钢轨焊接接头平直度测量方法及分析

钢轨焊接接头平直度测量方法及分析

宋义民 陈传威 李正 张彦科 赵晓卓

中国铁路济南局集团有限公司聊城工务段 山东聊城 252000

摘要：轨道交通线路设计目前多采用跨区间无缝线路，无缝线路中钢轨焊接接头成为了线路的薄弱环节，新建轨道交通线路或既有线路大修后，在开通运行前都会进行焊接接头平直度检测，平直度检测的精确性直接关系到列车运行安全和轨道结构使用寿命。

关键词:钢轨焊头，平直度检测，影响因素，检测条件

前言

在现代交通业的飞速发展中，铁路扮演着重要的角色，无缝线路是当今铁路建设和大修的首选，其中钢轨焊接接头是无缝线路最薄弱的环节，焊接低接头是焊接质量中常见的病害。列车在焊接低接头时会产生较大的冲击力，产生的震动频率比其他部位要强2～3倍，因此使得焊接接头处的轨道破坏比其他部位要快，加快了焊接接头处的道床变形，直接影响到线路质量，给列车运行带来很大的危害。造成焊接低接头的因素主要有焊接前对轨时预留量过低、打磨时打磨过量、焊后高温下受力和线路条件不良等。从现场施工统计后的数据分析，低接头的平直度一般在.0.05～.0.20mm，以.0.1mm的接头最多。《钢轨焊接第1部分：通用技术条件》(TB／T1632.1—2014)要求铝热焊接头平直度<0.1mm，闪光焊接头、气压焊接头平直度<0mm为低接头。通常处理低接头的方案是通过打磨修正和插入。

1设计思路

低接头矫正设备要求便携、操作简单，机具体积和重量应当尽可能地小。在整修焊头中使用加热技术能够尽可能减少和避免出现裂缝现象。即便是在加热的过程中钢轨的强度会降低，但是钢轨自身的横截面积较大，横截面积自身的形状参数较为复杂，在进行作业和校正的过程中对于小型设备的要求较高，现阶段的设备情况和参数都很难满足当下的建设需求。究其原因，主要有以下几个方面：(1)小型设备支点距离较小，在相同弯矩条件下，需要加载更大的力：(2)小型设备整体强度要达到矫正钢轨焊缝接头的条件需要加厚整体型材的厚度；(3)小型设备进行钢轨矫正的动力设备在保证动力充足的情况下应尽可能地减小体积和减轻重量。为了解决以上问题，应做到：(1)矫正设备支点距离在满足便携性和体积小的前提下应尽可能地大，综合考虑枕木间的距离及现场各方面条件，将支点距离设定为350mm；(2)在计算出矫正力后应对薄弱环节强度进行校验，如果不达标应进行加厚和加固处理，在强度校验中应加入安全系数，避免在使用中发生断裂；(3)动力设备小型化需要在设计中加上省力结构，省力结构在这里选择楔形顶升结构，楔形顶升结构简单、可靠度高，适用于所需力量较大的设备，符合此设计的要求。在动力设备中选择手动液压千斤顶，体积小巧，动力经过楔形顶升结构放大符合动力要求。

2线路平顺度对平直度检测影响

在焊轨基地的生产线上，安装有平直度测量区(也称为测量平台)，其特点是模拟线路上的钢轨处于完全水平和直线状态，在这种条件下测量接头的平直度是理想状态。此组检测方案以焊轨基地焊头(厂焊焊头)为基准状态。首先从线路选取30组基地焊焊头，然后记录下其编号并检测其3m弦线测量钢轨顶面和轨头侧面工作边矢量值，然后用电子平直尺检测以该焊头为中心的1m范围平直度波形图。最后根据记录的矢量值和波形图与厂焊波形图进行对比，分析不同矢量值对波形图的影响，从而得出线路平顺度对平直度检测的影响。取其中几组典型数据进行分析如下。

