轨道焊接篇1

[关键词]激光深熔焊激光功率光束焦斑材料吸收值焊接速度保护气体透镜焦距焦点位置激光束位置

中图分类号：TG457文献标识码：B文章编号：1009-914X（2016）11-0008-01

1前言

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104～105W/cm2为热传导焊，该种焊接方式熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105～107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有能量密度高、焊接速度快、深宽比大的特点。基于以上两种激光焊接形式的技术特点，结合轨道车辆不锈钢薄板搭接接头保证强度及要求严格外观质量的两方面要求，轨道车辆不锈钢搭接接头激光焊接形式为激光深熔焊接。

2主要工艺参数

基于轨道车辆不锈钢搭接接头的激光焊接技术特点，分析激光焊接主要工艺参数对焊缝质量的影响，并提出控制措施。

2.1激光功率

在光斑直径一定的前提条件下，激光功率密度的大小取决于激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，工件仅发生表面熔化，焊接以热传导型进行，熔深很浅，无法应用于不锈钢搭接接头焊接。当工件上的激光功率密度超过阈值，产生小孔并形成等离子体，熔深大幅度提高，可以实现稳定的深熔焊接；当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深大幅波动，严重影响焊接质量。因此要实现轨道车辆不锈钢搭接接头连续稳定焊接，较高激光功率条件下的激光深熔焊接是应用于轨道车辆不锈钢搭接接头焊接的主要形式。在光束焦斑直径一定的情况下，较高的激光功率可保证激光功率密度超过激光功率密度阈值，保证稳定一致的熔深。

2.2光束焦斑

光束焦斑大小是激光焊接的最重要变量之一，直接决定功率密度的高低。对于激光深熔焊，同等激光功率条件下，较小的光束焦斑直径可以获得较高的功率密度，进而保证以较小热输入量来获得既满足强度指标，又满足外观要求的部分熔透搭接接头。

2.3材料吸收值

材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数；其次，材料的表面光洁度对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。

2.4焊接速度

焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使热量不足造成熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化造成搭接接头外部痕迹明显，严重时甚至造成工件焊穿。所以，对于一定厚度的不锈钢搭接接头，在激光功率一定的条件下，焊接速度有一定的适用范围，保证下层板焊接熔深控制在（0.15-0.4）T（T为下层板板厚）。

2.5保护气体

不锈钢搭接接头激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射，同时驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽。通常使用氦、氩、氮三种保护气体。氦气价格较贵、电离能较高，因气体密度最小所以熔池保护效果一般，但因不易电离可有效抑制气体电离以让激光顺利通过，保证光束能量不受阻碍地直达工件表面，从而增加熔深，提高焊接速度，由于质轻而能逸出，不易造成气孔；氩气比较便宜，密度较大，熔池保护效果较好，但易受高温金属等离子体电离，屏蔽部分光束射向工件，造成激光能量部分损失，也制约了焊接速度的提高及熔深的增大，氩气保护条件下等离子云对熔深影响在低焊接速度区最为明显，当焊接速度提高时，它的影响就会减弱。氮气作为保护气体最便宜、密度适中、电离度介于氦气和氩气之间，适用于不锈钢搭接接头激光焊接，但有时会在搭接区易产生气孔。

2.4透镜焦距

焊接时通常采用聚焦方式汇聚激光，一般选用254-380mm（10”-15”）焦距的透镜。光束焦斑大小与焦距成正比，焦距越短，焦斑越小。但焦距长短也影响焦深，即焦深随着焦距同步增加，所以短焦距虽可提高功率密度，但因焦深小，必须精确保持透镜与工件的距离，不利于通长焊缝焊接过程的工艺稳定性，同时过小的焦深易造成激光头距离工件间距过小导致工件无法有效压紧，也会导致焊接过程中产生的飞溅物影响反射镜表面污染，轨道车辆不锈钢激光焊搭接接头实际焊接使用的透镜建议焦距至少为254mm（10”）。

2.5焦点位置

焦点位置也称为离焦量。焦点处功率密度最高，激光焊接时为了保持足够功率密度，焦点位置至关重要。焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝宽度与深度。在大多数激光焊接应用场合，通常将焦点的位置设置在工件表面之下约所需熔深的1/4处。

2.6激光束位置

对不同的材料进行激光焊接时，激光束位置控制着焊缝的最终质量，特别是对接接头的情况比搭接结头的情况对此更为敏感。有些应用场合，被焊接工件的几何形状需要激光束偏转一个角度，当光束轴线与接头平面间偏转角度在100°以内时，工件对激光能量的吸收不会受到影响。

2.7焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制

激光深熔焊接时，不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开关时，焊缝尾端将出现凹坑。另外，当激光焊层覆盖原先焊缝时，会出现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。为了防止上述现象发生，可对功率起止点编制程序，使功率起始和终止时间变成可调，即起始功率在一段时间内从零升至设置功率值，并调节焊接时间，最后在焊接终止时使功率由设置功率逐渐降至零值。

3激光深熔焊技术特点

针对轨道车辆不锈钢搭接接头，激光深熔焊具有显著的技术特点，主要表现在：

1）高的深宽比，保证外露表面几乎无焊接痕迹，保证无涂装不锈钢轨道车辆的商品化效果。

2）最小热输入保证最小的焊接变形，不锈钢车辆表面平面度指标由传统车辆的2mm/m提升至1mm/m。

3）高的功率密度保证焊缝组织的高致密性，焊缝强度、韧性和综合性能高，保证焊接接头强度和性能指标远远高于同类电阻点焊和电弧焊接头。

4）强固焊缝。因为炽热热源和对非金属组分的充分吸收，降低杂质含量、改变夹杂尺寸和其在熔池中的分布。焊接过程无需电极或填充焊丝，熔化区受污染少，使得焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母体金属。因为充满高温蒸气的小孔有利于焊接熔池搅拌和气体逸出，导致生成无气孔的熔透焊缝。焊后高的冷却速度又易使焊缝组织细微化。

