(鐵道部科學研究院 北京)
侯松明
(*科 北京)
提 要 針對國內外用屢試法調試鋼軌接觸焊參數(shù)十分費時耗材，首次應用逐次正交試驗法并輔以CAD，其優(yōu)化焊軌參數(shù)的科學性已為簡便和高效所證明。
關鍵詞 鋼軌 接觸焊 正交 CAD
中圖分類號 TG407
Round-for-Round Orthogonal Optimization Method with Its
CAD for Readjusting Rail Resistance Welding Parameters
Hou Qixiao
(Metals & Chemitry Research Institute,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)
Hou Songming
(China Academy of Sciences,Beijing 100080,China)
Abstract To counter the fact that for readjusting the rail resistance welding parameters,the again and again method which is in common used at home and abroad expended much time and much material, the round-for-round orthogonal test method with its CAD is used for the first time .The scientificness of this method to optimize welding technical parameters has been proved by its simplicity and efficiency.
Keywords rail; resistance welding; orthogonal; CAD
“提速、高速、重載”焊接無縫線路是國民經濟大動脈鐵路的戰(zhàn)略發(fā)展重點。目前我國每年鋪設焊接無縫線路在3 300 km以上，其中85%采用接觸焊。由于焊接接頭的質量事關行車安全大計，故對其檢驗的技術條件十分嚴格。每一型號的焊接軌在投產前必須通過鐵道行業(yè)標準TB/T1632-91規(guī)定的型式試驗，其中最有代表性、通常也最難通過的是連續(xù)焊25個接頭的落錘與斷口灰斑檢驗。國內外在型式試驗前調試參數(shù)時都是在參考過去的和別人的經驗后，采用屢試的方法逐步分析與調整，然而鋼軌接觸焊在閃平、預熱、燒化、頂鍛、保壓等諸階段都有各自的電壓、電流、壓力、速度、持續(xù)時間(或位移)等參數(shù)，總數(shù)達數(shù)十個之多。我國鐵路廠、校、院在型式試驗前調試參數(shù)時施焊的軌頭數(shù)少者一二百個，多者五六百個，最多的達868個(有的廠終于將落錘調試過關，但灰斑仍不合格，只好免強投產)。這么多的工藝參數(shù)與施焊結果間的函數(shù)關系又是極其復雜的，無法進行接近實際情況的理論推導以預置參數(shù)，迫切需要一種簡便而高效的解決辦法。
2 試驗
針對屢試法調試鋼軌接觸焊的眾多參數(shù)十分費時耗材，且調出的參數(shù)組合不一定優(yōu)佳，作者應用了逐次正交試驗法。
正交試驗是一種多參數(shù)選優(yōu)法，可通過試驗直接求出應置參數(shù)的優(yōu)佳解。安排的試驗方案均衡地分散在配合完全的位級組合的方案之中，因而具有代表性。在比較某一參數(shù)的幾個位級、選取優(yōu)秀位級時，能*限度地排除其他參數(shù)的干擾。此法兼?zhèn)渫耆囼灧ê蛥?shù)輪換法的優(yōu)點，可通過較少的試驗次數(shù)迅速找到各參數(shù)的優(yōu)佳匹配。逐次正交試驗就是逐輪進行正交試驗，將前輪正交試驗的結果作為安排后輪正交試驗的依據，通常采用比前輪小的正交表。
