賀 頌 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

1 背景

上海局工務(wù)大修段目前有移動(dòng)式焊軌車9臺(tái)，其中非自行式2臺(tái)，采用中車戚墅堰車輛工藝研究所和上海局科研所聯(lián)合研制的閃光焊接系統(tǒng)。去年其中一臺(tái)非自行式3號(hào)閃光焊軌車，設(shè)備機(jī)況不穩(wěn)定，焊接質(zhì)量波動(dòng)大，常出現(xiàn)短路、斷火、打滑等現(xiàn)象，焊接不合格率高，重焊概率大，嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)質(zhì)量和效率。故委托上海局科研所對(duì)焊軌車系統(tǒng)進(jìn)行全面的大修，包括機(jī)頭系統(tǒng)、電氣控制柜系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

2 存在的問題及大修項(xiàng)目

3號(hào)焊軌車從2010年10月開始投入使用，累積至今一共焊接了1 900多個(gè)頭，涉及的鋼軌有攀鋼U75V、鞍鋼U75V、武鋼U75V、攀鋼P(yáng)D3等。2018年上半年3號(hào)車開始陸續(xù)出現(xiàn)焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，其中包括：焊接曲線異常；頂端階段打滑；連續(xù)燒化階段短路、斷火情況；鋼軌接頭斷面灰斑變多等情況。焊接工藝參數(shù)已經(jīng)跟目前的設(shè)備機(jī)況不相符合，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性在下降，同時(shí)根據(jù)總公司TG/GW272-2013《閃光焊軌車檢修規(guī)則》的規(guī)定，3號(hào)車已經(jīng)到達(dá)了需要全面檢修周期。依據(jù)焊軌車檢修“預(yù)防為主，質(zhì)量第一”的工作方針，通過對(duì)焊軌車系統(tǒng)進(jìn)行全面的大修，包括機(jī)頭系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。通過對(duì)焊機(jī)的全面拆解檢修，改善3號(hào)車的機(jī)況,提高焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性，增加現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率。部分大修項(xiàng)目如表1所示。

表1 大修項(xiàng)目類別

3 大修中的改進(jìn)與創(chuàng)新

根據(jù)以往現(xiàn)場(chǎng)使用情況的反饋建議，通過這次大修我們對(duì)焊機(jī)進(jìn)行了一定的改進(jìn)和創(chuàng)新：

（1）增加機(jī)頭副操作盒。在現(xiàn)場(chǎng)焊軌作業(yè)中，存在臨線通車的情況，以往出廠的焊機(jī)操作面板在機(jī)頭的一側(cè)，這時(shí)就會(huì)存在操作人員背對(duì)臨線操作焊機(jī)的情況，安全風(fēng)險(xiǎn)大。為了規(guī)避此類安全風(fēng)險(xiǎn)，在機(jī)頭的另一側(cè)加裝一套便攜式副操作盒，它具備焊機(jī)操作的所有功能。同時(shí)增加一套緊急停止按鈕，一旦出現(xiàn)情況，操作人員在焊機(jī)的兩側(cè)任何位置都可以快速停止焊接任務(wù)，提高焊機(jī)安全保障性，如圖1所示。

圖1 焊機(jī)副操作盒

（2）增加K線中繼站。在現(xiàn)場(chǎng)使用的過程中，焊機(jī)機(jī)頭需要頻繁調(diào)動(dòng)，連接電氣控制柜和焊機(jī)機(jī)頭的16芯K1～K5控制線隨機(jī)頭一起移動(dòng)，久而久之K線的斷線率比較高。由于K線布置在焊軌車架底板下，更換時(shí)候需要把底板起開、抽線，工作量大，操作困難。通過這次大修，在焊機(jī)吊臂下方做一個(gè)航空接頭K線中繼站，人為的使K線分成兩部分，其中控制柜到吊臂這一段，固定在底板下面，只有吊臂到機(jī)頭這一小段隨著焊機(jī)在移動(dòng)。一旦出現(xiàn)斷線的情況也只會(huì)出現(xiàn)在，吊臂到機(jī)頭這一段，更換方便，提高作業(yè)效率。

（3）電壓報(bào)警器。作為一種焊機(jī)的安全輔助設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊機(jī)電壓?？紤]到電氣控制系統(tǒng)的電壓調(diào)整率為正負(fù)20%，為更好的監(jiān)測(cè)焊接過程中發(fā)電機(jī)端輸出電壓的穩(wěn)定性，增設(shè)電壓監(jiān)測(cè)繼電器，如圖2所示。

圖2 電壓報(bào)警器

4 焊接工藝

依據(jù)TG/GW272-2013《閃光焊軌車檢修規(guī)則》，大修過后的焊機(jī)應(yīng)做接頭型式檢驗(yàn)，鋼軌焊接接頭質(zhì)量應(yīng)符合《鋼軌焊接》（TB/T1632）的相關(guān)要求。