5）激光光束可实现精确控制并可实现非接触的大气焊接过程。因为聚焦光点很小，焊缝可以高精确定位。激光输出无“惯性”，可在高速下急停和重新起始，用数控光束移动技术则可焊接三维复杂工件。

4结论

结合轨道车辆不锈钢搭接接头的技术要求，分析激光深熔焊接各工艺要素对激光搭接接头的影响，提出激光功率、光束焦斑、材料吸收值、焊接速度、保护气体、透镜焦距、焦点位置、激光束位置以及焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制等相关要素的工艺控制措施和要求，对轨道车辆不锈钢搭接接头激光焊接工艺的制定有重要的工程应用价值和参考意义。

参考文献

轨道焊接篇2

【关键词】地铁建设，轨道施工，问题，解决方案

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

1.前言

1969年，北京开通了第一条地铁线路，此后停顿了20多年，到1995年上海才建成地铁一号线。目前，我国已成为世界上最大的轨道交通市场。地铁轨道对列车起着承载与引导列车前行的作用，因此，地铁轨道是列车运行的基础，并且地铁轨道施工的好坏直接影响到整个地铁建设工程的质量和工期，地铁轨道施工影响到施工单位的经济效益，以及社会经济和社会生活。然而具体到国内的地铁轨道铺设工程，地铁铺设技术以及高水平的施工工艺掌握在极少数的施工单位和技术人员手中，严重制约了国内地铁事业的发展。全面认识地铁轨道施工中存在的问题，有利于提高地铁建设工程的质量水平。

2.地铁轨道施工概述

2.1.地铁轨道结构的形式

最常见的地铁轨道结构的形式是钢轮钢轨系统，这种轨道由钢轮轮缘和钢轨之间的作用里来提供导向力。

图1

轮缘是有高度h和坡度的，钢轨顶面也是由圆弧组成，保证钢轮向中间靠。如图2.

图2

2.2地铁轨道施工工艺原理

地铁轨道的铺设是将超长钢轨铺设在整体道床上，从而形成质量较高的无缝轨道线路，这种无缝线路抗列车冲击以及抗疲劳作用能力强，运行过程中列车能保障列车行驶平稳、高速，整个轨道线路使用寿命较长，但是需要注意的是整体道床的施工对地铁施工精度要求严格，施工的难度相对较大。

2.3.地铁轨道具体施工方法的选择

短轨枕式整体道床施工方法可分为两种,一是换轨铺设法,即首先用工具轨铺设整体道床,永久轨在隧道外焊接成长轨后,再运至隧道内换铺;二是一次铺设法,不用工具轨,一次铺设无缝线路,即用25m标准长度钢轨,按换轨铺设法用工具轨铺设整体道床施工工艺要求,铺设整体道床,所有钢轨接头在隧道内进行焊接。

换轨铺设法施工。该方法钢轨焊接除联合接头外均在铺轨基地进行,焊接质量易保证;同时避免了隧道内的空气污染,减少了施工干扰,各施工单位均有成熟经验;但工具轨的铺设与拆除需增加工程投资,施工周期相对较长。一次铺设法,在隧道内焊接钢轨易造成空气污染,施工干扰大,需做好施工组织设计,减少窝工,减少工程投资,施工周期相对较短。

2.4.无缝技术

在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接缝的存在，列车通过是发生冲击和振动，并伴随有打击噪声，冲击力可达到非接头区的三倍以上。接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状况恶化、钢轨及连接零件的使用寿命缩短、维修劳动费用的增加。养护线路接头区的费用占养护总经费的35%以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大2-3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长,上述缺点更加突出，更不能适应现代高速重载运输的需要。

为了改善钢轨接头的工作状态，人们从本世纪三十年代开始至今，一直致力于这方面的研究与实践,采用各种方法将钢轨焊接起来构成无缝线路。无缝线路用焊接长轨条铺设的轨道，因为长轨条没有轨缝而得名。无缝线路类型无缝线路分温度应力式及放散温度应力式两种。目前世界各国绝大多数均采用温度应力式无缝线路。焊接长钢轨线路就是无缝线路。一般而言，焊接长钢轨的无缝线路长为1～2km，目前技术上已可能做到全路段的超长无缝线路。

3.地铁轨道施工常见问题分析以及解决方案举例

3.1.辅助轨道基地的具体设置方面

一般情况下，轨道的铺设基地建立在车辆通行地段或者停车场，利用这两个地方足够便利的地理环境对轨料储备、组装轨排等大型作业进行统一实施。而对于辅助轨道基地的设置而言，就更为容易、灵活。如果在工程中还包含有高架建设区间，那么就辅助轨道设置而言，应该就高架区间进行设置，如果地铁全程都为地下线路，那么辅助轨道的设置一般是选择明挖车站区间，其具置也可以设置在中间部分（针对本条线路而言的），同样也可以选择在整个工程的终点位置或者是起点位置。

