CN103643604B - 一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法，涉及钢轨在线焊接技术领域。它能解决目前换铺施工以及线上锁定焊接工艺不稳定问题。根据焊轨标准作业过程，形成锁定焊接和拉伸锁定的两个区段，确保焊接区段和前方的拉伸锁定区段能独立施工；根据所选择的区段长度L和轨温差，可以获得对应的拉伸量ΔL，直接拉轨进行锁定焊接；施工时，应将静端钢轨20m范围的扣件全部解除，并使用轨距杆锁住钢轨，在钢轨下面放置专用垫轨装置，使线路抬高产生一个与原线路1%的顺坡。焊轨车爬坡到达工位并使动端与静端钢轨对齐后，气压焊轨机落下，一次夹持，顺序完成拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业。主要用于钢轨在线焊接。

Description

一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法

技术领域

本发明涉及钢轨焊接技术领域，特别涉及一种气压焊轨车一次完成线路锁定焊接施工方法。

背景技术

目前，我国铁路既有线换铺无缝线路1000～3000米的长钢轨，在线上进行锁定焊和合拢锁定焊，以及在线接头焊缝、辙岔、断轨抢修和日常的钢轨更换等工作中，由于缺少线上焊施工关键技术和装备，不得不采用铝热焊方法和工艺进行钢轨焊接。

根据线路的平面位置情况（曲线半径），线路的换铺方法分为人工换铺和机械换铺两种。人工换轨法由于使用人工劳动力多、劳动强度大、在施工过程中容易发生人身伤害事故、旧料回收不方便，在大修施工中使用已越来越少。机械换铺是用轨道车（或机车）牵引换轨小车，将1000～3000米的单元轨节和原线路上的旧钢轨进行交换，使旧轨拨出，新轨拨入承轨槽。当线路达到稳定阶段后，进行应力放散、锁定作业，形成区间无缝线路。

采用铝热焊接得到的钢轨接头焊缝，其组织结构为铸态组织。接头受热面积较大，接头组织和性能较差，尤其塑性和韧性较低，强度低，质量欠稳定，断头率高，综合性能较差。因此，接头焊缝是无缝线路的薄弱环节。

特别是，当铝热焊焊接工艺选择不当时会产生焊接缺陷，将会更加容易出现接头焊缝的早期伤损和折断，进一步会危及行车安全。气压焊轨车是目前世界上先进的现代焊轨装备，其质量稳定，尤其是拉伸、焊接、热处理一机化作业施工方便、工程量小，难度系数小、性价比高，前期工作线下焊接已经良好解决，目前工程实际急需线上高效优质焊轨施工技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法，它能有效地解决目前换铺施工以及线上锁定焊接工艺的不足。

本发明目的是通过以下技术方案来实现的：一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法，包括采用移动式气压焊轨车的全自动数控气压焊轨机：

步骤一：首先对施工线路进行排轨、锯轨、除锈、端磨、拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理、矫直、精整、探伤工序的预处理；

步骤二：测量施工轨温，施工轨温应小于设计轨温，若施工轨温大于等于设计轨温，需增加辅助降温的技术措施；

步骤三：依据轨温差（ΔT）和焊接消耗量（S），优先选择拨弯量ΔB等于0的区段长度（L）范围；拨弯量按下式计算：

ΔB=（S+D）-ΔL，且ΔB≮0   （式1）

式1中：

ΔB----拨弯量（mm）

S----焊接消耗量（mm）

D----焊口调整量（mm）

ΔL----锁定轨温拉伸量（mm）

ΔL按下式计算：

ΔL=ΔT×α×L   （式2）

ΔT=T-T1   （式3）

式2和式3中：

ΔT-----轨温差(℃)

T----设计锁定轨温(℃)

T1----作业实际轨温(℃)

α----钢轨温度线长系数(0.0118mm/m·℃)

L----锁定焊接施工区段长度(m)；

步骤四：确定锁定焊接施工区段长度，选择大于1000米～3000米的单元轨进行线上锁定焊接；

步骤五：将锁定焊接施工区段前方50m线路上的扣件锁定，形成锁定焊接和拉伸锁定的两个区段，确保焊接区段和前方的拉伸锁定区段能独立施工；

步骤六：根据所选择的区段长度L和轨温差，可以获得对应的拉伸量ΔL，利用焊机具备的拉力和拉伸，直接拉轨进行锁定焊接；

步骤七：施工时，应将静端钢轨20m范围的扣件全部解除，并使用轨距杆锁住钢轨，在钢轨下面放置专用垫轨装置，使线路抬高产生一个与原线路1%的顺坡。

步骤八：焊轨车爬坡到达工位并使动端与静端钢轨对齐后，气压焊轨机落下，一次夹持，顺序完成拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业。使一次锁定焊接区段线路的锁定轨温稳定保持在设计轨温范围之内。