4.1 落錘試驗(yàn)

這次閃光焊工藝參數(shù)調(diào)試，選用的是攀鋼U75V。鋼軌的焊接性能取決于其化學(xué)成分和力學(xué)性能。U75V化學(xué)成分和力學(xué)性能如表2所示。

表2 U75V化學(xué)成分和力學(xué)性能

通過對(duì)U75V化學(xué)成分和力學(xué)性能的分析，決定采用以脈動(dòng)閃光焊工藝為主，前期采用預(yù)熱閃光焊工藝，兩者結(jié)合的形式。根據(jù)以往調(diào)試非自行式戚墅堰焊軌車的經(jīng)驗(yàn)，選了一組快速送進(jìn)和長(zhǎng)時(shí)間焊接的軟規(guī)范焊接工藝參數(shù)作為基礎(chǔ)參數(shù)，如圖3所示。

圖3 U75V基礎(chǔ)參數(shù)

圖4 斷面灰斑

總焊接時(shí)間為120.5 s，使用該套參數(shù)一共焊接了5個(gè)焊頭，5.2 m落錘試驗(yàn)，其中3個(gè)兩錘斷，2個(gè)一錘斷。焊接曲線上，階段3到階段4連續(xù)燒化過渡階段存在電流短路情況。焊接斷面整體平齊，5根接頭在軌底腳都發(fā)現(xiàn)了，大面積的灰斑，顏色較淺呈“亮色”，如圖4所示。調(diào)整參數(shù)思路如下：

（1）U75V含碳量高，加大前期端面的熱量輸入，提高焊接電壓和焊接時(shí)間。

（2）階段3和階段4做好燒化速度與動(dòng)架送進(jìn)速度的匹配，減少電流短路現(xiàn)象。

（3）提高階段5、6的焊接電壓，增加閃光激烈程度，提高軌底腳熔融金屬的流動(dòng)性，已達(dá)到消除軌底腳灰斑的目的。

用調(diào)整后的參數(shù)，再次焊接5根鋼軌，經(jīng)過正火處理，落錘5.2 m，都是兩錘不斷，鋸開斷口，斷口撕裂狀明顯，灰斑缺陷小。如圖5、圖6所示。

圖5 調(diào)整后的焊接曲線

圖6 調(diào)整后的U75V焊接參數(shù)

通過落錘和斷面分析的結(jié)果看，前期的調(diào)整思路正確。自行再焊10根，落錘結(jié)果合格，灰斑面積小?；敬_定焊接工藝參數(shù)后，一共焊接15根落錘型檢軌和15根靜彎試驗(yàn)軌，無一斷裂。

4.2 靜彎試驗(yàn)

靜彎試驗(yàn)的支距為1 m，焊縫居中，焊縫中心承受集中載重。試驗(yàn)規(guī)則：每5根試件為1組，其中4根軌頭受壓，1根軌頭受拉，共進(jìn)行3組。試驗(yàn)要求：軌頭受壓，F(xiàn)≥1450 kN，不斷；軌頭受拉，F(xiàn)≥1 300 kN，不斷。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 靜彎試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 焊軌車保養(yǎng)維護(hù)建議

從3號(hào)車這次大修的情況看，經(jīng)過長(zhǎng)期的使用，焊機(jī)磨損主要出現(xiàn)在機(jī)頭系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)上。針對(duì)這些故障率高，影響大的地方，在焊機(jī)的日常保養(yǎng)上提出幾點(diǎn)建議：

（1）做好機(jī)頭的潤(rùn)滑工作。特別是中心軸和推瘤活塞桿位置，如果潤(rùn)滑不到位，會(huì)產(chǎn)生干磨、爬行和間歇性響聲，影響推瘤質(zhì)量。

（2）做好焊后飛濺物清理工作。尤其是中心軸、頂鍛桿電極，當(dāng)飛濺物積累過多，焊機(jī)運(yùn)動(dòng)受阻，導(dǎo)致中心軸變形。

（3）做好液壓系統(tǒng)保養(yǎng)。使用推薦液壓油；防止空氣進(jìn)入；定期清洗檢查過濾器。

6 結(jié)束語

通過對(duì)焊軌車的全面拆解大修，增加一些創(chuàng)新型輔助功能，總體上提高設(shè)備的焊接質(zhì)量，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。同時(shí)，通過大修發(fā)現(xiàn)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)使用過程中，發(fā)生故障的原因，提出日常保養(yǎng)的建議，使焊機(jī)處在一種高效、良性的狀態(tài)，為鐵路建設(shè)服務(wù)。