《中國制造2025》下的軌道焊接技術發展方向

■ 高文會

?

《中國制造2025》下的軌道焊接技術發展方向

■ 高文會

摘 要：通過學習《中國制造2025》，結合國內軌道焊接技術現狀，探討今后10年在軌道焊接技術方面的工作重點：軌道焊接施工裝備技術升級與創新、焊接工藝工法創新、焊接質量控制技術與管理方法創新、標準體系完善與創新。

關鍵詞：《中國制造》2025；軌道焊接；焊接工藝；焊接質量；標準體系

0　引言

1915年，歐洲最早使用焊接的方法將電車軌道鋼軌連接起來，經過100年的發展，歐洲以軌道焊接設備精良先進著稱。我國自1957年開始，第1次焊接鐵路鋼軌，經過近60年的努力，我國陸續發展了鋼軌鋁熱焊接、氣壓焊接和閃光焊接技術，在鋼軌焊接工藝、質量控制和裝備制造等方面成就顯著。

2008年以后，我國新建了11個焊軌基地，經過持續改進，形成了鋼軌基地焊接的成套技術。2009年1月—2014年底，焊軌基地共焊接高速鐵路鋼軌接頭66.6萬個，7年內沒有接頭折斷，為實現軌道高平順性和高可靠性作出了重要貢獻。

《中國制造2025》是我國實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領。在軌道交通裝備方面要求有突破發展，提升自主可控水平，提高質量可靠性，推廣采用先進成型和加工方法、在線監測裝置、智能化生產和監測設備。研發高速重載軌道交通裝備系統，圍繞系統全壽命周期，向用戶提供整體解決方案，建立世界領先的現代軌道交通產業體系。

《中國制造2025》為軌道焊接技術的發展指明了方向。2015年以前，國內軌道焊接技術雖然取得了成就，但仍有不足，今后十年我們應抓住機遇、自我完善提高自主創新的技術水平，完成《中國制造2025》制定的目標。

1　焊接施工裝備技術升級與創新

1.1國產軌道焊接配套裝備技術升級

歐洲的軌道焊接設備，在設備加工裝配精度、設備狀態自診斷和自保護、設備作業能力和作業精度等方面均優于我國，國內應著力借鑒。2000年以來，國內陸續開發了系列軌道焊接及配套設備，應用表明，能夠實現功能，但技術不夠先進，產品檔次不高。需要繼續學習消化國外先進技術，實現國產裝備的技術升級。焊軌基地的主要設備應具備一鍵控制、自動完成全部作業的功能。

（1）焊前軌端除銹設備：國內主要采用砂帶或千葉輪對鋼軌頂面除銹，在保證除銹效果的前提下，應能夠可靠控制除銹深度。對鋼軌斷面標簽的處理不應影響鋼軌斷面斜度。歐洲普遍采用的鋼絲輪刷除銹技術仍值得借鑒。

（2）鋼軌焊接接頭熱處理設備：該項技術是我國獨有技術，今后需實現加熱溫度、加熱部位和熱影響區寬度的精準化控制，并提高設備智能化、信息化水平。

（3）接頭矯直設備：需提高測量裝置準確性，測量軟件應實現完全自主開發，應根治液壓系統的漏油或滲油。

（4）國產精磨機：能夠自動完成精磨過程，但設備自控技術不夠先進，精磨能力不強。法國GEISMAR公司的MAS150型精磨機可以一鍵實現將軌頭2 mm高的焊筋磨平，廓形好，效率高，國內應進一步消化吸收和再創新。

（5）焊筋整形設備：無論是銑削或磨削，應能夠自動將焊筋邊緣棱角全部去除，將接頭錯邊導致的臺階加工平順，實現“不可見”焊縫，為全自動探傷創造條件。

（6）便攜式鋼軌電子平直儀：目前國內使用最多的是德國施密特公司的SEC電子平直儀，國產電子平直儀應用較少，需創造更多國內應用機會，以期在實踐中完善技術。

1.2焊接質量檢測自動化

焊軌基地應逐步淘汰手工探傷作業方法，應用大型自動化探傷設備，對接頭進行全斷面超聲波探傷，探頭位置和掃查軌跡實現標準化，存儲每個接頭的動態探傷掃查圖形，便于追溯和對照。實現自動測量、評判接頭的外觀質量。

鋼軌現場焊接應全面普及便攜式掃查架全斷面探傷作業，存儲每個接頭的動態探傷掃查圖形。目前的掃查架需減少故障率，增強耐用性。

1.3鋼軌閃光焊機自主創新

自1979年以來，我國鐵路工廠焊接鋼軌的主流機型是瑞士SCHLATTER公司的GAAS80型直流焊機，該焊機技術先進、功能完備、制造精良，是該公司歷經幾十年不斷完善的成熟設備。

