《中国制造2025》下的轨道焊接技术发展方向

■ 高文会



《中国制造2025》下的轨道焊接技术发展方向

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摘 要：通过学习《中国制造2025》，结合国内轨道焊接技术现状，探讨今后10年在轨道焊接技术方面的工作重点：轨道焊接施工装备技术升级与创新、焊接工艺工法创新、焊接质量控制技术与管理方法创新、标准体系完善与创新。

关键词：《中国制造》2025；轨道焊接；焊接工艺；焊接质量；标准体系

0　引言

1915年，欧洲最早使用焊接的方法将电车轨道钢轨连接起来，经过100年的发展，欧洲以轨道焊接设备精良先进著称。我国自1957年开始，第1次焊接铁路钢轨，经过近60年的努力，我国陆续发展了钢轨铝热焊接、气压焊接和闪光焊接技术，在钢轨焊接工艺、质量控制和装备制造等方面成就显著。

2008年以后，我国新建了11个焊轨基地，经过持续改进，形成了钢轨基地焊接的成套技术。2009年1月—2014年底，焊轨基地共焊接高速铁路钢轨接头66.6万个，7年内没有接头折断，为实现轨道高平顺性和高可靠性作出了重要贡献。

《中国制造2025》是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。在轨道交通装备方面要求有突破发展，提升自主可控水平，提高质量可靠性，推广采用先进成型和加工方法、在线监测装置、智能化生产和监测设备。研发高速重载轨道交通装备系统，围绕系统全寿命周期，向用户提供整体解决方案，建立世界领先的现代轨道交通产业体系。

《中国制造2025》为轨道焊接技术的发展指明了方向。2015年以前，国内轨道焊接技术虽然取得了成就，但仍有不足，今后十年我们应抓住机遇、自我完善提高自主创新的技术水平，完成《中国制造2025》制定的目标。

1　焊接施工装备技术升级与创新

1.1国产轨道焊接配套装备技术升级

欧洲的轨道焊接设备，在设备加工装配精度、设备状态自诊断和自保护、设备作业能力和作业精度等方面均优于我国，国内应着力借鉴。2000年以来，国内陆续开发了系列轨道焊接及配套设备，应用表明，能够实现功能，但技术不够先进，产品档次不高。需要继续学习消化国外先进技术，实现国产装备的技术升级。焊轨基地的主要设备应具备一键控制、自动完成全部作业的功能。

（1）焊前轨端除锈设备：国内主要采用砂带或千叶轮对钢轨顶面除锈，在保证除锈效果的前提下，应能够可靠控制除锈深度。对钢轨断面标签的处理不应影响钢轨断面斜度。欧洲普遍采用的钢丝轮刷除锈技术仍值得借鉴。

（2）钢轨焊接接头热处理设备：该项技术是我国独有技术，今后需实现加热温度、加热部位和热影响区宽度的精准化控制，并提高设备智能化、信息化水平。

（3）接头矫直设备：需提高测量装置准确性，测量软件应实现完全自主开发，应根治液压系统的漏油或渗油。

（4）国产精磨机：能够自动完成精磨过程，但设备自控技术不够先进，精磨能力不强。法国GEISMAR公司的MAS150型精磨机可以一键实现将轨头2 mm高的焊筋磨平，廓形好，效率高，国内应进一步消化吸收和再创新。

（5）焊筋整形设备：无论是铣削或磨削，应能够自动将焊筋边缘棱角全部去除，将接头错边导致的台阶加工平顺，实现“不可见”焊缝，为全自动探伤创造条件。

（6）便携式钢轨电子平直仪：目前国内使用最多的是德国施密特公司的SEC电子平直仪，国产电子平直仪应用较少，需创造更多国内应用机会，以期在实践中完善技术。

1.2焊接质量检测自动化

焊轨基地应逐步淘汰手工探伤作业方法，应用大型自动化探伤设备，对接头进行全断面超声波探伤，探头位置和扫查轨迹实现标准化，存储每个接头的动态探伤扫查图形，便于追溯和对照。实现自动测量、评判接头的外观质量。

钢轨现场焊接应全面普及便携式扫查架全断面探伤作业，存储每个接头的动态探伤扫查图形。目前的扫查架需减少故障率，增强耐用性。

1.3钢轨闪光焊机自主创新

自1979年以来，我国铁路工厂焊接钢轨的主流机型是瑞士SCHLATTER公司的GAAS80型直流焊机，该焊机技术先进、功能完备、制造精良，是该公司历经几十年不断完善的成熟设备。

