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1、铁路无缝线路钢轨焊接技术分析高波/中铁二十局集团第四工程有限公司，山东青岛266061提要:无缝线路是钢轨连续焊接的轨道结构。文章对不同焊接方法的钢轨焊头质量进行比较，深入分析各种焊接技术优缺点。关键词:无缝线路、钢轨、焊接无缝线路是用焊接长轨条铺设的轨道，因为长轨条没有轨缝而得名。当代无缝线路是世界各国铁路发展的方向，在铁路发展史上具有里程碑的意义。目前，全区间无缝线路和跨区间无缝线路的铺设成为现实，最大限度地取消缓冲区，包括道岔区存在的钢轨接头，使无缝线路的优越性不断得到了体现。尤其是铁路第6次大提速是两条钢轨上不断的科技突破。作为火车提速关键设备的无缝钢轨，目前国产化率已接近100%，钢
2、轨接口处1.5m以内的平直度误差不超过0.2mm。文章主要分析了客运专线无缝轨道线路的施焊技术，深入分析各种焊接技术优缺点，并提出建议。一、线路设计对钢轨的要求我国铁路钢轨产品长度在300m-500m范围内。铁道部2004年2月1日实施的铁路用热轧钢轨订货技术条件(TB/T2344-2003)中已将50m、100m长度钢轨列入标准轨定尺长度，鞍钢目前已具备生产50m长尺钢轨的能力，攀钢和包钢正在进行100m长尺钢轨生产的技术改造。钢轨焊接后形成由焊缝和热影响区组成的焊头，其强度、塑性、韧性等力学性能出现不同程度降低，焊缝中也会出现焊接缺陷，是无缝线路钢轨的薄弱环节。我国客运专线确定为60kg/
3、m轨型，抗拉强度为880MPa。断面尺寸偏差直接影响焊接轨端面对正程度，偏差较大可出现焊头错位（错口），导致外观质量缺欠，钢轨高度、轨头宽度、轨底宽度和断面不对称的尺寸偏差是影响焊接的主要因素。二、无缝钢轨的焊接方法及原理（一）铝热焊接法现如今铝热焊接法已被公认为是一种高效、快速的钢轨焊接方法，铝热焊接法工艺简单，适合工地流动作业，利于工地焊接联合接头和断轨复原复焊。1钢轨铝热焊的原理钢轨铝热焊是利用铝和氧化铁在化学反应过程中释放的大量热量熔化金属，使金属之间形成熔接或堆焊。铝热化学反应是氧化还原反应，主要反应产物为液态铝热钢和氧化铝熔渣，铁元素被还原成具有高温的率热钢水，铝被氧化成氧化铝熔渣
4、。钢轨铝热焊接就是将铝粉、氧化铁和其他合金添加物配制成的铝热焊剂放在特制的反应坩埚中，用高温火柴点燃引发率热反应。在反应过程中，放出大量的热熔化合金添加物，与反应合成的铁形成钢液，由于其密度大沉于坩埚底部，反应生成的熔渣较轻而浮在上部，在很短时间内，高温的铝热钢水熔化坩埚底部的自熔塞，浇铸到与钢轨外形尺寸一致的砂型和局部预热待焊钢轨形成的封闭空腔中，同时铝热钢水本身又作为填充金属，与熔化的钢轨共同结晶、冷却，将两段钢轨焊成整体。2. 钢轨铝热焊工艺我国铁路部门对钢轨铝热焊接法进行推广应用实践和理论研究，制定了大剂量、宽焊缝、三片模卡箱、定时预热和自动浇注的铝热焊工艺，它适用于50kg/m、60
5、kg/m和75kg/m的钢轨焊接。3. 工艺设备（1）制作砂型设备：烘干箱、模具等。（2）制作砂型原料：石英砂、膨胀土、水玻璃。（3）制作砂型成品：砂型、砂芯、排渣砂槽、坩埚等。（4）热源及预热设备：热源氧气、丙烷、乙炔。工具预热具、点火枪、秒表等。（5）焊接材料：焊剂、高温火柴、封砂箱。（6）其它：锯轨机、推凸机、砂轮、大锤、平锤等。4. 工艺程序（1）制作砂型、坩埚。（2）工地布置氧气瓶、石油液化气和乙炔瓶的布置应距焊点5m以上，所有设备应布置在施焊一侧的路肩，烘烤坩埚时应离所有气瓶5m以上。（3）切轨用于段轨再焊时，插入的焊接钢轨长度应大于6m，不得有弯曲、弯扭和损伤，并与线路上钢轨磨耗
