钢轨焊接十篇

钢轨焊接篇1

钢轨折断严重危及列车的运行安全，随着列车运行速度的提高，防止钢轨折断显得尤为重要。钢轨焊缝的伤损、折断占钢轨伤损和折断总数的比例较大。根据近几年钢轨折断和伤损的统计资料，无缝线路钢轨的焊缝伤损占疲劳伤损总数的60%左右，无缝线路钢轨折断发生在焊缝处的比例达70%。因此，提高焊缝的可靠性是减少钢轨折断的主要途径。无缝线路长钢轨是由标准定尺长度的钢轨(长度25m和100m)在焊轨工厂焊接成500m长钢轨，用专用长轨车运到现场铺设的，本文主要讨论工厂焊接可靠性控制。2008年在昆明黄龙山建设焊轨基地，在焊接工艺的设计和优化过程中开展了以提高焊缝可靠度为目标的研究和探索，并付诸了实施。在可靠性控制方面，实施了多项科研课题，解决了传统工艺中存在的缺陷，先后研制了钢轨焊接计算机管理系统、钢轨轨腰焊缝自动化打磨机床、轨底焊缝自动化打磨机、焊接预拱度控制工装和弹性辊筒线等设备，在生产中消除或减少了焊接过程中的残余应力和微细裂纹，减少了应力集中点，提高了钢轨工厂焊接接头可靠性。

1影响钢轨焊接接头可靠性因素

焊缝折断集中发生在焊带和焊接热影响区。根据对大量焊缝处钢轨的折断原因的分析，造成焊缝处钢轨疲劳折断的原因主要有焊缝处存在应力集中、焊缝处有裂纹源或残余应力影响。1)应力集中分析钢轨工厂焊接采用闪光接触焊，完成加热后进行顶锻焊接，形成的焊瘤比钢轨原断面大，需要用推瘤刀切除。推瘤刀的刀痕(深度达1mm)形成了应力集中点;在传统工艺中为消除刀痕采用手砂轮手工打磨推瘤后的焊带，造成的凸凹不平形成新的应力集中点(图1中所示1，2，3处);在传统焊接工艺中不考虑两根焊接钢轨的高度偏差，任意选取两根钢轨焊接，造成焊带两侧轨底面不能保持在一个平面(图1中所示6，7处)，部分焊带处轨底高差较大，也形成应力集中。以上三种应力集中，使裂纹源快速发展，导致钢轨折断。2)焊缝处有裂纹源或残余应力为了能较好地满足焊接后焊缝两侧钢轨顶面和作用边平直度公差的要求，传统工艺采用焊接后冷校直工艺，虽然焊缝平直度达到了要求，但是产生了残余应力，个别情况下产生裂纹源。由于钢轨化学成分中含碳量较高(0.65%～0.78%)，含Mn量达1%左右以及含Si和V，属高碳钢，在常温下的延展性能较差;二是钢轨断面积较大，抗弯截面模量大，在常温下通过施加机械外力校直焊接不平顺，使焊缝处局部轨底角和轨头部发生塑性拉伸变形，出现残余应力，个别情况下出现裂纹源;三是冷校直工序是在焊缝正火热处理和自然时效后进行的，局部冷拉伸塑性变形产生的残余应力短时间内无法消除。如图2，残余应力或裂纹源与应力集中叠加出现时钢轨折断的概率就比较高。

2提高焊缝可靠度的工艺设计

2.1科学配轨焊接前选配钢轨断面尺寸，减小焊缝两侧钢轨断面尺寸偏差，消除钢轨高差引起的应力集中。钢轨焊接计算机管理系统在焊接前将待焊钢轨编码，测量轨高、轨头宽度、轨底宽度，录入数据库。根据60kg/m钢轨外形尺寸的允许偏差，设定了配轨标准，钢轨轨高最大差值αmax=0.4mm、轨头宽最大差值βmax=0.4mm、轨底宽最大差值λmax=0.66mm(速度＜160km/h时，λmax=0.83mm)。选配的方法使用快速分类方法，把参与选配的钢轨进行分类，分为只适合选配在长轨头部、轨尾和轨条的任何位置三类，分别命名为一类轨，二类轨，三类轨。钢轨高、钢轨轨头宽、钢轨轨底宽规定值分别为A，B，C;实测A端钢轨高、钢轨轨头宽、钢轨轨底宽分别为A1，A2，A3，其超差值分别为αA=A1－A，βA=A2－B，λA=A3－C;B端钢轨高、钢轨轨头宽、钢轨轨底宽分别为B1，B2，B3，其超差值分别为αB=B1－A，βB=B2－B，λB=B3－C;对差值与允许误差值进行判别是否合格，如某钢轨某项宽度是否合格可以用式(1)进行判定式中，0值指不能进行选配的钢轨，1，2，3分别对应着一类轨，二类轨和三类轨，并分别用G1，G2，G3表示。经过计算机反复计算，优选出最佳的配合方案进行焊接，保证焊缝两侧钢轨断面尺寸最接近。一是保证了焊缝的平直度，减少焊后校直的工作量，减小残余应力。二是保证钢轨底部高差最小，减小应力集中。

2.2研发打磨设备1)取消手工打磨工序，研发轨底焊缝自动化打磨机对焊带的轨底部分进行精磨，见图3。一是打磨后表面粗糙度达到3.2μm，消除了推瘤的刀痕。二是轨底焊缝自动化打磨机对焊带的轨底部分进行精磨可以使焊带与轨底的高差控制在不大于0.5mm范围。消除和减小了应力集中。2)取消手工打磨工序，研发了钢轨轨腰焊缝自动化打磨机床，对焊带的轨腰部分进行精磨。该设备分三个工位，每个工位设计有两个磨头，分别磨削钢轨两侧焊缝的轨腹部分、焊缝轨底脚1∶9斜面、焊缝轨底脚外侧。该设备采用数控系统及交流伺服电机分别控制各数控轴。设计的除尘系统，可达到环保要求，焊缝允许偏差见表1。

2.3减小和消除残余应力1)采用焊接时预拱度(用长度为1m的直尺测量)控制，取消焊后冷校直机的使用。在焊机后方加装预拱度控制装置，使焊接后高温状态下(温度1300℃左右)预拱度值控制在2.2～2.5mm，控制预拱曲线为半径为54m的圆曲线，从而保证在冷却到常温状态下预拱度值控制在0.4～0.6mm。不用冷调直机矫正焊缝，直接精磨，即可满足焊缝竖向平面内平直度要求，消除了冷校直过程在焊缝处产生的残余应力和裂纹源(见图4)。2)减小对热塑状态焊缝的冲击。在焊机后部200m范围的辊筒线上设置弹性辊筒，钢轨在输送过程中，各辊筒均衡分布荷载，减小辊筒对高温状态下焊缝的冲击，保持预拱度不变化。3)正火工位消除焊接应力及预拱度控制产生的应力。

2.4焊后精磨使用精磨机对焊接接头轨顶面及轨头侧面工作边进行精磨，精磨后保持了轨头轮廓形状，其精磨长度为焊缝中心线两侧各450mm范围;精磨后在工位上测量的接头平直度，以焊缝为中心1m范围内，满足钢轨顶面的平直度为0.10～0.33mm、轨头侧面工作边的平直度为+0.1mm(正值表示凸出)～－0.2mm(负值表示凹进);精磨后接头表面不平度满足焊缝中心线两侧各100mm范围内表面不平度不大于0.2mm。其精磨后焊缝顶面的平直度曲线如图5。

钢轨焊接篇2

关键词：钢轨接头； QP-CJ铝热焊工艺； 焊接质量； 控制措施

中图分类号：U213.4文献标识码： A

法国拉伊台克QP-CJ铝热焊焊接技术具有设备简单、焊接作业效率高、操作简便等优点。但是施工中因为各种卡控措施不到位，造成接头焊接质量不合格率较高。为此，需找出钢轨接头焊接质量不合格的原因，并寻求需要采取的措施。

1.法国拉伊台克QP—CJ铝热焊焊接工艺

QP-CJ焊接主要特点是采用一次性坩埚(用具见附表1)，坩埚本身清洁、干燥，不需要封口钉；快速定时预热；在金相结构方面减少了焊头中夹杂物和孔隙的机会，金属成分的允许含量见附表2；焊接施工所需安装及辅助工具较少。

附表1 一次性坩埚焊接工具表

附表2 铸造结构焊头的金属成分的允许最小和最大含量

模具预热的作用是消除模具中残余的湿气以及提高模具和钢轨的温度，通过加热器(类似焊枪)用氧气和丙烷气作为燃料，氧气瓶和丙烷气瓶的压力分别为483 kPa、69 kPa，预热时间50 kg／m以下轨为4 min，50— 55 kg／m轨为4．5 min，58 kg／m以上轨为6 min。

2.焊接质量不合格的原因

(1)两钢轨端头有高低差。由于新旧轨磨耗程度存在差异，两钢轨端面不完全相同，出现轨头高低不一致，导致焊接接头质量不合格。

（2）钢轨端面与钢轨纵轴线不垂直，钢轨端面不平整，间隙距离超限，使加热器不能正确对中，预热不均匀，导致焊缝焊接质量不合格。

（3）打磨焊缝经验不足，打磨过量，使焊头接口处产生凹陷。

（4）在焊接过程中，由于焊接人员操作封箱不当和模具受潮等因素的影响，焊接钢水在注入焊道时冲出焊道造成钢水泄漏(俗称“跑箱”)，影响焊缝质量。

（5）在焊补现场经过多次观察，发现安装砂模时，在被焊钢轨表面与砂模之间存在2—5mm的缝隙，致使堵封泥侵入砂模内，并残留于钢轨表面上，使个别焊缝与钢轨母材表面结合部出现1～2 lllln的凹陷不平顺，形成拗边现象，导致焊接质量不合格。这是由于供应的砂模是按新钢轨断面尺寸统一预制的，用在旧轨上存在间隙。

3.焊接质量控制措施

（1）调整钢轨两端轨头高低

①、当高差

②、当高差在3～8 mm时，需采用特制的中和组件进行焊接，对轨的方法与高差

③、钢轨一侧端头过高(错牙>5 mm)时，要使用起道器将偏低的钢轨端头一端抬高，起道器要放在离该端4至5根轨枕处，抬高到两钢轨端头水平，高低符合规定尺寸要求，直到焊接完毕焊头温度降至350℃以下时方可撤出起道器(根据经验，一般为浇注结束30min后撤出)。

（2）修整焊缝间隙

①、对轨端进行打磨作业，可消除钢轨端面不平和钢轨端面与纵轴线不垂直的偏差，偏差控制在1mm之内。

②、对轨端进行拉伸作业，将焊缝间隙控制在(25±2)mm之内。锁定焊缝两端线路，确保间隙无变化，就可进行作业。如线路在自由状态下，拉伸作业对锁定

轨温无影响。如部分线路锁定或同时进行两处以上焊接时，就要考虑拉伸对锁定轨温的影响，即锁定轨温中要加上因拉伸而增加的温度。

（3）焊头打磨

①、热打磨要在浇注结束后(推瘤之后)进行。打磨时，在轨头表面至少保留0．8 mm的焊头金属，钢轨头部两端过渡的圆滑处打磨至与既有钢轨平齐，钢轨的内外侧亦打磨至与既有钢轨平齐。