国产固定式钢轨闪光焊机，目前主要有两种形式：仿K190型和仿K1000型。两种形式焊机全为交流焊机，结构形式没有显著突破，接头错边量的控制能力较弱。国内需要自主创新、研发新一代钢轨闪光焊机，吸收GAAS80焊机的设计理念，提高设备自动对中功能，提高智能化、信息化水平，开发结构全新、性能更优的新型焊机或焊接机器人。

1.4全自动无人值守焊轨生产线

焊轨基地的焊接生产和质量控制最终要实现完全自动化，生产线各工位应实现无人值守。生产线工位布局应实现多种形式，实现相关工位的合并（如除锈焊接一体机、矫直精磨一体机等），满足国际市场的需求。

1.5移动式闪光焊机实现钢轨工作边对齐

国内外的移动式钢轨闪光焊机，有两种基本结构形式：大多数是“钳夹轨腰、钢轨中线对正”的形式，典型机型如K922等（加拿大E.O.Paton公司产品），机头质量约3 t，目前国产移动式闪光焊机全部是这种形式；另一种是可实现钢轨工作边对齐的焊机，典型机型如AMS60（瑞士SCHLATTER公司产品），机头质量约7 t，特点是接头错边量易于控制，接头外观质量好。

国产移动式闪光焊机应突破既有模式，研发有利于控制接头错边量的新型焊机。

1.6小型气压焊接设备升级换代

我国是小型气压焊接设备的原创国，钢轨小型气压焊接技术作为一种焊接方式，在便携、环保、灵活机动性强、成本低等方面有其优点，在地铁、新线建设等方面有其适用性，在国外市场仍有一定需求。小型气压焊接设备需要升级换代，目前已经实现了加热过程的数字化控制，下一步需要在机具集成化、轻量化方面，以及质量控制的信息化方面实现升级。

1.7国产铝热焊接产品的应用

国产铝热焊接产品需要抓住我国铁路大规模建设的时机，争取更多的使用机会，获取更多的使用经验，使其更加成熟、完善。开发专用的焊接材料，以满足现场原位焊修等特殊需要。

1.8焊接生产辅助材料

打磨钢轨焊接接头用的国产砂轮，因粒度、硬度或粘合材料等原因，常使接头出现打磨灼伤，砂轮生产技术需要改进。焊前轨端除锈用的钢丝轮刷，除锈效果不好、寿命低，需要改进。焊接生产及辅助材料应节能环保。

1.9设备实现远程监控

运行软件和自动控制的设备应充分利用网络技术，实现远程监控和交换数据，远程指导现场维护设备，辅助监控作业质量。

2　焊接工艺工法创新

2.1高强合金钢轨焊接工艺与接头探伤

高强合金钢轨（如贝氏体钢轨等）因其硬度高、强韧性好，可显著提高钢轨使用寿命。作为新的钢轨材料，需研究制定新的焊接工艺。因焊缝组织不同于普通珠光体钢轨，用于珠光体钢轨焊接接头的探伤方法不适用于贝氏体钢轨，需研究开发适用于合金钢轨接头的探伤方法和探伤工艺。

2.2不同钢种钢轨的混合焊接

为了提高钢轨的使用水平，需要根据线路的具体情况铺设不同强度等级的钢轨，目标是实现直线、曲线、坡道等区段的钢轨等寿命匹配。钢轨焊接应为钢轨使用服务，实现不同钢种钢轨的混合焊接。

2.3现场焊接工艺工法

目前正线钢轨的现场焊接大多采用移动式闪光焊接作业车，线上、线下焊接的质量均有待提高。需完善作业标准和施工方法，创新管理模式，实现现场焊接钢轨质量稳定。

需研究新型现场焊轨、换轨模式，在一个天窗点内完成500 m钢轨之间的焊接、长钢轨卸车、换轨和回收旧轨的全部工作，为将来高速铁路换轨大修做好技术储备。

2.4高速铁路钢轨及接头修理技术

处理高速铁路钢轨或接头的伤损，目前采用插入短轨的方法，但插入短轨增加了接头数量，不利于保证轨道的整体质量。需研究高速铁路钢轨接头原位焊接技术，在不插入短轨的情况下，采用合适的焊接方法和焊接工艺修复轨道。新线建设期间的钢轨低接头，目前现场普遍采用加热矫直的方法，随意性强，需研究制定相应的技术规章。在实践基础上，形成完整的高速铁路钢轨及接头修复技术。

