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[摘要]矿井的运输线路由于钢轨接缝的大量存在，接头部位成为线路的薄弱环节，严重影响高速 行车的平稳度和舒适度。进行长轨焊接消灭了钢轨接头，减少了列车在接头区 的冲击和振动，从而大大提高了轨道的平顺性，提高列车运行速度，增强平巷人车的舒适度，又减小了钢轨病害和维修工作量，延长钢轨和轨枕以及扣件的寿命，因而煤矿井下轨道运输中的长轨焊接可行性，焊接的工艺要求，焊接后的质量要求，为井下窄轨铁路运输提供了安全保障。
[关键词]煤矿轨道长轨焊接
中图分类号：TD82 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）31―0526―01
一、前言
轨道运输是矿井的主要运输方式，轨道是矿井运输的主要组成部分，钢轨接头是铁道的薄弱环节，由于接头的存在，使钢轨的连续性受到破坏，列车通过钢轨接头时发生冲击和振动，造成行车不稳，进而使钢轨和连接零件的伤损、磨耗加剧，减少钢轨、枕木和车辆的使用寿命，维修量增加；另外钢轨接头增加列车运行阻力，又是发生钢轨爬行的主要原因之一。目前华恒公司在用轨道长达20多公里，其中斜井线路长度长达8公里，主要运输大巷长达6.2公里，其主要轨型有22kg/m、24kg/m、30kg/m、43kg/m四种，轨道接头多达2400个。因此将普通钢轨焊接成长轨，消灭或减少钢轨接头，是改善铁道运行条件的良好方法之一。为此，华恒公司在地质条件已相对稳定，不会出现底鼓变形的2#副井、-650人车管子井、-250井底车场及大巷，-650水平大巷相继实施了长轨无缝焊接技术，收到了非常明显的效果。
二、长轨焊接的可行性
由于井下轨道不受太阳的辐射，相对温度变化较小，焊接后受热胀冷缩的影响较小，所以井下钢轨可采用长轨焊接方式，长轨焊接增强了钢轨的连续性和整体性，减少了接头危害的产生，杜绝车辆掉道事故的发生，减少了矿车对轨道的冲击振动次数，减轻了对铁道的破坏，车辆运行过程中产生的噪音也大大减小，从而使钢轨、机车车辆的使用寿命进一步得到了提高。水平运输巷道，采用长轨焊接后，能够减少回馈电阻，提高运输效率，减少散杂电流，有利于运输安全。
1、长轨焊接的工艺及技术要求
1.1电焊机的选择
根据窄轨铁道及电源情况，我矿选择交流弧焊机，焊机电压660V。
1.2焊条的选择
煤矿使用的轻轨均为普通碳素钢，其最高含碳量不大于0.6%，含硫量不大于0.065%，含磷量不大于0.085%，为了保证轨道接头焊缝的抗拉、抗弯强度和防止焊接接头脆硬，应选择焊条含碳、硫、磷低于钢轨含量为宜，保证焊缝不出现裂纹，焊缝磨损量与钢轨磨损量大体相当，此外还要考虑焊条的货源充足，选用钛钙型结422低碳钢焊条和45号中碳钢506焊条为最佳。
1.3调整钢轨接头
将钢轨两端接头调直垫平，保证工作边（钢轨内侧）平顺，根据焊缝的要求，调整好钢轨接缝。
2、焊接的工艺要求
钢轨的焊接是比较复杂的工艺，如果操作不当，就不能保证钢轨的焊接质量。以下因素能引起钢轨的变形和受力：
2.1在所焊接的金属内温度分布不平均；
2.2沿轨缝全长度上施焊的时间不同；
2.3沿厚度上（多层焊接）施焊的时间不同。
因此，在焊接时，力求加热均匀，减少沿厚度上（全截面）和沿长度上的施焊时间差，防止减少产生马氏体组织。在焊接中应按下列顺序进行操作：