辅助铺轨基地位置所在环境应该相对平整，具备一些设备正常使用的条件，在其周围的道路通畅度高，并且能够对物资车辆正常的使用通行，并且可以与电水系统有效连通使用。基地总长度一般保持在200m以上，如果条件困难的必须保持在150m以上，宽度一般保持在25m以上，困难时保持在20m以上。基地内部配置应该为长方形。由于场地的限制以及其它因素的影响，通常情况下铺轨基地会包含以下几个方面：生产办公场所、钢轨（规格：25m）堆放场、配件堆放场以及施工人员休息生活区等等。

由于受到吊装孔尺寸大小的限制，在辅助铺轨基地的建设中一般都会与段轨道排运输法协同工作。在对辅助铺轨基地内部，应该使用龙门吊将所有已装好的轨排依次放到吊装孔上，其次在洞中通过炮车将放置完毕轨排运送到需要铺设的地铁建设路段。辅助铺轨基地的具体布置图如下图1所示：

深圳市在当初对地铁4号线进行初步设计时，一共设置了4出辅助铺轨基地。在施工过程中，由于工期调整，需要再增加辅助铺轨基地数量，所以选择了在汽车中心站、黄贝站以及坂田站三处建设铺轨基地，其主要根据本身所需要的场地大小，对材料的对方进行了合理的布置，并且没有设置钢轨方面的焊接所需区域。

图3

3.2.钢轨焊接方面

（一）对钢轨的型号以及性能呢过进行选择地铁正弦采用60kg/m的钢轨，硬度较高的钢轨一般使用在铁路方面，对地铁并不适用。在地铁轨道建设中使用u75v的热轨与车轮的匹配度最好，并且价格相对合适，所以笔者推荐。

（二）钢轨焊接主要过程就目前而言，我国对钢轨焊接方面的工艺主要有3种，第一种是接触焊，第二种是气压焊，最后一种是铝热焊。

接触焊的焊接原理在于利用电流通过电阻时产生的热量来进行焊接施工，在经过一定程度的顶锻加工以达到焊接的目的。接触焊就目前水准来讲，其焊接的效率更高，焊接的质量更好，目前在世界范围内被广泛应用，同样也是我国主要的焊接工艺之一。

对于铝热焊而言，其施工的环境相对较差，经过焊接后，焊接接头的质量得不到足够的保证，焊接后达到的极限强度也仅仅是母材强度的百分之七十左右，在进行焊接施工的时候一般不予采用。更觉相应试验资料表明，对长钢轨各种焊法进行比较，将焊接接头的质量以及木材强度的百分之百作为比较内容。

（三）既有工程以及续建工程的钢轨焊接

当进行续建工程的设计时，施工人员一般采用的是与既有工程一样的钢轨材料，但是所采购的相关厂家与既有工程的厂家并不一样，即使存在着一致，也会在批次以及时间上存在一定的差异，因此在钢材的选用上，及时统一形式，其具体内容也不尽相同，这就带给钢轨焊接工程极大地困难。

对于材质不同的两根钢材，分别对其进行接触焊或者是气压焊，对于各自的焊接质量都难以保证。并且就接触焊而言，其需要的具体施工时间较长，需要的空间更大，如果当既有工程开始施工后，一般都不会具备接触焊方面的条件。就移动式的气压焊来讲，虽然有足够的施工空间，但是如果当既有工程开工后，地铁工程各方面时间较短，在时间方面，并不能满足其具体的要求，在考虑到相应的焊接原理，如果仍然选择在此使用气压焊的方式进行焊接工程，可能会导致一定的病害，形成一定程度的隐患。

所以针对城市地铁轨道交通的既有线钢管焊接以及续建部分的钢管焊接，一般情况下是采用铝热焊的施工方式，铝热焊也表现出了十分合适的优势，比如它所需要的工艺相对于简单，比较适合流水性较强的作业，但是在对于了铝热焊行工艺进行施工时，需要对砂型、氧气瓶以及加热时的工作压力等进行一定严格性的硬性要求，以保证焊接工程得以竣工，并且保证焊接的质量。

四.结束语

地铁轨道是列车运行的基础，并且地铁轨道施工的好坏直接影响到整个地铁建设工程的质量和工期，地铁轨道施工中，不可避免的会遇见许多问题。在施工的过程中遇见了问题，要主动及时的将问题提交轨道施工负责部门，这些施工中的问题必须引起施工单位足够的重视，轨道承包商应当同有关部门协商处理解决这些问题。以保证地铁轨道施工建设能够顺利进行，保障整个地铁建设工程质量。

参考文献:

[1]何海健，项彦勇，刘维宁等.地铁车站隧道群施工对邻近桥桩影响的数值分析北京交通大学学报（自然科学版），2006，30（4）：54-59.

[2]刘传宏.CRTSⅠ型板式无砟轨道底座及凸形挡台施工质量控制[J].上海铁道科技，2010，（2）：84-86，75.[3]刘宝庆.高速铁路Ⅱ型板式无砟轨道平顺性控制技术[J].中国新技术新产品，2011，（11）：169-170.