②、在浇注60min后进行冷打磨，打磨至焊头表面与钢轨整体平齐。

（4）钢水泄漏的处理

①、用氧乙炔焰将缺陷处表面及表面以下约1～3mm深度范围内的氧化铁及杂物熔化清除干净，防止焊补后中间有杂质层，导致焊层与母材“两张皮”而造成焊补层剥离。

②、用氧乙炔焰同时对缺陷处和浇筑棒进行加热至熔化。每次浇筑棒熔化后堆焊高度≯10 mm，待温度降至900℃～500℃时，用>9kg的大锤锤击焊接堆高部位，保证焊补层部分的密实度，防止焊补层内形成气泡，影响焊补质量。

③、反复对加热棒加热直至缺陷处堆高部分高出轨顶面约1～2 mm，然后进行热打磨，待轨温降至300℃以下时实施冷打磨。

④、缺陷焊补后，考虑安全问题，采用鼓包鱼尾夹板进行加固。

⑤、该办法只能对焊接造成轨头部分钢水泄漏的缺陷进行焊补且深度不宜超过30mm，其他任何部位因焊接钢水泄漏形成的缺陷应采取切掉该焊头，插入钢轨进行焊接。

（5）垂直磨耗、侧向磨耗钢轨的焊接

在现场对有垂直磨耗的旧轨，选用接近垂直磨耗的再用短轨进行焊接。将砂模底部挫磨相应高度，使砂模上部与轨面间隙

（6）关键步骤的注意事项

①、焊接现场的准备工作。挖洞之前一定要检查是否有地下电缆，对任何会导致火灾或安全事故的隐患进行清除。进行铝热焊接及处理洞的地方要保持干燥。

②、钢轨端头的准备工作。钢轨端头必须使用锯轨机切割，确定以前未被气焊或电焊过。钢轨端头的对正应包括水平、纵向、扭转，发现有倾斜的轨枕或低接头，必须在钢轨对正之前将该区域整平。如无特殊要求，不要增加或减短钢轨的长度，以免影响钢轨的无应力温度。移动钢轨不要用锤子敲击，要通过钢轨垫板来调节，最好整根移动。

③、安装模具。底托和砂模应对称于轨缝中心线安装，安装完毕后用纸板将砂模口盖上。封箱泥均匀涂抹，不宜过多，以免水气不易排出。

④、预热。火焰调整好，预热器正式就位即开始计时，预热时间根据轨型选定。不要将加热砂模边缘的分流塞推进入口。

⑤、浇注。焊剂必须在预热完毕后30s之内点燃。将点火引信插入焊剂中，最深为25mm。当废渣停止流动时，开始计时。

⑥、拆除砂模与推瘤。在废渣冷却之后，方可将废渣盘内的废渣倒入废渣处理洞中。在浇注结束5min后拆模。在浇注结束6.5 min后，可进行焊头推瘤。

⑦、打磨。热打磨时操作者与钢轨保持一定距离，冷打磨时不要在某一处打磨过度而造成钢轨淬火。

钢轨焊接篇3

关键词 钢轨；闪光焊；焊接接头；病害；防治

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0072-02

近年来，随着国内铁路建设的快速发展，全路相继开通了时速300 km的高速线路，高速线路的铺设对钢轨焊接质量提出了更高的要求。钢轨焊接是无缝线路铺设的关键技术之一，钢轨焊接质量和无缝线路的安全性密切相关，直接关系到无缝线路的使用寿命和行车安全。钢轨焊接接头的强度、韧性等力学性能与母材不同，无缝线路钢轨断裂，大部分发生在焊接接头处。据统计，济南铁路局自1986年至今，焊缝失效折断占断轨总数的75%以上，是线路断轨的主要断裂方式。本文参考既有的教材、资料，结合基地焊轨多年生产实践，针对钢轨闪光焊焊接接头的常见病害，进行病理分析，提出相应的防治措施，以减少钢轨焊接接头断裂，保障线路运输安全。

1 钢轨闪光接触焊接头常见病害

钢轨接触焊是一种质量稳定可靠、生产效率较高的钢轨焊接方法，也是国内外运用最为广泛的一种钢轨焊接工艺，如何减少钢轨闪光焊接头病害，取得优质的焊接接头，是一个比较复杂的问题，涉及焊接设备状态，工艺参数选择，钢轨母材成分偏析，焊轨作业环境和操作人员的技能等诸多因素。这要求我们在从事钢轨焊接工作时，不仅要考虑焊接设备、焊接工艺方面的问题，还要注意钢轨焊前的准备、焊接过程监控、焊后焊头的处理和焊头质量的检测等环节，多方面入手减少焊接接头病害，从而获得质量可靠的焊接接头。在钢轨闪光接触焊焊接生产实践中，比较常见的焊接接头病害主要有以下几种：

1）疏松。疏松问题一般发生在半熔化区位置，由于钢轨含碳量增加，虽然这有助于改善钢轨的韧性与强度，但是却大大降低了钢轨的可焊性能。特别是当钢轨的含碳量超过0.4%时，常规的900℃-1200℃的焊接温度已经难以满足要求，当钢轨含碳量接近0.8%时，需要将钢轨加热至1100℃，因此焊接温度的变化区间缩短，这就进一步的扩大了钢轨焊接的半熔化区，因此容易造成疏松这种接头病害发生，直接降低焊接接头质量。

2）未焊透。未焊透主要是由于金属键结合部分未能通过焊接完全形成，这种病害对于钢轨的质量影响非常严重，其病害特点就是局部呈现平坦区域，接头强度、塑形、冲击力大大降低，是一种较为严重的焊接接头病害。

3）夹渣。造成夹渣出现的主要原因是在金属烧化与顶锻过程中，没有将高熔点氧化物在焊缝中挤压出去，进而残留在内部形成夹渣问题的发生。此外，如果钢轨质量不合格，非金属夹杂物含量较多，也容易造成夹渣问题的发生。

4）错边。如果钢轨焊接过程中断面积和尺寸偏差过大或者是钢轨扭曲变形严重，再或者选配轨和焊接过程中协调配合不当，都容易造成错边问题的发生。特别是焊接再用轨时，由于轨顶面及原工作面难以避免的存在一些变形与磨耗，因此焊接时极易产生错边这种病害。如果错边超标，不允许使用超范围打磨或者硬性矫直的方法纠正接头错边，必须切掉重焊。

5）电击伤。电击伤在闪光焊接头中常出现在钢轨和电极接触的部位，是一种很严重的病害，它是由于钢轨与导电电极之间接触不良，或电极表面没有清理干净，导致钢轨局部打火熔化，呈现深蓝色。若钢轨存在电击伤，不仅静弯实验和落锤检验不能达标，疲劳性能也会快速劣化失效。对于已造成电击伤的钢轨，可根据具体情况采取补救措施，轻者通过二次正火即可消除，重者则必须切掉重焊。

6）灰斑。灰斑属于钢轨焊接中最为常见的焊接质量病害，由于在焊接过程中液态金属过梁爆破，因此会产生相对较大的火坑，此时如果顶锻闭合不及时或者是未将杂质及时挤出，则容易造成灰斑问题的发生。灰斑对于钢轨接头性能有着严重的影响，一般出现在钢轨轨底脚和三角区里，这往往也是造成焊接接头断裂的主要产生原因。

2 钢轨闪光接触焊接头质量缺陷产生原因分析

影响钢轨焊接接头质量的因素较多，例如钢轨材料质量、钢轨化学成分、焊接工艺、焊接施工人员能力或者是焊接设备都会对焊接质量产生影响。钢轨母材中硅锰元素含量较高或硅锰元素偏析严重时；设备状态不良或响应能力较差时；焊接工艺参数选取不当时，都容易产生病害。钢轨焊接过程中，产生的内在病害，有一些病害诸如夹渣、疏松、灰斑等难以直接观察到，必须借助于一些先进的试验，例如超声波无损探伤检验、落锤实验（破坏性实验）等手段才能判别；然而一些如接头错边、局部亏损或麻坑、表面裂纹、划伤、电击伤等表面缺陷，通过操作人员认真操作，是可以避免的。现就针对常见的几种接头病害进行病理分析，找出其产生的原因，以便及时的预防与整治。见表1。

3 钢轨闪光接触焊焊接接头病害防治

钢轨闪光焊接触焊焊接过程中，因为种种原因，接头会产生一些病害。就K系列焊机而言，我们在日常闪光接触焊焊轨作业中常遇到的接头病害断口如图1-6所示。

表1 接头病害产生的原因分析

序号 缺陷种类 原因分析

1 疏松 半熔化区的温度范围变宽，由于这种状态下固液相同时存在，因此如果焊接过程中的顶锻不足，容易造成冷却收缩后产生一些较小的空隙，进而造成疏松问题的发生，并导致钢轨力学性能严重下降。

2 未焊透 1、顶锻前温度不足或者是温度范围过窄。2、顶锻力不够和顶锻量过小，或在顶锻时钢轨在电极处未夹紧，打滑。3、顶锻速度太小或有电顶锻时间太短。4、焊接加热时间不足。5、过热或过烧。

3 夹渣 1、在钢轨闪光焊过程中烧化不稳定，闪光间断，顶锻力不足和顶锻速度太小，推瘤刀不锋利、损伤等都有可能产生夹渣。2、钢轨本身存在非金属夹杂物。

4 错边 钢轨轨端几何尺寸不标准，中心不对称，焊机夹紧对中装置不良，焊接人员在选配钢轨和焊接时，未能协调配合好，都会产生错边。

5 电击伤 焊接除锈打磨不干净或除锈后钢轨放置时间过长，钢轨被油水等污染，轨端除锈不彻底，钢轨与导电电极接触不良有间隙，电极没有清理干净表面不平，电极压渣。

6 灰斑 1、焊接时施工作业参数控制不合理，例如二次电压设置过高，造成电流密度以及过梁较大，容易造成爆破时留下较深的活口，进而在顶锻时氧化物难以排出，造成灰斑发生。2、钢轨材质本身含有的硅、锰、铝等合金元素是产生灰斑的先天性条件。灰斑只能减少，无法彻底消除。

图1 疏松（1区有熔融状表层。 图2 未焊透（1轨腰未熔合。

2区断口为脆性断裂） 2轨底未焊透）

图3 夹渣（轨底焊缝处有孔洞 图4 错牙（再用轨端面

和夹渣，为断裂源） 几何尺寸不吻合）

图5 灰斑（箭头所指为灰斑） 图6 电击伤（轨顶电击伤）

这些接头病害如果不能及时消除，不仅影响钢轨焊接的质量和长钢轨使用寿命，而且会产生接头裂纹甚至钢轨断裂，给列车运行埋下安全隐患。现就钢轨闪光接触焊焊接接头中常见的这几种病害，对症下药，制定出相应的防治措施，减少接头伤病，提高接头质量。见表2。

表2 接头病害的防治措施

1 防治疏松的措施 减少伸出量及导热时间，加大顶锻力及延长无电顶锻时间，减少焊接时间来减少疏松产生的机会。

2 防治未焊透的措施 增大顶锻力和带电顶锻时间，调整送进速度可以控制未焊透的产生。

3 防治夹渣的措施 在烧化过程中尽量保持稳定，减少氧化，再采用合适的顶锻力和顶锻速度可以减少夹渣的产生。

4 防治错边的措施 加强焊前选轨作业控制，用专用样板和塞尺，实测出上、下、左、右的偏差值，进行严格的配轨，挑选出几何尺寸符合焊接要求的钢轨来焊接，焊接再用轨时尤其注意选好轨；及时检修保养焊机以保证焊机对中良好；操作人员在焊接时加强协调与配合。

5 防治电击伤的措施 及时清理导电电极油污、渣滓、锈蚀物；检查导电电极的磨损并及时维护更换；焊前钢轨的除锈除彻底。

6 防治灰斑的措施 在焊接时尽量采用较慢的烧化速度，降低二次电压，提高顶锻压力和顶锻量。

4 结束语

钢轨闪光接触焊接头病害的存在，不仅会严重影响铁路轨道的平整度以及行车安全，而且会造成钢轨焊接接头力学性能以及机械性能的大幅降低，特别是在列车运行通车阶段，这些问题会造成钢轨裂纹甚至断裂问题的发生，对于铁路行车安全是非常大的安全隐患。因此在今后的钢轨焊接生产作业中，取得零病害的焊接接头是我们的奋斗目标。我们决心不断研究与探索，通过不懈努力，总结分析接头病害产生的各种原因，并通过严格的焊接作业，确保结构焊接质量，进而避免病害接头用于钢轨施工，确保铁路高速、重载的发展需要。

参考文献

[1]董平禹，刘伟，王玉辉.钢轨闪光焊质量问题的探讨[J].铁道建筑，2005（8）：41-43.

