无缝线路钢轨焊接接头病害与防治

杨红梅

兰州铁路局嘉峪关工务段，甘肃 嘉峪关 735100

铁路线路是铁路运输的主要设备，是行车的基础，是由无数根钢轨连接起来形成的线路，分为普通线路和焊接无缝线路。随着无缝线路的大量铺设，推动了焊接技术在无缝线路上的广范应用，提高无缝线路的焊接质量，愈来愈重要。实践证明，无缝线路是轨道结构的一大变革。它以无可争议的优越性为铁路所应用，成为高速﹑重载铁路的最优选择。钢轨焊接是无缝线路应用建设关键环节，目前全国采用的焊接方法有接触焊﹑移动气压焊和铝热焊。线路上铺设的无缝线路焊头基本上是由接触焊和移动式气压焊完成，焊接技术的应用显得极为重要。首先介绍一下无缝铁路焊接的主要方法。

1 气压焊

钢轨气压焊主要应用于我国铁路线路上焊接无缝线路各类型长钢轨的联合接头，亦可进行异型钢轨接头﹑线路上断轨的焊接以及组成“移动式焊轨基地”代替厂焊。传统的气压焊工艺采用定压或两段加压顶锻焊接方式焊接。目前普遍采用小型移动式钢轨气压焊机﹑“三段加压”新工艺进行钢轨现场焊接。HG-I工钢轨超长气压焊接机﹑YJ-660气压焊机﹑YHJ-W型钢轨气压焊机等焊机是其典型设备。近年来，随着小型气压焊机的机械化﹑自动化控制水平的不断提高，保证焊接参数的稳定性，焊接质量得到明显改善。

2 铝热焊

钢轨铝热焊接工艺，保证在无缝线路锁定轨温不变的前提下，进行无缝线路伤损钢轨修复和应力放散，具有作业程序简单﹑方法易于掌握﹑作业人员少﹑机具轻便﹑劳动强度低﹑焊头外观平顺性好﹑焊头质量无缺陷﹑占用封锁时间短﹑扩大了作业轨温范围﹑不出现无缝线路应力峰﹑并能保证原锁定轨温不变的优点，对超长无缝线路的伤损钢轨修复﹑应力放散和将普通无缝线路改造为超长无缝线路，为铺设高速铁路无缝线路提供了一种理想的焊接方法。

3 电弧焊及电渣焊

近年来电弧焊有一些新方法用于焊轨。英国WA公司采用药芯焊丝﹑明弧自保护半自动焊接方法进行钢轨焊接及道岔焊接，不需焊剂和保护气体，焊前只需简单预热，焊后不需热处理，工艺简单，已经正式应用与线路铺设中，效果好，是一种值得推广的方法。

电渣焊接法（自动溶化焊接）是RJ东日本在山形新干线（1999年通车）延长工程中铺设长钢轨时所采用的一种焊接钢轨新方法。该焊接法是用自动溶化焊接机在钢轨母材之间进行电渣焊，熔化焊接金属。其方法焊接时间短，但质量尚待进一步提高。

无缝线路的快速发展，钢轨焊接质量在运营线路上显得越来越突出，焊接接头的病害越来越多，经调查，线路使用的无缝线路常见的焊接接头病害主要类型有以下几种，现分别对其病害表征及处理控制措施分别介绍如下∶

1）低接头

现场焊接作业时，由于挑选钢轨不严，钢轨断面的尺寸大于规定标准，或对接时未严格执行工艺要求，焊接接头的焊缝及热影响区的硬度较钢轨母材低，使用中造成该区磨耗和塌陷较快。

处理措施：应根据焊接方法不同采用改进正火热处理工艺,并控制好冷却速度,提高轨头在使用中的强度和韧性。

2）马鞍形磨耗

由于焊接接头焊缝和两边的热影响区范围内的金相组织﹑晶粒度等不同，造成焊接接头各部分的硬度差异。焊缝区的硬度较高，而其两侧的硬度较低，因而使用中出现与鞍形磨耗的不平顺。

处理措施：可采用正火热处理，及强制冷却的方法，使焊接接头的硬度趋于均匀，减少马鞍形磨耗病害。

3）钢轨焊缝断裂

通常是由于焊接工艺异常，或焊缝内存在超过标准规定的焊接缺陷，导致焊缝断裂。另外因焊机潮湿，造成里面有气孔﹑缩孔﹑加碴等缺陷，而在应力作用下致使焊缝断。

处理措施：应严格执行操作规定，改善焊接工艺和加强对焊缝内部质量检查。对焊机洪干，对母材进行预热。

4）钢轨接触焊焊机电极接触区域的断裂

通常是由于钢轨焊接的表面发生烧伤所致。

处理措施：焊接时应严格按规定程序操作和检查，防止接触面焊渣或异物，及时更换不良电极。

5）轨头踏面碎裂掉块

由于焊接后正火工艺选择不当，或设备异常，导致帽形淬硬层不规则，或正火温度过高，出现马氏体组织，造成钢轨碎裂和掉块。

处理措施：应严格执行正火工艺，减少内部缺陷或因杂质造成的内缺陷，加强操作人员责任心。

6）砂轮打磨焊缝易出现质量问题

在运营线路上常常看到焊头的轨头踏面的焊缝﹑热影响区以及母材各位置出现不同的光面，这是由于焊头硬度差异不同而致。用砂轮打磨焊头，在纵向打磨的平直度较差，常出现硬度低落部位打磨凹下量较少，硬度高部位打磨凸起量较多。

处理措施：焊后和线路养护时都要减轻打磨力度，避免用力长时间打磨一个位置，否则容易出现发蓝﹑马氏体组织和白层疲劳源，导致断轨事故发生。

7）钢轨的焊接残余应力

钢轨母材残余应力的产生是由于热轧后冷却速度不均匀而产生"以及在冷矫过程中不均匀塑性变形而产生。60kg/m 钢轨轨顶面具有较大拉应力从轨头的上半部和下半部分拉应力逐渐减少，在轨颚已变为压应力，从轨腰到轨底又由压应力转变为拉应力。无论是钢轨表面或内部，残余拉应力和压应力应相互平衡。

钢轨焊接残余应力是在焊接过程结束后，存留在钢轨内部，并在钢轨的任一截面自平衡的内应力。主要是焊接热循环过程不均匀的加热和冷却，以及组织转变引起的，与焊接机具有关。残余应力分布趋势是相似的，焊缝处轨顶面﹑轨底面呈拉应力，热影响区是应力变化区，应力的大小与不同焊接方法﹑焊接工艺有关。残余压力可以提高疲劳强度，残余拉应力降低疲劳强度，使钢轨早期疲劳损坏。残余应力也影响着钢轨的硬度和耐磨性能。当列车通过时，车轮与钢轨接触呈压应力，焊头位置的焊缝纵向呈压应力，线路出现高温时接头处呈压应力相叠加后总压应力超过焊缝处的屈服极限后，使轨头顶面出现塑性变形，形成轨头压溃。

处理措施：钢轨的焊接残余应力主要与焊接过程中使用的焊接机具﹑焊接工艺和方法有关，因此改善焊接作业的规程和标准，提高作业人员的水平，使作业更加规范，工艺流程更为合理，焊接残余应力的影响程度会减轻许多。