[4]李汶京.地铁车站隧道群邻近桥桩施工关键技术研究[J].铁道标准设计，2009，（10）：85-89

轨道焊接篇3

关键词：移动闪光焊接平直度sec电子平直仪接头精整

钢轨闪光焊接施工，是在无缝长轨铺设施工完毕后，利用线路行车空闲时间用移动式焊机将500米长钢轨接头焊接，并按规定进行长轨条应力放散及锁定焊施工。焊接施工用电由焊轨车组自带的内燃发电机组供应。施工时焊轨车组压住已焊接的长轨条，轨道车采用顶进的方式，焊轨作业车组编组如下：从焊接作业点开始依次分别为闪光焊机（平车）、轨道车。根据不同的焊轨方向，焊轨车组提前在站内编组完毕后，利用长轨运输车推进后的空闲时间随之推进焊轨车组，进入计划施工地点进行焊轨施工，长轨运输车从前方返回之时，焊轨车组要提前退出区间。

1工艺流程

钢轨接头焊前检查与处理：钢轨接头焊前检查与处理包括钢轨扣件拆除、垫放滚筒、轨端及电极接触部位除锈、机车对位、对轨与夹持、设备检查等内容。现场施工时通过上述准备工作后经检查达到焊接条件即可进行焊接。

钢轨焊接：钢轨焊接包括焊轨作业车对位，夹轨对中，通电焊接。

焊后处理：接头焊接后要检查接头外观质量、推凸质量、接头粗打磨、接头热处理、焊后冷调直、焊缝精磨、焊缝平直度检查、接头无损探伤、恢复线路。

移动闪光焊接头外在质量的优化措施

线上钢轨移动闪光焊过程中，为保证最终线路的平顺性，需严格控制接头的外在质量，特别是平直度。由于现场移动闪光焊是一个由铺轨、拆除扣件、垫放滚筒、除锈、对轨、焊接、粗磨、正火、矫直、接头精整、探伤、整修、恢复线路等十多个工序相互结合组成的一个综合施工过程，因此对移动闪光焊的外在质量控制贯穿始终。其中对焊接接头平直度有直接影响的工序主要有：对轨、焊接、正火、矫直及接头精整。

工地现场焊接工艺流程图。

为进一步保证京沪高速铁路钢轨焊接接头的外观质量，结合本项目实际施工，提出以下现场焊轨控制要点及具体实施。

2对轨工序

现场施工时，线路条件如曲线段、直线段、坡道等会对钢轨的平顺性有一定的影响。当进行焊接时，由于移动式闪光焊机夹持采用轨腰夹持的方式，通过钳口表面与轨腰表面的接触进行夹紧，由于两表面均为圆弧面，因此仅仅靠夹持无法达到足够的对中精度，特别是在非直线段上，这点情况尤为突出。故此焊接前，应将钢轨初对中，将两待焊钢轨轨顶面和工作边平行对位，基本平齐，预留好合理的预拱度，采用斜铁等方式消除由于弯道超高及钢轨扭曲引起的不对中情况后，才能进入夹持工序。初对轨是保证接头外观质量中最容易被忽视的环节。

3预拱度控制

焊接接头预拱度控制是控制高低接头的关键工序，施工时待焊钢轨在拆除扣件后垫放好滚筒，在各项检查完成后，进行焊接对位，焊接对位直接控制钢轨焊接施工质量。钢轨预供度调整，焊前钢轨供度控制在2.9mm/m～3.1mm/m，待焊钢轨分固定端和活动端。固定管调整为：设3个固定支点，支点位置距轨端第二个承轨槽、第五个承轨槽、第8个承轨槽，调整高度依次为3cm、1cm、2cm，由于固定端钢轨在焊接机组下压后会上翘；活动端调整为：设2个固定支点，第一个支点距轨端第3～5个承轨槽上，第二个支点距轨端18～21个承轨槽上，调整高度分别为4cm、9cm，由于第一支点和第二支点之间的间距较大，钢轨在重力作用下轨端会上翘（以上数据为现场焊接经验值），现场调整通过移动活动端支点将钢轨供度调整好，具体见下图。

钢轨供度调整好后进行焊机对位，车轮距轨端第一轮对提前标上记号，以每小时3-5公里的速度推进移动焊轨机初定位，载有移动焊机的轨道车第一个轮对距焊接位置3m左右，对位完成后应迅速装好止轮器，保证车辆不会发生溜车现象。对位之后应放下液压支腿，顶升起焊轨作业车。在焊接接头对轨过程中，必须以轨顶面和工作面为基准，轨顶面和工作面错位偏差不应大于0.2mm，轨底边缘错位偏差不应大于1mm。焊机电极表面应平整、光洁，无油、水、铁渣等污染物，左右股轨节接头相错量不能超过100mm。曲线上钢轨焊接，由于高速铁路、客运专线曲线半径较大，现场拨道调整量不大，为确保钢轨在焊接过程中横向相差量满足要求，在待焊钢轨下放好滚筒后，将钢轨向曲线内侧拨动，在接头20m范围拨成直线，现场通过拉悬线检查。

4夹持焊接工序

对移动式闪光焊焊接接头来讲，夹持对中主要通过焊机进行，通过对中时设备的机械精度辅助人工干预，可以较好的实现对中。由于任何两根待焊钢轨的平直度都不可能完全一样，线路情况的影响也不相同，焊轨设备本身的机械对中结构也有一定的偏差，因此焊后大部分接头存在着一定的接头错边。夹持焊接工序在保证接头外观平直度质量方面主要进行两方面的工作，一是将以轨顶面及工作边为基准，兼顾其他部位进行对中，确保接头错边处于合理范围内，控制好焊接接头的错边量，也可以改善焊接接头的平直度；二是控制焊接预拱度，以控制焊后平直度，为接头正火打下良好的平直度基础。