根據對歷史資料和外廠焊軌資料的分析，按參數(shù)比較其共性與個性，確定要考察的焊軌參數(shù)及其諸位級值。首輪安排13參數(shù)3位級的大正交表L27(313)(同時固定對試驗結果相對不敏感的其他參數(shù))，據此列出焊每一接頭各參數(shù)的取值，進行27個焊頭的正交焊接試驗。焊畢正火后用落錘逐一將焊頭砸斷(落錘試驗支距1 m，錘重1 t，檢驗60 kg/m軌焊頭時錘高3.1 m，經住2錘者為合格，若砸了5錘仍未斷，則在軌底角鋸口再砸斷以觀測斷口灰斑)。就經住的錘數(shù)和斷口的灰斑面積分別計算出各參數(shù)按位級對應的試驗結果值之和以及它們的極差(極差是衡量被考察參數(shù)對試驗結果影響大小的重要標志，極差序靠前者通常該參數(shù)的取值對試驗結果有重要影響)，并將各參數(shù)的極差由大至小排序，同時找出各參數(shù)直觀*平均值、落錘*位級組合、灰斑*位級組合，然后作出各參數(shù)的落錘趨勢圖和灰斑趨勢圖。根據對各趨勢圖的分析，分別確定各參數(shù)的落錘可能更優(yōu)位級值和灰斑可能更優(yōu)位級值。把13個參數(shù)中極差序靠后的(即對試驗結果相對不敏感的)5個參數(shù)固定下來(其值由相應參數(shù)的直觀*平均值、落錘、灰斑*位級值和可能更優(yōu)位級值判定)，安排極差序靠前的8個參數(shù)進行第二輪L18(21×37)的18個焊頭的正交焊接試驗。以*輪相應參數(shù)的直觀*平均值、*位級值和可能更優(yōu)位級值作為第二輪正交試驗該參數(shù)的3個位級值。焊畢正火后逐一用落錘將焊頭砸斷。就經住的錘數(shù)和斷口灰斑面積分別計算出各參數(shù)按位級對應的試驗結果之和以及它們的極差，并將各參數(shù)的極差由大至小排序，同時找出各參數(shù)的直觀*平均值、落錘*位級組合、灰斑*位級組合，同樣作出各參數(shù)的落錘趨勢圖和灰斑趨勢圖。根據對各趨勢圖的分析，分別確定各參數(shù)的落錘可能更優(yōu)位級值和灰斑可能更優(yōu)位級值。把8個參數(shù)中極差序靠后的4個參數(shù)固定下來，安排極差序靠前的4個參數(shù)進行第三輪L9(34)的9個焊頭的正交焊接試驗。步驟同上。之后，將4個參數(shù)中極差序靠后的1個參數(shù)固定下來，安排極差序靠前的3個參數(shù)進行第四輪L4(23)的4個焊頭的正交焊接試驗(由于只有2個位級，此輪不再作趨勢圖)。由參數(shù)直觀*平均值和*位級值判定該3個參數(shù)的取值。這四輪正交焊接試驗不一定要都做。例如若經前二輪優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)效果已經非常好，就可免做第三輪；又如若對各參數(shù)的取值已有一定程度的底而試驗時間或條件受到限制時，也可免做焊頭數(shù)最多的*輪正交試驗。
3 應用
我們與錦州鐵路分局合作用L27(313)、L18(21×37)
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圖1 第×輪正交焊軌試驗流程圖
配合逐次正交焊軌試驗進行了計算機輔助設計。應用此相應軟件的工廠，免去了在試驗安排、統(tǒng)計運算和繪制曲線過程中大量繁瑣的手工勞動，并確保了運算和作圖的準確性。我們已向6個焊軌工廠提供了此軟件。CAD促進了逐次正交焊軌試驗法的推廣。 第×輪正交焊軌試驗的流程圖見圖1。 5 結論 ( 1 ) 逐次正交試驗法已首次應用于優(yōu)化鋼軌接觸焊參數(shù)，實踐證明了它的科學性。 ( 2 ) CAD為逐次正交焊軌試驗優(yōu)化帶來了便利。 6 參考文獻 1 侯啟孝，許廣德，王春孝，陳大中，楊克.控制鋼軌接觸焊灰斑的正交優(yōu)化研究.鐵道學報，1997,19(1)：122～128 2 Hou Qixiao, Xu Guangde, Wang Chunxiao, Chen Dazhong ，Yang ke.Orthogonal optimization research on controlling grey spots in rail resistance welding.China Welding,1997,Vol.6 No.2 3 姜同川編著.正交試驗設計.濟南：山東科學技術出版社，1985 *本文依據1994年鐵道部科學發(fā)展計劃項目《接觸焊控制灰斑工藝參數(shù)》項目研究，由侯啟孝、陳大中、許廣德、楊克、王春孝完成，CAD由侯松明進行。(No.94G13) 收稿日期：1998-05-13 侯啟孝 男 1938年出生 副研究員 鐵道部科學研究院金化所 郵編：100081 |
