高速铁路无缝线路钢轨焊接技术研究
刘 东
（济南铁路局工务机械段厂焊车间，山东 济南 250000）
钢轨焊接是铺设无缝线路的重要环节，是线路行车安全重要保证。文章对无缝线路钢轨焊接技术进行摘要：
了研究，分析了几种长轨焊接的方法，指出各自的优缺点，找出各自影响长钢轨焊接的主要因素并加以解决。
无缝线路；钢轨焊接；高速铁路;铝热焊接；气压焊接关键词：
TG47 文献标识码：A 文章编号：1009-2374-（2011）18-0022-02中图分类号：
一、概述
随着铁路事业的飞速发展，高速铁路的铺设对钢轨焊接技术提出了更高的要求，目前我国高速铁路多以闪光焊接无缝钢轨进行架设。2009年以来我车间主要以GAAS80(瑞士SCHALLATE公司生产)焊机和国产K900焊机进行钢轨的无缝化基地焊接，为线路铺设提供高速轨。随着无缝钢轨在线路上大量推广应用，其焊接接头质量问题就更为突出，为了保证行车安全，系统地开展钢轨焊接接头质量研究具有非常重要的意义。
或焊轨基地将钢厂生产的25m（新建客运专线采用50m或100m）标准轨进行闪光焊接，连接成200～500m长轨条，再由专用长轨运输车将其运至铺设工地，通过现场焊接把长轨条连接成为900～1500m的单位轨节。
我车间在焊接钢轨时，济南南焊轨基地采用K900焊机焊接钢轨，桑梓店焊轨基地用GAAS80焊机焊接钢轨，分别使用不同的焊接设备不同的工艺焊接参数，经过试验与检验能够焊接出同样合格的长轨条，满足线路高速轨的铺设。
图 2 基地长轨焊接基本工序
钢轨到了现场，用于焊接的主要方式为铝热焊和气压焊，目前也在尝试闪光焊。对跨区间无缝线路铺设后需进行三次焊接，即采用铝热焊或者移动气压焊
图 1 钢轨焊接接头
等将单元轨连焊成超长无缝线路。由于闪光焊和气压焊接头为致密锻造组织，接头韧性好，尤其是闪光焊，伤损率低，具有明显的优势。在正常情况下与气压焊、铝热焊相比，钢轨的闪光焊焊缝强度较高，但与母材相比，它的强度仍低于母材，其原因有：（1）钢轨属于大断面轧材，其心部材料较差，由低熔点杂条带、疏松、晶粒粗大，在焊接顶锻过程中，边缘较好材料被挤出，而以心部材料向外扩展，纤维组织中断且弯曲，顶锻量越大这种情况就越明显。（2）焊接高温热影响，在焊缝左右1～2mm区域晶粒粗大，降至1～2级。（3）钢轨断面不均匀，轨顶、轨底属紧凑型断面，轨底两角是展开型断面，焊接时轨底两角温度偏低，焊接后全断面冷却不均匀，产生较大的残余温度应力。（4）焊缝上存在难以消除的缺陷——灰斑。
二、焊接技术研究
其外形几何尺寸的平顺和内部质量，是保证无缝线路正常运营的关键。随着我国铁路高速、重载和安全技术的发展，对钢轨焊接提出了越来越高的要求。当前，国内外无缝线路的钢轨焊接方式主要有接触（闪光）焊、气压焊、铝热焊等几种，这几种焊接技术已趋于成熟，能基本满足重载、高速铁路的要求。钢轨焊接的质量影响高速列车的安全运行，保证其质量的关键取在于焊接工艺和过程控制水平，另外还有设备的使用质量以及长轨焊接作业人员的综合素质。
钢轨长度受制于制造、运输、铺设和养护技术，目前各国一般采用分布焊接钢轨的办法，即先在焊轨厂
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灰斑是闪光焊焊缝断口中的局部光滑区域，灰斑色泽与焊缝断口金属不同，平而亮、或呈灰色。与周边金属有明显界限。
“镜面溶池”，再加一定的顶锻压力形成接头，如图2所示。采用气压焊一次性投资小，无需大功率电源，焊接时间短，焊接质量好，一般在现场焊接中使用。其缺点是焊接时对接头断面的处理要求十分严格，并且在焊接时需要钢轨有一定的纵向移动，因此对超长钢轨的焊接有一定难度，特别是无法进行跨区间无缝线路的线上焊接。移动气压焊接在日本铁路长轨条焊接中大量使用，我国铁路也在使用。良好的气压焊接接头力学性能接近钢轨母材，但对焊接技术要求较高，焊接质量的稳定和外观平顺与焊工素质、压接机质量及焊接工况紧密相关。“光斑”和“未焊合”是
