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填补空白 用中国的装备焊出自己的高铁

来源:材料科学与工程学院    日期:2022/4/8 14:55:34    点击数:7999

每天,无数列车在万里铁道线高速飞驰,没有了记忆中“哐当哐当”的声音,列车平稳得能让硬币直立几分钟不倒。这些都得益于我国高铁建设的核心技术——无缝线路焊接装备与工艺。对于高速、重载以及城市地铁线路,高速、重载运行使得轮轨相互作用加剧,为保障列车运行的平稳性、安全性以及旅客的舒适性,减少线路运营维护维修费用、延长线路设备和机车车辆使用寿命等, 无缝钢轨是铁路轨道结构的发展方向高速铁路建设的必然选择。

图1  吕其兵教授(右)向中国铁建领导介绍焊接装备技术

向中国铁建领导介绍的是西南交通大学材料学院吕其兵教授,是国内知名的焊接技术专家,现担任西南交通大学焊接研究所所长,兼任四川省机械工程学会焊接专委会名誉主任委员,2020年获西南交通大学“最美交大人”称号。在2022年3月25日举行的四川省科学技术奖励大会上,吕其兵教授和他的团队完成的“高速铁路无缝线路钢轨闪光焊成套技术与装备及应用”荣获科技进步二等奖。

图2   轨道焊接团队研制的钢轨闪光焊装备在京沪高铁建设中应用

无缝线路是20世纪30年代开始出现的,但在50年代初期才真正得到发展;80年代,德国铺设的无缝线路总里程已经占其铁路总里程的80%,法国和英国分别占60%和30%。中国无缝线路是1958年开始铺设的;2013年至2017年,全国新增铁路营业里程2.94万公里,其中仅高速铁路无缝线路建成1.57万公里。不难发现,我国的无缝线路建设虽然起步较晚,但是发展十分迅速,这完全得益于我国自主知识产权的无缝线路建设装备与工艺发展的支撑。

2006年之前,中国钢轨闪光焊接装备全部依赖高价进口,能供工程应用的成熟钢轨焊接工艺及质量控制技术国内处于空白。国外技术卡脖子,设备采购和售后服务价格昂贵;进口装备与技术保密,焊接工艺不适合我国钢轨材料要求,导致焊轨质量难以保证;售后不及时,严重制约无缝线路建设进度和效率……处处受制于人,这严重制约了中国无缝线路建设。为此,从上个世纪90年代开始,西南交通大学材料科学与工程学院吕其兵教授团队从钢轨闪光焊焊接工艺对焊接接头质量的影响研究入手,开展钢轨闪光焊技术与装备研究,分析进口设备的问题并进行改进。通过不断的努力,填补了中国在这个领域研究的空白,真正实现了“自己的高铁自己焊”。

对于钢轨闪光焊成套技术与装备的应用前景,吕其兵教授团队认为:近年来,中国高铁建设发展是有目共睹,特别是随着高铁“走出去”步伐的加快,我们的钢轨闪光焊成套技术与装备将为“一带一路”国家的交通运输网络建设,发挥极大的支撑作用,助力国家的“高铁走出去”战略。

 

吕其兵教授团队项目简介

无缝线路是把标准长度的钢轨焊连而成的长钢轨线路,又称焊接长钢轨线路。钢轨焊接质量是确保高速列车安全平稳运行的前提,而钢轨焊接成套技术与装备是最为关键的技术。

由于钢轨闪光焊设备牵涉机械、液压、电气控制及计算机测控,系统复杂,技术含量高,直到现在基地钢轨闪光焊还大量采用进口瑞士施拉特公司的GAAS80—580直流焊机和乌克兰巴顿研究所的K系列交流焊机,国内基地闪光焊装备仅有上海局使用国产的UN5-150G工厂闪光焊机。因此,拥有中国自主知识产权的闪光焊接装备及焊接工艺具有重大意义。

西南交通大学吕其兵教授团队与成都艾格机电设备有限责任公司合作,针对钢轨闪光焊工艺、质量控制和装备开展了系统深入的研究,从五个方面突破了钢轨闪光焊的关键技术难题。一是揭示了焊接馈电夹持方式、工艺参数对温度场的影响规律;二是提出了通过控制液态过梁阻值实现最大加热功率输出的钢轨交流闪光焊技术;三开发了新型脉冲电流闪光焊工艺;四是首次提出了以闪光率评价高温金属防氧化效果的方法,建立了以闪光率、能量输入等为特征量的焊接质量评价体系,研发了基于神经网络的焊接接头质量三级监控平台;五是基于新型脉冲电流闪光焊工艺及控制要求,开发了集机、电、液及自动控制于一体的钢轨闪光焊成套技术,研制了具有自主知识产权、适用于高原、长大隧道等各种工况的系列焊轨装备。

图3  钢轨闪光焊装备出口印度尼西亚交接仪式

该技术成果累计销售130多台套,广泛应用于京沪高铁、西成高铁、川藏铁路等国家重大工程和北京、上海等城市轨道交通工程建设,并在与美国、乌克兰、瑞士等国际一流钢轨焊接设备供应商的竞争中,获得了大量订单,出口到新加坡、印度、印度尼西亚、阿联酋、阿塞拜疆、中国台湾等10多个国家和地区。社会经济效益显著,目前已实现销售7亿多元人民币,为国家节约外汇等效于6.84亿元人民币,多次被央视等主流媒体报道,引起广泛关注。

信息员:章春军     作者:章春军 熊苏雅 吕其兵     责任编辑:朱莹燕

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