鋼軌焊接接頭平直度測(cè)量方法及效果研究

高彥嵩

（中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司 工務(wù)處，北京 100070）

0 引言

鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量直接關(guān)系到列車(chē)運(yùn)行的平順性，為保證接頭外觀質(zhì)量，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)鋼軌焊接接頭外觀進(jìn)行平直度和不平度測(cè)量。平直度是測(cè)量以接頭焊縫為中心兩側(cè)各500 mm范圍內(nèi)，軌頂面縱向中心線和軌頭側(cè)面工作邊上距軌頂面16 mm處的縱向線的偏差；不平度是測(cè)量平直度范圍內(nèi)不同小范圍的平直度偏差情況[1]。以下對(duì)以焊縫為中心兩側(cè)各500 mm范圍內(nèi)的平直度測(cè)量方法及效果進(jìn)行研究。

1 研究方案

1.1 測(cè)量位置

在中華人民共和國(guó)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱(chēng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定的鋼軌焊接接頭平直度測(cè)量位置基礎(chǔ)上，增加軌距角處2個(gè)位置縱向平直度測(cè)量[2]。60N新廓形鋼軌焊接接頭的平直度具體測(cè)量位置見(jiàn)圖1。

從圖1可見(jiàn)，位置1（軌頭R200 mm圓弧）、位置4（工作面）是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼軌焊接接頭縱向平直度測(cè)量位置；位置2、3分別對(duì)應(yīng)軌頭R60 mm、R16 mm圓弧中心處，是新增測(cè)量位置。以下軌頭測(cè)量以圓弧表示測(cè)量位置，即測(cè)量R200 mm、R60 mm、R16 mm弧面縱向中心線平直度；測(cè)量工作邊（距軌頂面16 mm處）縱向線平直度。

圖1 鋼軌焊接接頭平直度測(cè)量位置

1.2 測(cè)量工具

由于電子平直度測(cè)量?jī)x的局限性，在位置1、4采用電子平直度測(cè)量?jī)x進(jìn)行鋼軌焊接接頭測(cè)量，在位置2、3采用鋼板尺和塞尺測(cè)量平直度[3]。

1.3 測(cè)量地點(diǎn)及接頭種類(lèi)

選擇管內(nèi)主要干線A線和B線（根據(jù)研究需要，略去具體線路名稱(chēng)）作為鋼軌焊接接頭平直度測(cè)量地點(diǎn)，測(cè)量的鋼軌焊接接頭包括廠焊、現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)閃光焊和現(xiàn)場(chǎng)鋁熱焊。

1.4 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)量位置1、2、3處的平直度標(biāo)準(zhǔn)比照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中軌頂面平直度標(biāo)準(zhǔn)，位置4處的平直度標(biāo)準(zhǔn)比照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中工作面平直度標(biāo)準(zhǔn)，具體數(shù)值按不同鋼軌焊接接頭種類(lèi)要求執(zhí)行[4]，鋼軌焊接接頭平直度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

1.5 測(cè)量接頭數(shù)量

測(cè)量A線鋼軌焊接接頭146個(gè)，其中：廠焊62個(gè)、移動(dòng)閃光焊62個(gè)、鋁熱焊22個(gè)。測(cè)量B線鋼軌焊接接頭239個(gè)，其中：廠焊106個(gè)、移動(dòng)閃光焊92個(gè)、鋁熱焊41個(gè)。

表1 鋼軌焊接接頭平直度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)mm

1.6 測(cè)量時(shí)段

本次研究確定的測(cè)量時(shí)段均為鋼軌焊接接頭上線1個(gè)月后，且于未進(jìn)行預(yù)打磨前進(jìn)行，由此既可研究鋼軌焊接接頭上線后平直度狀態(tài)，又可對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題通過(guò)預(yù)打磨進(jìn)行消除處理。需注明的是，研究中發(fā)現(xiàn)的軌頂面和工作邊平直度不合格的接頭，后續(xù)均經(jīng)過(guò)整治處理，達(dá)到平直度合格標(biāo)準(zhǔn)。