钢轨焊接篇4

【关键词】无缝钢轨焊接；热处理

为了适应我国铁路运输发展的需要，无缝线路长钢轨在向重型化发展的同时，还必须提高其强度、韧性，经国内外多年实践证明，钢轨进行全长淬火能提高钢轨抗磨耗、抗压溃、抗剥离、抗疲劳、耐冲击性能，可延长其使用寿命，是提高线路质量的最有效、最经济的方法。全长淬火钢轨铺设在小半径曲线上其使用寿命比未淬火普通钢轨提高l倍以上。 全长淬火钢轨经焊接后，焊缝附近由于受焊接高温的影响，造成晶粒粗化，塑性、韧性大幅度下降。同时焊缝热影响区内，原淬硬层将消失，而产生宽度为100mm左右的低硬度区。这将使钢轨焊缝的脆性增大，使用中易产生接头低陷并诱导波浪磨耗的产生，缩短使用寿命。为解决上述问题，一是将普通钢轨焊接成250m或500m长后再进行全长淬火，这样可使焊接接头性能均匀化。这种方法虽好，但大部分焊轨厂受条件限制无法采用；另一种办法是将25m长全长淬火钢轨焊接后再对焊接接头重新进行热处理，以改善接头使用性能。

1. 路轨道焊接成无缝钢轨的原因之一是

（1）使铁轨间不留空隙，火车开的时候没有摩擦力。

（2）降低铺设轨道的难度。

（3）减少轮子与铁轨撞击次数，减少共振带来的车厢损伤。

（4）延长轮子与铁轨撞击的间隔时间，可以提高列车运行的安全速度

2. 焊接缺陷钢轨焊接缺陷

2.1接触焊不良引起钢轨断裂。

接触焊不良常常造成钢轨焊缝端面不能完全焊合，而形成局部熔融状表面和未熔融区，在行车中钢轨从焊缝中发生脆断。

2.2铝热焊不良引起钢轨折断。

铝热焊是一种铝热冶炼工艺，其生成物为铸态组织，常存在各种铸造缺陷，这些缺陷经列车反复作用常由局部微小裂纹发展成钢轨宏观断裂。引起钢轨宏观断裂的铸造缺陷为结晶裂缝、央渣、晶粒粗大。

2.3气压焊不起引起钢轨断裂。

气压焊不良常常造成钢轨光斑和断裂。光斑是指未能焊合的这种缺陷，其断口呈银灰色。由于气压焊不良造成钢轨残余应力较大，尤其是在腰部焊缝处存在残余拉应力，在行车过程中这种拉应力与列车通过产生的工作应力叠加，超过其强度时则发生钢轨沿腰部呈“s”形断裂。

3. 铁路对钢轨的质量要求

高速客运铁路对钢轨的要求主要是：

3.1关于钢轨断面，多数国家选择50Kg/m或60Kg/m平底轨，其长度为25m、36m、50m或焊接钢长轨。

3.2关于钢种，一般采用碳素钢，其强度要求在900MPa以上。为防止早期疲劳和剥离的产生，要求钢轨钢采用硅脱氧镇静钢，钢中最大铝含量不大于0.005%。为获得洁净钢，要对钢轨钢包精烁和真空脱气。按ASTME45/84条款规定对氧化物最坏的视场是B1，对硅酸盐型夹杂的视场是C1。在德国DIN50602条款中，要求钢必须满足如下要求：

-K3≤10对95%的钢轨；-K3≤20对其余5%的钢轨。

3.3对平直度的要求是：

（1）轨端平直度：垂直上翘不大于0.2mm/m，垂直下弯不大于0.1mm/m，水平弯曲不大于0.25mm/m。

（2）全长平直度：垂直方向不大于0.1mm/m，水平方向不大于0.3mm/m，垂直方向上翘最大5mm，水平方向旁弯的弯曲半径不小于1000m。

3.4对于焊接轨，焊缝处轨高尺寸公差要控制在0.1～0.2mm。

3.5为保证在高速下行车平稳，轮、轨接触带宽不应超过12～14mm，而且在这个接触带上不应存在任何表面缺陷，为此必要时要对轨头进行打磨抛光。

3.6对于轴重大于20t的线路，则应采用耐磨级钢轨。

4. 钢轨热处理工艺

钢轨热处理工艺按其原理可分为下列三大类：

4.1QT工艺。它是把钢轨加热到奥氏体化温度，然后喷吹冷却介质，让钢轨表面层急速冷却到马氏体相变温度以下，然后进行回火。其组织为回火马氏体（也叫索氏体），这是一种传统的金属热处理工艺，它可以提高钢轨硬度和强度，改善钢轨抗疲劳和耐磨耗性能。但这种工艺存在如下缺陷：淬火后钢轨弯曲度大，需要对其进行补充矫直，在淬火的轨头断面上有时出现因贝氏体而引起的硬度塌落。这种淬火十回火工艺及加热方法叉可分为以下两种：

（1）感应加热轨头淬火工艺，如美国钢铁公司的格里厂、新日铁的八幡、乌克兰的亚速厂等均是采用上述工艺。通过电感应加热，使钢轨加热到A3以上50℃，然后空冷到750℃，喷吹压缩空气，使钢轨冷却到500℃左右，进行自热回火。这种工艺生产稳定，对环境无污染，生产方式灵活，缺点是设备一次性投资大、能耗高。

（2）整体加热整体淬火工艺。如前苏联下塔吉尔、库兹涅茨克厂、美国伯利恒的斯蒂尔顿厂都采用这种工艺。采用煤气对钢轨整体加热，然后在油中或温水中进行整体淬火，淬火后的钢轨要在450～500℃进行回火。这种工艺特点是产量高，淬火硬度均匀，可提高全断面钢轨的强韧性。

4.2SQ工艺。它是把钢轨加热到奥氏体化温度后，用淬火介质缓慢冷却进行淬火，直接淬成索氏体（不进行回火），即细微珠光体，其力学性能、抗疲劳性能、耐磨耗性能均比由QT工艺得到的回火马氏体要好。这种欠速淬火工艺按加热方法也可分为三种：

（1）感应加热欠速淬火工艺，如中国攀钢就是先用工频电流对钢轨全断面进行预热，再用中频电流对轨头加热到奥氏体化温度，然后喷吹压缩空气淬火，淬火速度1.2m/Min该工艺直接得到淬火索氏体，即细片状珠光体。

（2）焊气加热欠速淬火工艺。采用煤气先将钢轨预热到450℃，然后快速加热到奥氏体化温度，喷吹压缩空气将钢轨直接淬成索氏体，即细微珠光体。日本钢管的福山厂就是采用这种工艺。

（3）利用轧制余热进行热处理的欠速淬火工艺。如日本的新日铁的八幡厂、卢森堡的阿尔贝特一罗丹厂。它是充分利用钢轨在轧制后800～900℃的高温，直接对钢轨在专门的冷床上进行喷雾或压缩空气淬火。这是目前世界上最先进的热处理工艺，其最大优点是降低成本，节能但增加了生产技术管理难度，也存在淬火质量均匀性问题。

4.3形变热处理。

（1）这种工艺目前仍处于实验阶段，但从前苏联库钢厂、日本新日铁八幡钢厂的实验结果看，其效果显著，前景可观。其主要工艺是：把钢坯加热到960～1100℃，降温到850～960℃左右进行轧制，其终轧和预终轧均是在万能轧机的孔型中进行，这种万能孔型给轨头很大变形量，约14%～16%。在轧后用水雾进行快速冷却到550～600℃，然后在空气中最终冷却。其轨头的金相组织是比普通热处理还要细微的珠光体，其力学性能为：屈服强度900～980MPa，抗张强度1280～1330MPa，伸长率10%～11%，断面收缩率33%～46%。

（2）但这种形变热处理要求有高刚度的轧机、高水平的微机和先进的检测设备，目前其尚未被大量采用，但其技术经济指标是相当先进的，代表着钢轨热处理技术的发展方向。

5. 焊接及焊后热处理

5.1热处理钢轨与热轧钢轨的焊接在可焊性方面没有太多的区别，其焊接工艺参数往往根据对实际钢轨的试验来确定。碳素热处理钢轨经焊接后，因焊缝区域原轨头硬化层消失，而出现一较宽的低硬度区。因此，在使用中易产生接头低陷并诱导发生波磨，增加无缝线路接头的不平顺，会影响其使用寿命。为解决此问题，一般要采用焊后热处理，即焊接后对焊接接头轨头部位喷压缩空气或水雾等，恢复其硬度[8]。国外也有在热处理钢轨中加入适当的合金元素，使焊接后的钢轨具有硬度自恢复性能，如欧洲钢轨标准中的350LHT热处理钢轨，日本研制的NSⅡ钢轨等。

5.2碳素热处理钢轨未进行焊后再硬化处理，其焊接接头处产生的低陷究竟多大，可参考文献[9]中提供的数据，即：在半径为450～500m的曲线上股铺设使用近8年后（通过总重约420Mt），未1TIITI，此时1T11TI左右。

参考文献

[1]钱钟侯编.高速铁路概论.中国铁道出版社.1994.

[2]李惠春译.欧洲长钢轨生产线现状.沈铁科技.1995（增刊）.

[3]丁伟等.日本高速铁路钢轨的焊接.中国铁道科学.1998.1.

[4]王仪康.铁路用钢.中科院金属所（内部资料）.

[5]颜东.攀钢钢轨性能及实物尺寸评价.钢铁钒钛.1990.2.

[6]铁道部工务局.我国钢轨的现状.全国低台金钢工作会议（资料汇编）.1997.10.

[7]攀钢公司.攀钢低合金及微醒钢的生产与开发.全国低台金钢工作会议（资料汇编）1997.10.

[8]包钢公司.包钢八五产品开发和九五发展规划.全国低合金钢工作会议（资料汇编）1997.10.

[9]严学模等.钢水吹氩工艺研究.钢铁钒镀.1996.3.

[10]王建等.攀钢钢水质量的现状.钢铁钒钛.1994.9.

[11]朱美华.钢轨联合矫直研究.钢铁钒钛.1993.3.

