钢轨焊接技术及质量控制

焊接技术第39卷第1期2010年1月

·焊接质量控制与管理·

收稿日期：2009-07-13

基金项目：上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金

（gjd08015）；上海市重点学科建设项目资助（J51402）；上海工程技术大学科研启动经费（校启08－27）

文章编号：1002－025X (2010)01-0066-03

钢轨焊接技术及质量控制

卢庆华1，徐培全1，于治水1，陈立功2

（1．上海工程技术大学材料工程学院，上海201620；2．上海交通大学材料科学与工程学院，上海200240）

摘要：综述3种钢轨焊接方法闪光焊、气压焊和铝热焊的原理及存在问题，并提出提高我国钢轨焊接质量的建议。关键词：钢轨焊接；闪光焊；气压焊；铝热焊中图分类号：TG457

文献标志码：B

0前言

现代铁路运输正向高速、重载、大运量方向发

展，无缝线路的运用越来越多。无缝线路消除了普通线路的钢轨焊接接头，减少了列车的冲击与振动，延长了轮轨部件的使用寿命，给列车运行和行车安全带来诸多好处。无缝线路铺设迫切需要解决的问题是各种钢轨焊接问题，因此，钢轨焊接技术是实现无缝线路铺设的技术关键［1］，也是决定工程进度及质量的关键因素之一［2］。

1我国钢轨焊接技术及存在问题

国内外普遍采用的钢轨焊接方法有：闪光焊、气

压焊、铝热焊和电弧焊。我国主要采用前3种焊法。固定式闪光焊主要用于钢轨的厂内焊接；移动式闪光焊、移动式气压焊、铝热焊和电弧焊主要用于长钢轨现场焊接［3］。据1998—2000年统计结果，闪光焊接头约占我国无缝线路接头总数的87％，气压焊接头约占接头总数的10％，铝热焊接头约占接头总数的3％［4］。

1．1钢轨闪光焊

闪光焊是我国钢轨焊接的发展方向，其具有焊接

质量优良、力学性能接近钢轨母材、便于自动化控制等优点。

1．1．1焊接工艺原理

闪光焊就是利用对焊机使两端钢筋接触，通过低

电压的强电流产生的电阻热使金属达到熔化温度，产

生强烈飞溅，形成闪光，迅速施加顶锻力形成完整焊缝的一种电阻焊工艺。闪光对焊操作简单、生产效率高，但焊接工艺参数复杂多变。主要工艺参数有：不同闪光阶段的焊接电压和焊接时间、不同闪光阶段的闪光速度、闪光流量、顶锻量、顶锻力、有电顶锻时间和无电顶锻时间、顶锻速度等。

1．1．2存在问题

无缝线路中闪光焊缝数量最多，一般来讲，接触

焊缝质量较稳定，出现的问题较少。但某些偶然因素也会引起焊接质量不良。闪光焊存在的主要问题包括以下几个方面［5］：

（1）一些新焊机使用不正常，性能不够稳定，对部分新焊机的性能没有完全掌握，使得焊接质量不易控制；对旧焊机维修和配件更换不及时，使焊机不能正常工作，致使焊接接头综合性能下降，焊接质量不稳定；精磨机等焊接配套设备未能正常使用，使外观及质量达不到要求。

（2）在焊钳接触部位的底部出现电弧击伤现象，在电弧击伤处形成马氏体组织，从而形成裂纹，引起钢轨断裂。

（3）焊接参数选择不当，闪光过程不稳定、烧化不够、顶锻力不足、顶锻速度过低，导致焊接缺陷。

1．2钢轨气压焊接1．2．1

焊接工艺原理

钢轨气压焊接工艺原理是通过气体火焰对钢轨两

紧密贴合的清洁端面加热至塑性状态，金属原子具有了足够的“活化能”，能够穿过贴合面互相急剧扩散时，即对贴面加压顶锻。在高温高压的条件下施以足

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够的挤压力，使焊接表面之间的距离缩短到原子之间的相互作用半径，达到分子之间的金属键联接，完成重新再结晶，从而获得两钢轨牢固联结的焊接接头。焊接过程一般分为氧乙炔火焰预热、预顶施压、低压顶锻、高压顶锻、保压推凸等阶段。主要设备为压接机（包括推凸装置）、加热器、控制箱、水冷装置、高压电动泵站；辅助设备为直轨器、除瘤割炬、短磨机、顶磨机、氧气瓶、乙炔瓶及发电机组等。焊接工艺流程如图1所示［6］。

1．2．2存在问题

气压焊时对焊接接头端面的处理要求十分严格，焊接工艺受诸多人为因素影响，接头质量波动较大，不易控制，一般只作为闪光焊的补充，用于长轨在现场铺设时联合接头的焊接，或跨区间无缝线路的接头焊接。

移动式气压焊接缺陷包括：

（1）光斑一般产生于轨头及轨底三角区，危害性很大。产生原因：焊前钢轨端面加工不良，加热过程中雨水或污物污染端面；焊接加热时间短，加热器状态不良，摆动频率及宽度不当，气体流量匹配不合适等，导致焊接热输入不足；顶锻过早或顶锻量过小等。

（2）过烧一般产生于焊缝轨底角处。断口呈暗褐色，为松散的颗粒状组织。过烧组织极脆，无强度、塑性。产生原因：加热器火焰不均，加热火焰燃烧能量过大，使局部加热温度过高。操作人员技能欠佳也是其主要原因之一。

（3）下塌产生原因：加热器安装不正，或摆动量过宽，或气体匹配不当，或火焰温度低以及加热时间过长等。

（4）凹陷该缺陷多产生于轨底。产生原因：隧道内施工时因照明条件不良，推凸失败后用手工气割除瘤时，由于操作人员技能、环境条件困难而形成的人为气割损伤缺陷。

（5）外形偏差轨头焊缝处表面高低差和左右错牙均超过铁道部颁发的标准。产生原因：对轨时工艺操作方法不当，钢轨顺直距离不够，方向偏差及垫轨不实；压接机油缸不同步、轨底紧固螺栓不平是其主要原因。

（6）裂纹其常出现于轨底角部位。产生原因：轨端处理不当，对轨或焊接过程中端面受污染侵蚀而不能熔合；加热器轨底角处火孔不良，加热能量不足，致使轨底角局部未熔合。

气压焊存在的主要问题包括以下几个方面：

（1）目前生产气压焊机设备的生产厂家太多、太杂，气压焊设备存在的问题多。由于设备自身有问题，常出现压接机变形及加热器回火等现象，影响焊接质量。

（2）气压焊工艺比较复杂，由于是露天作业，受环境影响很大，因此焊接时容易出现加热不均、顶锻偏载、焊接接头变形等情况。在拉伸、放散和焊接综合施工中，有时出现顶锻力不足而导致“假焊”现象。

（3）焊接过程受人为因素影响很大，如轨端端面处理、钢轨对头、火焰观察、加热器摆动、顶锻加压、顶锻量等目前都由人工控制，易出现焊接接头错口和未焊透、光斑、过烧、轨底角凹陷、粗晶组织、裂纹、气孔等焊接接头缺陷。

（4）焊接作业人员质量意识不强，很多焊工没有经过严格的系统培训，操作不规范，没有严格执行焊接工艺标准，对气压焊的关键技术没有掌握，发生质量问题不能很好地解决。更有甚者认为“气压焊质量好，粘上就比铝热焊强”，这是一种错误观念，轻视了气压焊的科学性、复杂性，放松了质量意识。1．3钢轨铝热焊

钢轨铝热焊一般用于钢轨的现场焊接，

是道岔焊

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