無縫線路鋼軌焊接接頭病害與防治

楊紅梅

蘭州鐵路局嘉峪關工務段，甘肅 嘉峪關 735100

鐵路線路是鐵路運輸的主要設備，是行車的基礎，是由無數根鋼軌連接起來形成的線路，分為普通線路和焊接無縫線路。隨著無縫線路的大量鋪設，推動了焊接技術在無縫線路上的廣范應用，提高無縫線路的焊接質量，愈來愈重要。實踐證明，無縫線路是軌道結構的一大變革。它以無可爭議的優越性為鐵路所應用，成為高速﹑重載鐵路的最優選擇。鋼軌焊接是無縫線路應用建設關鍵環節，目前全國采用的焊接方法有接觸焊﹑移動氣壓焊和鋁熱焊。線路上鋪設的無縫線路焊頭基本上是由接觸焊和移動式氣壓焊完成，焊接技術的應用顯得極為重要。首先介紹一下無縫鐵路焊接的主要方法。

1 氣壓焊

鋼軌氣壓焊主要應用于我國鐵路線路上焊接無縫線路各類型長鋼軌的聯合接頭，亦可進行異型鋼軌接頭﹑線路上斷軌的焊接以及組成“移動式焊軌基地”代替廠焊。傳統的氣壓焊工藝采用定壓或兩段加壓頂鍛焊接方式焊接。目前普遍采用小型移動式鋼軌氣壓焊機﹑“三段加壓”新工藝進行鋼軌現場焊接。HG-I工鋼軌超長氣壓焊接機﹑YJ-660氣壓焊機﹑YHJ-W型鋼軌氣壓焊機等焊機是其典型設備。近年來，隨著小型氣壓焊機的機械化﹑自動化控制水平的不斷提高，保證焊接參數的穩定性，焊接質量得到明顯改善。

2 鋁熱焊

鋼軌鋁熱焊接工藝，保證在無縫線路鎖定軌溫不變的前提下，進行無縫線路傷損鋼軌修復和應力放散，具有作業程序簡單﹑方法易于掌握﹑作業人員少﹑機具輕便﹑勞動強度低﹑焊頭外觀平順性好﹑焊頭質量無缺陷﹑占用封鎖時間短﹑擴大了作業軌溫范圍﹑不出現無縫線路應力峰﹑并能保證原鎖定軌溫不變的優點，對超長無縫線路的傷損鋼軌修復﹑應力放散和將普通無縫線路改造為超長無縫線路，為鋪設高速鐵路無縫線路提供了一種理想的焊接方法。

3 電弧焊及電渣焊

近年來電弧焊有一些新方法用于焊軌。英國WA公司采用藥芯焊絲﹑明弧自保護半自動焊接方法進行鋼軌焊接及道岔焊接，不需焊劑和保護氣體，焊前只需簡單預熱，焊后不需熱處理，工藝簡單，已經正式應用與線路鋪設中，效果好，是一種值得推廣的方法。

電渣焊接法（自動溶化焊接）是RJ東日本在山形新干線（1999年通車）延長工程中鋪設長鋼軌時所采用的一種焊接鋼軌新方法。該焊接法是用自動溶化焊接機在鋼軌母材之間進行電渣焊，熔化焊接金屬。其方法焊接時間短，但質量尚待進一步提高。

無縫線路的快速發展，鋼軌焊接質量在運營線路上顯得越來越突出，焊接接頭的病害越來越多，經調查，線路使用的無縫線路常見的焊接接頭病害主要類型有以下幾種，現分別對其病害表征及處理控制措施分別介紹如下∶

1）低接頭

現場焊接作業時，由于挑選鋼軌不嚴，鋼軌斷面的尺寸大于規定標準，或對接時未嚴格執行工藝要求，焊接接頭的焊縫及熱影響區的硬度較鋼軌母材低，使用中造成該區磨耗和塌陷較快。