[12]周清跃等.进口钢轨的性能分析.中国铁道科学.1997.3.

[13]单麟关.重轨钢的炉外耩练与连铸.铁铁钒钛，1996.6.

[14]李炜.重轨的高精度轧制技术现状.铁铁钒钛.1995+9.

[15]周清跃.法国钢轨生产及其性能特点.铁道工务.1997.2.

钢轨焊接篇5

关键词：QU120重轨焊接 焊接温度 紫铜板 电流

Abstract: thick plate of yingkou heavy rail project QU120 of manual welding, using simple easy to operate the CO2 gas shielded welding, both saved the money and save a lot of manpower. The practice proves feasible, and good economic benefit is obtained

Key words: QU120 heavy rail welding welding temperature purple copper current

中图分类号： TG43 文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

本工程为主轧区、加热炉区吊车梁轨道焊接工程，轨道每支长度为12.5米，所以在每200米长度的线路上就分别有16个接头，这样就给起重机的运行带来冲击和振动，不仅造成钢轨出现低接头，而且对起重机的零部件使用寿命和维修周期、货物的安全平稳也造成一定影响。

二、钢轨焊接时应注意的几个问题

1.钢轨为铁路专用的高碳中锰钢，焊接性较差，特别是大多数钢轨在出厂时已作轨头表面淬火，加上板厚大，很容易产生焊接裂纹。尤其是延迟裂纹，在应力作用下还可能向母材（钢轨）及焊缝金属的纵深发展，只有满足严格的焊接工艺才能保证轨道的圆满焊接。

2.线路上铺设的钢轨和焊接接头，使用中经受的是动载荷，破坏形式为疲劳断裂，因此需要根据疲劳负荷的形式和影响疲劳强度的因素来研究提高其接头强度的措施，防止焊缝产生气孔、夹杂、未焊透和未融合等缺陷。

3.钢轨的横截面尺寸变化较大，按常规开的U型坡口焊接已无实际意义，因而采用不开坡口的，预留间隙（轨缝），背面加垫板的焊接方案。

4.考虑到露天钢轨的热胀冷缩，每100米的线路应留一个接头不焊，且车档两端的轨头应能自由伸缩，焊接钢轨的最佳的气温为250C-300 C,焊接过程应保证不受风雪和雨水侵袭，否则应停止焊接。

三、焊接方法的选择

根据我方原有施工经验及焊工焊接速度，若采用手把焊接

1. 一个钢轨头的焊接时间约需要8个小时

2. 不宜于控制层件温度

3. 不能保证焊接的连续性

4. 产生的焊渣不宜于清理

若采用CO2气体保护焊则能克服以上缺点，焊嘴采用20mm渐变为15mm焊嘴（注：可将常用的20mm焊嘴夹扁即可）。

1. 焊接一个钢轨头的时间约4个小时

2. 焊接连续性较好

3. 焊接变形小

4. 无焊渣产生

四、焊接准备

1.焊接前对整条线路进行全面的检修，更换轨道压板，使整条线路外观上不产生左右错牙，前后高低不平和歪扭等缺陷。调整好后最好能预留处轨缝轨底15毫米，轨顶30mm，如果轨缝过小会使轨道产生焊不透的现象。

2.将轨道接头两侧1米范围内的轨道压板全部松开，将轨道接头按照如图所示的方法垫起。

预先用赤铜垫板将钢轨端头垫起10-15mm，利用已制作好的压板，拧紧螺母使轨道固定在吊车梁上，每一钢轨接头附近至少设置4处固定点，当焊完轨底部分以后，松开压板，将钢轨端头的垫起高度降低到4mm，再拧紧压板螺母，当把轨腰部分焊完后，拆除全部垫板并松开压板，此时钢轨接头处应该有很小的上挠值，在实焊轨头过程中，根据钢轨恢复平直情况，决定再拧紧压板螺母。

五、焊接变形控制

在全部实焊过程中，须随时用直钢板尺检查钢轨接头的焊接变形，在实焊前固定轨道端头时，两根钢轨端头之间所留的间隙是上宽下窄，以轨底间隙为标准，不得小于15mm也不宜过宽，一般控制在15-18mm范围以内。

在调整固定钢轨接头时，除了保证端头间隙的尺寸以外，还必须使两根钢轨端头对齐，不得有歪曲和错开等现象，在焊接前和实焊过程中，应严格检查并确保两根钢轨中心线的位置在一条直线上，防止焊接完毕的轨道有弯现象的发生。

六、轨道的焊接

1.预热与回火处理

钢轨端头在焊接前的预热和焊接完后的回火处理是提高焊接质量的重要措施，对于较低温度下（例如在雨天或是冬季施工等情况）进行焊接的轨道，采用这种措施尤为必要。

预热与回火均采用普通的气焊喷嘴围绕轨头、轨腰和轨底反复进行加热，应尽可能使钢轨全截面加热均匀，要特别注意轨底的加热质量。

两根钢轨端头的预热范围各为40-50mm，预热温度为2500C左右，钢轨焊接接头的回火温度为600-7000C，从焊缝中心算起两边各为40mm左右作为回火处理的范围。

具体操作如下：

采用2#喷嘴时，喷烧时间一般为30分钟左右即可达到预热温度，将钢轨接头需要回火的部分喷烧到呈现红状（当火焰移开后红状会渐渐消失）时，可以认为满足了回火的要求。

回火温度到达要求后，立即用石灰盖住，使起缓冷到常温。

2.轨道的焊接

气焊工只是在预热与回火时才进入现场工作。施焊的好坏和清渣是否干净是影响钢轨接头焊接质量的决定因素，因此，在施焊前必须进行必要的操作联系。

焊接钢轨的接头顺序是由下而上，先轨底后轨腰的、轨头，最后修补周围，焊接轨底时用的赤铜垫板和焊接轨腰，轨头时用的赤铜夹板与赤铜托板的构造见下图：

赤铜夹板和赤铜托板的宽度为50mm，厚度为10mm左右，其弯曲形状应与钢轨形状相吻合，为了加强焊缝，在板中央与轨道相对应的部位将赤铜夹板和赤铜托板开槽，其尺寸如剖面a-a剖面所示。固定夹板或托板的 形弹簧钳可采用扁钢或钢筋制作。

采用直径为1.2mm的低碳合金钢焊丝ER50-6焊接钢轨接头，焊条须在直流焊机上反极使用，施焊轨底的第一层焊波时，使用电流稍小（300-320A）以便容易焊透，后几层焊波可以采用280-300A电流，轨底焊完后将赤铜夹板紧密贴于轨腰两侧，夹板上的槽与钢轨间隙对正，使用300-320A电流，38V-40V电压从轨腰的下部向上施焊，这样重复进行到把轨腰焊满为止，将赤铜托板安装好以后开始焊轨头，直到焊完为止，使用电流为280-300A最后对焊缝周围未焊饱满之处进行补焊，在施焊每层焊波时，尤其在施焊轨底的每层焊波时，必须保证焊接的连续，中间应避免CO2气不足而断弧，前后两层焊波的施焊方向应相反。

每个钢轨接头的焊接应连续进行，以保证钢轨端头保持有较高的温度，如因故中途长时间停焊时，在再次焊接前必须重新进行预热，钢轨接头不宜在低温环境内进行焊接。在焊接过程中，在回火处理尚未冷却前，必须防止雨水和冰雪淋湿，采用合适的扁钎

七、施工安全措施

1.加强参战职工的安全教育工作,提高作业人员的安全意识.

2.作好安全交底工作,作到对本工程人人心中有数.

3.进入现场施工区域的所有人员必须戴安全帽并记好帽带.

4.在高空行走或者是焊接作业人员，必须佩带安全带，安全带应挂在牢固的固定上之后才能进行焊接作业。

5.各特殊工种人员持证上岗，严格遵守本工种安全操作规程。

6.施工前对工人进行体检，如有恐高症、心脏病等不宜上高的人员严禁高空作业。

7.施工过程中所用到的爬梯、临时作业平台等必须固定牢固，并检查确认安全无误后方可使用，木跳板的绑扎应牢固，严禁探头。

8.在焊接作业过程中应注意不要被烫伤或者是安全带挂绳被烫断的情况发生。

9.严禁雨天作业

10.雨天过后必须及时检查焊把线和电焊机接地装置，发现有焊把线或者电焊机接地装置异常的必须立即处理。

参考文献：

钢轨焊接篇6

Abstract： In Nanjing Hangzhou passenger dedicated rail construction， there is a operation cohesion contradiction among long line transport， stress release and lock construction， and there exists big mutual interference and low construction efficiency. Nanjing Hangzhou passenger special laying project adopts the construction organization mode of optimizing the seamless line and stress dispersion and locking process. In field welding， the method of "face-down bonding" is used， which has achieved good results and accelerated the construction schedule.

关键词： 无缝线路；倒焊法；应用与推广

Key words： seamless line；inverted welding method；application and popularization

中图分类号：U215 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）17-0140-03

0 引言

长轨运输车和线路应力放散及锁定之间存在工序干扰，在现场焊接法施工中，考虑在不改变原有焊接方法的基础上，结合现场实际情况需求，调整焊接顺序，采用“倒焊法”进行施工。经过宁杭客专项目施工的实际操作和推广，证明“倒焊法”在移动焊现场生产线能够明显提高施工效率，减少工序衔接时间，加快工程进度，因此在施工中推广该方法显得尤为重要。

“倒焊法”摒弃原有先将500m轨条焊接成1500m单元轨节，再将两个单元轨节进行锁定的方式。而采用500m连入法焊接，采用1500m锁定焊，每焊12接头，放散3公里为一组相互连接，该方法在工艺上更能保证焊接质量和推进工期进度。

1 施工方案及方法

1.1 焊接

焊机到达1、2号焊缝位置准备焊接。（焊接工序处理参考本文焊接工艺）

1.2 焊接

焊机到达3、4号焊缝位置准备焊接。（焊接工序处理参考本文焊接工艺）

1.3 焊接单元过度段

焊机按顺序焊完5、6接头后，在5、6接头尾部，插入短轨并用鱼尾夹板固定牢靠后，便可通过前入下一单元轨焊接，此时，焊机到达7、8焊缝位置准备焊接。（焊接工序处理参考本文焊接工艺）

1.4 焊接

焊机到达9、10焊缝位置准备焊接，此时，另一个单元（1至6号接头）区域，已开始放散。焊机在往9、10接头行驶时，其后面应及时补充滚筒，等焊机到位后，滚筒应安放完毕，等待焊接，并准备下一单元。（焊接工序处理参考本文焊接工艺）

1.5 焊接

在焊完9、10接头后，焊机行驶到距11、12接头50m位置时，停下来等候拆除拉轨器，并恢复好11、12焊缝接口，检查接头牢固后，便可通过，焊机进入以放散锁定好的长轨上，来焊接11、12锁定焊缝。此时，撞轨器应分别到达各自指定位置，等待撞轨。（焊接工序处理参考本文焊接工艺）

1.6 应力放散

焊机焊完11、12接头后，后退60m停下来，此时，拉轨器已经安装完毕，各临时位移观测桩人员相继就位，等待放散（放散范围为12至07接头），焊接工序处理参考本文焊接工艺。