施工时，拨弯区段宜设置在距焊口70m-100m范围内，向外向上斜向拨弯；

由于前方50m线路上钢轨直接锁定，该区段未考虑温度应力，所以在锁定焊接区段钢轨拉伸时应考虑该50m段的超拉量，待钢轨焊接完成后，松开该段螺栓，等待应力释放后重新拧紧，使该段应力水平达到设计轨温的应力水平。

所述专用垫轨装置由六对十二件独立的金属轨枕垫组成，每个金属轨枕垫根据安放位置设计对应的高度，并以一号～六号成对编号。

所述金属轨枕垫底板上的U型开口槽可快速插入轨枕螺栓位置，通过轨枕螺栓将金属轨枕垫与轨枕可靠连接。

所述金属轨枕垫能抵抗焊轨车作业时可能发生的横向位移。该金属轨枕垫放置在轨枕上，下端有两个U型开口槽，利用轨枕螺栓将其固定；金属轨枕垫置的顶部有凹槽，钢轨顺向放入凹槽中，当焊轨车受到横向力作用时，能可靠限制其发生横向移动，保证车体在弯道等特殊地段不会掉道，安全施工有保障。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

采用移动式气压焊轨车配置的气压焊轨机，该机具有拉轨、焊接、保压推凸、保压正火热处理一机化作业功能，对于线上焊接质量要求适应能力强；全作业过程采用计算机控制，受环境因素影响小，工艺参数适应能力强，焊接接头性能与母材相当，质量可靠，作业过程可追溯；关键工艺流程全部采用大型机械作业，大大减小了施工难度；线上焊接作业过程安全稳定，焊头内部探伤和外观平直度均符合TB/T1632《钢轨焊接》标准要求；同时，按照焊轨作业标准工序对轨道线上左、右股接头进行焊接和热处理一机化作业，在“天窗时间”内一次完成换铺、放散施工作业。也可以实现无缝线路线上重伤、断轨接头的永久焊接修复。

附图说明

图1为本发明不同区段长度L下的轨温差ΔT与拨弯量ΔB的关系曲线

图2为本发明不同区段长度L下拉伸量ΔL与轨温差ΔT的关系曲线

图3为本发明拨弯拉伸焊接工法示意图

图4为本发明钢轨金属轨枕垫分布示意图

图5为本发明轨距杆设置要求示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

1.焊轨作业标准工序：排尺锯轨、除锈、端磨、拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理、矫直、精整、探伤。

2.施工轨温：施工轨温不大于设计轨温。若施工轨温大于设计轨温，需增加辅助降温的技术措施。

3.采用气压焊轨车对不小于1000米的单元轨进行线上锁定焊接。

4.确定锁定焊接3施工区段长度：根据图1曲线和轨温差参数，优先选择拨弯量ΔB等于0的区段长度L范围。

5.分区段施工：将锁定焊接施工区段前方50米线路上的扣件锁定，形成锁定焊接3区段和拉伸锁定4两个区段，确保锁定焊接3区段和前方的拉伸锁定4区段能独立施工。、

6.拨弯拉伸焊接：焊后钢轨的应力，即施工后的锁定轨温应该等于设计轨温。采用拨弯拉伸法施工，拨弯量按下式计算：

ΔB=（S+D）-ΔL,且ΔB≮0   （式1）

式1中：

ΔB----拨弯量（mm）

S----焊接消耗量（mm）

D----焊口调整量（mm）

ΔL----锁定轨温拉伸量（mm）

ΔL按下式计算：

ΔL=ΔT×α×L   （式2）

ΔT=T-T1   （式3）

式2和式3中：

ΔT-----轨温差(℃)

T----设计锁定轨温(℃)

T1----作业实际轨温(℃)

α----钢轨温度线长系数(0.0118mm/m·℃)

L----锁定焊接施工区段长度(m)

根据所选择锁定焊接施工区段长度L和轨温差ΔT，可以获得对应的拉伸量ΔL，就能利用焊机具备的拉力和拉伸，直接拉轨进行锁定焊接。

施工时，拨弯区段宜设置在距焊口70m-100m范围内，向外向上斜向拨弯，焊接顶锻时让钢轨自动入槽。

由于50m直接锁定区段未考虑温度应力，所以在对前端钢轨拉伸时应考虑预留量，待两端钢轨锁定后，释放前端100m范围内的螺栓应力，重新拧紧，使该段应力水平达到设计轨温的应力水平。