（1）钢轨除锈。沿轨条方向20～30mm和钢轨端面，除掉全部铁锈、油污和杂物等。
（2）在轨缝下面托一块150×100×6～10mm（长×宽×厚）的铁托板，以便施焊时托住焊液不下流。
（3）用夹具固定钢轨接头。焊缝间隙既不能过宽也不能过窄，当使用φ3.2或φ4焊条时，其焊缝间隙为：轨底和轨腰5～8mm，轨头打V破口上宽20mm较适宜，上宽下窄的目的是留有反弯曲余量，使其冷却后钢轨表面呈水平状态。注意防止轨底扭曲，使起在一个水平面上。
（4）焊接轨底。在整个操作过程中轨底焊接是比较关键的工序，它的好坏直接影响焊缝的强度。施焊时线将铁托板焊在接头端面轨底下，然后采用多层焊接法，使用180～200A电流，逐渐往上堆焊，边堆焊边将熔渣吹出熔池，防止出现夹渣气孔等现象。施焊时必须注意将两端面母材熔化，确保焊液和母材熔为一体。焊完轨底应马上盖面，盖面时温度要符合预热的温度（200～300℃）要求。
（5）轨腰焊接。用立焊方法一次焊至轨顶（一次焊透可以不用盖面），为了使焊缝美观，需要盖面时，必须在温度尚未降到200℃以前进行。但盖面不能过高（高2～3mm，宽13～14mm），电流调到200～300A。
（6）轨顶焊接。轨顶焊缝的特点是短而厚，焊后收液率也较大。当立缝焊至与轨顶下部交界处停下来，往两侧展开，增加焊缝的长度（约与轨顶宽度相同），然后用多层焊接法往复施焊（焊波方向相反），当焊至距轨面3～4mm时停下来，再从两侧盖面。最后将轨面封齐，使焊缝高出轨面1～2mm，焊缝呈红色时，立即用锤击法锤平，确保轨顶工作边的焊缝平整光滑。锤击过程使得焊缝钢的组织排列均匀，同时达到消除部分残余应力的效果。锤平后清渣。焊接电流使用200～250A。在轨顶焊接过程中，应注意以下几点：
①多层焊接前，必须清渣；
②焊接金属飞溅到钢轨上必须清除；
③最后用锤击法增加焊缝表面密实，减少磨修时间，但是最后一层焊缝不能太薄。
（7）修磨焊缝。用手提砂轮或板锉进行修磨。修磨后使轨顶上、下、左、右偏差均不得超过0.3mm，修磨后不得有“缺肉”现象，对于“缺肉”不能用点焊修补，如果必须修补须预热后才能进行。
（8）在一个焊缝的施焊中，不得中途停止焊接。
（9）接头焊接完成后，必须在接头附近加设枕木撑垫，并且在8小时内严禁机车通过。
3、焊接钢轨后质量要求
3.1施焊后的铁道符合《煤矿窄轨铁道质量标准》中对接头平整度、水平、方向、前后高低等的要求。
3.2焊缝基本无夹渣、砂眼、裂纹等现象，焊缝鱼鳞一致。外形美观。
3.3施焊后，焊接处无变形、裂纹等异常现象。
三、长轨焊接的经济性
⑴因煤矿井下轨道不受太阳辐射的影响，常年温度变化不大，钢轨热胀冷缩变形很小，采用长轨焊接新结构是可行的。
（2）采用长轨焊接后，车辆运行平稳，运输效率极大提高，有力的保证了采掘用车的需要和原煤运输。
（3）轨道维修量减小，维修费用降低，降低了成本。井下所有的主要运输轨道及地面运输线路都实施长轨焊接后，可节省各种鱼尾板共计4000余付，鱼尾螺栓15000余条，折合资金投入为24.53万元。
（4）用工人员减少，维修周期延长。原来对所有的轨道运输线路每旬需要进行一次小修，每月进行一次大修，实施长轨焊接后，轨道运输线路改为每月进行一次小修，而且轨道维修人员大幅度减少。
⑸事故极大减少，经济效益明显提高。架线式电机车运行的主要运输大巷直接取消了轨道接头处的回流线，在轨道底部焊接一块150*100*10mm的钢板，解决了行驶电机车的铁道接头的导线断面小，或因连接不良而使回馈电阻大的现象，从而大大减少了杂散电流，消除了不安全的隐患。
