法的研究

宋宏圖，張紅衛，王永建，丁 韋，高振坤

(1.中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京 100081;2.中鐵十二局集團有限公司第三工程公司，山西太原 030024;3.中鐵十一局集團第三工程有限公司，湖北武漢 430071)

跨區間無縫線路的焊接接頭部位的軌道幾何狀態較難保持優良狀態，而鋼軌焊接接頭的初始平直度對日后運營中接頭部位的幾何平順性具有重要影響。由于焊接熱影響和接頭對接的特定結構形式，在施工中應保障焊接接頭焊后及熱處理后的接頭平直度良好，及確保外形精整?，F階段，我國鐵路建設單位和工務養護單位進行現場接頭外形精整時，主要采用直尺和塞尺的三點式前后測量，打磨采用仿形打磨機。前后測量時必須要了解接頭的平直度狀況才能判斷打磨范圍和打磨量，而傳統的接觸式測量方式受限于固有精度，無法給予后期打磨足夠準確的數據，這就會影響打磨質量。有鑒于此，為進一步提高高速鐵路鋼軌接頭平直度質量，大范圍采用電子測量方式以提供精準的打磨參數。本研究通過使用電子平直度儀測量接頭平直度，依據測量結果制訂打磨方案，控制打磨過程，實現高速鐵路接頭平直度控制。

1 打磨方案及平直度目標

電子測量量測范圍為1 m，每隔5 mm自動進行采樣，共測量200個點，將數據連線，繪出該接頭的平直度曲線。實際接頭精整作業前，在鋼軌溫度處于設計鎖定軌溫范圍時，測量鋼軌焊接接頭平直度，記錄測量時的軌溫。結合該接頭測量獲得的平直度曲線，可獲得以下信息:

1)接頭軌頂面的平直度變化趨勢(判斷軌頂面打磨長度);

2)接頭工作邊的平直度變化趨勢(判斷工作邊打磨長度);

3)接頭軌頂面和工作邊的錯邊情況(判斷打磨長度);

4)接頭軌頂面最大值和最小值(確定打磨深度);

5)超過規定值的長度及部位(確定重點打磨區域)。

高速鐵路接頭平直度要求為軌頂面平直度0～0.2 mm/m，不允許出現低接頭。工作邊平直度要求為－0.2～0 mm/m，不允許向軌距減少方向突出?？紤]到后續工程車輛行駛及一定的接頭沉降，內控成品接頭軌頂面平直度為軌頂面上拱量0.2～0.4 mm/m，工作邊平直度為－0.2～0 mm/m，不允許向軌距減少方向突出。

2 平直度控制方法實例

2.1 軌頂面平直度控制方法

進行接頭精整前，測量經粗磨及正火后的接頭軌頂面平直度曲線見圖1。由該實測曲線可以看出，對軌、夾持焊接和正火矯直這三個在接頭精整前的軌頂面平直度控制工序控制效果較好，鋼軌焊接接頭在以焊縫為中心的1 m范圍內，軌頂面平直度測量曲線呈上拋物線形，沒有接頭錯邊超標的情況，最高點高度為0.66 mm，說明上拱量控制合理，屬于滿足接頭精整條件的合格接頭。同時，根據測量結果可以確定主打磨范圍為接頭左側165 mm至右側285 mm(圖中虛線標識區域)，其他部位輔助過渡打磨即可，總體打磨長度未超過標準規定，最大打磨深度為0.66 mm－0.20 mm=0.46 mm(最高點值－下限值=最大打磨深度)，合理打磨深度為0.66 mm－0.40 mm=0.26 mm(最高點值－上限值=合理打磨深度)，打磨深度未超過標準規定，該接頭可進行打磨。

圖1 接頭精整前實測的軌頂面平直度曲線

確定打磨范圍及打磨深度后，并將打磨范圍于焊接接頭上進行標識后，結合仿形打磨機特點，制訂該接頭的具體打磨工藝為:兩次打磨，首次打磨進刀0.20 mm，重點對主打磨區進行處理，兼顧對主打磨區之外的過渡;復測接頭平直度，結合首次打磨后的結果進行二次進刀及打磨。

首次打磨后的軌頂面平直度測量結果見圖2。由該實測曲線可以看出，經頭道打磨后，最高點高度由0.66 mm變為0.47 mm，說明基本符合預設首道打磨控制量0.20 mm(0.66 mm－0.47 mm=0.19 mm)，同時根據測量結果可以確定主打磨范圍變為接頭左側115 mm至右側65 mm區域(圖中虛線標識區域)，已對大部分主打磨范圍進行了處理，同時對其他部位輔助打磨過渡沒有出現局部范圍內的高低點超限情況，總體形成的軌頂面平直度曲線較光滑，打磨效果良好，可進入末道打磨過程。