5正火矫直工序

焊后正火热处理同样是一个热过程，依然不可避免的会使得焊接接头产生平直度变化。正火过程无法象焊接过程一样通过夹持机构的夹持结合撤出夹持时间的控制来保证高温接头的平直度，正火时只能够通过控制拆除扣件距离、垫物高度和位置等辅助手段来使得正火工序对平直度的影响最小化。根据现场实际轨温情况，由于正火后接头预供度会下降，高温时控制钢轨供度为3.1mm/m，在接头两侧第二、四、六轨枕位置安装锁轨装置，锁轨装置满足能定在道床板上，在接头加热强将钢轨预供度调整好，将锁轨装置安装好，并在接头两侧将30m范围内的扣件按锁定要求全部拧紧方可进行钢轨接头热处理（由于钢轨轨温变化内部产生的应力会造成接头上供或拉细）。接头横向调整采用弯轨机，高铁、客运专线要求高，施工选用弯轨机作业力在轨腰位置，弯轨是将反向位置1m范围内的全部轨距挡块拆除，同时弯轨是保压时间控制在10秒以上，防止钢轨回弹。

6接头精整工序

移动闪光焊接头精整使用仿型打磨机对焊接接头的轨顶面及轨头侧面工作边进行外形精整，恢复轨头轮廓形状。外形精整是控制接头平直度的最重要手段之一。外形精整的基本作业采用多次测量、多次打磨方式。为保证接头精整质量，作业前，焊接接头及两端1m范围内温度应在50℃以下，精磨的长度不应超过焊缝中心线两侧各450mm范围。使用仿形打磨机对焊接接头的轨顶面及轨头侧面工作边进行外形精整，外形精整应保持轨头轮廓形状，不应使焊头或钢轨产生任何机械损伤或热损伤，不应使用外形精整的方法纠正超标的平直度偏差和超标的接头错边。现阶段，我国铁路建设单位和工务养护单位进行现场接头外形精整时主要采用直尺塞尺式前后测量和各式仿形打磨机打磨。前后测量时必须要了解接头的平直度状况才能判断打磨范围和打磨量，而传统的接触式测量方式受限于固有精度，无法给予后期打磨足够准确的数据，这就会影响打磨质量。同时传统测量方式无法直观给出所测量接头的精确平直度情况，这样就在打磨时无法给予操作人员足够的打磨范围、打磨起始点、打磨量的指示，因此在高速铁路要求对接头平直度日益进行精确控制的情况下就无法达到要求，迫切需要更精确的接头平直度测量方式。

目前，各焊轨基地已开始采用比较先进的SEC电子平直度仪对钢轨顶面和工作边平直度进行测量。该设备是集成了计算机、传感器、信号处理、精密机械加工、新材料等新技术于一身的机电一体化设备。其特点是：采用有效长度为1米的精密导轨为测量基线，能反映真实值，消除了钢板直尺加塞尺方法的测量原理缺陷；数据采集、处理实现自动化、数字化；能连续测量钢轨两个方向的平直度数据；测量仪结构紧凑、重量较轻、便于携带、操作简便、检测效率高。测量时将钢轨平直度测量仪置于钢轨顶面或者侧面，箭头指向焊缝中心，测量钢轨顶面及侧面工作边平直度。测量过程中，每隔5mm进行采样，一米范围内总共测量200个点，通过将这两百个点的数据连线，绘出该接头的平直度曲线。实际接头精整作业前，在钢轨温度处于设计锁定轨温范围时测量钢轨焊接接头平直度，记录测量时的轨温。结合该接头测量获得的平直度曲线，可获得以下信息：

①接头轨顶面的平直度变化趋势（判断打磨长度）。

②接头工作边的平直度变化趋势（判断打磨长度）。

③接头轨顶面和工作边的错边情况（判断打磨长度）。

④接头轨顶面最大、最小值（确定打磨深度）。

⑤超过规定值的长度及部位（确定重点打磨区域）。

7工艺优化措施

为进一步保证高速铁路钢轨焊接接头的外观质量，结合本项目实际施工，提出以下优化措施及建议：

①为保证外观质量，必须重视生产过程中连续质量控制，通过对轨、夹持焊接、正火矫直和接头精整等工序密切配合，形成满足高铁要求的外观质量控制手段。

②对轨过程必须使两待焊钢轨相互平顺，消除因线路条件引起的钢轨扭曲。

③持焊接过程必须重视控制接头错边和预拱度，保证焊后接头平直度稳定，不出现超标的错边。

④正火矫直工序必须在达到正火要求的同时控制平直度不发生大的变化，应采用矫直的方式使得接头接近笔直。

⑤接头精整工序应通过SEC电子平直度仪或同类设备对接头精整前的平直度进行测量，并针对平直度曲线判定打磨范围和打磨量，并制定相应的打磨工艺。通过上述方法，可实现对接头打磨量和打磨范围较好的控制，防止打磨超限或者造成报废接头的情况。

8结束语

在京沪高速铁路310公里无缝线路钢轨焊接施工任务中，由于不断优化钢轨焊接施工工艺，同时执行京沪公司下发的各项无缝线路施工相关文件，项目部在京沪线焊轨施工得到了铁科院金化所、京沪公司、监理等多家单位的认可和赞同，焊接接头验收一次性通过，并在试验过程实现了486.1公里/小时的世界最高运营时速，相关观点、经验可供类似工程借鉴。

参考文献：

[1]铁路轨道设计规范（TB10082-2005）.

[2]客运专线铁路轨道施工技术指南（TZ211-2005）.

[3]无缝线路研究与应用.