2 焊接

2.1 焊接工艺

2.2 前期准备 拆除扣件：拆除待焊钢轨前方长钢轨全部及后方10m范围内的扣件。扣件拆除后应摆放整齐。安放滚筒：在待焊钢轨前方长钢轨下每隔20m安放一个滚筒，使钢轨升起至满足焊接推瘤需要高度，检查轨底与垫板有无干涉，确保钢轨可以纵向自由移动。如需据轨作业，应确保锯切后的钢轨端面斜度不大于0.6m。

2.3 焊前除锈 采用手提砂轮机对轨缝两侧的与电极接触处轨腰及钢轨端面进行除锈打磨。要求表面呈金属光泽，不得有锈斑，完全去除轨腰钢轨标识，轨腰打磨深度不平得超过0.2mm，不得产生打磨灼伤。接头前后各打磨600mm。

2.4 钢轨对位 钢轨对位前首先利用起道机将钢轨顶起，在距待焊断面1m左右钢轨轨底敲入斜铁进行钢轨对位，对位应满足预拱度和工作边平行的要求，预拱度按1.7mm-2mm考虑。这时平板车前轮位置在距离钢轨焊轨缝3m到3.15m处进行对位，对位后立即加装铁鞋防溜。然后利用焊机夹紧两待焊钢轨进行对轨，对轨过程中应以钢轨顶面和轨头两侧工作边为基准。操作人员必须检查两钢轨是否对正，轨头水平和垂直方向错边不得超过0.5mm。如果没有对正，松开夹钳重新对正。（注：如果遇到弯度较大的路基，这时把平板车对好位，利用焊机的液压支腿把焊机支平，使其前轮离开轨顶面3cm～5cm。再进行钢轨对位。）

2.5 焊接 钢轨对正后自动焊接，顶锻并推除焊瘤，完成钢轨接头焊接后，移动焊轨机推出焊接位置。焊接接头冷却到400℃以下方可撤除斜铁，回位钢轨。焊机监控人员应认真观察焊接记录，分析每个接头焊接曲线，与型式试验通过时的焊接曲线仔细对比，发现异常及时汇报，不得擅自变更焊机的技术参数。每次焊接结束后要认真填写焊接记录，记录的编号要与现场的焊接接头编号以及机内焊接编号对应上具有可追溯性。焊接接头轨头和轨底，轨底面斜坡的推凸余量不应大于1mm，其它位置推凸余量不得大于2mm。焊接后应立即检查焊机钳口部位及钢轨钳口接触处有无电极灼伤，如发现焊接接头灼伤，严重错位推瘤推亏，裂纹等缺陷都应判为不合格。不合格的焊头必须锯掉重焊，锯切长度为焊缝每侧各50mm-100mm。

2.6 焊后热处理 正火前清除焊缝两侧的焊渣，应在焊接接头不受拉力和焊接接头低于500℃（轨头表面）时方可正火加热。轨头冷却采用自然冷却或风冷。

2.7 焊头粗打磨 焊头打磨应在焊缝温度低于200℃时进行，打磨过程中应保持焊头的外形轮廓，打磨的目的为了除去轨头推凸余量，轨底和三角区的打磨以满足探伤要求为准。应纵向打磨，不允许横向打磨。打磨过程中，不应使砂轮在钢轨上跳动、冲击钢轨母材，不应出现打磨灼伤，不使钢轨表面“发蓝”。焊接接头非工作面的垂直、水平方向错边应进行纵向打磨过渡。轨底角打磨尺寸精度要求：不允许打磨母材，不允许磨亏。

2.8 焊头精磨 精磨之前接头温度应低于50℃。打磨前首先检查接头的平直度以确定打磨量，打磨长度不应超过焊缝两侧各450mm。打磨范围为轨顶面、轨头内侧工作面。精磨后应保持轨头轮廓形状，不应使焊接接头或钢轨产生任何机械损伤或热损伤。精磨后接头表面的不平度应满足焊缝中心线两侧各100mm范围内不大于0.2mm。轨顶面及轨头侧面工作边母材打磨深度不应超过0.5mm。

2.9 探伤 利用便携式超声波探伤仪对焊缝进行探伤，根据钢轨对接焊缝内部缺陷的性质、形状、走向等特点及其超声束相互作用的机理。能够非常有效地自动检测钢轨焊缝的内部质量，从而可以防止断裂事故，保证行车安全，提高铁路运输能力。

3 锁定

3.1 锁定工艺流程

3.2 锁定前准备 利用撞轨器向施工反方向进行撞轨，使钢轨处于当前轨温的自由长度，在1500m单元轨尾端安装钢轨拉伸机。

每隔100～200m根据拉伸长度要求设置一个钢轨临时观测点，以便确认钢轨的均匀拉伸和钢轨拉伸量。

3.3 线路锁定 观测钢轨拉伸过程中每个观测点的位移量，当钢轨拉伸量达到计算要求时，停止拉轨，取出钢轨下面的滚轮。

拆除支垫滚轮及撞轨器，上齐轨枕扣件和绝缘垫片，每隔100m利用一到两台定扭矩的内燃扳手对钢轨沿线的扣件进行紧固，并拧至规定扭矩值，完成1500m钢轨的应力放散锁定。

拆除钢轨拉伸机，并转移同线另一根钢轨上进行应力放散和锁定。

3.4 设置线路标志 在临时位移观测点的基础上，设置永久性位移观测桩，粘贴位移标尺，清理线路。

3.5 其他两单元轨之间的焊接 两单元轨之间钢轨焊接时，焊缝应设在两承轨台之间，离承轨台的最小距离100mm。

4 推广优势

4.1 倒焊法，减少锁定焊的拉轨工作量，也减少了扣件的拆装次数，能够保持扣件的良好扣着力。

4.2 倒焊法，减少对线路后续工作的干扰。采用边单元边锁定的焊轨方案，使锁定作业紧随其后，保障后续行车安全。

4.3 倒焊法，避免了由于现场焊接滞后，大量待焊接头采用特制临时锁轨器加固，减少由于工程列车撞击钢轨接头后而产生的病害，影响焊接质量和线路平顺性。

4.4 倒焊法，解决了原单元焊，焊后留下待锁定的轨缝，因轨温变化较大，使轨缝增大或顶死，容易对轨缝处钢轨头产生磨损。另外钢轨内部产生巨大应力大，不利于行车安全。

5 总结

目前倒焊法已在多条客运专线上推广应用，在质量、效率、进度等方面均具有明显优势同时可大大降低二次施工成本，减少了对线路其他施工作业的使用和干扰，并为后续修轨工作赢得时间。倒焊法具有实用性和高效性并具有很好的推广前景，能为以后其他的类似工程施工提供借鉴。

参考文献：

[1]候启孝等.钢轨接触焊控制灰斑工艺参数的研究（TY1122号）.铁科院，1997（4）.

[2]铁道部.TB/T1632.2-2005钢轨焊接 第2部分 闪光焊接 [S].北京：中国铁道出版社.

钢轨焊接篇7

关键词：重型轨道；U71Mn；焊接工艺；热处理

1.前言

金瓯化肥厂散装库内安装的耙料机共有两条轨道，其长度为365m，轨距为48m，直线度偏差为10mm，同跨两平行轨道标高相对差小于5mm，施工难点是两侧轨道的跨距、直线度、全长标高等安装要求高。采用标准长度为12m的重型钢轨，为保证耙料机安全运行，采用焊接方式连接，两侧共60个接头。本工程轨道接头全部采用手工电弧焊方法焊接，焊后将焊缝磨平，使整排轨道最终成为一个整体，可有效减少行进过程中的冲击和振动，提高耙料机的使用寿命和运行的安全性。

以QU100型号钢轨为例，材质为U71Mn钢，其基本尺寸见表1：

表1 QU100型钢轨尺寸

型号 截面尺寸（mm）

轨高 顶宽 顶下宽 底宽 腰厚

QU100 150 100 108 150 38

由于U71Mn钢为高碳中锰钢，含碳量很高，其可焊性很差，焊接难度较大。如果在焊接过程中未控制好各种焊接参数，未实施有效的热处理，则很容易在焊口处出现裂纹。根据钢轨生产厂家提供的焊接方案，结合现场文件编制焊接预规程，并进行一系列的焊接工艺试验，最终可成功避免焊接裂纹的产生及控制焊接挠曲变形，完成轨道的整体焊接工作。

2.U71Mn钢焊接性分析

依据钢轨生产厂商提供的质量证明书，重型钢轨型号为QU100、材质为U71Mn，其主要化学成分见表2：

表2 U71Mn钢的主要化学成分

材质 主要化学成分%

C Si Mn S P

U71Mn 0.71 0.28 1.22 0.008 0.012

该材质力学性能为：抗拉强度σb≥885Mpa，屈服强度σs≥450Mpa，伸长率A=11%。

从表2中C、Mn元素含量可知U71Mn钢为高碳中锰钢。Mn元素含量高，钢的强度和冲击韧性也高。中锰钢较耐磨，含碳量偏高，强度及硬度也高，韧性差，焊接冷却时容易得到马氏体组织。

根据碳当量（Ceq）法计算U71Mn钢的碳当量为：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5+Mo/4+V/14+Ni/40=0.93%

一般碳当量Ceq为0.4%-0.5%时，钢即不具备良好的可焊性。U71Mn钢的碳当量高达0.93%，淬硬倾向大，在焊接过程易产生马氏体组织，很容易形成冷裂纹。焊材中S、P等杂质控制不当易在未填满的弧坑处产生热裂纹。每根轨道长度达12m，焊接过程中产生的挠曲变形引起的内应力会影响焊缝的受力状态，长期受力可能导致疲劳裂纹。

通过上述分析可知，U71Mn钢的可焊性能较差，在工艺试验和现场实践时必须采用合理的焊接工艺和热处理方案来改善钢的焊接性，获得质量符合要求的焊接接头，以保证轨道的使用性能。

3.首次焊接工艺试验

进行U71Mn钢焊接工艺试验时，采用两个12m长的钢轨进行，以保证焊接接头与现场有一致的拘束条件，同时也方便测量焊接过程中的变形情况。

依据钢轨生产厂商提供的焊接方案，结合现场使用的焊接工艺评定文件，编制出轨道焊接的预规程，按照预规程进行工艺试验，以验证该工艺在现场施工的可行性。该焊接工艺要点如下：

（1）焊条选型：AWS E11015-G，φ4.0

U71Mn属于低合金钢，可根据强度匹配原则选取焊接材料。此处的焊缝对钢轨主要起连接作用，可按低强匹配原则来选焊材，本工艺试验选取AWS A5.5 E11015-G φ4.0mm焊条。该焊条化学成分见表3：

表3 E11015-G主要化学成分

焊条 化学成分%

Mn Si P S Ni Cr Mo

E11015-G ≥1.0 ≥0.8 ≤0.03 ≤0.03 ≥0.5 ≥0.3 ≥0.2

该焊条力学性能为：抗拉强度σb≥760Mpa，屈服强度σs≥670Mpa，伸长率A≥15%，常温冲击值为60J。

（2）焊接前将轨道焊接区两侧至少20mm处打磨出金属光泽。对轨道端面进行液体渗透检测，以确保端面无裂纹。轨道组对型式为I型坡口，用于组对的两轨道端面间隙为15-18mm。底部使用钢垫板（材质Q235，厚度为10mm）作为永久垫板，焊完后保留在接头底部。

