高速铁路长轨生产系统：现场闪光焊接及设备分类

由于钢轨现场焊接作业流动性大，环境多变，线路阻力复杂，施工条件恶劣，现场焊接与基地焊接相比存在较大的差异。

无缝线路铺设，钢轨焊接主要以闪光焊为主，铝热焊、气压焊、电弧焊为辅。闪光焊和气压焊接头破损率低，铝热焊接头中的金属粗大破损率较高，是闪光焊接头的4～15倍。闪光焊既可用于固定焊，也采用焊轨列车在现场进行焊接作业，应用范围广。我国主要采用移动式闪光焊、移动式气压焊、铝热焊进行现场焊接。

（1）移动式闪光焊

与基地钢轨焊接的最大不同点在于钢轨线上闪光焊采用发电机组和移动式闪光焊机。线上闪光焊有两种方案：一是线上直接焊接；二是将基地焊接（或厂焊）的长轨条在线路上焊接。

第一种焊接方法近年来在某些城市的地铁建设中使用，大致的工序为：将钢轨焊接前直接铺设到轨道上，钢轨在线焊前打磨，然后对轨焊接（钢轨型心对中，无调节），焊后在线火焰正火、矫直、打磨、平直度检测和探伤。线上钢轨闪光焊的特点是可以省去建造焊轨基地的投资以及占用临时场地等，因此可以明显降低焊接成本。线上钢轨闪光焊还可以大量减少铝热焊或气压焊接头数量，从这一角度来看对提高钢轨焊接接头整体质量是有利的。

第二种焊接方法与第一种方法工序大致相同，但由于长轨条的长度比标准轨增长了几百米，焊接条件发生了很大变化。对于闪光焊接来说，一方面，由于焊接时钢轨需要沿纵向往复移动，因此，钢轨长度过长，纵向阻力加大，会降低焊接工艺的灵敏度；另一方面，在焊后推凸时，一端钳口处于松弛状态，此时，接头还在高温下，强度很低，焊缝在高温下受拉伸，会降低接头强度。总之，长钢轨之间的焊接中，闪光焊是弱项。为确保焊接质量，可采用加大闪光焊机的进给液压油缸力量和增加保压推凸功能。

目前，国内外先进的钢轨现场闪光焊机主要为交流闪光焊机，典型现场焊机性能如表1-3所示。

钢轨现场闪光焊的特点是：电功率小，焊接断面积大，体积小，质量轻，机械结构紧凑灵活，移动式焊机便于在线路上进行钢轨接触焊接。

表1-3　钢轨现场闪光焊机主要参数

焊轨列车主要有以下类型：

1）APT500-C型移动焊轨机。采用K920、K900焊机配六缸拉伸机的自行式焊接作业车，如图1-30所示。

图1-30　APT500-C型移动焊轨机

2）K922移动焊轨机。如图1-31所示。

图1-31　K922移动焊轨机

3）AMS60/210移动焊轨机。具有作用边对中功能，如图1-32所示。

图1-32　AMS60/210移动焊轨机

4）中国铁建的YHG-1200移动式闪光焊轨车。使现场钢轨焊接质量达到或接近厂焊钢轨的水平，能满足高速铁路线路无缝化的要求。该焊轨车采用LR1200焊机，满足线上焊、线下焊、锁定焊等几种工况；整车左右两侧设置拉轨对正系统，用于钢轨焊接时钢轨的拉伸与对位；走行系统采用液压驱动，达到最大自行速度100km/h；车架采用上弦梁设计，动力学性能稳定，达到最高连挂速度120km/h；制动系统采用单元制动器（图1-33）。

图1-33　YHG-1200移动式闪光焊轨车

5）YHG-1200x型移动式焊轨车。主要用于准轨铁路区段无缝线路的线上焊接、线下焊接和基地钢轨焊接。具有双向高低速自走行、钢轨焊接、钢轨拉伸、保压推凸等功能，自身是一个完整的系统，能够快速到达作业地点，并完成钢轨焊接的全过程。设置有液压支腿、拉轨对正装置等辅助系统，作业效率高，需要的人工少，焊接质量有保证；非焊轨作业时，可以作为移动电站，用于工程施工、事故抢险照明等的三相交流电源（图1-34）。