7.垫轨法焊接施工：

GPW-1200焊轨机焊接时要求焊缝处5抬高0.2m（道钉最大高度120mm+加热器底部留空80mm）。将静端2钢轨20m范围的扣件全部解除，在钢轨下面，距焊缝4.5m处开始放置金属轨枕垫7，金属轨枕垫7的高度范围在30mm到165mm之间，这样使静端的待焊轨与原线路之间产生一个1%的坡度。作业时焊轨车爬升到指定位置进行焊接。焊轨车下使用钢轨金属轨枕垫和轨距杆8固定，保证安全。

为了确保焊轨车下线路钢轨的稳定性，在该范围内设置六根轨距杆。第一根距焊缝3.6m，第二根位于转向架中部（转向架轮对间距为1.8m），其余位于两个金属轨枕垫的中部。

为了防止钢轨支垫后作业车发生横向移动，金属轨枕垫7必须要固定在轨枕上，除了能承受纵向力，还要能提供能抵抗作业车可能产生的横向移动。金属轨枕垫7放置在轨枕平面6内，通过金属轨枕垫7底板的两个U型开口槽，利用轨枕螺栓将金属轨枕垫7与轨枕可靠连接，金属轨枕垫7顶部设有凹槽，将钢轨顺向放入凹槽中，即可阻挡钢轨的横向移动。

动端1钢轨的支垫可以采用普通支垫，支垫个数不宜少于三个。第一个支垫距焊口3.6m，高度与静端2金属轨枕垫7相同。远端可采用一个起道机作支垫，用于对轨时调整姿态。作业车就位后，必须在后转向架的轮对处前、后均设置铁靴，防止作业车在自重力的作用下回退，以及焊接顶锻时前冲。

Claims (5)

1.一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法，包括采用移动式气压焊轨车的全自动数控气压焊轨机，其特征在于：

步骤一：首先对施工线路进行排轨、锯轨、除锈、端磨、拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理、矫直、精整、探伤工序的预处理；

步骤二：测量施工轨温，施工轨温应小于设计轨温，若施工轨温大于等于设计轨温，需增加辅助降温的技术措施；

步骤三：依据轨温差(ΔT)和焊接消耗量(S)，优先选择拨弯量(ΔB)等于0的区段长度(L)范围；拨弯量按下式计算：

ΔB＝(S+D)-ΔL，且ΔB≮0     (式1)

式1中：

ΔB----拨弯量(mm)

S----焊接消耗量(mm)

D----焊口调整量(mm)

ΔL----锁定轨温拉伸量(mm)

ΔL按下式计算：

ΔL＝ΔT×α×L        (式2)

ΔT＝T-T1          (式3)

式2和式3中：

ΔT-----轨温差(℃)

T----设计锁定轨温(℃)

T1----作业实际轨温(℃)

α----钢轨温度线长系数(0.0118mm/m·℃)

L----锁定焊接施工区段长度(m)；

步骤四：确定锁定焊接施工区段长度，选择大于1000米～3000米的单元轨进行线上锁定焊接；

步骤五：将锁定焊接施工区段前方50m线路上的扣件锁定，形成锁定焊接和拉伸锁定的两个区段，确保锁定焊接区段和前方的拉伸锁定区段能独立施工；

步骤六：根据所选择的区段长度(L)和轨温差，可以获得对应的拉伸量(ΔL)，利用焊机具备的拉力和拉伸，直接拉轨进行锁定焊接；

步骤七：施工时，应将静端钢轨20m范围的扣件全部解除，并使用轨距杆锁住钢轨，在钢轨下面放置专用垫轨装置，使线路抬高产生一个与原线路1％的顺坡；

步骤八：焊轨车爬坡到达工位并使动端与静端钢轨对齐后，气压焊轨机落下，一次夹持，顺序完成拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业，使一次锁定焊接区段线路的锁定轨温稳定保持在设计轨温范围之内。

2.根据权利要求1所述的一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法，其特征在于：施工时，拨弯区段设置在距焊口70m-100m范围内，向外向上斜向拨弯。

3.据权利要求1所述的一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法，其特征在于：由于前方50m线路上钢轨直接锁定，该区段未考虑温度应力，所以在锁定焊接区段钢轨拉伸时应考虑该50m段的超拉量，待钢轨焊接完成后，松开该段螺栓，等待应力释放后重新拧紧，使该段应力水平达到设计轨温的应力水平。

4.根据权利要求1所述的一种线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法，其特征在于：所述专用垫轨装置由六对十二件独立的金属轨枕垫组成，每个金属轨枕垫根据安放位置设计对应的高度。

5.权利要求4所述的线路锁定焊接和热处理一机化作业施工方法，其特征在于：所述金属轨枕垫底板上的U型开口槽可快速插入轨枕螺栓位置，通过轨枕螺栓将金属轨枕垫与轨枕可靠连接。