四、结束语
煤矿窄轨铁路运输中长轨焊接技术的成功，进一步提高了轨道质量，降低了运输事故的发生，为创建井下高速铁路奠定了良好的基础，且安全经济效益、社会效益均非常明显，应积极推广应用。
[关键词]煤矿轨道长轨焊接
中图分类号：TD82 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）31―0526―01
一、前言
轨道运输是矿井的主要运输方式，轨道是矿井运输的主要组成部分，钢轨接头是铁道的薄弱环节，由于接头的存在，使钢轨的连续性受到破坏，列车通过钢轨接头时发生冲击和振动，造成行车不稳，进而使钢轨和连接零件的伤损、磨耗加剧，减少钢轨、枕木和车辆的使用寿命，维修量增加；另外钢轨接头增加列车运行阻力，又是发生钢轨爬行的主要原因之一。目前华恒公司在用轨道长达20多公里，其中斜井线路长度长达8公里，主要运输大巷长达6.2公里，其主要轨型有22kg/m、24kg/m、30kg/m、43kg/m四种，轨道接头多达2400个。因此将普通钢轨焊接成长轨，消灭或减少钢轨接头，是改善铁道运行条件的良好方法之一。为此，华恒公司在地质条件已相对稳定，不会出现底鼓变形的2#副井、-650人车管子井、-250井底车场及大巷，-650水平大巷相继实施了长轨无缝焊接技术，收到了非常明显的效果。
二、长轨焊接的可行性
由于井下轨道不受太阳的辐射，相对温度变化较小，焊接后受热胀冷缩的影响较小，所以井下钢轨可采用长轨焊接方式，长轨焊接增强了钢轨的连续性和整体性，减少了接头危害的产生，杜绝车辆掉道事故的发生，减少了矿车对轨道的冲击振动次数，减轻了对铁道的破坏，车辆运行过程中产生的噪音也大大减小，从而使钢轨、机车车辆的使用寿命进一步得到了提高。水平运输巷道，采用长轨焊接后，能够减少回馈电阻，提高运输效率，减少散杂电流，有利于运输安全。
1、长轨焊接的工艺及技术要求
1.1电焊机的选择
根据窄轨铁道及电源情况，我矿选择交流弧焊机，焊机电压660V。
1.2焊条的选择
煤矿使用的轻轨均为普通碳素钢，其最高含碳量不大于0.6%，含硫量不大于0.065%，含磷量不大于0.085%，为了保证轨道接头焊缝的抗拉、抗弯强度和防止焊接接头脆硬，应选择焊条含碳、硫、磷低于钢轨含量为宜，保证焊缝不出现裂纹，焊缝磨损量与钢轨磨损量大体相当，此外还要考虑焊条的货源充足，选用钛钙型结422低碳钢焊条和45号中碳钢506焊条为最佳。
1.3调整钢轨接头
将钢轨两端接头调直垫平，保证工作边（钢轨内侧）平顺，根据焊缝的要求，调整好钢轨接缝。
2、焊接的工艺要求
钢轨的焊接是比较复杂的工艺，如果操作不当，就不能保证钢轨的焊接质量。以下因素能引起钢轨的变形和受力：
2.1在所焊接的金属内温度分布不平均；
2.2沿轨缝全长度上施焊的时间不同；
2.3沿厚度上（多层焊接）施焊的时间不同。
因此，在焊接时，力求加热均匀，减少沿厚度上（全截面）和沿长度上的施焊时间差，防止减少产生马氏体组织。在焊接中应按下列顺序进行操作：
（1）钢轨除锈。沿轨条方向20～30mm和钢轨端面，除掉全部铁锈、油污和杂物等。
（2）在轨缝下面托一块150×100×6～10mm（长×宽×厚）的铁托板，以便施焊时托住焊液不下流。