[4]京沪高速铁路指挥部下发无缝线路相关文件.

[5]道行业标准TB/T1632.1-2005，TB/T1632.2-200、TB/T26

58.21-2007.

轨道焊接篇4

厂焊长钢轨工作内容及费用组成

1厂焊长钢轨的主要工作内容

厂焊长钢轨的主要工作内容包括:100m钢轨卸车、选配轨、除锈、焊接、粗磨、正火、粗调、时效处理(半成品存放24h)、精调、精磨、探伤、月台质检、存放。与现行定额相比，此单价中的工作内容增加了“100m钢轨卸车”内容，且该费用组成不包含车辆回送工作。

2厂焊长钢轨包括的费用

厂焊长钢轨费用主要包括:人工费、生产人员规费、材料费、固定资产折旧费、生产线机械使用费、周期性检验和型式检验费、管理费、利润、税金。与现行定额相比，此单价中包含了焊轨基地的建厂投资的折旧费及型式检验费。

厂焊长钢轨费用分析

1焊轨基地生产人员数量的确定

通过调研，既有焊轨基地生产人员数量如表2所示。表2中生产人员数量是经现场实地调研统计的，平均每个焊轨基地配备生产人员129人，每条生产线平均配备生产人员65人。即每个焊轨基地按2条生产线配备生产人员。各铁路局焊轨基地定员除表2中的生产人员外，还配有维修人员、管理人员、后勤人员、500m钢轨装车人员。其中管理人员、后勤人员相关费用纳入管理费;维修人员相应工费纳入机械台班费的经常修理费;500m钢轨装车人员费用不计入焊轨单价。

2生产人员月工资水平

生产人员月工资包括:基本工资、工资性补贴、辅助工资、职工福利费、劳动保护费、奖金、加班费(月工资中含个人负担的医疗保险、失业保险、养老保险、住房公积金)。经调查，焊轨基地生产人员月工资平均为3300元，即每工日157元。

3生产工人规费的计算

规费系指政府和有关部门规定必须缴纳的费用，包括社会保障费(基本养老保险费、失业保险费、基本医疗保险费、工伤保险费、生育保险费)、住房公积金、工程排污费。经测算，按生产人员工费的42%计列。

4生产线工班产量

如果按9min焊接1个接头计算，8h焊接53个接头，乘以设备利用系数0．85，乘以时间利用系数0．90，8h焊接的接头个数为53×0．85×0．90=41。根据调查，焊轨基地每条生产线工班产量平均完成40个接头(见表3)，与计算结果十分接近

5焊轨材料费

根据调研资料统计分析，每个焊接接头消耗的材料费为162元。此费用扣除了其中属于机械经常修理费包含的部分材料费(如焊机钳口、感应圈、液压油、皂化油等)。

6焊轨基地设备费

11个焊轨基地中有7个为新建基地，4个改建基地，其中的设备费如表4所示。由表4可以看出，平均每条生产线设备费为4631万元(包含焊轨设备、存轨、卸轨设备，扣除500m长钢轨装车的设备)。

7100m定尺钢轨焊接机械台班单价及分析

100m定尺钢轨焊接设备按12年摊销，每年有效工作台班260个，计算的机械台班单价为24848元。具体计算如表5所示。

8固定资产折旧费、职工住宿费等

每个新建焊轨基地投资额各不相同，此次测算暂按1．5亿元计列。其中除设备费以外的固定资产(如房屋、轨道等)投资额约1．1亿元，按20年折旧计算。职工住宿费等有关费用，按人工费及机械使用费之和的15%计列。经测算，固定资产折旧费、职工住宿费折算到每个焊接接头约为400元。

9周期性检验及型式试验费用

该项费用包括焊轨基地内的落锤试验及第三方送检的试验费用。根据对各焊轨基地的调查资料综合取定。经测算每个焊接接头约为100元。

10管理费费率的确定

根据调查资料(如表6所示)统计分析，管理费与生产人员的工费比例平均为83．1%。为此，管理费可按生产人员工费的83．1%进行测算。

11利润

利润可按7%计列。

12税金

按国家有关规定计列。

13费用标准

根据铁路建设协调小组有关文件，钢轨焊接费用，100m定尺钢轨焊接单价为4．3万元/km，25m定尺钢轨焊接单价为5．95万元/km，与测算数据基本一致。

轨道焊接篇5

关键词：高铁重轨焊接生产线；轨料上料；成品下料；自动输送

中图分类号：U215文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）03-0056-02

一、概述

目前，高速铁路已经成为世界铁路发展的总趋势，日本、法国、意大利、西班牙、英国、瑞典、俄罗斯等国家铁路营运时速已达到200～360km/h的范围之内。我国铁路东部覆盖不均衡，基础设施落后，铁路运行速度低，致使铁路运输效率低下，形成了运输高峰时严重堵塞的现象。目前，铁路的发展已经不适应我国现代化建设，在某种程度上严重影响了国民经济的快速发展。因此，改造现有铁路设施、运输提速和新建高标准、高速铁路建设和改造正在迅速进行，取得了客观的经济和社会效益。

我国高速铁路迎来了史无前例快速大发展的时代，高铁焊接是高速铁路建设中最重要的工序之一，而重轨焊接过程中的自动输送装备又是焊接工序中的重要组成部分。由于该技术尚处于国内空白，不能不采用落后的人工操作，产量低，自动化程度差，工人劳动强度大，危险因素多，一直是高速重轨焊接的薄弱环节，满足不了我国高速发展的铁路事业需求。

