《铁路无缝线路钢轨焊接技术分析》.doc

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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/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。
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、60kg/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100±10mm，并垂直对准