图1-34　YHG-1200x型移动式焊轨车

6）HG-06型集装箱式闪光焊轨车。能进行国铁和城市轨道交通无缝线路的线上焊接、线下焊接和基地钢轨焊接，不设高速运行系统，由动力车牵引运行。能具有稳定的低速走行功能，可实现焊接作业时精确对位。采用闪光式焊机，焊接过程自动控制，有连续闪光焊和脉动闪光焊两种焊接模式，具有保压推瘤功能，焊接质量稳定；可外接交流电源进行基地焊，在不焊轨时，可以作为移动电站，用于工程施工、事故抢险等的三相交流电源保证（图1-35）。

图1-35　HG-06型集装箱式闪光焊轨车

7）UN5-150集装箱式闪光焊轨机。是我国轨道交通轨道焊接的一种全国产化高科技焊接装备，它采用机、电、液一体化技术，具有自动焊接、自动推凸、夹持状态下对中等多种特殊功能，适用于50、60轨型钢轨的现场焊接，如图1-36所示。

图1-36　UN5-150集装箱式闪光焊轨机

（2）移动式气压焊

国内气压焊设备主要有小型数控式气压焊轨机和大型气压焊轨车两种。

传统的小型数控式气压焊轨机设备主要包括推瘤装置、控制箱、氧乙炔气体、泵站、冷却系统及其他一些辅助设备组成。目前我国气压焊压接机的生产厂家较多，基本都是小型卧式结构（图1-37）。压接机是气压焊中的主要设备之一，它的作用是夹紧两根被焊钢轨，按技术规范固定其相对位置，并提供加热焊接过程中的顶锻力，保证钢轨接头端面焊接和焊后完成推除焊瘤的要求。压接机按夹轨方式分有夹轨底和夹轨腰式两种，目前日本现场主要使用的是采用夹轨底式压接机，我国现场主要使用的是夹轨腰式压接机。

图1-37　小型数控式气压焊轨机控制设备

中国铁建的YHGQ-1200数控式气压焊轨车装备的气压焊机为全自动数控焊轨机，具有工作边对中、保压推凸、保压正火等功能，焊接质量满足《中华人民共和国铁道行业标准》（TB/T1632）中《钢轨焊接》要求。该车配有焊接50、60、75轨专用夹具，可根据需要更换夹具，实现不同轨型的单元焊、锁定焊、合拢锁定焊作业。其气压焊机具有焊接、正火一体化功能，包括主油泵、液压系统、推凸系统、加热系统、冷却系统、控制系统和采集系统等。如图1-38所示。

图1-38　YHGQ-1200数控式气压焊轨车

焊机机头的夹紧、对中机构分别设置在动端和静端，在夹紧油缸作用下，钳夹可以分开和合拢，对应夹紧和松开待焊钢轨对中油缸可使钳夹持组件向左或者向右移动，当夹持好钢轨后，在靠模的限位下，可分别实现将钢轨向左或向右作用边对齐在顶锻油缸作用下，动端和静端的相对距离改变，实现焊接时拉轨、顶锻、分开的功能。

（3）铝热焊

铝热焊一般应用于铁路钢轨的现场焊接，是线路铺设特别是无缝线路锁定和钢轨断轨修复的不可缺少的方法（图1-39）。

图1-39　铝热焊机具

（4）现场闪光焊接

工艺流程见图1-40。

图1-40　现场焊接流程图

1）钢轨焊接前准备工作。

A.焊接设备组装调试、钢轨型式试验。按照组装程序进行设备组装，并进行全面调试。确认设备一切正常后将待焊轨按照规定的检验要求焊接进行型式试验，现场技术员仔细检查待焊轨头有无损伤、塌面。如有损伤、塌面，则确定锯轨位置，锯轨人员锯轨（图1-41）。各作业人员调试完设备正常运转后，做好焊接施工准备，确定焊接参数合格后可开始正式施工。

图1-41　对不符合要求的钢轨接头进行锯轨

B.钢轨接头除锈、打磨。在钢轨接头端面及两侧钢轨与焊机导电钳口接触部位间600mm范围内采用手提式砂轮机打磨，打磨后钢轨表面应有金属光泽，不得有锈蚀，对母材的磨耗不得超过0.2mm。若打磨后的待焊时间超出24h或有油水沾污情况下，则必须重新打磨（图1-42）。(www.xing528.com)