考虑焊接变形因素，采用反变形方法来抵消焊接过程中轨道的变形。焊接前用附加垫板把轨道接头处垫起一定的高度以保证在焊完后轨道平直。轨道组对示意图见图1。

图1 轨道组对示意图 图2 铜垫板模具

（3）焊接前对轨道组对接头进行预热，预热采用普通的气焊喷嘴围绕接头附近反复进行加热，应尽可能使钢轨全截面加热均匀，预热温度为300-350℃，预热范围为焊缝中心线两侧各200mm，使用红外线测温仪测量预热温度。电极接法为直流反接法，焊接方法为手工电弧焊。焊条使用前按说明书的要求烘干、保温，烘干温度为350℃-400℃，保温时间为1小时。（4）第一阶段的焊接，在轨道端面的一侧用直径φ4.0的焊条焊接首条焊缝，焊接电流为130A左右，然后在另一侧焊第二条焊缝，来回往复焊接，采用对称的焊接方式来焊接轨道底部。（5）第二阶段的焊接，在轨道接头两侧面先装上铜垫板模具，见图2，用自制夹具轧牢，并调整垫板与轨道的间隙到4-6mm。用直径φ4.0的焊条在第一阶段基础上施焊，焊接电流调整为140A左右。焊接时在中间引弧并不断在接头中运条，使一些焊渣从轨道和垫板之间的间隙流出，使焊缝表面光滑无缺口。（6）第三阶段焊接前，保持第二阶段焊接时轨道接头两侧面的铜垫板，在上层基础上进行堆焊，焊接电流为150A左右。完成整个接头处的焊接后，堆焊高度高于轨道面2mm左右。

每完成一道焊缝，必须把焊渣清除干净后才能继续施焊。焊接过程中要严格控制层间温度，与预热温度的范围相同。每一接头尽量一次性焊接完成，不能断断续续。如被迫中断较长时间，再次焊接前要用火焰重新对接头部分预热。（7）轨道焊接及修补完工后，立即用火焰把焊缝接头及附近区域（焊缝中心线两侧各150mm左右）加热至550-600℃进行焊后消除应力热处理，使用红外线测温仪测量接头温度。达到规定的温度后继续用火焰维持温度，时间为20分钟，然后用保温棉包裹进行保温，使温度缓慢冷却。（8）轨道接头冷却到室温后，对轨道接头的顶面及两侧面的焊缝进行打磨，一般要求焊缝不允许低于母材表面，轨道接头处高低差应小于1mm，且平滑过渡。

4.缺陷分析及技术措施

按照预规程进行轨道焊接工艺试验后，对轨道外观尺寸进行测量，组对钢轨顶面收缩5-6mm，可适当增大组对间隙；轴向偏差1-2mm，符合要求；接头有点向下弯曲，应重新调整附加垫板抽出时机。

对焊缝表面做液体渗透检测，在轨腰中部两侧焊缝熔合线处发现了竖向微裂纹，对裂纹处进行打磨，左侧打磨5mm深时消除，右侧打磨4mm深时消除，可判断为非贯穿性裂纹。

经分析，产生裂纹的原因如下：

（1）轨道焊缝的I型结构决定了其接头拘束应力较大，不均匀的加热和冷却使焊接过程中产生的热应力及焊接接头组织转变叠加在接头上，容易导致裂纹。（2）室温下U71Mn钢焊缝组织为高碳马氏体。高碳片状马氏体具有高强度、高硬度的特点，其组织中存在大量显微裂纹，因而在应力、扩散氢等作用下极易形成冷裂纹。（3）焊前预热温度偏低，焊后采用火焰加热方式进行消除应力热处理方式不当。母材和焊缝热膨胀系数不同，温度梯度较大容易导致熔合线处开裂。

针对以上产生裂纹的原因，经研究讨论后，制定以下措施：

（1）采取合理的组对方式，调整反变形的角度；采用正确的焊接顺序，不准刚性固定、强行组对，以改善接头的应力状况。（2）提高预热温度至350-400℃，提高焊后消除应力热处理温度至620-650℃。改变热处理方式，采用热处理设备提供恒定温度进行热处理，保温时间延长至30分钟，缓冷以利于焊缝中氢的扩散，改善接头应力状况。（3）严格控制焊条的烘焙、保温，减少氢含量。（4）滞后抽出底部附加垫板时机，待第二阶段完全焊完时再抽出底部铜垫板，以保证接头的变形符合要求。

5.二次焊接工艺试验

通过对首次焊接工艺试验的分析和总结，重新制定轨道焊接工艺预规程，并进行第二次焊接工艺试验。此次试验与首次试验相比有以下不同：

（1）焊前预热温度提高至350-400℃，在焊接接头附近的轨道上缠绕保温棉用以保持预热温度。加热过程中使用红外线测温仪控制升温速度≤200℃/h，减小温度梯度。（2）按照首次焊接工艺试验的步骤对轨道接头施焊，提高层间温度至350-400℃。每焊完一层都要用红外线测温仪温度接头及附近区域的温度，如低于要求值，则在焊接下一层前用火焰加热接头区域，以保证层间温度符合要求。（3）改变轨腰两侧铜垫板的形状，制作多对铜垫板。第二阶段焊接时，使用小弧度的铜垫板，以保证焊条在轨道间隙内回摆。焊接到中间位置时，更换大弧度的铜垫板，以适应新高度的焊接。逐层清渣，仔细检查无缺陷后方可进行下一层的焊接，确保焊缝表面光滑无缺口。（4）完成第二阶段的焊接后取掉底部的附加垫板，继续焊接第三阶段直至完成。由于焊接变形，刚好在全部焊完后轨道变得平直。（5）轨道焊接及修补完工后，立即用热处理设备对焊缝及附近区域实施消除应力热处理，测量并记录热处理的温度，然后用保温棉包裹加热区域。温度达到620-650℃时保温30分钟，升温和降温速率控制在≤200℃/h。

轨道接头冷却到室温后，对轨道接头的顶面及两侧面的焊缝进行打磨。第二次轨道焊接工艺试验完成后，测量轨道外观尺寸，均符合要求值。对试验接头进行液体渗透检测，未发现裂纹。48小时后对该接头进行超声波检测，未发现内部存在裂纹，至此可以确定轨道U71Mn钢的焊接工艺试验取得了成功，得到了合格的焊接接头。

6.轨道焊接工艺应用

在完成轨道U71Mn钢的焊接工艺试验后，把该工艺应用到了金瓯化肥厂包装储运系统中耙料机轨道的安装施工中，顺利地完成了两侧共60个轨道接头的焊接工作。经液体渗透检测，未发现裂纹及其他表面缺陷，合格率达100%。

钢轨焊接篇8

关键词：地铁供电；回流电缆；钢轨胀接；胀接分析

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0096-03

1 概述

随着我国城市轨道交通的迅猛发展，国内对地铁高压供电系统的安全、优质、可靠、连续性供电要求越来越高。牵引均回流电缆与钢轨连接质量，不但直接影响地铁牵引供电回流不畅、打火，甚至造成钢轨严重损伤和断轨。目前，国内绝大部分城市地铁供电回流与钢轨连接方式采用放热焊和螺栓连接方式，少量城市地铁线也开始采用光焊接方式。但随着放热焊和螺栓连接方式相继在各城市地铁线路出现重伤钢轨，严重影响运营安全后。如在北京地铁八通线和13号线运营中出现电缆与钢轨焊接部位断轨和重伤数10起，而在深圳地铁采用螺栓连接在开通运行短短两年时间中烧伤钢轨23起和换轨超过13起。近年来，国外及南方地铁城市开始使用胀接方式替代其他连接方式，文中对该连接方式的优缺点和应用前景进行分析探讨。

2 深圳地铁均回流电缆烧损原因分析

2.1 高架段铜排焊接连接方式及烧损原因

深圳地铁三号线高架段地铁牵引回流与钢轨连接方式采用如图1所示放热焊方式，先将铜板与钢轨左右轨采用放热焊方式相焊接，再将7根牵引回流电缆与焊接铜排采用螺栓方式相连。此线路2010年投入运行，到2012年年底，在两年的运行时间里，80%焊接点出现不同程度的脱焊放电拉弧现象，并重伤钢轨2起，轻伤2起。仅剩5处未脱焊。烧伤脱焊主要原因是放热焊焊接口在长期列车振动和钢轨热胀冷缩作用下，出现脱焊和断裂。

2.2 地下段螺栓加特制铜排连接方式及烧伤原因

深圳地铁三号线地下段地铁牵引回流与钢轨连接方式采用如下图所示铜板螺栓连接方式，先加工两块钢轨轨腰面相吻合的铜板，再将两块铜板夹到同一钢轨轨腰两侧，用4颗12高强度螺栓连接好后，再将7根牵引回流电缆与过渡铜排采用钢制螺栓方式相连。此种运行方式，在投运不到两年中，先后出现大量钢轨与回流铜排连接处、均流普通螺栓连接处大面积烧伤或重伤钢轨10多起。其主要原因是接触面及螺栓与螺孔有空隙，不可能密闭连接，加上钢轨易氧化，导致通流面越来越少，先由面到线再到点接触而出现打火烧伤，导致全线均回流连接方式彻底整改。

3 均、回流电缆与钢轨连接方式分析

3.1 放热焊接

放热焊接是国内既有地铁运营线路中应用最广的方式，主要利用铜的氧化物，在一定高温的条件下，发生还原反应，将铜置出来，变成高温金属铜熔液，在特制模具的包裹下，将需要焊接的两种金属熔接在一起，形成稳固分子结合，相比传统的金属连接工艺具有更强的耐腐蚀能力、过载能力以及热稳定性，同时还具有焊接速度快、焊接牢固、维修工作量少、不易腐蚀、接触电阻小、无需外加能源等优点。但此种焊接方式经对国内数家地铁了解，发现地铁均、回流电缆与钢轨连接采用放热焊时，主要在北方冬季，由于天气寒冷、焊前钢轨预热和焊后保温难、焊药质量差、焊上加焊、重复焊、焊点过密及施工除锈不彻底等多重原因造成焊点脱焊、重伤钢轨和断轨。但其根原主要是由于铜及其合金的导热系数、线胀系数和收缩率大，焊后冷却速度快，使之易出现气孔和未熔合缺陷，导致熔合区过热产生较多马氏体，使钢轨含碳量过高、变硬、变脆，在焊接处内应力和长期疲劳的作用下，出现如北京地铁八通线和13号线回流电缆与钢轨焊接部位脱焊、重伤钢轨和断轨现象。

3.2 螺栓连接

螺栓连接方式主要采用预先加工与钢轨相吻合的过渡回流铜夹板，在钢轨中和轴上打孔，再用防松螺栓使过渡回流铜板与钢轨连接，最后将回流电缆与过渡铜排用防松螺栓连接。如上图所示，深圳地铁三号线回流铜排采用螺栓连接方式，回流铜排螺栓孔数为3个，孔距为180mm，孔洞直径为13、连接螺栓采用高强度12的不锈钢螺栓。钢轨两面夹回流铜板，电缆直接连接在连接铜板上。但此种连接方式其优点是施工方便、工艺简单、成本低、更换维修方便。其缺点是螺栓与孔洞之间及回流铜板与钢轨轨腰面很难紧密结合，存在一定间隙，随着雨淋日晒和运行时间推移，导电膏失效、钢轨振动和氧化加剧，导致接触电阻过大，从而在螺栓、铜板连接处及钢轨中间的螺杆出现发热和放电烧伤现象。深圳地铁三号线螺栓连接普遍存在轻伤和重伤钢轨数10起。

