煤矿窄轨铁道运输中的长轨焊接技术

罗俊德

大连中车大齐车辆有限公司 辽宁大连 116052

摘要：矿井铁路运输是现代矿山运输的主要方式，窄轨铁路是煤矿运输的主要组成部分和基础建设，在铁路运输中，铁路接头是铁路的薄弱环节，由于接头的存在，钢轨的连续性遭到破坏，列车通过关节的冲击和振动，造成列车的不稳定，然后钢轨与连接件受到破坏，磨损加剧，更加断裂。为此，从20世纪90年代末开始，某矿山采取了安全措施，提高了铺轨质量，推广了新型长轨焊接结构。

关键词：煤矿；窄轨铁道；长轨焊接；

近年来,长钢轨焊接被实现为一个铺设铁路结构改革,从而提高铁路的生活,睡眠,机车和车辆,减少列车运行阻力和维护成本,并减少杂散电流的导线型电力机车,减少能耗,提高运输效率,实现良好的技术和经济效益。

一、提出了长钢轨焊接的必要性和可行性

1由于煤矿井下轨道不受太阳辐射影响，全年温度变化不大，钢轨变形很小，因此采用新型长钢轨焊接结构是可行的。

矿下主要巷道运输体积大,火车运行频繁,钢轨接头不断受到振动的影响,维护量大,采用长钢轨焊接新结构,是提高铺设的质量跟踪,减少跟踪维修量的有效措施。

3.新型长钢轨焊接结构可以减小反馈电阻，降低功耗，提高机车运输效率，同时消除或减少杂散电流，有利于安全运输。

4.通过对部分巷道的长径路焊接试验，使机车运行平稳，大大减少了事故的发生，减少了轨道的维修量。

二、长钢轨焊接的原理与方法

1.原则。钢轨在热胀冷缩的影响下，应进行拉短。它的膨胀与钢轨长度和温度系数的变化有关。当温度变化时，如果钢轨不拉伸，钢轨就会受力。

温度力是：P=E·a·△t·F。

公式中：E———钢轨的弹性模量(Mpa)；

a-----钢轨的线膨胀系数(K-1)；

△t------钢轨温变化度数(℃)；

F----钢轨断面面积(cm2)；

由公式可知，焊接钢轨内部的温度力与钢轨温度的变化幅度成直线关系，与钢轨长度无关。因此，在一定的温度变化条件下，只要保证钢轨的稳定性，钢轨的长度不受任何限制。降低钢轨内温力的关键在于如何控制钢轨温度的变化范围。跟踪焊缝,防止运动阻力的铁路和铁路框架是:联合抵抗,扣件阻力,路基抵抗和框架的刚度,所以铁路可以说是稳定的可靠,长钢轨焊接的新结构的理论基础。

焊接工艺:钢轨缝焊工艺操作如下。(1)轨头、轨底除锈;(2)在钢轨接头下支撑一个铁支撑板(300 mmx200 mm×10mm)，以支撑焊接过程中焊液的流动。(3)钢轨接头用夹具固定;(4)焊接连接底、轨腰、轨顶;(5)焊缝修磨。如图

4.技术要求。长钢轨焊接的技术要求如下:(1)道岔不能焊接在长钢轨上，便于更换和维修;(2)焊接过程应严格按照施工顺序和质量标准进行焊接，以达到均匀加热，减少沿厚度和长度的施工时间差;(3)焊接铁路应符合的要求”的质量标准在煤矿窄轨距铁路”联合平坦,水平方向,前后高度,等。(4)无夹渣,砂孔、裂缝、等(5)焊条含有碳、硫和磷低于铁路(国内铁路)的内容应当选择。