國產固定式鋼軌閃光焊機，目前主要有兩種形式：仿K190型和仿K1000型。兩種形式焊機全為交流焊機，結構形式沒有顯著突破，接頭錯邊量的控制能力較弱。國內需要自主創新、研發新一代鋼軌閃光焊機，吸收GAAS80焊機的設計理念，提高設備自動對中功能，提高智能化、信息化水平，開發結構全新、性能更優的新型焊機或焊接機器人。

1.4全自動無人值守焊軌生產線

焊軌基地的焊接生產和質量控制最終要實現完全自動化，生產線各工位應實現無人值守。生產線工位布局應實現多種形式，實現相關工位的合并（如除銹焊接一體機、矯直精磨一體機等），滿足國際市場的需求。

1.5移動式閃光焊機實現鋼軌工作邊對齊

國內外的移動式鋼軌閃光焊機，有兩種基本結構形式：大多數是“鉗夾軌腰、鋼軌中線對正”的形式，典型機型如K922等（加拿大E.O.Paton公司產品），機頭質量約3 t，目前國產移動式閃光焊機全部是這種形式；另一種是可實現鋼軌工作邊對齊的焊機，典型機型如AMS60（瑞士SCHLATTER公司產品），機頭質量約7 t，特點是接頭錯邊量易于控制，接頭外觀質量好。

國產移動式閃光焊機應突破既有模式，研發有利于控制接頭錯邊量的新型焊機。

1.6小型氣壓焊接設備升級換代

我國是小型氣壓焊接設備的原創國，鋼軌小型氣壓焊接技術作為一種焊接方式，在便攜、環保、靈活機動性強、成本低等方面有其優點，在地鐵、新線建設等方面有其適用性，在國外市場仍有一定需求。小型氣壓焊接設備需要升級換代，目前已經實現了加熱過程的數字化控制，下一步需要在機具集成化、輕量化方面，以及質量控制的信息化方面實現升級。

1.7國產鋁熱焊接產品的應用

國產鋁熱焊接產品需要抓住我國鐵路大規模建設的時機，爭取更多的使用機會，獲取更多的使用經驗，使其更加成熟、完善。開發專用的焊接材料，以滿足現場原位焊修等特殊需要。

1.8焊接生產輔助材料

打磨鋼軌焊接接頭用的國產砂輪，因粒度、硬度或粘合材料等原因，常使接頭出現打磨灼傷，砂輪生產技術需要改進。焊前軌端除銹用的鋼絲輪刷，除銹效果不好、壽命低，需要改進。焊接生產及輔助材料應節能環保。

1.9設備實現遠程監控

運行軟件和自動控制的設備應充分利用網絡技術，實現遠程監控和交換數據，遠程指導現場維護設備，輔助監控作業質量。

2　焊接工藝工法創新

2.1高強合金鋼軌焊接工藝與接頭探傷

高強合金鋼軌（如貝氏體鋼軌等）因其硬度高、強韌性好，可顯著提高鋼軌使用壽命。作為新的鋼軌材料，需研究制定新的焊接工藝。因焊縫組織不同于普通珠光體鋼軌，用于珠光體鋼軌焊接接頭的探傷方法不適用于貝氏體鋼軌，需研究開發適用于合金鋼軌接頭的探傷方法和探傷工藝。

2.2不同鋼種鋼軌的混合焊接

為了提高鋼軌的使用水平，需要根據線路的具體情況鋪設不同強度等級的鋼軌，目標是實現直線、曲線、坡道等區段的鋼軌等壽命匹配。鋼軌焊接應為鋼軌使用服務，實現不同鋼種鋼軌的混合焊接。

2.3現場焊接工藝工法

目前正線鋼軌的現場焊接大多采用移動式閃光焊接作業車，線上、線下焊接的質量均有待提高。需完善作業標準和施工方法，創新管理模式，實現現場焊接鋼軌質量穩定。

需研究新型現場焊軌、換軌模式，在一個天窗點內完成500 m鋼軌之間的焊接、長鋼軌卸車、換軌和回收舊軌的全部工作，為將來高速鐵路換軌大修做好技術儲備。

2.4高速鐵路鋼軌及接頭修理技術

處理高速鐵路鋼軌或接頭的傷損，目前采用插入短軌的方法，但插入短軌增加了接頭數量，不利于保證軌道的整體質量。需研究高速鐵路鋼軌接頭原位焊接技術，在不插入短軌的情況下，采用合適的焊接方法和焊接工藝修復軌道。新線建設期間的鋼軌低接頭，目前現場普遍采用加熱矯直的方法，隨意性強，需研究制定相應的技術規章。在實踐基礎上，形成完整的高速鐵路鋼軌及接頭修復技術。

