钢的线胀系数及无缝钢轨简介

钢的线胀系数及无缝钢轨简介

资料记载，钢的线胀系数是 1.1×10-5/度，就是说，每两公里铁轨在冬夏40多度的温差时，长度变化大约就有1米左右。

我国的无缝钢轨技术，完全是自主研发出来的。第一步是将钢厂生产的每根25米长的钢轨在焊轨厂焊成每根250米长的长钢轨，用长轨列车输送至现场。有缝钢轨不可克服的弊端，促使省内铁道线上逐渐普及无缝钢轨技术。目前，浙江境内沪杭、宣杭、浙赣、萧甬四大干线已全部采用这种技术，明年完成的浙赣线电气化改造，还将铺设一条长达数百公里的超长无缝钢轨。到时候，乘坐浙赣列车，“咯噔”声将全部“消声匿迹”。

但无缝钢轨同样存在弱点。铁路专家经研究发运到施工现场后焊成1到2公里长的长轨条。随后，再把长轨条一段一段接上，用扣件将钢轨牢牢地扣在轨枕上。

为了从根本上解决钢轨热胀冷缩的问题，无缝钢轨技术课题组经过研究发明了一种新型温度力传递结构——抗剪式胶结结构。这种结构采用固体无溶剂热固化胶黏剂将道岔长心轨、间隔铁、翼轨胶结成一体，利用胶黏剂的抗剪强度，实现一个区间的无缝线路温度力经过道岔向另一区间正常传递。就像太极拳借力打力，将热胀冷缩产生的温度力传到

旁边的轨道上，不积聚在无缝钢轨上。温度力传递结构这一关键技术的突破，标志着我国铁路跨区间无缝线路技术达到国际先进水平。

以往大家乘车时听到的一路不间断的“咯噔”声，主要因为列车通过钢轨接头时的巨大冲击造成的，有关部门曾测试，这个噪音接近100分贝。此外，钢轨接头直接冲撞也带来大量损耗，据不完全统计，六成以上的钢轨破损发生在接头处，其修理费用约占线路全部养护费用的七成以上。

现钢轨温度每升降1℃，每1米钢轨就会伸缩0.0000118米。假如某地一年钢轨的温度上下相差40℃，那对于1000公里长的铁路来说，就要伸缩472米。因此，缺少了伸缩空间的无缝钢轨一旦受冷收缩就容易发生断裂。

为了防止钢轨冻裂，今年入冬降温后，铁路杭州工务段开始对辖区内铁轨进行昼夜巡查，监控寒冷可能对铁轨造成的损害。在精密仪器的探测下，小到肉眼难以发觉的细纹都难逃“法眼”。0 I1 f3 R( F' h2 @# e4 c

虽然无缝钢轨在冬夏两季会有胀轨、断轨之忧，但通过技术手段都能合理解决。铁路部门介绍，无缝钢轨技术仍是未来一段时间铁道线上的主力。0 i; y8 ?( o* V* E: e!

物质不灭定律告诉我们，任何一种物质都不会消失，只不过从一种形式转化为另一种形式。钢轨的温度力也同样如此，它不可能消失，是人们在铁路线上采用强大的线路阻力

来锁定轨道，限制了钢轨的自由伸缩。在我国是采用高强螺栓、扣板式扣件或弹条扣件等对钢轨进行约束。实验表明，直径24mm的高强螺栓，六孔夹板接头可提供40至60吨的纵向阻力。弹条扣件每根轨枕可提供1.6吨的纵向阻力。

由于无缝线路中钢轨所承受的温度力的大小和轨温的变化有直接关系，所以我们锁定钢轨时必须正确、合理地选定锁定轨温，以保证无缝线路钢轨冬天不被拉断，夏天不致胀轨跑道，危及行车安全。就北京地区来说，最高轨温为摄氏62.2℃，最低轨温为零下22℃度，中间轨温为19.9℃。根据无缝线路强度和稳定性计算得出的结果，北京地区最佳锁定轨温为24℃，实际允许锁定轨温为19℃~29℃。三维网技术论坛8 o9 |- G5 O* {* S, G

无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益显著。据有关部门方面统计，与普通线路相比，无缝线路至少能节省15%的经常维修费用，延长25%的钢轨使用寿命。此外，无缝线路还具有减少行车阻力、降低行车振动及噪声等优点。

无缝钢轨不是没有缝隙的，无缝钢轨一段和一段之间还是有11毫米的空隙，无缝钢轨主要面临要解决热涨冷缩的问题，解决热涨冷缩有两种方法：一种是长轨节自身承受全部温度应力，即将长轨锁定在枕木上，使其不因温度变化而胀缩，这种方法适用于一年四季温度相差不大的地区，国内

南方地区往往采取这一做法；在一些温度相差较大的地区则采取另一种方法，即长轨节自身不承受温度应力，而以自动放散应力或定期放散应力的方法，使长轨节随温度升降而自由收缩,在铺设的时候也尽量选择最佳温度铺设，使钢轨的伸缩值在最小范围内，这样不管温度上升还是下降，钢轨的伸缩始终都控制在最小范围内。

铝热焊法是目前国内外无缝线路焊接联合接头的主要方法，具有设备简单、操作方便、适宜在线路上进行焊接等优点。

（1）铝热焊法的发展

20世纪以来，世界各国都在发展和推广无缝线路，特别是近年来，为了适应高速线路发展的需要，一般都采用无缝线路。铁路线路改铺无缝线路后，可以提高列车运行速度，改善列车运行条件，减少维修工作量，延长设备使用寿命，并可使行车平稳，旅客舒适。

铝热焊法应用于铁路线路的长钢轨焊接，1924年始于德国。铝热焊法已被认为是一种具有高效率的快速焊接法，因此已为许多国家所采用。我国1960年后也开始成批地生产钢轨铝热焊剂，进行联合焊接。

铝热焊法不仅使用在铁路方面，现在它在其它部门也得到了越来越广泛的应用，如基建部门利用它焊接天车轨道等。

（2）铝热焊接钢轨的基本原理

铝热焊接的化学原理，是利用活动性较强的金属能够把活动性较弱的金属从它的氧化物中还原出来的原理。因为铝在足够高的温度下有较强的活动性，它可以从很多重金属的氧化物中夺取氧，而把重金属还原出来。例如铝能把铁、钛、钒、铬、锰、钨等从它们的氧化物中还原出来，同时放出大量的热，温度可达2500～3500℃，从而使这些金属成为液态。铝热焊接钢轨基本原理的主要化学方程式是：

3FeO+2Al=3Fe+Al2O3+834.9kJ

Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+829.9kJ

3Fe3O4+8Al=9Fe+4Al2O3+3236.3kJ

为了获得优质的铝热钢，根据不同要求，在铝热焊剂中可加入石墨粉（调整碳的含量）和一些合金元素如锰、硅、钛、钼等。