圖2 首次打磨后實測的軌頂面平直度曲線

確定末道打磨工藝為進刀量0.07 mm，對接頭左側115 mm至右側65 mm區域進行進刀打磨，其余區域進行過渡處理，保證接頭軌頂面平直度曲線較平滑。經末道打磨后，對軌頂面平直度進行測量，結果見圖3。由圖3可見，該接頭軌頂面符合接頭外形精整內控要求，接頭軌頂面平直度上拱量為0.40 mm/m，沒有出現局部范圍內的高低點超限情況，該接頭屬于合格的成品接頭。

在上述過程中，接頭軌頂面平直度的變化情況見圖4。整體打磨量較少，過程可控，最終效果較好。

圖3 打磨后最終實測的軌頂面平直度曲線

圖4 軌頂面平直度變化情況

2.2 工作邊平直度控制方法

對軌頂面進行接頭精整之后，還需對接頭工作邊進行接頭精整，工作邊主要作用為導向，因此該部分的平直度亦應該加以控制。和軌頂面類似，進行接頭精整前，測量經粗磨及正火后的接頭工作邊平直度曲線見圖5。由該實測曲線可以看出，對軌、夾持焊接和正火矯直這三個在接頭精整前的工作邊平直度控制工序控制效果較好，鋼軌焊接接頭在以焊縫為中心的1 m范圍內基本水平，沒有接頭錯邊超標的情況，最高點高度為0.12 mm、最低點為－0.04 mm，最大最小差異0.16 mm，整體較直，屬于適合接頭精整的合格接頭。同時根據測量結果可以確定主打磨范圍為接頭左側450 mm至50 mm，及右側180 mm至450 mm(圖中虛線標識區域)，為形成整體平直度水平或呈下凹形對其他部位輔助過渡打磨即可，總體打磨長度未超過標準規定，最大打磨深度為0.32 mm－(－0.02)mm=0.34 mm(最高點值－下限值=最大打磨深度)，合理打磨深度為0.12 mm－0=0.12 mm(最高點值－上限值=合理打磨深度)，打磨深度未超過標準規定，該接頭可進行打磨。

圖5 接頭精整前實測的工作邊平直度曲線

確定打磨范圍及打磨深度后，并將打磨范圍于焊接接頭上進行標識后，結合仿形打磨機特點，制訂該接頭的具體打磨工藝為:兩次打磨，首次打磨進刀0.12 mm，重點對主打磨區進行處理，兼顧對主打磨區之外的過渡;復測接頭平直度，結合首次打磨后的結果進行二次進刀及打磨。

首次打磨后的工作邊平直度測量結果見圖6。由該實測曲線可以看出，經頭道打磨后，最高點高度由0.12 mm變為0.06 mm，焊縫近區由0變為 －0.11 mm，說明首道打磨控制量在0.06～－0.11 mm范圍內，同時根據測量結果可以確定主打磨范圍變為接頭左側375 mm至155 mm，及右側270 mm至450 mm(圖中虛線標識區域)，已對大部分主打磨范圍進行了處理，同時對其他部位輔助打磨過渡既使得工作邊平直度曲線呈下凹狀，又沒有出現局部范圍內的高低點超限情況，總體形成的工作邊平直度曲線較光滑，打磨效果良好?？蛇M入末道打磨過程。

圖6 首次打磨后實測的工作邊平直度曲線

確定末道打磨工藝為進刀量0.06 mm，對接頭左側375 mm至155 mm，及右側270 mm至450 mm區域進行進刀打磨，其余區域進行過渡處理，保證接頭工作邊平直度曲線較平滑。經末道打磨后，對工作邊平直度進行測量，結果見圖7。由圖7可見，該接頭工作邊符合接頭外形精整內控要求，接頭工作邊平直度為凹進－0.13 mm/m，沒有向軌距減少方向突出，沒有出現局部范圍內的高低點超限情況，該接頭屬于合格的成品接頭。

在上述過程中，接頭工作邊平直度的變化情況見圖8。整體打磨量較少，過程可控，最終效果較好。

圖7 打磨后最終實測的工作邊平直度曲線

圖8 工作邊平直度變化情況

3 結論

如上所述，采用電子測量方式對高速鐵路鋼軌焊接接頭進行平直度控制，體現了電子平直度儀應用于接頭軌頂面及工作邊精整作業中的指導作用，通過該方式實現了打磨量可控、打磨范圍可控、打磨效果可控的質量控制目標，避免了傳統直尺塞尺測量方式造成的盲目打磨，減少了因測量及打磨方式不合理造成的接頭精整作業出現廢頭。采用電子平直度儀進行測量及指導打磨，能夠更好地滿足高鐵對焊接接頭軌頂面及工作邊平直度的處理要求。

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［3］馮牧，鄭濤．廠焊鐵路長鋼軌質量探討［J］．鐵道建筑，2010(11):101-103．

［4］劉剛．常見焊接缺陷和變形成因分析及解決方法［J］．鐵道建筑，2009(1):15-17．