2.5钢轨现场焊接质量控制

焊轨作业车，无论是移动式闪光焊还是移动式气压焊，都应特别重视控制接头错边量，焊接后在不打磨的情况下立即检查，钢轨顶面和轨头侧面工作边的接头错边量应控制在0.2 mm以下，越小越好。

控制钢轨现场焊接质量，应在焊接前调整好钢轨状态，加强对焊接作业过程的控制，如焊机夹持钢轨的位置、推凸刀的状态、油缸的同步性、发电机的输出、助力拉轨器的应用等；加强对后续处理作业的控制，如对焊筋的打磨、对接头的热处理、对接头平直度的调整等。需提出一整套完备的质量控制措施。

3　焊接质量控制技术与管理方法创新

3.1钢轨焊接大数据管理

开展钢轨焊接大数据管理，钢轨的基地焊接、现场焊接，以及道岔钢轨的焊接，应为每个接头建立电子档案，记录接头的焊接信息和铺设位置，能够方便地进行质量管理和追溯。与每个接头的身份证号对应，应记录两侧钢轨母材的热压印标记，可方便地实现接头与母材信息的互查。运营期间对接头的检测和维护记录记入接头电子档案，随时掌握接头上道后的情况，使接头从焊接前开始，直至接头下道，全寿命期间实现数字化管理。通过对数据的分析，为线路养护提供指导。

3.2焊筋整形、自动化探伤与接头身份证号识别

对钢轨的闪光焊、气压焊接头焊筋进一步加工，实现“不可见”焊缝，消除焊筋棱角，可避免焊筋棱角对探伤的干扰，消除焊筋边缘尖锐棱角引起的应力集中。消除焊筋干扰后，可提高自动化探伤的准确性。采用条码技术，标识、识别焊接接头。

3.3接头硬度与母材匹配

重载铁路和小半径曲线将使用更高硬度的钢轨，随着母材硬度的提高，接头硬度与母材硬度匹配的难度越大，需要研究钢轨焊接接头的热处理技术，包括基地焊接和现场焊接。

3.4设备、工艺、质量评价

除了技术因素，管理因素也至关重要。为了充分发挥技术因素的作用，需要建立钢轨焊接设备状态评价体系、焊接工艺评价体系和焊接质量评价体系。技术、管理相互融合，获得更好的接头外观质量、更优的接头性能、更低的焊接成本。

4　标准体系的完善与创新

4.1完善标准体系

钢轨焊接标准体系需要进一步完善，使铁道行业标准、中国铁路总公司标准和铁路局（或段、车间）标准三个层次更加清晰，各有侧重，标准体系不仅能够促进实现“走出去”，为国际市场所接受，又有利于体现国内的技术价值。

完善企业标准的内容，制定管理办法、技术规章等文件，通过企业标准体现技术诀窍，对条件、过程和结果实施控制，通过管理和加强过程控制保证焊接质量。

4.2钢轨焊接标准国际化

我国钢轨焊接有独特的特点，焊接材料全部是我国制造的钢轨，有自主建设的焊轨基地，有自己的焊接工艺和质量检验方法，有自主开发的气压焊接方法，有完全自主知识产权的成套铝热焊接产品，有2万km高速铁路钢轨焊接的生产实践，焊接质量有七年以上的运营考验。

我国铁路钢轨焊接标准是几十年生产实践的总结，实践证明标准是成熟的。在国际上推行中国铁路钢轨焊接标准，有利于推广我国轨道交通建设技术成果，促进我国加工制造业的进步。

5　结束语

《中国制造2025》指出了我国在加工制造业方面的发展方向，轨道交通装备是重点领域之一，钢轨焊接是轨道交通装备中的重要组成部分。前期国内在轨道焊接方面已经取得了可喜的成就，为今后发展奠定了良好基础，目前具备进一步提升的条件。今后10年，轨道焊接技术的发展，应在《中国制造2025》指引下，通过创新驱动，在工艺装备、技术标准、管理体系等方面实现国际领先，形成成套技术。根据用户需求，提供完整解决方案，在实施中国高铁“走出去”发展战略中提高国际竞争力。

高文会：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，研究员，北京，100081

责任编辑 高红义

中图分类号：U213.9+2

文献标识码：A

文章编号：1672-061X（2016）02-0009-03