6、相近，切轨应采用双向摆动式切轨机，切轨应按照线切割，允许横向误差为1mm，垂直误差2mm，切后应用手提砂轮或锉刀除去切面的紫蓝斑痕及氧化物，轨段各端应倒角，无毛刺及金属飞溅物。（4）对轨将焊接的轨端对正，用1m直尺密贴钢轨顶面及内、外侧面，检查钢轨焊接端各面纵向是否一直，要求不要有错牙、歪扭。（5）扣箱及封箱扣箱：扣箱前应清理砂型内各通道，而后将砂箱吻合在钢轨焊接的焊口上，砂箱如果有缺角、掉块、裂纹、松脱者均不可使用。封箱：封箱砂应用焊前制备好，并置于容器内密封，砂箱所有接缝及与钢轨吻合处，均用封箱砂密封，两侧流钢槽应与砂箱冒口紧密结合，并用封箱砂护好两侧各100mm以内的轨面和所有裸漏及易被
7、钢水溅伤的金属。（6）坩埚装料装料及安放支架在装料之前，应先烘干坩埚，装料时坩埚应稳在专用支架上，封箱时应预先测好安放在支架的位置，装浇钢槽时，即将支架固定在钢轨上，并装好坩埚框架，封箱结束即将坩埚抬入框架。调整坩埚位置，使封口钉之端，与砂箱顶面相距10010mm，并垂直对准砂芯座中心，将坩埚旋转90固定。（7）预热将火嘴插入砂芯座中心呈垂直状态，焰流对准砂箱底面而不冲向两端刚轨面，根据两侧冒口焰流反弹高度，随时调整手把，使其高度保持一致，扣箱人员随时消除封箱部位的“跑火”现象，预热3min，到时点火。（8）浇注点火时必须见到高温火柴发出火花才能插入焊剂，确定点燃焊剂后方可关闭预热器并密盖砂芯
8、，点燃焊剂冒出黑烟时才能加盖坩埚盖，点燃焊剂后，迅速将坩埚推至封口钉与砂芯中心垂直对准的位置并固定，保证焊剂沸腾时不位移。（9）推凸及修整推凸时拆除支架后，立即清除屏蔽轨面的沙土，一分钟后松下紧箱器和砂箱托，抬上推凸机，二分钟后推凸机可缓缓加力，使刀具进入砂箱，随砂箱开裂钢水冷却情况逐步加大进刀量，三分钟后加大进到速度；整修时先跺除推凸机后轨面剩余部分，然后打磨，打磨时先轨面后两侧。跺修和打磨均不得伤及母材，焊缝与母材不得出现台阶，精磨后应出现金属光泽，不得游览的斑痕。（10）质量检查包括外观检查和探伤检查，外伤检查时焊接接头不得有台阶和扭曲，轨头平整园顺，用1m直尺测量，顶面、侧面不平度应在
9、0.5mm以内，顶面不得有负值，打磨后焊面应平顺，探伤检查达到重伤标准时应切除重焊。(11)正火可在整修之后，轨温降至500C以下时进行，亦可在常温下正火，加热氧气工作压力0.6MP，液化石油气工作压力为0.04MP，氧气流量为3000ml/h,焰心长度应为1020mm,火焰加热器垂直于焊缝位置，有轨顶向两侧来回移动，每隔2min用测温计测量轨温一次，根据轨温情况调整加热器移动速度和加热时间，当轨温达到900C950C时，保温10min之后拆除保温箱自然冷却。(二) 接触焊接法我国铁路的长钢轨焊接已广泛采用接触焊接法，接触焊法焊接质量好，效率高，世界各国广泛采用，近年来我国铁路焊轨厂全面配备了
10、接触焊机。工艺要求：(1)焊轨前先在滚道上进行对轨，两轨基本保持在同一水平面上，以作用面为准不得出现竖向和横向错位，各部偏差不大于0.3mm，并使端面间保持0.52.0mm间隙。(2)调整焊机位置使焊机中心与轨缝对中。(3)焊机内侧涂刷防渣液，已利清除粘连在焊机上的焊渣。(4)落下焊机夹紧钢轨，再次检查轨缝，确认无误后开始焊接。(5)焊接按工艺试验中获得并经监理工程师认可的工艺参数进行。(6)焊后推瘤及清理焊瘤块。(7)焊接结束后，松开钢轨，提升焊机。(8)根据配轨表，对接头进行编号。（9）用卷扬机将钢轨沿滚道线向前传送（卷扬机的循环钢丝绳通过专用卡具将钢轨两端卡紧，钢轨传动速度约0.5m/s
