隨著高速、重載鐵路的快速發展，軌道結構逐漸被普通路線被無縫路線取代。與普通線路相比，無縫線路在工廠消除了大量鋼軌接頭，因而具有運行平穩、軌道維護成本低、使用壽命長等優點。已成為目前高速鐵路線建設的主要方式。無縫線路是鐵路軌道上的重要新技術。將普通鋼軌焊接成一定長度的長軌，焊接鋪設一定長度的長軌形成的線路稱為無縫線路。鋼軌焊接是無縫線鋪設的重要組成部分。
目前，無縫線軌接頭的焊接方法主要有鋼軌接觸焊、氣壓焊和鋁熱焊：
01 接觸焊接方法及工藝
工廠焊接一般採用鋼軌接觸焊（閃光焊）。 95%的無縫線是透過這項工藝完成的，即將長度為25公尺、無孔的標準鋼軌焊接成200-500公尺的長鋼軌。
其原理是利用電流通過鋼軌的接觸面產生熱量，使鋼軌的部分端面熔化，然後透過鐓鍛完成焊接。由於接觸焊的焊接熱源來自工件內部熱源，熱量集中，加熱時間短，焊接過程不需要填充金屬，冶金工藝相對簡單，熱影響區體積小，易於獲得較好的焊接接頭。
鋼軌焊接廠採用的焊接工藝基本上相同，包括：鋼軌匹配、探傷、修復鋼軌端面、進入待焊工位、焊接、粗磨、精磨、矯直、正火、探傷檢測、進入軌道站台、安裝焊接工序是所有工序中最關鍵的。焊接品質的好壞直接關係到線路維護的工作量。如果出現問題，嚴重時會危及行車安全。與其他鋼軌焊接方法相比，閃光焊接自動化程度高，受人為因素影響較小。焊接設備採用電腦控制，焊接品質波動小，焊接生產率高。一般情況下，與氣壓焊和鋁熱焊相比，鋼軌接觸焊縫的強度較高，線上破損率約為0.5/10000以下。但與基材相比，其強度仍低於基材，原因如下：
(1)鋼軌為大斷面棒材，其芯材較差，夾雜物熔點低，疏鬆，晶粒粗大。在焊接鐓粗過程中，邊材受到擠壓，芯材被向外膨脹所取代，纖維組織被打斷、彎曲，且鐓粗量越大，這種情況越明顯。
(2)由於焊接高溫的熱影響，焊縫周圍1-2mm區域晶粒粗大，晶粒降低至1-2級
(3)鋼軌斷面不平整，鋼軌頂部及底部為緻密截面，鋼軌底部兩角為展開截面。焊接時鋼軌底部兩角溫度較低。溫度應力
(4)焊縫上有難以消除的缺陷－灰點。
02 氣壓焊焊接方法及工藝
目前廣泛使用的鋼軌氣壓焊接是小型移動式氣壓焊接機，主要用於現場焊接長鋼軌接頭處，也可以利用封閉天窗對破損鋼軌進行焊接。
其原理是將鋼軌焊接端面加熱至塑性狀態，在固定鐓粗力的作用下產生鐓粗量。當鐓鍛量達到一定量時，鋼軌被焊接成一個整體。
目前的小型氣壓焊機基本上都是國產焊接，焊接工藝一般分為氧乙炔焰預熱、預加壓、低壓鐓粗、高壓鐓粗、保壓推壓等階段。需要人工對軌並用肉眼觀察加熱情況，因此受人為因素影響較大，容易出現焊接誤差和接頭缺陷。
但由於它具有設備簡單、體積小、重量輕的特點，便於線上、線下和施工現場移動，操作也比較簡單，所以被廣泛用於施工現場的長鋼軌焊接。
03 鋁熱焊方法及工藝
鋁熱焊一般用於鐵路鋼軌的現場焊接，是線路敷設不可缺少的方法，特別是無縫鎖線和斷軌修復。鋼軌的鋁熱焊是利用焊劑中的鋁與氧氣在高溫條件下產生強烈的化學親和力來實現的。它還原重金屬並同時釋放熱量，將金屬熔化成鐵水用於鑄造和焊接。
其重要工序是將配製好的鋁熱劑熔劑放入特製坩堝中，以高溫火柴點燃熔劑，產生強烈的化學反應，得到高溫鋼水和爐渣。反應平靜後，將高溫鋼水倒入預熱的砂型中緊固鋼軌，將對接鋼軌端部在砂型中熔化，冷卻後取出砂型，及時對焊縫進行整形。鋁熱焊設備雖然具有投資低、焊接操作簡單、接頭光潔度好的特點，但焊接處為較厚的鑄造組織，韌性和塑性較差。最好進行焊後熱處理，以提高焊接接頭的性能。 。
總之，長鋼軌的焊接品質應以接觸焊和氣壓焊較好。接觸焊和氣壓焊的極限強度、屈服強度和疲勞強度均可達到母材的90%以上。鋁熱焊的品質稍差，其極限強度僅為母材的70%左右，疲勞強度較差，僅達到母材的45%～70%，屈服強度稍好，與接觸焊接近。
發佈時間：2023年3月1日