2 測(cè)量結(jié)果

2.1 A線

2016年11月，采用四位置測(cè)量法對(duì)A線鋼軌焊接接頭進(jìn)行測(cè)量。數(shù)據(jù)處理上，選取每個(gè)接頭不同位置平直度測(cè)量數(shù)值最高或最低點(diǎn)數(shù)值作為研究數(shù)據(jù)，分別形成廠焊、移動(dòng)閃光焊和鋁熱焊測(cè)量結(jié)果（見(jiàn)圖2—圖4）。

圖2 A線廠焊接頭平直度測(cè)量結(jié)果

圖3 A線移動(dòng)閃光焊接頭平直度測(cè)量結(jié)果

對(duì)A線測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，得A線所有鋼軌焊接接頭平直度不同測(cè)量位置總體情況。A線鋼軌焊接接頭平直度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

由圖2—圖4及表2的測(cè)量結(jié)果分析可知，采用四位置測(cè)量法測(cè)出的A線鋼軌焊接接頭平直度呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

（1）R60 mm弧面平直度數(shù)值與R200 mm弧面相近、R16 mm弧面平直度數(shù)值與工作邊相近；

（2）按照R200 mm弧面平直度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量出的R16 mm弧面平直度不合格數(shù)量較多；

（3）現(xiàn)場(chǎng)的移動(dòng)閃光焊和鋁熱焊接頭不合格比例高于廠焊接頭。

2.2 B線

為深入研究鋼軌焊接接頭四位置測(cè)量法的效果，優(yōu)化調(diào)整各種焊接方式。

2017年3月，在B線進(jìn)行鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量測(cè)量，并增加了樣本數(shù)量，數(shù)據(jù)選取與A線一致，廠焊、移動(dòng)閃光焊和鋁熱焊測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖5—圖7，并形成所有接頭平直度總體情況（見(jiàn)表3）。

由圖5—圖7及表3分析可知，B線鋼軌焊接接頭平直度呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

（1）不合格數(shù)量明顯減少，尤其是R60 mm弧面和工作邊平直度不合格數(shù)大幅下降；

（2）R60 mm弧面平直度數(shù)值與R200 mm弧面相近、R16 mm弧面平直度數(shù)值與工作邊相近的趨勢(shì)更加顯著；

（3）現(xiàn)場(chǎng)焊接方式所有位置平直度總體質(zhì)量出現(xiàn)提升。

3 實(shí)施效果及優(yōu)化措施

以上是實(shí)施鋼軌焊接接頭平直度四位置測(cè)量法的總體結(jié)果，下面分析該方法對(duì)發(fā)現(xiàn)鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量問(wèn)題、改進(jìn)鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量的效果，并提出針對(duì)性優(yōu)化措施[5]。

圖4 A線鋁熱焊接頭平直度測(cè)量結(jié)果

表2 A線鋼軌焊接接頭平直度測(cè)量結(jié)果匯總

圖5 B線廠焊接頭平直度測(cè)量結(jié)果

圖6 B線移動(dòng)閃光焊接頭平直度測(cè)量結(jié)果

圖7 B線鋁熱焊接頭平直度測(cè)量結(jié)果

表3 B線鋼軌焊接接頭平直度測(cè)量結(jié)果匯總

3.1 接頭位置行車(chē)光帶

線路光帶在鋼軌焊接接頭處易出現(xiàn)不連續(xù)情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查分析，除鋼軌焊接接頭打磨不到位所引起光帶不連續(xù)或偏移外，鋼軌母材廓形不一致、鋼軌母材扭曲，都可能導(dǎo)致光帶不連續(xù)或偏移情況發(fā)生。為減少對(duì)接頭位置處行車(chē)光帶不利影響，可采取改進(jìn)接頭打磨質(zhì)量、優(yōu)選鋼軌母材廓形、矯直鋼軌母材扭曲等方式處理。