高速铁路必须有适合高速运行的重轨做支承。高速重轨除了其材质和轧制工艺有特殊要求外，在现场施工焊接方面也有很高的要求。目前，我国冶金企业轧制的重轨单根最大长度为100米，而高速铁路建设需要将100米的单根重轨进行多根拼接，高精度焊接后运往施工现场再进行焊接。由于我国高速铁路建设起步晚，积累的经验少，因此相关的施工技术还显落后，装备水平不高，建设效率低。在重轨焊接领域，多数建设项目还没有形成系列、完善、科学和高效的施工方案，只是在焊接设备上引进了国外的技术的设备，基本保证了焊接质量的需要。目前，根据重轨焊接的产量要求，大多数焊轨厂采用双作业流水线生产方式，两条作业线共用原料场地，原料钢轨的卸车、钢轨运输均采用人工操作吊车运输方式，成品辊道下线、装车也采用吊车运输方式。因为人工操作吊车吊运一次钢轨，一个运行周期需8～9分钟，向两条工作线运料需16～18分钟，同时还要进行卸车交叉作业，因此吊车的运送能力不能满足双焊轨作业线的生产要求（一个焊接周期6分钟）；而在成品钢轨下料辊道，若因吊车能力不足，将无法保证钢轨及时运离辊道线，造成下一根钢轨不能按流程继续生产，造成生产线卡阻。因此，由吊车完成的钢轨上下料的物流速度，成为制约重轨焊接生产线能力发挥的主要

瓶颈。

为适应高铁建设的需要，我们在大量调研和深入研发的基础上，将轨道横移技术进行改造，与重轨焊接生产线的焊接工艺对接，设计研制出国内第一套“高速铁路重轨焊接自动输送设备”。该设备通过摆动梁横移升降的方式将钢轨逐根运送到焊接辊道线上，大大缩短了轨料上料时间，解决上料区的物流输送瓶颈问题；在下料区的物流瓶颈问题。

根据重轨焊接生产线的焊接要求，设计满足焊接需要的自动输送设备，即上轨供料装置和下线收集

装置。

二、工作原理

本项目重点研发制造高速铁路重轨焊接生产线轨料上料和成品下料自动输送设备。该设备由上轨供料装置和钢轨快速下线收集装置组成，其生产工艺流程是：由吊车将料场堆积的重轨原料吊装于上轨供料装置的链床上，链床按照焊接生产线的节奏自动控制完成上料动作。具体动作时：链床启动，链床挡块将一根重轨推入焊接生产线辊道上方后，链床升降装置驱动链床下降将轨料放于辊道上，辊道运作将钢轨运出，进入焊接生产线。同时链床下降，退回，进入下一个运作周期，这样即可逐根将轨料连续输送至焊接生产线辊道，并与生产线运作同步。上料装置全部自动化，通过自动控制系统实现与焊接生产线的同步；该部分装备链床大小可根据最大轨料额长度设计制造，以适应不同长度轨料的上料需求。轨料通过焊前处理、焊接、焊后处理后，进入成品输送辊道。在该段设置的快速下料装置可以将重轨成品快速运出生产线辊道，进入下料链床，通过吊车调运至成品料场。具体工艺过程是：成品重轨运行至下料链床工作区后，链床升起，挡块将重轨挡住，链床动作，将成品推出辊道至链床尾部，等待吊运。链床下降，返回，等待下一根成品轨。该段装备通过自动控制系统与焊接生产线保持同步，其长度可以根据成品长度设计制造，以适应不同需要。并可以在快速下料的同时，通过翻转和收集、打捆等装置，实现成品重轨的自动堆放和大捆，完全实现成品下料至包装的工艺自动化。

三、采用的新技术

轨道横移技术在冶金企业已经应用多年，技术成熟，运行可靠。本项目产品就是将这些成熟的技术进行创新设计，与高速重轨焊接生产线工艺要求接轨，满足生产线快速上料和下料的需要，以解决多年影响焊接线各部分装备节奏混乱，工作效率底下的瓶颈。整个产品在国内众多重轨焊接生产线中尚属首创，该装置的采用可以全面实现焊接线的高度自动化，使我国重轨焊接生产工艺达到世界先进水平。

该系统的升降装置是采用平面四杆机构来实现，控制系统通过快速以太网CP343-1与别的机组实现数据交换；采用标准的通讯协议，充分保证整个系统的通讯畅通，并且系统的维护和扩充也非常方便。人―机界面采用上位机控制，使操作方便、灵活。集中监控系统采用可调焦220倍摄像头监控。自动化系统采用PLC-300控制，CPU采用子门子315-2DP。

四、结语

综上所述，本项目产品高速铁路重轨焊接自动输送设备技术先进、结构合理，该电气设备集低压供配电、电气自动化、网络通讯、监控摄像为一体，为焊轨生产提供高效率、高品味的全自动服务。该设备的技术先进性及全自动化程度在国内尚属首例。

高速铁路重轨焊接自动输送设备的应用，将对中国的高速铁路重轨焊接生产线整体工艺水平的提高起到积极的作用，将生产线的工艺水平整体迈入国际先进行列。未来几年，中国将斥资几十亿的投资规模对现有十余条重轨焊接生产线进行改造，“高速铁路重轨焊接自动输送设备”的应用前景广阔。

