楊紅梅

蘭州鐵路局嘉峪關(guān)工務(wù)段，甘肅 嘉峪關(guān) 735100

鐵路線路是鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，是行車(chē)的基礎(chǔ)，是由無(wú)數(shù)根鋼軌連接起來(lái)形成的線路，分為普通線路和焊接無(wú)縫線路。隨著無(wú)縫線路的大量鋪設(shè)，推動(dòng)了焊接技術(shù)在無(wú)縫線路上的廣范應(yīng)用，提高無(wú)縫線路的焊接質(zhì)量，愈來(lái)愈重要。實(shí)踐證明，無(wú)縫線路是軌道結(jié)構(gòu)的一大變革。它以無(wú)可爭(zhēng)議的優(yōu)越性為鐵路所應(yīng)用，成為高速﹑重載鐵路的最優(yōu)選擇。鋼軌焊接是無(wú)縫線路應(yīng)用建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前全國(guó)采用的焊接方法有接觸焊﹑移動(dòng)氣壓焊和鋁熱焊。線路上鋪設(shè)的無(wú)縫線路焊頭基本上是由接觸焊和移動(dòng)式氣壓焊完成，焊接技術(shù)的應(yīng)用顯得極為重要。首先介紹一下無(wú)縫鐵路焊接的主要方法。

1 氣壓焊

鋼軌氣壓焊主要應(yīng)用于我國(guó)鐵路線路上焊接無(wú)縫線路各類型長(zhǎng)鋼軌的聯(lián)合接頭，亦可進(jìn)行異型鋼軌接頭﹑線路上斷軌的焊接以及組成“移動(dòng)式焊軌基地”代替廠焊。傳統(tǒng)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(dòng)式鋼軌氣壓焊機(jī)﹑“三段加壓”新工藝進(jìn)行鋼軌現(xiàn)場(chǎng)焊接。HG-I工鋼軌超長(zhǎng)氣壓焊接機(jī)﹑YJ-660氣壓焊機(jī)﹑YHJ-W型鋼軌氣壓焊機(jī)等焊機(jī)是其典型設(shè)備。近年來(lái)，隨著小型氣壓焊機(jī)的機(jī)械化﹑自動(dòng)化控制水平的不斷提高，保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定性，焊接質(zhì)量得到明顯改善。

2 鋁熱焊

鋼軌鋁熱焊接工藝，保證在無(wú)縫線路鎖定軌溫不變的前提下，進(jìn)行無(wú)縫線路傷損鋼軌修復(fù)和應(yīng)力放散，具有作業(yè)程序簡(jiǎn)單﹑方法易于掌握﹑作業(yè)人員少﹑機(jī)具輕便﹑勞動(dòng)強(qiáng)度低﹑焊頭外觀平順性好﹑焊頭質(zhì)量無(wú)缺陷﹑占用封鎖時(shí)間短﹑擴(kuò)大了作業(yè)軌溫范圍﹑不出現(xiàn)無(wú)縫線路應(yīng)力峰﹑并能保證原鎖定軌溫不變的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)超長(zhǎng)無(wú)縫線路的傷損鋼軌修復(fù)﹑應(yīng)力放散和將普通無(wú)縫線路改造為超長(zhǎng)無(wú)縫線路，為鋪設(shè)高速鐵路無(wú)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(lái)電弧焊有一些新方法用于焊軌。英國(guó)WA公司采用藥芯焊絲﹑明弧自保護(hù)半自動(dòng)焊接方法進(jìn)行鋼軌焊接及道岔焊接，不需焊劑和保護(hù)氣體，焊前只需簡(jiǎn)單預(yù)熱，焊后不需熱處理，工藝簡(jiǎn)單，已經(jīng)正式應(yīng)用與線路鋪設(shè)中，效果好，是一種值得推廣的方法。

電渣焊接法（自動(dòng)溶化焊接）是RJ東日本在山形新干線（1999年通車(chē)）延長(zhǎng)工程中鋪設(shè)長(zhǎng)鋼軌時(shí)所采用的一種焊接鋼軌新方法。該焊接法是用自動(dòng)溶化焊接機(jī)在鋼軌母材之間進(jìn)行電渣焊，熔化焊接金屬。其方法焊接時(shí)間短，但質(zhì)量尚待進(jìn)一步提高。

無(wú)縫線路的快速發(fā)展，鋼軌焊接質(zhì)量在運(yùn)營(yíng)線路上顯得越來(lái)越突出，焊接接頭的病害越來(lái)越多，經(jīng)調(diào)查，線路使用的無(wú)縫線路常見(jiàn)的焊接接頭病害主要類型有以下幾種，現(xiàn)分別對(duì)其病害表征及處理控制措施分別介紹如下∶