5.长钢轨的焊接方法有三种:(1)长钢轨接触焊方法。长钢轨接触焊的基本原理是利用电流通过一定电阻时产生的热量对焊接件进行加热，达到塑性状态后再进行压力挤压达到焊接目的。产生的热量为:Q=K12RT。式中，Q为焊接件接触面产生的热量(cad;K为转换系数，为0.24:I为通过接触面的电流(A);R为接触面电阻(Q);T为接触时间s。当钢轨焊接时，要焊接的两根钢轨固定在焊机的两个相对夹钳中，并向钢轨末端输送一股强电流。由于两个对接钢轨接触面之间的巨大阻力，产生了大量的热能来加热钢轨。当钢轨被加热到单等状态后，它们被以极快的速度挤压，两根钢轨被牢固地焊接在一起。目前一般采用接触焊。焊接工艺:1)钢轨匹配校直工艺与气动焊接相同。两钢轨接触端应在钢轨夹紧部分(距钢轨末端50 ~ 500mm)及两钢轨接触端进行打磨除锈，使钢轨具有良好的接触电导率。2)间歇加热阶段。焊接钢轨之间的间断接触和分离使熔化的金属颗粒以火花的形式从两钢轨之间的间隙向外喷射，这被称为闪光。目的是把钢轨的两端加热到一定的温度和深度。3)连续闪光加热阶段。通过连续的闪蒸，使端面钢轨的温度一次均匀化，并形成一层较薄的熔融金属层，防止周围的气体侵入，导致焊接端金属的强氧化。4)顶锻阶段。当钢轨末端加热到一定程度时，迅速施加压力将钢轨末端焊接成一个整体。上锻压力36-50mpa，上锻量7-15mm。5)胀出、磨轨、校直、探伤过程与气焊相同。接触焊方法，焊接质量好，生产效率高，在世界上得到广泛应用。(2)长轨气动焊接方法。长钢轨气动焊接是将氧气和乙炔混合，在一定压力下燃烧，使钢轨末端升温。当温度达到12000C时，钢轨端部变为塑性状态。此时，施加一定的压力来挤压和焊接两个轨道在一起。为了保证良好的焊接质量，过程控制和检验应更加严格。气焊主要工艺流程:1)根据无缝线路设计图制作钢轨分布图，从分类堆放的钢轨开始，根据钢轨长度和钢轨头宽度对钢轨进行布置;2)直轨大桥。焊接前，每根钢轨应在矫直机上矫直，端头的焦点应在1m范围内。每根钢轨的弯曲矢量用lm尺测量，不得超过0.5 ram。应该检查一下钢轨的表面。3)末端处理。用钢轨锉光机对钢轨末端的截面进行修平，修光平整，截面与钢轨纵轴垂直，最大偏差不超过0.25mm。4)焊接。氧气和乙炔的流量和压力应保持不变。夹紧钢轨后，焊接夹具应在两轨端面施加20-40mpa的头锻力。当钢轨两端受热至l200℃，处于塑性状态时，在头锻力作用下，钢轨两端相互挤压25mm，使钢轨接头焊接在一起。5)推除焊缝突起量;6)正火处理，提高焊缝区钢轨的强度和韧性;7)打磨焊缝，使其符合原钢轨断面尺寸，保证车轮滚动的平顺性。用超声波探伤仪检查焊缝，看是否有焊接缺陷。(3)长道铝热焊法，长道铝热焊法是将铝粉和氧化铁制成焊剂，经引火，产生钢液，注入接头，焊接而成。铝热焊接过程是让好的铝热通量在特殊的坩埚,使用高温火柴引燃焊接,产生强烈的化学反应,在一定的高温钢液,根据工艺要求将打开底部密封钉子,让钢液,注入在沙子里提前钢轨接头,将码头砂型的两端部熔化铸造铁路、待冷却后除去沙犁，并对焊头同时涂上红色塑料，焊接完成。焊接一个接头大约需要30分钟。热铝焊接的原理是利用氧化铁与热铝还原。铝热熔剂是由还原剂金属铝与氧化物(氧化铁)铁合金和铁钉按比例制成。铝在一定的高温条件下，与氧有很强的化学亲和力，它可以把氧从金属的氧化物中，使金属还原，同时释放一定的热量，使金属熔化成铁水，从而进行铸焊。铝热焊接利用这种化学反应的氧还原。为提高铝热焊质量，在铝热熔剂中加入少量的合金元素，如锰、钛、钼、硅等，以提高焊接材料的硬度和密度。

三、社会效益和经济效益

1.社会效益。在铁道焊接之前，铁路接头较多，机车运输冲击振动大，运行不稳定，事故较多。地下轨道交通事故平均每年超过10起，给人身安全带来了极大的威胁。采用长轨焊接，一年内铁路运输事故少，保证了安全生产。

2.经济的效益。首先，长钢轨焊接后，车辆运行平稳，速度增加，运输量增加，运输效率大大提高。二是轨道养护数量少，减少养护人员，降低养护成本，节约成本;三是降低事故率，减少事故造成的损失，经济效益显著提高。

总之，长径道焊接技术在煤矿窄轨铁路运输中的应用具有广阔的应用前景，取得了巨大的成功。

参考文献：

[1]许海燕，浅谈煤矿窄轨铁道运输中的长轨焊接技术.2018.

[2]赵德井，煤矿窄轨铁道运输线路的长轨轨缝焊接.2017.