图 3 焊缝断口处灰斑
气压焊接头结合面上出现的主要缺陷，大面积“光斑”易造成线路上焊接接头断裂。
铝热焊接是采用铝和重金属氧化物的混合物为焊剂，将铝热焊剂放入坩锅燃着后剧烈放热，将钢轨预热，坩锅内融化的钢水流入砂模中，从而实现钢轨的焊接。铝热焊设备简单操作方便，但性能较差，必须加强现场试验检。
在我们日常长轨焊接作业中，影响灰斑的因素很多，主要有焊接工艺参数、设备性能、作业人员操作水平等。灰斑是闪光焊焊接中比较顽固的缺陷，随着钢轨焊接技术的提高，只能做到控制到最小，而不能完全彻底消除。
各种长轨焊接方法中：闪光接触焊主要是利用电流通过电阻时产生的热量熔接焊件，再经顶锻完成焊接，如图4所示。其特点是设备的自动化控制水平高，焊接质量高。接触闪光对焊是各国铁路无缝线路中使用最广泛，也是最主要的钢轨焊接方法，其焊接质量优良、力学性能接近钢轨木材，主要分为连续闪光焊、预热闪光焊和脉动闪光焊三种方式。
图 6 铝热焊原理图
三、结语
通过对于这三种钢轨焊接的了解，使得每种焊接都
图 4 接触焊原理
能够根据自身特点而使其适应每种环境，做到了合理的利用。所以，在未来铁路铺设的道路上，很长的一段时间里，无缝钢轨依旧会是重要的组成部分。
参考文献
济 南铁路局工务机械段．钢轨焊接（厂焊）作业管理细则，[1]
2007．
[2] 中华人民共和国铁道行业标准（TB/T 1632.1-2005）[S].[3] 钢轨焊接工[M]．中国铁道出版社，2002．
图 5 气压焊原理
气压焊主要是人工操作气压焊设备，用氧–乙炔火焰加热端头，利用气体燃料燃烧产生的热能将轨端加热到塑性或熔化状态，使其产生塑性凸起、轨头出现
（责任编辑：周加转）
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高速铁路无缝线路钢轨焊接技术研究
刘 东
（济南铁路局工务机械段厂焊车间，山东 济南 250000）
钢轨焊接是铺设无缝线路的重要环节，是线路行车安全重要保证。文章对无缝线路钢轨焊接技术进行摘要：
了研究，分析了几种长轨焊接的方法，指出各自的优缺点，找出各自影响长钢轨焊接的主要因素并加以解决。
无缝线路；钢轨焊接；高速铁路;铝热焊接；气压焊接关键词：
TG47 文献标识码：A 文章编号：1009-2374-（2011）18-0022-02中图分类号：
一、概述
随着铁路事业的飞速发展，高速铁路的铺设对钢轨焊接技术提出了更高的要求，目前我国高速铁路多以闪光焊接无缝钢轨进行架设。2009年以来我车间主要以GAAS80(瑞士SCHALLATE公司生产)焊机和国产K900焊机进行钢轨的无缝化基地焊接，为线路铺设提供高速轨。随着无缝钢轨在线路上大量推广应用，其焊接接头质量问题就更为突出，为了保证行车安全，系统地开展钢轨焊接接头质量研究具有非常重要的意义。
或焊轨基地将钢厂生产的25m（新建客运专线采用50m或100m）标准轨进行闪光焊接，连接成200～500m长轨条，再由专用长轨运输车将其运至铺设工地，通过现场焊接把长轨条连接成为900～1500m的单位轨节。
我车间在焊接钢轨时，济南南焊轨基地采用K900焊机焊接钢轨，桑梓店焊轨基地用GAAS80焊机焊接钢轨，分别使用不同的焊接设备不同的工艺焊接参数，经过试验与检验能够焊接出同样合格的长轨条，满足线路高速轨的铺设。
图 2 基地长轨焊接基本工序
钢轨到了现场，用于焊接的主要方式为铝热焊和气压焊，目前也在尝试闪光焊。对跨区间无缝线路铺设后需进行三次焊接，即采用铝热焊或者移动气压焊
图 1 钢轨焊接接头