1）低接頭

現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)時(shí)，由于挑選鋼軌不嚴(yán)，鋼軌斷面的尺寸大于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，或?qū)訒r(shí)未嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，焊接接頭的焊縫及熱影響區(qū)的硬度較鋼軌母材低，使用中造成該區(qū)磨耗和塌陷較快。

處理措施：應(yīng)根據(jù)焊接方法不同采用改進(jìn)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(qiáng)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(qū)范圍內(nèi)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(qū)的硬度較高，而其兩側(cè)的硬度較低，因而使用中出現(xiàn)與鞍形磨耗的不平順。

處理措施：可采用正火熱處理，及強(qiáng)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(nèi)存在超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊接缺陷，導(dǎo)致焊縫斷裂。另外因焊機(jī)潮濕，造成里面有氣孔﹑縮孔﹑加碴等缺陷，而在應(yīng)力作用下致使焊縫斷。

處理措施：應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)定，改善焊接工藝和加強(qiáng)對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢查。對(duì)焊機(jī)洪干，對(duì)母材進(jìn)行預(yù)熱。

4）鋼軌接觸焊焊機(jī)電極接觸區(qū)域的斷裂

通常是由于鋼軌焊接的表面發(fā)生燒傷所致。

處理措施：焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定程序操作和檢查，防止接觸面焊渣或異物，及時(shí)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(dāng)，或設(shè)備異常，導(dǎo)致帽形淬硬層不規(guī)則，或正火溫度過(guò)高，出現(xiàn)馬氏體組織，造成鋼軌碎裂和掉塊。

處理措施：應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行正火工藝，減少內(nèi)部缺陷或因雜質(zhì)造成的內(nèi)缺陷，加強(qiáng)操作人員責(zé)任心。

6）砂輪打磨焊縫易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題

在運(yùn)營(yíng)線路上常常看到焊頭的軌頭踏面的焊縫﹑熱影響區(qū)以及母材各位置出現(xiàn)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(xiàn)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(yǎng)護(hù)時(shí)都要減輕打磨力度，避免用力長(zhǎng)時(shí)間打磨一個(gè)位置，否則容易出現(xiàn)發(fā)藍(lán)﹑馬氏體組織和白層疲勞源，導(dǎo)致斷軌事故發(fā)生。

7）鋼軌的焊接殘余應(yīng)力

鋼軌母材殘余應(yīng)力的產(chǎn)生是由于熱軋后冷卻速度不均勻而產(chǎn)生"以及在冷矯過(guò)程中不均勻塑性變形而產(chǎn)生。60kg/m 鋼軌軌頂面具有較大拉應(yīng)力從軌頭的上半部和下半部分拉應(yīng)力逐漸減少，在軌顎已變?yōu)閴簯?yīng)力，從軌腰到軌底又由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。無(wú)論是鋼軌表面或內(nèi)部，殘余拉應(yīng)力和壓應(yīng)力應(yīng)相互平衡。

鋼軌焊接殘余應(yīng)力是在焊接過(guò)程結(jié)束后，存留在鋼軌內(nèi)部，并在鋼軌的任一截面自平衡的內(nèi)應(yīng)力。主要是焊接熱循環(huán)過(guò)程不均勻的加熱和冷卻，以及組織轉(zhuǎn)變引起的，與焊接機(jī)具有關(guān)。殘余應(yīng)力分布趨勢(shì)是相似的，焊縫處軌頂面﹑軌底面呈拉應(yīng)力，熱影響區(qū)是應(yīng)力變化區(qū)，應(yīng)力的大小與不同焊接方法﹑焊接工藝有關(guān)。殘余壓力可以提高疲勞強(qiáng)度，殘余拉應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度，使鋼軌早期疲勞損壞。殘余應(yīng)力也影響著鋼軌的硬度和耐磨性能。當(dāng)列車(chē)通過(guò)時(shí)，車(chē)輪與鋼軌接觸呈壓應(yīng)力，焊頭位置的焊縫縱向呈壓應(yīng)力，線路出現(xiàn)高溫時(shí)接頭處呈壓應(yīng)力相疊加后總壓應(yīng)力超過(guò)焊縫處的屈服極限后，使軌頭頂面出現(xiàn)塑性變形，形成軌頭壓潰。

處理措施：鋼軌的焊接殘余應(yīng)力主要與焊接過(guò)程中使用的焊接機(jī)具﹑焊接工藝和方法有關(guān)，因此改善焊接作業(yè)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，提高作業(yè)人員的水平，使作業(yè)更加規(guī)范，工藝流程更為合理，焊接殘余應(yīng)力的影響程度會(huì)減輕許多。