2.1最大矢量偏差不大于1mm条件

031212112613号接头。3m弦线测量钢轨顶面数据:7，6.5，6，7，7。侧面工作边数据:6.5，6.5，6.5，7，7。轨道高低最大矢量偏差为1mm，轨道方向最大矢量偏差为0.5mm。测量结果显示:1)焊轨基地焊接的接头，运输铺设到铺轨基地或者铁路线路上后，钢轨顶面平直度通常会比基地测量值降低0.1mm～0.14mm，这属于接头正常沉降的一般规律。2)在线路上用3m弦线测量，当轨道高低最大矢量偏差为1mm、且有2个高点在焊缝处时，现场测量的顶面平直度峰值比基地测量值低0.1mm。3)在线路上用3m弦线测量，轨道方向最大矢量偏差为0.5mm时，导向面平直度与焊轨基地测量结果基本一致，当接头被抬高时，导向面会产生向道心方向弯曲的变化。

2.2最大矢量偏差1.5mm条件

062G12112710号接头。3m弦线测量钢轨顶面数据:7.5，6.5，6，6.5，7.5。轨道高低最大矢量偏差为1.5mm。测量结果显示，用3m弦线测量轨道高低最大矢量偏差为1.5mm、且焊缝处于高点时，现场测量的平直度与出厂时基本一致，说明现场测量时接头被抬高了0.1mm。

2.3最大矢量偏差大于3mm条件

1)061G12110631号接头。3m弦线测量钢轨顶面数据:4，1，0，0，0。侧面工作边数据:8，8.5，8.5，9，9。轨道高低最大矢量偏差为4mm，轨道方向最大矢量偏差为1mm。2)062E13112931号接头。3m弦线测量钢轨顶面数据:12，14，15，15，14。侧面工作边数据:6.5，6，5，4.5，5。轨道高低最大矢量偏差为3mm，轨道方向最大矢量偏差为2mm。根据这两组数据可以看出当轨道高低最大矢量偏差大于3mm时，现场测量结果产生了约+0.4mm～+0.6mm的误差。当接头被“抬高”后，导向面会产生向道心方向的弯曲;当接头被“降低”后，导向面会产生远离道心方向的弯曲(使轨距加宽)。

3分析结论

通过以上平直度检测数据分析可以得出如下结论:

1. 扣配件安装状态会直接影响钢轨顶面平直度的检测结果，如果施工现场扣配件安装“三点不密贴”或者少安装扣件都会对平直度检测结果产生顶面“拱高”或者导向面“内缩”的影响。2)线路平顺度会对平直度检测结果产生影响，现场检测平直度时，检测结果会随着钢轨顶面的“拱高”或者“降低”而产生“凸”或者“凹”的波形，线路方向的摆动也会造成钢轨导向面的平直度产生相应的波形，而且线路“抬高”或“降低”还会对导向面的平直度检测造成“向心”或者“离心”的影响。

4结语

通过上述结论我们可以依据这些影响因素制定出有针对性的技术条件来确保平直度检测时能接近钢轨焊头最真实的情况:

1. 如果钢轨处于锁定状态，检查轨下垫板、钢轨扣件、轨距挡板等均应按照有关标准安装到位且道钉扭矩符合要求。

2. 如果钢轨处于自由状态，应采用拨轨、垫轨等方法将钢轨垫平、拨直。

3. 用3m弦线测量钢轨的轨顶面最大矢量偏差应不大于1mm，工作边最大矢量偏差应不大于1mm。

4)具备上述条件后，按照铁道行业标准TB/T1632钢轨焊接的要求测量钢轨焊接接头的平直度。通过这种技术条件要求可以准确的检测焊头平直度，避免了因为检测因素导致的“误判”，减少了修轨锯轨量，从而减少了线路焊缝不利因素的数量，值得在行业内推广。

参考文献:

［1］TB10413—2003，铁路轨道工程施工质量验收标准［S］.

［2］TB/T1632.1—2014，钢轨焊接通用技术条件［S］.

［3］铁运［2001］23号，铁路线路维修规则［Z］.

［4］GB/T50299—2018，地下铁道工程施工质量验收标准［S］.

［5］李效清.有砟铁路钢轨闪光焊接头平直度控制[J].产业创新研究。2018。8(6)：114—115.