11、）。（10）一个接头焊接结束后，在热态下进行调直（要求在焊缝两侧各500mm范围内，水平方向作用面一侧的不平直度不大于0.3mm/m，垂直方向的不平直度不大于0.3mm/m，拱量应呈现0.51.0mm/m）。（11）当钢轨焊头温度降至500C以下时开始正火，加热器沿焊头纵向摆动量710cm，用机械式凸轮控制行程，光电测温计检测正火温度。（12）焊头打磨后由检测工用1m直尺检查平直度，并用超声波探伤。（三）气压焊接法气压焊接法自1937年在美国和加拿大得到广泛应用后，凭着设备简单、成本低廉、焊接质量优良等优点，自1955年以来在世界各国铁路相继采用，并得到了进一步发展。1. 气压焊工艺气压焊焊轨
12、工艺试验应在正式焊接前按规定要求完成。施工多采用的是双导柱卧式压接机以斜铁夹紧轨腰的新型移动式气压焊机，对开单混合室的射吸式加热器，仅流量计控制箱和一套三段顶压法焊接工艺。2. 工艺流程：施工准备一锯配轨一拉轨一轨端处理一对轨固定一点火焊接一打磨及矫直一焊缝探伤一焊缝验收一现场清理。施工工艺（1）施工准备（2）锯轨配轨：用方尺检查两接头的相错量，如相错量大于100mm，则需要锯轨。（3）拉轨：松开钢轨的扣件，将钢轨支撑在滚轮上，用拉轨器拉轨。在钢轨接头处用枕木支撑，便于接头对位。（4）轨端处理（5）对轨固定，待焊轨装压接机并夹紧后，用300mm钢板尺检查。（6）点火焊接（7）焊缝正火（8）焊后
13、打磨并矫直（9）焊缝探伤三、建议为了满足客运专线钢轨焊头高平顺性和直线度要求，焊接用轨应具有严格的断面尺寸偏差和平顺性；同时也应在焊接、热处理、精（细）磨工序有规范化的作业标准。为避免运行线路出现低接头，不仅要求焊后接头纵向平直，而且还要求焊头的轨头硬度不低于钢轨母材硬度以及最窄的热软化区，因此应在热轧轨焊头正火后喷风快速冷却；铝热焊接法焊接的接头质量优于其它焊接方法，建议采用铝热焊接法进行线路长钢轨、长轨节的焊接以及低温拉伸锁定焊接。低温环境焊接时，应采取防风和焊后缓冷措施。四、结语无缝线路技术含量是很高的，世界各国都在不懈的探索其中的问题及解决的方法，以追求铁路的速度和安全系数，我国铁路第
14、6次大提速也是两条钢轨上不断的科技突破，虽然如此，我们还要努力的探索新的技术，让无缝线路更好的为人们服务。1 参考文献靳玉保探秘铁路无缝钢轨J,现代物理知识，2010,(1).2 郑小民.超长无缝钢轨的焊接与安装J,机电工程技术,2006,(3).3 孟立凡，王恩怀，齐红丽.超声波检测无缝钢轨热应力研究J.华北工学院学报,.2005,(1).作者简介高波(1972-)，男，陕西省武功县人，本科，中铁二十局集团第四工程有限公司，工程师，研究方向：机械设备管理与维修方面。ResearchinRailWeldingTechnologyofCWRGAOBo(ChinaRailway20thBureau
15、GroupCorpoyation,NO.4EngineeyingCo.Ltd,Qingdao266061,Chinan.)Abstract:CWRisacontinuousweldedrailtrackstructure.Theweldingheadsqualitiesofdifferentweldingmethodsarecomparedinthisarticle,andadvantagesanddisadvantagesofvariousweldingtechnologyareanalyzedindetail.Keywords:CWR(continuousweldedrail);rail;welding