3.3 光焊连接

光焊接采用了硬钎焊的基本原理，利用直流电压、大电流经起弧提供光热能，熔化焊料焊剂，然后将其压到焊接面上，使之渗透到焊体表面，让分子之间形成坚实紧密的焊接层，达到焊接目的。如广州地铁五号线采用的回流光焊，实际上是一种低温冷焊技术，它需要产生的温度较低，一般控制在600℃～700℃，焊接时间控制在1秒左右，较放热焊1100℃及以上的温度要低得多，故在南方基本无需预热和保温，且对钢轨伤害较放热焊少，产生马氏体量较少。但其缺点是不同焊接件截面、体积、大小和环境温度都对焊接拉弧时间及焊接温度不好控制。易出现焊料溢出、焊点凹陷、拉弧时间过短焊料未能完全熔化、焊点凸出、焊点松动等缺陷。导致焊接成功率较其他方式低，返工率高，因而在国内地铁系统中也未得到推广使用。

3.4 胀钉连接

胀接方式是用轨道交通专用胀钉将地铁供电均、回流电缆与钢轨连接。单面胀钉基本组成包括不锈钢垫圈、镀锡铜套、不锈钢螺栓、不锈钢扁平垫圈及不锈钢自锁螺母。安装方式是先用高精度专用配套

装夹式钢轨钻孔机对钢轨钻孔、去毛刺、再用专用胀接液压工具将圆柱体铜套安装在钢轨孔内锁紧，最后用螺栓将转接铜线鼻子进行连接即可。胀接方式主要优点是胀钉铜套能与钢轨孔内面紧密压接不留气隙、抗氧化、接触面大、接触电阻小、通流能力强等优点。由于胀钉导流主要是通过铜套与铜线鼻子形成通路，不经连接螺杆导流，从而避免了螺栓连接方式导流不畅烧伤钢轨的隐患。其缺点是质量好的胀钉价格较高、需配置专用钢轨高精度空心钻头，胀钉插入液压工具等，如图5所示：

4 均、回流电缆与钢轨连接缺陷的整改

经过国（含港铁）内多家地铁连接方式调研结论，针对深圳地铁三号线均、回流电缆焊接及螺栓连接出现的问题进行全线整改，对回流电缆改用直径为19mm或22mm的进口单面全胀式胀钉连接，尽量利用原有螺孔进行扩孔，相邻孔边到孔边的净距离必须大于60mm，并对标准胀钉胀接方式进行更优化改进如下图，采用过渡回流板和绝缘板与钢轨隔离，使回流铜板一面直接与胀钉铜套相连，另一面与回流电缆线鼻子相连，从而更有效提高导电性能，防止连接处放电拉弧烧伤钢轨的隐患。而对均流电缆、OV电缆改用13.5mm的单面全胀式胀钉连接，原螺栓孔的孔径由Φ12mm扩至Φ13.5mm，扩孔后两个相邻孔边到孔边的净距离必须大于50mm。用此种方式进行整改，施工方便、作业工器具简单、利用夜间休车作业，对运营线路没有影响。整改后运行至今未发现任何钢轨烧损痕迹。

5 结语

胀接方式克服了放热焊易产生马氏体的缺点和光焊工艺难控制、焊接成功率低及螺栓连接不紧密、易氧化而烧伤钢轨的缺陷。具有施工及运营维修方便，在轨道交通实际应用中，尤其是既有地铁线路改造中，胀接方式更具优势，值得推广和使用，但地铁设计、建设、施工和运营供电人员需注意如下事项：

（1）钢轨钻孔一定要采用专用装夹式钻孔机，并配置专用高精度钻头，严格控制钻孔精度，防止孔洞偏斜和直径偏差过大。

（2）选用胀钉厂提供配套的专用胀钉插入工具，并正确选择压力值。

（3）钻孔和除去孔毛刺后，立即进行胀钉与钢轨胀接，否则孔内表面易产生氧化生锈，从而影响导电性能。

（4）钢轨两孔距之间要保持足够的安全距离，否则，可能引起钢轨硬伤过密和断轨。

（5）选用合适胀钉尺寸，满足载流量要求；同时，应采取防止线端子与钢轨直接接触而打火烧损。

参考文献

[1] 姚伟伟，等.地铁电缆与钢轨快速铜热焊接方法的分析与研究[J].城市轨道交通，2006，（1）.

钢轨焊接篇9

关键词： 无缝线路；钢轨；焊接

随着国民经济的迅速发展，基础建设的不断完善，铁路运输能力的提高是我国经济进一步发展的关键因素之一。由于钢轨的长度受到生产和运输条件的限制，我国当前投入使用的钢轨目前只有两种长度的：即分别为12.5米和25米，照钢轨长度计算，每一千米铁道上就平均分布着八十或一百六十个隙缝。上述隙缝的存在不利列车的正常运行，它们会给列车带来一定程度的阻力、颠簸和噪声，对铁轨寿命也会带来负面影响。如果能够将架设铁道的钢轨无缝连接起来，不仅可以大大提高火车运行时的稳定性，还可有效降低钢轨的折旧速率，从而使列车跑的更快。

1 我国当前无缝线路钢轨焊接技术

1957年，我国开始采用应用铁路长钢轨的焊接技术，使用最早的焊接技术是由捷克、斯洛伐克发明的电弧焊接技术，其后又引进了前民主德国的铝热焊技术。上述技术一直沿用到1963年，之后我国科学家发明了钢轨焊接机，自此进入到了钢轨气压焊和接触焊技术时代。目前气压焊法除工地焊接联合接头使用外，在焊轨厂已停止使用了。在我国，热焊技术的普及和应用也经历了一个曲折的过程，由国内学者发明的大剂量三片模定时预热焊法等新技术和新材料，进一步提高了无缝线路焊接技术的质量水平。目前国内已普遍使用移动式小型气压焊机来完成区间联合接头的焊接任务。

2 无缝线路钢轨焊接方法及其工艺流程

2.1 焊接方法

当前，通常采用分步焊接的方法来铺设铁路钢轨，这种方法要求事先在沿路施工地点设立焊接工厂，再将标准钢轨运至焊接工厂，再由工厂将其焊接成适合近距离搬运的更长焊接钢轨，最后在工地上完成拼接安装，铺设出跨区间性的无缝铁轨。从实际工作中来看，一般采用接触焊、气压焊、铝热焊、电弧焊等方法焊接铁轨。

1）接触焊：它的工作原理是利用电阻阻碍电流所形成的高温热量来实现焊接。具有工程进度快、质量可靠的特点，但所需的设备相对复杂，投入成本较大，对电源功率要求较高，因此该种技术只局限于工厂内的焊接工作。

2）气压焊：该种方法的工作原理是利用燃烧可燃气体产生的热能融化钢轨，再通过施加物理压力实现焊接。采用该种方法投资成本小、对电源功率要求不高、焊接速度较快、效果显著，但对对接头断面的处理技术要求十分苛刻。

3）铝热焊：通过燃烧铝热剂产生的巨大热能加热钢轨焊接处，融化的钢水被导入到砂模中，实现钢轨的无缝焊接。该焊接工艺设备要求不高、易操作，但质量相对较差，要高度依赖现场试验检查来控制焊接质量。

4）电弧焊：在普通维修工作中常用到电弧焊法，焊接处的金属机械性能可到达母材水平，在硬度和耐磨强度等方面甚至超过钢轨材料本身。

2.2 焊接技术的工艺流程

钢轨焊接技术工艺流程如下：检查铁轨、验收测量、匹配轨道前调直前打磨焊接冷却、细磨正火热处理后调直冷却细磨处型检验、无损检测。要将这套工艺应用到实际焊接工作中，还需做如下调整。

① 钢轨调直工艺，一般情况下由于轨下空间相对狭窄，调直Y轴剖面是一项十分困难的工作，不利于轨面的平滑。

② 在固定式焊接法下，工位保持固定，工作物则是流动的，工艺作业是平行进行的。因此在焊接时，工作物保持不变，工位流动，工艺作业限制在单个点上进行。在组织焊接工作时，可以将工作人员分成两个组，其中一个组专门负责焊前处理工作，另外一组则负责焊后处理工作。

3 提高无缝焊接技术稳定性的方法和手段

一直以来，无缝焊接研究的重点都是在如何提高钢轨焊接部位稳定性的基础上展开的。现今的提高无缝焊接技术稳定性方法研究同以往的做法一样，依然是尽量遏制不利因素影响，发挥有利因素作用，但在结构形式上，与过去有明显区别。从实际效果来看，确实取得了明显改观。

3.1 采用外侧支挡或内侧加拉杆

在曲线地段，双轨铁路的外侧线路上的支挡结构可以采用如图1所示的类型。在线路外侧将截面为100mm×100mm的桩打入到路基内，将木板嵌入在桩与轨枕之间。桩与木块的这种特殊构造，能为轨道提供充分的横向力支持，可有效防止钢轨向曲线外侧歪曲变形，显著改善无缝轨道的稳定性。

在实际工作中，如果在曲线外侧设置支挡结构遇到难题时，可考虑在曲线内侧设置拉杆结构，如图2所示。具体方法是，首先将混凝土桩打入到内侧路基内，依靠拉杆连接桩与钢轨。在这种结构下，拉杆能产生可靠的横向力保证长钢轨不会发生横向变形，从而提高无缝线路的稳定性。

3.2 整体道床的使用

整体道床结构是一种新型的轨下基础，它不但有整体性强、易维护、质量过硬等长处，还能有效提高无缝线路的稳定性。碎石道床轨道的横向阻力大小，取决于碎石对轨枕的约束力。一旦道床中的轨枕有横向位移倾向时，其各受力面上都会产生阻力。整体道床结构由钢筋混凝土构成，其抗横向阻力效果明显优于碎石道床，整体道床结构单个普通扣件横向阻力值约在45kN左右，能显著提升无缝线路的稳定性。

3.3 小阻力扣件的使用

在桥梁地段，长钢轨无缝线路不仅会遇到温度力的影响，还需面对伸缩力的作用。一般的长钢轨，其内轴向压力、温度力与伸缩力之和往往会超过安全阀值。伸缩力大小与线路纵向阻力密切相关，工程中通常采取降低纵向阻力的办法来实现对伸缩力的控制。小阻力扣件阻力比道床小，是通过减小扣件的扣压力降低线路的纵向阻力的，扣件阻力可控制在5kN/m以下，能够显著降低伸缩力。小阻力扣件产生的伸缩力同运用较普遍的弹条扣件相比，其对比效果如图3所示。

4 结束语

无缝线路已在不同气候区的铁路与铁路桥桥梁上有较大的发展与突破。随着科技的发展进步我们要积极创造条件，发展超长无缝线路，减少机车运行能耗。相信新型式超长无缝线路在今后会得到广泛而迅速的推广和使用。

参考文献：

[1]广钟岩、高慧安，铁路无缝线路[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[2]张未、张步云，铁路跨区间无缝线路[M].北京：中国铁道出版社，2000.

[3]李向国、岳渠德、况勇，秦沈客运专线区间有碴轨道工程施工技术[J].铁道标准设计，2001.