處理措施：應根據焊接方法不同采用改進正火熱處理工藝,并控制好冷卻速度,提高軌頭在使用中的強度和韌性。

2）馬鞍形磨耗

由于焊接接頭焊縫和兩邊的熱影響區范圍內的金相組織﹑晶粒度等不同，造成焊接接頭各部分的硬度差異。焊縫區的硬度較高，而其兩側的硬度較低，因而使用中出現與鞍形磨耗的不平順。

處理措施：可采用正火熱處理，及強制冷卻的方法，使焊接接頭的硬度趨于均勻，減少馬鞍形磨耗病害。

3）鋼軌焊縫斷裂

通常是由于焊接工藝異常，或焊縫內存在超過標準規定的焊接缺陷，導致焊縫斷裂。另外因焊機潮濕，造成里面有氣孔﹑縮孔﹑加碴等缺陷，而在應力作用下致使焊縫斷。

處理措施：應嚴格執行操作規定，改善焊接工藝和加強對焊縫內部質量檢查。對焊機洪干，對母材進行預熱。

4）鋼軌接觸焊焊機電極接觸區域的斷裂

通常是由于鋼軌焊接的表面發生燒傷所致。

處理措施：焊接時應嚴格按規定程序操作和檢查，防止接觸面焊渣或異物，及時更換不良電極。

5）軌頭踏面碎裂掉塊

由于焊接后正火工藝選擇不當，或設備異常，導致帽形淬硬層不規則，或正火溫度過高，出現馬氏體組織，造成鋼軌碎裂和掉塊。

處理措施：應嚴格執行正火工藝，減少內部缺陷或因雜質造成的內缺陷，加強操作人員責任心。

6）砂輪打磨焊縫易出現質量問題

在運營線路上常常看到焊頭的軌頭踏面的焊縫﹑熱影響區以及母材各位置出現不同的光面，這是由于焊頭硬度差異不同而致。用砂輪打磨焊頭，在縱向打磨的平直度較差，常出現硬度低落部位打磨凹下量較少，硬度高部位打磨凸起量較多。

處理措施：焊后和線路養護時都要減輕打磨力度，避免用力長時間打磨一個位置，否則容易出現發藍﹑馬氏體組織和白層疲勞源，導致斷軌事故發生。

7）鋼軌的焊接殘余應力

鋼軌母材殘余應力的產生是由于熱軋后冷卻速度不均勻而產生"以及在冷矯過程中不均勻塑性變形而產生。60kg/m 鋼軌軌頂面具有較大拉應力從軌頭的上半部和下半部分拉應力逐漸減少，在軌顎已變為壓應力，從軌腰到軌底又由壓應力轉變為拉應力。無論是鋼軌表面或內部，殘余拉應力和壓應力應相互平衡。

鋼軌焊接殘余應力是在焊接過程結束后，存留在鋼軌內部，并在鋼軌的任一截面自平衡的內應力。主要是焊接熱循環過程不均勻的加熱和冷卻，以及組織轉變引起的，與焊接機具有關。殘余應力分布趨勢是相似的，焊縫處軌頂面﹑軌底面呈拉應力，熱影響區是應力變化區，應力的大小與不同焊接方法﹑焊接工藝有關。殘余壓力可以提高疲勞強度，殘余拉應力降低疲勞強度，使鋼軌早期疲勞損壞。殘余應力也影響著鋼軌的硬度和耐磨性能。當列車通過時，車輪與鋼軌接觸呈壓應力，焊頭位置的焊縫縱向呈壓應力，線路出現高溫時接頭處呈壓應力相疊加后總壓應力超過焊縫處的屈服極限后，使軌頭頂面出現塑性變形，形成軌頭壓潰。

處理措施：鋼軌的焊接殘余應力主要與焊接過程中使用的焊接機具﹑焊接工藝和方法有關，因此改善焊接作業的規程和標準，提高作業人員的水平，使作業更加規范，工藝流程更為合理，焊接殘余應力的影響程度會減輕許多。