鐵路重傷鋼軌倒序焊復維修關鍵技術

彭輝挺，戴 虹，黃正中，周世恒，黃建平

（西南交通大學，四川成都610031）

鐵路重傷鋼軌倒序焊復維修關鍵技術

彭輝挺，戴 虹，黃正中，周世恒，黃建平

（西南交通大學，四川成都610031）

針對鐵路重傷鋼軌采用鋁熱焊方法維修接頭病害多、運營期間斷軌率高的工程問題，采用YHGQ-1200氣壓焊軌車，其上配置全自動數控氣壓焊軌機。采用倒序法焊復施工，即焊軌車先在線下對插入軌的前端進行無應力焊接，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，在線上進行應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的標準化施工技術，作業過程安全，工藝穩定性良好，焊頭品質優異，一次焊接鎖定作業高效，施工方案簡單、經濟。

鋼軌；焊復維修；氣壓焊接；強韌化

0 前言

在鐵路無縫線路的運營過程中，由于存在著諸多復雜因素，往往會發生鋼軌傷損問題，期望采用優質、高效、經濟、環保的維修技術進行維修。如果無縫線路維修作業不當，將會導致線路鎖定軌溫的改變，影響無縫線路的穩定性和安全性，還涉及到線路維護經濟性。

目前，我國鐵路標準規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，對線上帶應力焊接工況閃光過程難以穩定控制，其適應性較差，必須采用鋁熱焊方法對兩個接頭進行焊復。采用鋁熱焊方法焊復的接頭有病害多、運營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、焊后熱處理一機化作業的強大功能，利用這種先進焊軌裝備探索焊復施工關鍵技術，對于豐富無縫線路維修技術理論以及工程應用具有高實用價值，可填補重傷鋼軌強韌化焊復維修技術空白。

1 焊復條件

1.1 焊復裝備

采用我國獨創的YHGQ-1200氣壓焊軌車[2]，利用其上配置的GPW-1200氣壓焊軌機，在線路鎖定焊接和熱處理一機化作業施工方法[3]的基礎上，根據“天窗時間”內完成重傷線路焊復維修要求，設計焊復維修技術。

1.2 焊復條件

焊復施工軌溫低于或等于設計軌溫。

1.3 焊復目標

對于焊復維修施工所需松開的線路，即擾動過的區段，經過焊復一次維修后，均應恢復到原線路設計軌溫。

2 焊復方法

2.1 倒序焊復工法

氣壓焊軌車先進行遠工位2#頭的無應力線下自由焊，再退車進行近工位1#頭的帶應力線上鎖定焊[4]。“先線下焊、后線上的倒序焊”施工作業如圖1、圖2所示。

圖1 線下焊2#頭施工作業

（1）首先測量施工線路，要求施工軌溫小于等于設計軌溫，若施工軌溫大于設計軌溫，需增加輔助降溫的技術措施。

（2）根據高速鐵路線路要求、線路傷損情況及位置，確定插入鋼軌長度A，對施工線路進行排尺作業，確定鋼軌焊復位置，即無應力焊接2#頭和帶應力焊接1#頭位置。

（3）根據實際需要松開2#頭保留段K m長的扣件，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齊，如圖1所示。

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

（5）松開焊機，收回焊機，焊軌車退出2#頭工位。

（6）松開替換段舊軌長度A m的所有扣件；并松開1#頭保留段舊軌距1#頭長度20 m以及對側股20 m的所有扣件，再松開替換段對側股距1#頭對應位置20 m的所有扣件。

（7）根據實際施工條件及搭接量計算公式準確計算新軌與1#頭保留段舊軌的搭接量，再進行鋸軌、除銹、端磨。

（8）在1#頭保留段線路上設置軌距桿，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生一個與原線路順坡。

（9）采用在1#頭保留段和替換段撥彎方法，施工時如圖2所示。撥彎區段宜設置在距1#頭焊口70～100 m內，向外向上斜向撥彎，使替換段與1#頭保留段鋼軌對齊，然后焊軌車爬坡到達1#頭工位，焊軌機落下，一次夾持，順序完成拉軌、焊接、噴風冷卻、保壓熱處理施工作業，使焊復擾動區段線路的鎖定軌溫穩定保持在設計軌溫范圍之內。