钢轨焊接篇10

一个可靠的大型卸船机轨道系统应具有以下几点:混凝土基础要有足够的抗压承载强度，采用钢垫板及胶泥保护混凝土基础，消除掉直接接触混凝土所造成的应力集中，在钢轨底铺设胶垫板均匀分布轮压,防止钢轨承载面局部受力，应根据起重机的轮压、速度、正确地选用钢轨，钢轨固定件应能够以“柔克钢”垂直方向压紧钢轨，“钢对钢”侧向固定住钢轨。轨道压板在不束缚轨道纵向和上下轴向力的前提下是绝对不允许侧向移动的,从而确实可靠的保证了安全可靠的轨距要求，压板螺栓只是起到连接上下压板的作用,正常情况下是不受力的，整个轨道柔性固定系统正常情况下应达15年无维修运行寿命。

传统“硬式”轨道固定方案的弊端

传统“硬式”轨道固定方案一般都采用鱼尾板连接钢轨，用硬式压板固定钢轨。钢轨或直接设置在砼上，或设置有钢垫板，橡胶板，塑料板等。压板螺栓用硫磺砂浆预埋在基础孔内在实际应用场合，轨道基础会在起重机荷重作用下，造成水泥沙浆破损碎裂，钢轨下沉弯曲变形、钢轨接头错开、压板螺栓松动、压板打转等故障。轨道的故障还会造成起重机传动系统故障，由于采用鱼尾板连接的钢轨，钢轨之间避免不了有接口。每当起重机车轮行驶通过接口时，都会产生很大的震动，接口缝隙越大震动越大。频繁的震动会造成压板螺栓和鱼尾板螺栓的不断松动；震碎钢轨接口处下面的混凝土基础，导致钢轨下沉，钢轨接口处两轨顶面高低不平、接头错开等现象。强烈的震动会使起重机受损，如起重机车轮的过度磨损、驱动轮轴承损坏、传动轴断裂。

起重机车轮沿轨道行驶时，在车轮前后两端的钢轨会被垂直提起。虽然沿垂直方向提升量微小，但由此产生的提升力非常大。这个提升力可能足以使任何硬式固定钢轨的压板螺栓松动，甚至损坏。

起重机在雨天行走时，在“曲弓波”的作用下，雨水会流入水泥基础。由于水是不可压缩的，它流入后会被挤压出去。水的流入和挤压的不断重复，就是所谓的“液压效应”。液压效应是造成混凝土基础受磨损和侵蚀的重要原因，钢轨底面不是一个加工面，平整度较差。钢轨底面的不平度越大，造成承轨梁和钢轨本身的内应力也越大。在钢轨底面和承轨梁表面铺设胶垫板是均布负载的最好方法。

起重机轨道的损坏是造成机损的一个重要原因。如起重机车轮走偏，车轮轮缘的钢轨轨顶侧面受到严重挤压、摩擦造成行走时摩擦阻力过大，驱动轮马达过热以至损坏。两根钢轨之间的高低差、钢轨接口处的冲击震动会使轴承损坏、严重的会使驱动轮轴断裂。

钢轨的选择取决于起重机的轮压，以集装箱装卸桥的轮压均为大负荷轮压，因此就需要选用重级别的钢轨。

目前，集装箱码头选用的钢轨大致有两类：一类为高截面钢轨如QU80,QU100、QU120、CR175等。另一类为低截面钢轨，如A100、A120钢轨。其尺寸特点是高度低而轨道面宽。与高截面钢轨相比，低截面钢轨能更有效地均布轮压。起重机在低截面钢轨行走的稳定性是最好的。如起重机行走速度较高，并需要考虑台风、地震等因素，选用低用低截面钢轨是最佳的选择,轨顶宽相同的情况，高截面钢轨的强度高于低截面钢轨。低截面钢轨的压板由于总高度低，压板选择就受到限制，也只能选择总高度低的压板.

钢轨制造厂供应的钢轨长度一般为10m或12m将一段段的钢轨连接起来的方法有很多种：

1.鱼尾板连接：这种连接方法的弊端前面已经作了分析。这种连接方法一般只使用于负荷小，起重机工作周期很低的场合

2.焊接钢轨推荐用焊接的方法连接钢轨。将一段段的钢轨连成一个整体，这是解决由于钢轨接口产生轨道故障的最直接有效的方法。钢轨联成一个整体的缺点是失去了钢轨的更换便利性。而且一根连续钢轨会增加钢轨的内应力，钢轨连长度越长内应力越大，这是断轨的一个因素。因此钢轨连接长度需要根据具体情况定。

焊接方法有很多种，接触焊是根据电流热效应原理，将轨道加热到塑性状态后，迅速予以挤压，将两端钢轨焊接成一体；气压焊是采用燃烧火焰将轨端加热到塑性后，施加一定项压力，把两轨端焊接成一体。接触焊、气压焊的焊缝质量比铝热焊、手工焊条焊高得多。但这些方法都需要专门的设备。铝热焊的原理是用铝热焊剂产生的化学反应，使钢铁氧化物还原成钢水，将钢水浇入轨道接缝上的专用模具内，加热轨端并以钢水填充接缝，把两轨端焊接成一体。这种焊接，每一个钢轨接口就需要一个专用模具。手工焊条焊是最简易的焊接方法，即用焊条填满焊缝。常用的电焊设备就能进行焊接作业。焊接质量非常取决于焊工的焊接技术。

钢轨焊接质量有问题，很容易发生焊缝断裂。温差效应是最容易发生焊缝断裂的，加之钢轨焊接长度过长，造成焊缝断裂的现象在一些码头经常发生，甚至是频繁发生断轨.

柔性轨道固定系统

上世纪六十年代起国外就有用弹簧压板，来解决压板栓的松动问题。国内有用皮带运输机的橡胶皮带置于钢轨底面以减缓震动，这些都是早期的柔性轨道固定。到上世70年初，由于合成橡胶工业的发展，带动了柔性轨道技术的进步。合成橡胶被应用于柔性轨道技术。将这一技术带入中国，并在中国很多码头实现了柔性轨道固定方案。

采用微膨胀胶泥的是目前保护混凝土基础，的最有效的方法。胶泥固化后抗压强度高、成形后与钢垫板无缝隙紧密结合、流动性很好便于现场施工，有抗冲击、抗震动优越性能，可将钢垫板和轨道梁牢固地粘合形成一体。注：现场施工人员必须严格按比例加水配比。

连续式的钢垫板可增强整个系统的侧向钢度，增加钢轨抗弯截面模数，均布预埋螺栓上的侧向力。钢垫板的面应该是平整无毛刺的，钢垫板上的预埋螺栓转孔应有足够的空隙，以确保预埋螺栓与钢垫板之间无弯曲应力，钢垫板的厚度一般为20~30mm之间

钢垫板的材料应满足下列要求：平整度：375 MPa

屈服强度: >235 MPa、延伸率： 25%、标准的钢垫板长度2.99m/段、钢垫板与钢垫板之间的间隙0~15mm。施工时，钢垫板通过调效螺栓，调整轨道整体标高。3米长的钢垫板现场施工比较方便，人工可以操作。

预埋螺栓也称锚固螺栓。在传统硬式轨道系统中，压板是用预埋螺栓固定的。因此，侧向力、“弓波力”就直接作用在预埋螺栓上。螺栓直接承受侧向力、弓波力。在柔性轨道系统中，预埋螺栓的作用只是固定钢垫板不直接接受曲弓波力，这和传统硬式轨道系统完全不同。当压板受到侧向力时，这个力作用在钢垫板上被均布到整体钢垫板上避免了预埋螺栓局部集中受力。

伊利诺的卸船机轨道解决方案

橡胶作为一种工程材料，可用于衰减振动、隔离噪声、减缓冲击。理想的弹性胶垫板既能弥补钢轨底面与钢垫板表面的不平度，又能均布轮压。同时弹性胶垫板不能太软，胶垫板太软会增加钢轨的弯曲应力。胶垫板如同一个弹性基础，如果设计合理的话，可以减少基础钢板上的应力2-3成。

早在上世70年代初国外码头卸船机的轨道已广泛采用胶垫板。国内在上世90年代中引进胶垫板。从那时以来，码头大型卸船机的吨位不断增加，因此胶垫板，也应根据不同的卸船机的轮压来设计它的厚度及规格尺寸、刚度、强度等以满足实际应用要求。从事多年的轨道技术研究工作多年，在一些轨道修理工程中，注意到大多数起重机轨道事故案例中都是胶垫板先破坏后，所带来的一系列的严重后果。然而高要求高品质的胶垫板是轨道系统中最基本的保障也是最重要的组成部分之一。因为胶垫板被压碎后。由于胶垫板是置于钢轨底部，即使压碎也看不到从而导致后续一系列的严重后果。

伊利诺的技术人员会对胶垫板有更深入的介绍，为客户的实际需求提供最合适的胶垫板。

伊利胶垫板的特性：胶垫板是选用耐磨损、抗腐蚀、适宜在室外使用。设有强力钢片，钢片镶在弹性胶垫板的中间。这使得胶垫板具有侧向度，不会从钢轨下面滑出，并消除胶垫板纵向受剪切的现象。

这种现象发生在没有加强作用的胶垫板。弹性胶垫板表面有冠状沟槽，沟槽使胶垫板有双重弯曲一负载曲线。弹性胶垫板被压板预压缩过，使得胶板与钢轨底面紧密接触，即使是“曲弓波”效应，随时保持接触。降低了了磨损，并控制钢轨本身的弯曲应力。根据不同的卸船机使用要求，改变橡胶的硬度及钢芯强度等特性从而满足实用要求。伊利诺还可提供对减震，及主动降噪音的产品。有特别要求（如高架轻轨铁路）的胶垫板及压板。

适合大型卸船机轨道的压板是伊利诺焊接系列压板。这种压板分为压板夹和底座两部分。压板底座是焊接在钢垫板上，压板夹靠螺栓固定在压板夹上。压板成对排列，紧靠住钢轨的底侧面加以固定。压板夹可以侧向调节，通过自锁装置更有效的侧向固定住钢轨。压板夹“橡皮鼻子”的材料也是合成弹性橡胶。通过这个“橡皮鼻子”以弹性力压紧钢轨。“橡皮鼻子”可以保护压板连接螺栓不会因为“曲弓波”效应而松动或断裂。压板压紧钢轨时，“橡皮鼻子”呈压缩状，其压缩量控制在约30%-40%的“橡皮鼻子”的高度。这样有效的释放了轨道的曲弓波力，同时起到了保护钢轨的作用。伊利诺压板底座设有排水孔，雨天时积水可自动排出。没有排水孔，就可能造成压板生锈腐蚀，压板底座是焊接在钢垫板上的。伊利诺经过多年的轨道研究，同时结合施工现场，可以为工程项目提供，轨道快速安装方案和快速轨道维修方案。

大型卸船机的轨道有明轨和暗轨两种形式。如卸煤码头一般都采用明轨，集装箱码头轨道一般均为暗轨形式。暗轨的轨道槽会有积水、积垃圾等，并给车辆及工作人员行走带来不便。因此，集装箱码头用户都会考虑采用不同的方法进行轨道槽的填充，满足维护的需要和码头行人车辆的通行要求。

轨道槽的填充块是采用抗磨损、抗腐蚀氧化的合成橡胶胶制作的；允许钢轨作侧向调整；安装或者是日后维修时非常方便；起重机在行走时，不会对填充块造成损坏；不需要维修保。

在轨道槽内直接灌注沥青砂。施工比较简单，但以后对轨道的维护有困难。先在轨道槽底铺设一定厚度的黄砂，再在黄砂上灌注沥青砂。以后维护相对全部填充筑沥青砂来说要容易些。