（3）用夹具固定钢轨接头。焊缝间隙既不能过宽也不能过窄，当使用φ3.2或φ4焊条时，其焊缝间隙为：轨底和轨腰5～8mm，轨头打V破口上宽20mm较适宜，上宽下窄的目的是留有反弯曲余量，使其冷却后钢轨表面呈水平状态。注意防止轨底扭曲，使起在一个水平面上。
（4）焊接轨底。在整个操作过程中轨底焊接是比较关键的工序，它的好坏直接影响焊缝的强度。施焊时线将铁托板焊在接头端面轨底下，然后采用多层焊接法，使用180～200A电流，逐渐往上堆焊，边堆焊边将熔渣吹出熔池，防止出现夹渣气孔等现象。施焊时必须注意将两端面母材熔化，确保焊液和母材熔为一体。焊完轨底应马上盖面，盖面时温度要符合预热的温度（200～300℃）要求。
（5）轨腰焊接。用立焊方法一次焊至轨顶（一次焊透可以不用盖面），为了使焊缝美观，需要盖面时，必须在温度尚未降到200℃以前进行。但盖面不能过高（高2～3mm，宽13～14mm），电流调到200～300A。
（6）轨顶焊接。轨顶焊缝的特点是短而厚，焊后收液率也较大。当立缝焊至与轨顶下部交界处停下来，往两侧展开，增加焊缝的长度（约与轨顶宽度相同），然后用多层焊接法往复施焊（焊波方向相反），当焊至距轨面3～4mm时停下来，再从两侧盖面。最后将轨面封齐，使焊缝高出轨面1～2mm，焊缝呈红色时，立即用锤击法锤平，确保轨顶工作边的焊缝平整光滑。锤击过程使得焊缝钢的组织排列均匀，同时达到消除部分残余应力的效果。锤平后清渣。焊接电流使用200～250A。在轨顶焊接过程中，应注意以下几点：
①多层焊接前，必须清渣；
②焊接金属飞溅到钢轨上必须清除；
③最后用锤击法增加焊缝表面密实，减少磨修时间，但是最后一层焊缝不能太薄。
（7）修磨焊缝。用手提砂轮或板锉进行修磨。修磨后使轨顶上、下、左、右偏差均不得超过0.3mm，修磨后不得有“缺肉”现象，对于“缺肉”不能用点焊修补，如果必须修补须预热后才能进行。
（8）在一个焊缝的施焊中，不得中途停止焊接。
（9）接头焊接完成后，必须在接头附近加设枕木撑垫，并且在8小时内严禁机车通过。
3、焊接钢轨后质量要求
3.1施焊后的铁道符合《煤矿窄轨铁道质量标准》中对接头平整度、水平、方向、前后高低等的要求。
3.2焊缝基本无夹渣、砂眼、裂纹等现象，焊缝鱼鳞一致。外形美观。
3.3施焊后，焊接处无变形、裂纹等异常现象。
三、长轨焊接的经济性
⑴因煤矿井下轨道不受太阳辐射的影响，常年温度变化不大，钢轨热胀冷缩变形很小，采用长轨焊接新结构是可行的。
（2）采用长轨焊接后，车辆运行平稳，运输效率极大提高，有力的保证了采掘用车的需要和原煤运输。
（3）轨道维修量减小，维修费用降低，降低了成本。井下所有的主要运输轨道及地面运输线路都实施长轨焊接后，可节省各种鱼尾板共计4000余付，鱼尾螺栓15000余条，折合资金投入为24.53万元。
（4）用工人员减少，维修周期延长。原来对所有的轨道运输线路每旬需要进行一次小修，每月进行一次大修，实施长轨焊接后，轨道运输线路改为每月进行一次小修，而且轨道维修人员大幅度减少。
⑸事故极大减少，经济效益明显提高。架线式电机车运行的主要运输大巷直接取消了轨道接头处的回流线，在轨道底部焊接一块150*100*10mm的钢板，解决了行驶电机车的铁道接头的导线断面小，或因连接不良而使回馈电阻大的现象，从而大大减少了杂散电流，消除了不安全的隐患。
四、结束语
煤矿窄轨铁路运输中长轨焊接技术的成功，进一步提高了轨道质量，降低了运输事故的发生，为创建井下高速铁路奠定了良好的基础，且安全经济效益、社会效益均非常明显，应积极推广应用。