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

2.2 墊軌爬坡焊接

采用YHGQ-1200型氣壓焊軌車的GPW-1200焊軌機焊接時，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定性，并按如圖4所示方法墊高鋼軌、焊軌車爬坡進行施工作業。

圖3 專用墊軌裝置

圖4 焊軌車爬坡時的專用墊軌裝置和軌距拉桿設置位置（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，即在前轉向架的前輪對處升高145 mm，后輪對處升高115 mm。通過在近端鋼軌下設置墊軌裝置和軌距拉桿，保證作業時焊軌車爬升到指定位置進行焊軌作業。動端鋼軌只需用枕木墊高，調整高度與靜端鋼軌對齊即可。

為了防止鋼軌支墊后作業車發生橫向移動，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車可能產生的橫向移動。焊軌車就位后，必須在后轉向架的輪對處前、后均設置鐵靴，防止作業車在自重力的作用下回退以及焊接頂鍛時前沖。

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

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，預留插入新軌與線上舊軌之間的搭接量，在遠端撥彎，焊軌完成后得到所需的設計鎖定軌溫，便可一次鎖定該段線路，不需對線路進行二次放散[5]。

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

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為單個焊接接頭的頂鍛量（單位：mm）；C為調節參數（施工時給線路提高鎖定軌溫的調節值），C=2 mm；D為墊軌200 mm起拱引起的長度增量，D＝2 mm；T為設計鎖定軌溫（單位：℃）；T0為施工軌溫（單位：℃）；L為拆開扣件總長，包括插入軌長度（單位：m）；α為鋼軌溫度線長系數，α=0.011 8 mm/m·℃。

針對式（1）中設計鎖定軌溫T的不同，設計了三種線路恢復方案：

（1）方案1。氣壓焊機的作業能力測試方案，即通過設置不同的設計鎖定軌溫T1，使其與施工軌溫差ΔT達到最大上限值，從而對焊機的施工作業能力進行測試。

（2）方案2。線路焊復后，自動恢復至原線路狀態，即通過線路剛鋸開時鋼軌拉開的軌縫，根據式（2）計算原線路的鎖定軌溫T2，使焊復后線路恢復至原線路狀態

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（單位：m）；α為鋼軌溫度線長系數，α=0.011 8 mm/m·℃。

（3）方案3。焊復作業后，重新恢復設計鎖定軌溫，即根據高速鐵路線路鋪設要求，糾正原線路鎖定軌溫誤差，重新將松開的焊復區段線路恢復到設計鎖定軌溫T3，確保焊復區段線路鎖定軌溫符合設計軌溫標準要求。

上述三種方案通過試驗加以驗證，評價其接頭強韌性，維修工法的科學性、經濟性和安全性。

3 結論

（1）采用氣壓焊軌車和倒序焊施工方法進行重傷線路焊復維修，只需進行一次焊軌作業，用時150min，能夠在“天窗時間”內完成焊復施工任務。

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

（3）采用焊接、正火熱處理一機化作業的恒位移控制工藝，焊軌機通過自動補償鎖定軌溫所需的拉軌力，能可靠保證焊軌作業過程與型式試驗工藝的一致穩定，完全滿足鎖定軌溫差小于等于15℃的帶應力焊接接頭品質。

（4）采用該套焊復技術對鐵路重傷線路進行焊復維修，其施工效率高，設備配套、人員配置數量最少，其焊軌施工安全、高效、經濟。

[1]TB/T1632，,鋼軌焊接[S].

[2]劉國用.自行式焊軌車線上焊施工技術與標準研究[D].四川：西南交通大學，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化作業施工方法[P].中國：2013106989272.

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

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

中國鐵路總公司《大型養路機械—焊軌車線上焊施工技術研究》資助項目（2012G004-B）

彭輝挺（1990—），男，福建廈門人，在讀碩士，主要從事自動化加工的研究。