参考文献

[1]吴宗泽．机械设计手册[M]．北京：机械工业出版社，2004．

[2]孙桓．机械原理[M]．北京：高等教育出版社，2006．

[3]姚樵耕．电器自动控制[M]．北京：机械工业出版社，

轨道焊接篇6

1焊接小车

焊接小车是实现自动焊接过程的驱动机构，它安装在焊接轨道上，带着焊枪沿管壁作圆周运动，是实现管口自动焊接的重要环节之一。焊接小车应具有外形美观、体积小、重量轻、操作方便等特点。它的核心部分是行走机构、送丝机构和焊枪摆动调节机构。行走机构由电机和齿轮传动机构组成，为使行走电机执行计算机控制单元发出的位置和速度指令，电机应带有测速反馈机构，以保证电机在管道环缝的各个位置准确对位，而且具有较好的速度跟踪功能。送丝机构必须确保送丝速度准确稳定，具有较小的转动惯量，动态性能较好，同时应具有足够的驱动转矩。而焊枪摆动调节机构应具有焊枪相对焊缝左右摆动、左右端停留、上下左右姿态可控、焊枪角度可以调节的功能。焊接小车的上述各个部分，均由计算机实现可编程的自动控制，程序启动后，焊接小车各个部分按照程序的逻辑顺序协调动作。在需要时也可由人工干预焊接过程，而此时程序可根据干预量自动调整焊接参数并执行。

2焊接轨道

轨道是装卡在管子上供焊接小车行走和定位的专用机构，其的结构直接影响到焊接小车行走的平稳度和位置度，也就影响到焊接质量。轨道应满足下列条件：装拆方便、易于定位；结构合理、重量较轻；有一定的强度和硬度，耐磨、耐腐蚀。轨道分为柔性轨道和刚性轨道两种。所谓刚性轨道就是指轨道的本体刚度较大、不易变形，而柔性轨道则是相对刚性轨道而言。两种类型的轨道各自有各自的特点。刚性轨道定位准确、装卡后变形小，可以确保焊接小车行走平稳，焊接时焊枪径向调整较小，但重量较大、装拆不方便。而柔性轨道装拆方便、重量较轻，精度没有刚性轨道高。

3送丝方式

送丝的平稳程度直接影响焊接质量。送丝方式可以简单分为拉丝和推丝两种方式。拉丝时焊枪离送丝机的安装位置较近，焊接过程中焊丝离开送丝机后受到的阻力较小，因此可以保证送丝过程平稳，但送丝机和焊丝盘均须安装在焊接小车之上，增加了焊接小车的重量，给人工装拆增加了困难，重量增加还容易造成焊接小车行走不平稳。使用直径为0.8mm或1.0mm的小盘焊丝（重量约为5kg）减轻了焊接小车的重量和负载，又使得焊接过程容易控制，但对焊接效率有一定的影响。采用推丝方式时，将送丝机构安装于焊接小车之外，减小了焊接小车的体积和重量，可以使用大功率的送丝机和直径为1.2mm的大盘焊丝（重量约为20kg），从而提高焊接效率。然而，由于推丝时送丝机离焊枪较远，两者之间须有送丝软管相连，当焊丝被连续推送到焊枪嘴处时，焊丝受到的摩擦阻力较大，而且，焊接过程中送丝软管的弯曲度对送丝的平稳程度有一定的影响，严重时造成送丝不畅，因此使用推丝时须充分考虑述因素。

4焊接工艺的选择

目前，除采用手工焊接外，管道焊接较多的是采用埋弧自动焊接工艺和气体保护焊工艺。

埋弧自动焊有焊缝成型好、焊接效率高、焊接成本低等特点，对于管道施工而言，埋弧自动焊可用于双管联焊，简称“二接一”，即焊枪固定在某一位置，管子转动。显然长距离管道焊接时不可能让管子转动，因而“二接一”只能用于管子的预制。如果管道全位置自动焊采用埋弧焊工艺，那么焊接装置上必须配加焊剂的投放、承托与回收机构，使得焊接装置的结构变得较为复杂，给操作与装拆带来不便，而且增加了行走小车的负载，影响小车行走的平稳性。埋弧焊一般采用粗焊丝、大电流的焊接方式，用于全位置自动焊可能会由于熔敷率较高出现熔滴下垂、流动等焊接缺陷，影响焊缝的成型与质量，因此将埋弧焊应用于管道全位置自动焊接实现起来困难较大。

采用药芯焊丝加气体保护的焊接工艺，若是多遍成型，则每次焊缝表面清渣费工费时；若是强迫成型，则须配加一个与焊枪一起运动的成型铜滑块，并通入循环冷却水，可以大大提高焊接效率，这样一来不仅焊接装置的结构复杂，而且重量增加。因为药芯焊丝的价格较高，同时还要解决保护气体的气源，所以焊接成本较高。单一使用自保护焊丝，虽然节省了保护气体，但存在清渣困难问题。

采用实芯焊丝加气体保护的焊接工艺，若是多遍成型，则焊接过程可简单分为打底、填充、盖面三个阶段，无须对焊缝表面进行清理而直接进行下一道工序，但焊接速度相对强迫成型而言慢一些。保护气体一般为纯二氧化碳气体、二氧化碳和氩气或二氧化碳和氧气的混合气体。二氧化碳和氩气的混合气体可以使得焊接时的电弧燃烧稳定、飞溅较小，但在野外施工时氩气气源难寻、价格较高，从经济方面考虑，在焊接输油管道时，最好尽量使用纯二氧化碳作为保护气体。在有条件的地区施工，使用二氧化碳和氩气作为保护气体较为理想。

5控制方式