3.2 線路條件

線路條件對(duì)鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量具有較多影響：

（1）接頭附近扣件扣壓力對(duì)R200 mm弧面平直度產(chǎn)生影響，當(dāng)接頭位置扣壓力大、接頭兩側(cè)位置扣壓力小時(shí)，出現(xiàn)接頭R200 mm弧面測(cè)量結(jié)果為負(fù)值情況；

（2）軌距大小會(huì)對(duì)工作邊平直度產(chǎn)生影響。

應(yīng)采取施工中保持軌距均勻、扣件扣壓力保持一致等措施減少線路條件影響。

3.3 四位置平直度不同特點(diǎn)

通過(guò)四位置測(cè)量法發(fā)現(xiàn)不同位置平直度呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

（1）R200 mm、R60 mm弧面平直度數(shù)值相近，且易出現(xiàn)低于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值下限0.1 mm的不合格接頭；

（2）R16 mm弧面由于半徑小，弧面變化快，緊鄰工作邊，其受力情況與工作邊趨同，所以不僅R16 mm弧面平直度數(shù)值與工作邊相近，從單個(gè)接頭的1 m范圍內(nèi)測(cè)量曲線看，R16 mm弧面平直度線型與工作邊平直度線型也較為接近。

鋼軌焊接接頭四位置平直度線型特點(diǎn)見(jiàn)圖8。

針對(duì)以上特點(diǎn)，為了既滿足標(biāo)準(zhǔn)要求又接近實(shí)際，可采取以下措施：

圖8 鋼軌焊接接頭四位置平直度線型特點(diǎn)

（1）將R200 mm、R60 mm弧面平直度預(yù)留量偏高設(shè)置，焊接過(guò)程將平直度下限設(shè)置高于0.2 mm；

（2）將R16 mm弧面平直度標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為與工作邊一致，由此更能客觀評(píng)測(cè)反映R16 mm弧面平直度。

4 結(jié)論

（1）采用四位置測(cè)量法能全面客觀評(píng)測(cè)鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量。該方法測(cè)量鋼軌焊接接頭外觀平直度，一是增加了鋼軌焊接接頭縱向平直度測(cè)量項(xiàng)目；二是為提升鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量提出指向；三是對(duì)優(yōu)化焊接工藝流程提供了重要參考?？傊?，四位置測(cè)量法對(duì)完善鋼軌焊接接頭外觀質(zhì)量客觀評(píng)測(cè)提供了依據(jù)。

（2）可參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定軌距角新增2個(gè)平直度測(cè)量參考標(biāo)準(zhǔn)。以60N新廓形鋼軌為例，目前，鐵路行業(yè)和中國(guó)鐵路總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)未明確R60 mm、R16 mm弧面平直度標(biāo)準(zhǔn)，該研究可依照軌頂面中心線即R200 mm弧面縱向平直度標(biāo)準(zhǔn)作為軌距角R60 mm弧面縱向中心線平直度標(biāo)準(zhǔn)，而軌距角R16 mm弧面縱向中心線平直度標(biāo)準(zhǔn)比照工作邊平直度標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

（3）改進(jìn)優(yōu)化各種焊接方式工藝流程。針對(duì)廠焊接頭頂面易出現(xiàn)下限不合格的問(wèn)題，將出廠平直度標(biāo)準(zhǔn)下限由0.1 mm提升至約0.2 mm。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊出現(xiàn)的不合格量大的問(wèn)題，一是避免R200 mm弧面、R60 mm弧面平直度負(fù)值，將上拱量在現(xiàn)有基礎(chǔ)上小幅提升；二是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、線路條件影響大的特點(diǎn)，應(yīng)采取制定個(gè)性化工藝流程、規(guī)范線路施工作業(yè)等措施保證焊接外觀質(zhì)量。