移动式钢轨闪光焊及钢轨焊接施工工艺
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摘要:随着铁路提速和轨道交通建设的快速进行，钢轨焊接技术也从铝热焊、气压焊，发展成为移动式钢轨闪光接触焊。本文主要介绍了国际国内出现过的移动式钢轨闪光接触焊设备及其应用，阐述了钢轨闪光焊的基本原理以及钢轨焊接施工的工艺流程，最后分析了钢轨焊接施工中存在的问题，提出钢轨焊接施工设备以及钢轨闪光焊接设备发展的方向。
关键词：移动式钢轨闪光接触焊应用原理钢轨焊接施工
中图分类号：TU991.05 文献标识码：A文章编号：
前言
高速客运和城市轨道交通是近年国内铁路发展的两大趋势。为了满足乘客乘坐的舒适性，要求轨道具有高平顺性和高稳定行。铁路铺设过程中通常将厂制标准长度钢轨焊接成满足无缝线路设计的长轨条，以提高线路平顺性和稳定性。由此催生了钢轨焊接设备及技术的发展，目前在高铁和城市轨道交通的建设中已基本实现无缝线路施工现场焊接。铝热焊和气压焊已被自动化程度更高、焊接质量更稳定的移动闪光焊代替。
1移动式闪光接触焊设备及应用
钢轨移动闪光焊设备主要特点是自带发电机组，并且设备的外形尺寸必须满足公路后铁路运输的要求。其大致可分为两类：1、带走行机构；2、不带走行机构。
1.1带走行机构
1.1.1铁路自行式
铁路自行式钢轨移动闪光焊设备因其行驶速度较高，在国铁、高铁的建设和运营维护中使用比较方便、工作效率高，不会阻碍线上正常行车。1973年奥地利普拉赛-陶依尔公司制造了第一辆移动闪光焊轨车（如图1），经过几十年的发展，我国于2006年研制生产了第一辆型号为YHG-05的闪光焊轨车。
图1
该车具有以下显著的优点：
本车能完成钢轨焊接的全过程，系统集成度高；
设置有液压支腿和钢轨对正装置、作业效率高，焊接质量有保证；
能自力双向高速运行，不需要另外配置牵引车；
设有低速走行功能，也用于焊接作业时的车辆对位；
作业机构设置在整车中部，并利用拉轨对正装置协同作业，大大提高作业效率；
设有双臂起重机底座调平装置，可方便地进行曲线焊轨作业；
不焊轨时，可以作为移动电站，为工程施工，事故抢险等提供三相交流电源。
但是由于其尺寸限制，该设备只能用于限界要求不高的国铁、高铁，在城市轨道交通中鲜有使用。其最大的缺点就是只能通过铁路运输，公路运输或转移比较困难。
1.1.2公铁两用自行式
早在上世纪70十年带美国霍兰公司就制造了能在公路和铁路上行驶的移动式闪光焊轨车（如图2）。在铁路行驶时重27669kg，公路上行驶时不包括焊机和铁路车轮重22680kg。每天8小时可焊接155磅（约70kg）重钢轨接头60～80个，单个接头的焊接时间约为2～3分钟。美国铁路1972年开始使用这种焊机到1975年已经焊接了10万个钢轨接头。这种焊轨车在国内少有使用[1]。
图2
1.2不带走行机构
集装箱式钢轨闪光焊设备是典型的不带走行机构的移动式钢轨闪光焊设备，较早应用于欧洲和美国。
集装箱式钢轨闪光焊是将发电机、焊机、吊装系统、冷却站等设备集中安装在一个或两个集装箱内。焊机主要采用乌克兰巴顿焊接研究所K900/K922或国内较常用LR1200闪光焊机。集装箱式钢轨闪光焊较自行式闪光焊成本更低，重量更轻，运输也更为方便。设备应用也更为灵活，可以应用于固定式工厂化焊接生产，也可以应用于现场线上焊接。
其缺点就是应用于现场线上作业时，需要配备牵引作业车，并且作业车辆需加装液压支腿才能使用（如图3）。目前集装箱式钢轨闪光焊配套牵引车的焊轨作业方式在轨道施工单位中使用较为普遍。通常情况是用轨道车和平板车作为集装箱式钢轨闪光焊作业时的牵引运输工具。中铁某施工单位近年来大胆创新，利用二手通用载重货车的地盘改装成橡胶轮驱动的公铁两用车来取代传统的牵引运输工具。其优点：1）降低焊轨作业时在牵引运输工具上投入的成本；2)牵引车辆操作上较轨道车简便；3）转场运输方式更灵活，可以利用平交道口实现短距离转场，也可以借助其他的公路运输工具长距离转场；4）设备闲置时可以转为场地路面存放，而无需占用线路存放。
图3
2闪光焊的原理及钢轨焊接施工工艺
2.1闪光焊的原理
闪光焊是将焊件装备成对接头，通电使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面全部熔化，直到端部一定深度范围内达到预定温度是，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。
闪光焊的工艺分为连续闪光焊从焊接开始，钢轨端面一直进行连续不断的闪光，依靠连续闪光对刚轨进行加热，直到顶锻。其特点是焊接电流小，接触电阻较大，焊接变压器的负载较小，但是焊接接头的加热效率较低，加热范围较窄，需要焊接时间较长，不适合焊接高强度钢轨。而脉动闪光焊有效热输入大，有利于降低落锤断口灰斑，强度较高的U75v钢轨。但是脉动闪光焊参数量大，焊接时短路总时间较长，焊接电流大，焊接变压器负载很大。通常为确保不发生长时间短路或快速烧化，要对焊接参数分多段进行独立调节，因此脉动闪光焊接技术相对较复杂。但是U75v钢轨使用较普遍，所以无缝线路施工的时候也已普遍使用脉动闪光焊。有对比实验表明用连续闪光焊和脉动闪光焊各焊一批U75v钢轨接头，在随后的落锤试验中用脉动闪光焊的钢轨接头的合格率明显高于连续闪光焊。
2.2钢轨焊接施工工艺
早期钢轨闪光焊同其他工件材料的闪光焊都是固定在工厂内使用。这种使用方法有两个优点：1）焊接工作不受天气影响；2）便于对生产各环节控制，质量稳定。缺点：1）增加焊轨场建设费用；2）增加长钢轨的转场运输及现场更换短轨的费用；3）增加联合接头现场焊接的施工投入。
因此随着移动闪光焊设备技术的发展，和焊轨操作人员素质的提高，轨道线路施工单位越来越愿意接受钢轨接头现场闪光焊的方法。现场钢轨闪光焊工艺流程如下图所示：
3结束语
近年来移动钢轨闪光焊在国内的发展迅速，施工单位在施工应用中也做了很多有意义的探索和尝试。不论是应用于高铁客专还是城市轨道交通，都形成了适合自身特点的钢轨闪光焊接方法。虽然移动式钢轨闪光焊接设备大大提高了钢轨接头的焊接效率，但是正火、打磨的自动化程度不高，需要投入大量的时间和劳动力，影响无缝线路施工效率的进一步提高。
对于整个无缝线路的施工，焊轨只是其中一个环节，要提高无缝线路的施工质量和效率，就要将提高正火和打磨自动化程度、提高焊接质量的稳定性、提高焊机使用的简便性等问题定位为无缝线路施工装备未来发展的方向。
参考文献
[1]美国的移动式焊轨机.
[2]段红兵，杨林勇，肖绪明，陈斌.自行式闪光接触焊轨车的开发和应用.机车车辆工艺.
[3]广钟岩,高慧安.铁路无缝线路[M].北京:中国铁道出版社,2001.