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每天，無(wú)數(shù)列車(chē)在萬(wàn)里鐵道線高速飛馳，沒(méi)有了記憶中“哐當(dāng)哐當(dāng)”的聲音，列車(chē)平穩(wěn)得能讓硬幣直立幾分鐘不倒。這些都得益于我國(guó)高鐵建設(shè)的核心技術(shù)——無(wú)縫線路焊接裝備與工藝。對(duì)于高速、重載以及城市地鐵線路，高速、重載運(yùn)行使得輪軌相互作用加劇，為保障列車(chē)運(yùn)行的平穩(wěn)性、安全性以及旅客的舒適性，減少線路運(yùn)營(yíng)維護(hù)維修費(fèi)用、延長(zhǎng)線路設(shè)備和機(jī)車(chē)車(chē)輛使用壽命等, 無(wú)縫鋼軌是鐵路軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向高速鐵路建設(shè)的必然選擇。
圖1 呂其兵教授（右）向中國(guó)鐵建領(lǐng)導(dǎo)介紹焊接裝備技術(shù)
向中國(guó)鐵建領(lǐng)導(dǎo)介紹的是西南交通大學(xué)材料學(xué)院呂其兵教授，是國(guó)內(nèi)知名的焊接技術(shù)專(zhuān)家，現(xiàn)擔(dān)任西南交通大學(xué)焊接研究所所長(zhǎng)，兼任四川省機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接專(zhuān)委會(huì)名譽(yù)主任委員，2020年獲西南交通大學(xué)“最美交大人”稱(chēng)號(hào)。在2022年3月25日舉行的四川省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，呂其兵教授和他的團(tuán)隊(duì)完成的“高速鐵路無(wú)縫線路鋼軌閃光焊成套技術(shù)與裝備及應(yīng)用”榮獲科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
無(wú)縫線路是20世紀(jì)30年代開(kāi)始出現(xiàn)的，但在50年代初期才真正得到發(fā)展；80年代，德國(guó)鋪設(shè)的無(wú)縫線路總里程已經(jīng)占其鐵路總里程的80%，法國(guó)和英國(guó)分別占60%和30%。中國(guó)無(wú)縫線路是1958年開(kāi)始鋪設(shè)的；2013年至2017年，全國(guó)新增鐵路營(yíng)業(yè)里程2.94萬(wàn)公里，其中僅高速鐵路無(wú)縫線路建成1.57萬(wàn)公里。不難發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的無(wú)縫線路建設(shè)雖然起步較晚，但是發(fā)展十分迅速，這完全得益于我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)縫線路建設(shè)裝備與工藝發(fā)展的支撐。
2006年之前，中國(guó)鋼軌閃光焊接裝備全部依賴(lài)高價(jià)進(jìn)口，能供工程應(yīng)用的成熟鋼軌焊接工藝及質(zhì)量控制技術(shù)國(guó)內(nèi)處于空白。國(guó)外技術(shù)卡脖子，設(shè)備采購(gòu)和售后服務(wù)價(jià)格昂貴；進(jìn)口裝備與技術(shù)保密，焊接工藝不適合我國(guó)鋼軌材料要求，導(dǎo)致焊軌質(zhì)量難以保證；售后不及時(shí)，嚴(yán)重制約無(wú)縫線路建設(shè)進(jìn)度和效率……處處受制于人，這嚴(yán)重制約了中國(guó)無(wú)縫線路建設(shè)。為此，從上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始，西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院呂其兵教授團(tuán)隊(duì)從鋼軌閃光焊焊接工藝對(duì)焊接接頭質(zhì)量的影響研究入手，開(kāi)展鋼軌閃光焊技術(shù)與裝備研究，分析進(jìn)口設(shè)備的問(wèn)題并進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)不斷的努力，填補(bǔ)了中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域研究的空白，真正實(shí)現(xiàn)了“自己的高鐵自己焊”。
對(duì)于鋼軌閃光焊成套技術(shù)與裝備的應(yīng)用前景，呂其兵教授團(tuán)隊(duì)認(rèn)為：近年來(lái)，中國(guó)高鐵建設(shè)發(fā)展是有目共睹，特別是隨著高鐵“走出去”步伐的加快，我們的鋼軌閃光焊成套技術(shù)與裝備將為“一帶一路”國(guó)家的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，發(fā)揮極大的支撐作用，助力國(guó)家的“高鐵走出去”戰(zhàn)略。
呂其兵教授團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目簡(jiǎn)介
無(wú)縫線路是把標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的鋼軌焊連而成的長(zhǎng)鋼軌線路，又稱(chēng)焊接長(zhǎng)鋼軌線路。鋼軌焊接質(zhì)量是確保高速列車(chē)安全平穩(wěn)運(yùn)行的前提，而鋼軌焊接成套技術(shù)與裝備是最為關(guān)鍵的技術(shù)。
由于鋼軌閃光焊設(shè)備牽涉機(jī)械、液壓、電氣控制及計(jì)算機(jī)測(cè)控，系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)含量高，直到現(xiàn)在基地鋼軌閃光焊還大量采用進(jìn)口瑞士施拉特公司的GAAS80—580直流焊機(jī)和烏克蘭巴頓研究所的K系列交流焊機(jī)，國(guó)內(nèi)基地閃光焊裝備僅有上海局使用國(guó)產(chǎn)的UN5-150G工廠閃光焊機(jī)。因此，擁有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的閃光焊接裝備及焊接工藝具有重大意義。
西南交通大學(xué)呂其兵教授團(tuán)隊(duì)與成都艾格機(jī)電設(shè)備有限責(zé)任公司合作，針對(duì)鋼軌閃光焊工藝、質(zhì)量控制和裝備開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究，從五個(gè)方面突破了鋼軌閃光焊的關(guān)鍵技術(shù)難題。一是揭示了焊接饋電夾持方式、工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響規(guī)律；二是提出了通過(guò)控制液態(tài)過(guò)梁阻值實(shí)現(xiàn)最大加熱功率輸出的鋼軌交流閃光焊技術(shù)；三開(kāi)發(fā)了新型脈沖電流閃光焊工藝；四是首次提出了以閃光率評(píng)價(jià)高溫金屬防氧化效果的方法，建立了以閃光率、能量輸入等為特征量的焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，研發(fā)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的焊接接頭質(zhì)量三級(jí)監(jiān)控平臺(tái)；五是基于新型脈沖電流閃光焊工藝及控制要求，開(kāi)發(fā)了集機(jī)、電、液及自動(dòng)控制于一體的鋼軌閃光焊成套技術(shù)，研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適用于高原、長(zhǎng)大隧道等各種工況的系列焊軌裝備。
