一吨落锤砸出最高“中国标准”长轨焊接提升高铁运行效率

科技日报 2017/5/5

对许多人而言,“坐火车”的过往记忆,是由一块块象征的碎片构成:绿皮车、脏乱、缓慢、晚点……当然,还有那每隔几秒就会响起的哐当声。

声音的出现,在于轨道之间的接头——车轮每轧过接头便会发出一声“哐当”。这种坐火车的另类体验,背后意味着普通火车“跑不快”。

如今,中国先进的焊轨技术,让“哐当”声成为历史。高铁时代下,根根轨道间不再有缝隙,车辆在时速300公里之下行驶得非常平顺,人们再也听不到那令人昏昏欲睡的声音。

只容0.3毫米的误差

4月18日,京沈高铁全线焊轨工程在中铁三局施工段拉开维幕。在施工现场,轨道上一辆焊轨车伸出的长臂正对着一个焊接点,操作室内各类精密电子仪表密布,技术员正在进行各项参数调试。

“参数调试很关键。”中铁三局线桥公司京沈阳项目总工徐锐说,因为钢轨是高碳钢,钢材成分复杂,同一种钢材,因生产时间不同,其成分也不同,因此焊接难度大。“要想把钢轨接点焊的天衣无缝,两段钢材的成分就必须找精准。”徐锐说。

也就是说,只有将两段钢轨的成分搞精准,再用焊接方式把接点变成相同成分,才能保证这个接点天衣无缝。

按高铁标准,焊接轨缝的误差必须控制在0.1毫米至0.3毫米之间。“其目的就是铺设无缝线路。消除钢轨之间的接缝,使轨道更平顺。”中国焊接科学的奠基者、中科院院士潘际銮说,这是前沿技术,也是成熟技术。

90岁的潘际銮院士,对自己从事一生的焊接专业充满骄傲和自豪:“核电站和高铁,无论哪个离开焊接都不行。”

钢轨焊接技术集成了机械电子、自动控制、计算机、液压、焊接、冶金、热处理、无损检测等多学科技术于一身,钢轨焊接又不完全等同于上述技术,又有其自身的特点。

“为保证高铁钢轨焊接质量,中国在技术、工程等各方面都进行了前所未有的研究和实践,并取得了重要的成就。”潘际銮院士认为。

目前钢轨之间的焊接,90%以上采用闪光对焊方法,即一种没有填充金属的焊接方法。“就是以闪光焊接方法加热钢轨端部,加热到一定程度后,给两根钢轨的接触面施加挤压力,将两根钢轨焊接在一起。”徐锐说。

自成体系的优越创新

焊接就是让接点“天衣无缝”的一门技术,即通过采用先进的设备、工艺、工法,实现钢轨焊接接头性能优良,强韧性好,轨面硬度均匀,焊接缺陷得到可靠控制,焊接接头有很高的平顺性。

再来看京沈高铁焊轨现场。4月18日,经过焊前检查、除锈、焊接、粗打磨、热处理、精矫直、精磨、外观检测、探伤工序加工、生产检验等20多道工序后,两根试验钢轨被放试验轨道台上。焊轨车长臂对准这两根待焊钢轨的端面,通过强大的电流后,只见焊花四溅,几分钟后,轨缝消弥得无影无踪。

用眼看,完全没有“拼接痕迹”,由电子平尺验收,钢轨焊接处的平顺度为0.17毫米。又经过一吨重钢锤连续击打两次,无任何变化。

落锤是中国特有的检验方法之一,主要用于检验焊接缺陷,现场也用落锤试验方法辅助制定焊接工艺参数。“锤头重量1吨是标准规定的,除了锤头重量以外,还有落锤高度、锤头圆弧半径以及砧座基础等很多要求。”徐锐说。

当然,除落锤以外,还有其他检验方法,检验其他的指标。目前世界上中日欧美等国家,依据各国国情都有各自的焊轨标准。

“我国钢轨焊接标准自成体系,符合中国特点和目标。”潘际銮院士认为,相比其他国家不对钢轨焊接接头热处理,因此不应用超声波探伤技术,中国则有条件应用超声波探伤技术,对轨焊接接头进行检验,更容易发现焊接缺陷。在这方面中国钢轨焊接技术是显著优于国外的。

4000个接点一次合格

四月,正在建设的“四纵四横”徐兰高铁重要组成部分,即宝兰高铁联调联试正在紧张进行,其平顺度十分稳定。

此前,建设单位对焊轨工程初步验收,由中铁三局线桥公司担负施工的全线800公里焊轨工程,4000多个焊轨点在接受探伤检测时一次合格。

记录显示,这是我国高铁施工以来一次检验合格最长里程。

创造这一奇迹的是我国惟一一个焊轨专业国家队,中铁三局焊轨班组。凭借中国高铁里程不断延伸,这个团队完成了高铁部分5500公里的焊轨工程,占国内高铁的四分之一;完成焊轨接头116000个,实现焊头质量优良率100%,先后有13项焊轨工程被评为“全国优秀焊接工程”。

“我们在焊接工程上取得这么好的成绩,是因为我国有大量高铁建设实践机会。”中铁三局宝兰焊轨项目经理冯继军说。

除现场移动焊接外,轨道焊接还有工厂静态焊。“工厂静态焊接将100米钢轨焊成500米,现场移动焊接负责连接500米。”中铁三局焊轨分公司经理邸向军说。

截至目前,中国高铁运营里程已达22000公里,占世界60%以上。

正在建设的京沈高铁是我国高铁施工水平的升级版,全线各项施工均采用最新技术,焊轨标准亦更高。在位于昌平的北京铁路局沙河焊轨基地成品轨场,沙河基地制定的检测标准高于国家相关部门规定的内控标准。“普通钢轨500个焊头一查,但京沈轨道则要每焊接300个焊头做1次试验,检验焊接的质量。”焊轨基地党总支书记李志强说。

在京沈高铁移动焊接施工现场,标准也有提高。“这就是重达1吨的铁锤,从5.2米高空落下,连续两次试验接头不断才算合格。”邸向军说。而普通轨只需锤一次。(记者 矫阳)

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京沈高铁一条钢轨开始焊接

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