等将单元轨连焊成超长无缝线路。由于闪光焊和气压焊接头为致密锻造组织，接头韧性好，尤其是闪光焊，伤损率低，具有明显的优势。在正常情况下与气压焊、铝热焊相比，钢轨的闪光焊焊缝强度较高，但与母材相比，它的强度仍低于母材，其原因有：（1）钢轨属于大断面轧材，其心部材料较差，由低熔点杂条带、疏松、晶粒粗大，在焊接顶锻过程中，边缘较好材料被挤出，而以心部材料向外扩展，纤维组织中断且弯曲，顶锻量越大这种情况就越明显。（2）焊接高温热影响，在焊缝左右1～2mm区域晶粒粗大，降至1～2级。（3）钢轨断面不均匀，轨顶、轨底属紧凑型断面，轨底两角是展开型断面，焊接时轨底两角温度偏低，焊接后全断面冷却不均匀，产生较大的残余温度应力。（4）焊缝上存在难以消除的缺陷——灰斑。
二、焊接技术研究
其外形几何尺寸的平顺和内部质量，是保证无缝线路正常运营的关键。随着我国铁路高速、重载和安全技术的发展，对钢轨焊接提出了越来越高的要求。当前，国内外无缝线路的钢轨焊接方式主要有接触（闪光）焊、气压焊、铝热焊等几种，这几种焊接技术已趋于成熟，能基本满足重载、高速铁路的要求。钢轨焊接的质量影响高速列车的安全运行，保证其质量的关键取在于焊接工艺和过程控制水平，另外还有设备的使用质量以及长轨焊接作业人员的综合素质。
钢轨长度受制于制造、运输、铺设和养护技术，目前各国一般采用分布焊接钢轨的办法，即先在焊轨厂
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灰斑是闪光焊焊缝断口中的局部光滑区域，灰斑色泽与焊缝断口金属不同，平而亮、或呈灰色。与周边金属有明显界限。
“镜面溶池”，再加一定的顶锻压力形成接头，如图2所示。采用气压焊一次性投资小，无需大功率电源，焊接时间短，焊接质量好，一般在现场焊接中使用。其缺点是焊接时对接头断面的处理要求十分严格，并且在焊接时需要钢轨有一定的纵向移动，因此对超长钢轨的焊接有一定难度，特别是无法进行跨区间无缝线路的线上焊接。移动气压焊接在日本铁路长轨条焊接中大量使用，我国铁路也在使用。良好的气压焊接接头力学性能接近钢轨母材，但对焊接技术要求较高，焊接质量的稳定和外观平顺与焊工素质、压接机质量及焊接工况紧密相关。“光斑”和“未焊合”是
图 3 焊缝断口处灰斑
气压焊接头结合面上出现的主要缺陷，大面积“光斑”易造成线路上焊接接头断裂。
铝热焊接是采用铝和重金属氧化物的混合物为焊剂，将铝热焊剂放入坩锅燃着后剧烈放热，将钢轨预热，坩锅内融化的钢水流入砂模中，从而实现钢轨的焊接。铝热焊设备简单操作方便，但性能较差，必须加强现场试验检。
在我们日常长轨焊接作业中，影响灰斑的因素很多，主要有焊接工艺参数、设备性能、作业人员操作水平等。灰斑是闪光焊焊接中比较顽固的缺陷，随着钢轨焊接技术的提高，只能做到控制到最小，而不能完全彻底消除。
各种长轨焊接方法中：闪光接触焊主要是利用电流通过电阻时产生的热量熔接焊件，再经顶锻完成焊接，如图4所示。其特点是设备的自动化控制水平高，焊接质量高。接触闪光对焊是各国铁路无缝线路中使用最广泛，也是最主要的钢轨焊接方法，其焊接质量优良、力学性能接近钢轨木材，主要分为连续闪光焊、预热闪光焊和脉动闪光焊三种方式。
图 6 铝热焊原理图
三、结语
通过对于这三种钢轨焊接的了解，使得每种焊接都
图 4 接触焊原理
能够根据自身特点而使其适应每种环境，做到了合理的利用。所以，在未来铁路铺设的道路上，很长的一段时间里，无缝钢轨依旧会是重要的组成部分。
参考文献
济 南铁路局工务机械段．钢轨焊接（厂焊）作业管理细则，[1]
2007．
[2] 中华人民共和国铁道行业标准（TB/T 1632.1-2005）[S].[3] 钢轨焊接工[M]．中国铁道出版社，2002．
图 5 气压焊原理
气压焊主要是人工操作气压焊设备，用氧–乙炔火焰加热端头，利用气体燃料燃烧产生的热能将轨端加热到塑性或熔化状态，使其产生塑性凸起、轨头出现
（责任编辑：周加转）
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