图1-42　钢轨接头除锈、打磨

C.钢轨焊接前设备检查。焊接前应按照焊机使用说明检查主机、冷却系统、液压系统、电气控制系统是否正常；检查动力电压、水温、水位、油温、油位钳口上的焊碴及其他碎屑、推瘤刀上的焊接飞溅物是否清楚。焊接参数是否符合实验结果。一切正常之后，在操作司机、工长签字确认后方可进行焊接工作。

2）钢轨焊接。

A.准备工作完成后，推送移动式焊轨车运行到焊接接头处，特制集装箱将二位端前墙向上旋转到与顶棚平齐并锁定。起吊机构连同焊机沿轨道向外移动至端墙外平台；吊臂驱动油缸伸长降下置于钢轨上，确保两钢轨间隙位于导轴上标记的正下方，降低焊机直到压在钢轨上（图1-43）。

图1-43　降低焊机直到压在钢轨上

B.焊机机头上的两对钳口将两钢轨轨头夹紧，自动对准系统接头两侧各500mm范围内在水平和纵向两个方向上精确地对准（两端钢轨在纵向同时被相对抬高0.6～0.8mm/m，见图1-44）。两钳口在通以400V的直流电压后形成两个高压电极，提高焊接电流。启动焊接，激活自动焊接工序；分别进入预闪光阶段（该阶段应锁定钢轨夹紧选择开关，防止在焊接周期结束时焊机再次夹紧钢轨）、低压闪光、加速闪光以及顶锻阶段。顶锻完成以后整个焊接过程结束。随后钢轨夹紧装置快速松开两对钳口（图1-45），在焊机头内的推瘤刀立即进行推瘤，从而完成一侧钢轨的焊接作业。

图1-44　接头两侧各500mm范围内在水平和纵向两个方向上对准

图1-45　焊机机头上的两对钳口将两钢轨轨头夹紧

焊机机架张开到最大位置，起升焊机直至完全离开钢轨焊接接头，取出推瘤焊碴，清洁焊机内部。然后将焊机调整到另一侧完成钢轨焊接。在完成一组焊接接头后，将解开扣件隔一上紧，焊机前行到下一个焊接接头处重复上述动作进行焊接。钢轨现场焊接施工流水工位示意图见图1-46。

图1-46　钢轨现场焊接施工流水工位示意图

3）焊后正火。正火作业前焊接接头表面温度应低于400～500℃，然后用氧气—乙炔加热器将焊缝温度加热到850（轨底角）～950℃（轨头）。钢轨表面正火加热温度采用光电测温仪进行测量，并做好正火记录（图1-47）。

图1-47　焊后正火

4）钢轨焊后调直、粗打磨。钢轨焊缝正火完，温度降低至300℃以下时，对钢轨进行调直（图1-49）。焊后打磨可以分成粗打磨和精细打磨，粗打磨利用手提式砂轮机对焊缝及附近轨头顶面、侧面、轨底上面和轨底进行打磨（图1-49）；焊缝踏面部位在常温下不能打亏，打磨时不得横向打磨，打磨面不得发黑、发蓝，而应平整有光泽。粗磨应保证焊接接头的表面粗糙度能够满足探伤扫查的需要；焊接接头非工作面的垂直、水平方向错边应进行纵向打磨过渡。

图1-48　钢轨线上焊后调直

图1-49　钢轨线上焊后打磨

5）焊接接头超声波探伤。每个钢轨焊接接头均应进行超声波探伤，并根据业主及设计要求进行第三方检测及监督抽检。探伤前应将焊缝处温度减低到40℃以下，冷却可以用浇水法进行，但浇水时钢轨温度不得高于250℃。在经打磨过的焊接钢轨轨底、轨腰、轨头上均匀涂抹探伤专用油，然后用探头进行探伤。探伤结果不得有未焊透、过烧、裂纹、气孔、夹渣等有害缺陷（图1-50）。

图1-50　钢轨线上焊后探伤

6）数据的记录及分析。每完成一个接头的焊接，除瘤、打磨、探伤后，应将相关数据、信息等资料收集、整理，同时加以分析、存档。