2.5鋼軌現場焊接質量控制

焊軌作業車，無論是移動式閃光焊還是移動式氣壓焊，都應特別重視控制接頭錯邊量，焊接后在不打磨的情況下立即檢查，鋼軌頂面和軌頭側面工作邊的接頭錯邊量應控制在0.2 mm以下，越小越好。

控制鋼軌現場焊接質量，應在焊接前調整好鋼軌狀態，加強對焊接作業過程的控制，如焊機夾持鋼軌的位置、推凸刀的狀態、油缸的同步性、發電機的輸出、助力拉軌器的應用等；加強對后續處理作業的控制，如對焊筋的打磨、對接頭的熱處理、對接頭平直度的調整等。需提出一整套完備的質量控制措施。

3　焊接質量控制技術與管理方法創新

3.1鋼軌焊接大數據管理

開展鋼軌焊接大數據管理，鋼軌的基地焊接、現場焊接，以及道岔鋼軌的焊接，應為每個接頭建立電子檔案，記錄接頭的焊接信息和鋪設位置，能夠方便地進行質量管理和追溯。與每個接頭的身份證號對應，應記錄兩側鋼軌母材的熱壓印標記，可方便地實現接頭與母材信息的互查。運營期間對接頭的檢測和維護記錄記入接頭電子檔案，隨時掌握接頭上道后的情況，使接頭從焊接前開始，直至接頭下道，全壽命期間實現數字化管理。通過對數據的分析，為線路養護提供指導。

3.2焊筋整形、自動化探傷與接頭身份證號識別

對鋼軌的閃光焊、氣壓焊接頭焊筋進一步加工，實現“不可見”焊縫，消除焊筋棱角，可避免焊筋棱角對探傷的干擾，消除焊筋邊緣尖銳棱角引起的應力集中。消除焊筋干擾后，可提高自動化探傷的準確性。采用條碼技術，標識、識別焊接接頭。

3.3接頭硬度與母材匹配

重載鐵路和小半徑曲線將使用更高硬度的鋼軌，隨著母材硬度的提高，接頭硬度與母材硬度匹配的難度越大，需要研究鋼軌焊接接頭的熱處理技術，包括基地焊接和現場焊接。

3.4設備、工藝、質量評價

除了技術因素，管理因素也至關重要。為了充分發揮技術因素的作用，需要建立鋼軌焊接設備狀態評價體系、焊接工藝評價體系和焊接質量評價體系。技術、管理相互融合，獲得更好的接頭外觀質量、更優的接頭性能、更低的焊接成本。

4　標準體系的完善與創新

4.1完善標準體系

鋼軌焊接標準體系需要進一步完善，使鐵道行業標準、中國鐵路總公司標準和鐵路局（或段、車間）標準三個層次更加清晰，各有側重，標準體系不僅能夠促進實現“走出去”，為國際市場所接受，又有利于體現國內的技術價值。

完善企業標準的內容，制定管理辦法、技術規章等文件，通過企業標準體現技術訣竅，對條件、過程和結果實施控制，通過管理和加強過程控制保證焊接質量。

4.2鋼軌焊接標準國際化

我國鋼軌焊接有獨特的特點，焊接材料全部是我國制造的鋼軌，有自主建設的焊軌基地，有自己的焊接工藝和質量檢驗方法，有自主開發的氣壓焊接方法，有完全自主知識產權的成套鋁熱焊接產品，有2萬km高速鐵路鋼軌焊接的生產實踐，焊接質量有七年以上的運營考驗。

我國鐵路鋼軌焊接標準是幾十年生產實踐的總結，實踐證明標準是成熟的。在國際上推行中國鐵路鋼軌焊接標準，有利于推廣我國軌道交通建設技術成果，促進我國加工制造業的進步。

5　結束語

《中國制造2025》指出了我國在加工制造業方面的發展方向，軌道交通裝備是重點領域之一，鋼軌焊接是軌道交通裝備中的重要組成部分。前期國內在軌道焊接方面已經取得了可喜的成就，為今后發展奠定了良好基礎，目前具備進一步提升的條件。今后10年，軌道焊接技術的發展，應在《中國制造2025》指引下，通過創新驅動，在工藝裝備、技術標準、管理體系等方面實現國際領先，形成成套技術。根據用戶需求，提供完整解決方案，在實施中國高鐵“走出去”發展戰略中提高國際競爭力。

高文會：中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，研究員，北京，100081

責任編輯 高紅義

中圖分類號：U213.9+2

文獻標識碼：A

文章編號：1672-061X（2016）02-0009-03