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摘要：铁路钢轨无缝焊接是铺设无缝线路的重要环节，是线路行车安全的重要保证。铺设无缝线路的重要环节是轨道焊接、道岔焊接，文章重点阐述了气压焊接技术的操作工艺，并将我国无缝线路铺设时的几种焊接技术（接触焊技术、气压焊技术、铝热焊技术、电孤焊接技术）加以比较，为无缝线路焊接技术的优化和发展提供理论依据。
关键词：无缝线路 钢轨 焊接 工艺
由于钢轨的长度受到生产和运输条件的限制，我国当前投入使用的钢轨目前只有两种长度：即分别为12.5m和25m。隙缝的存在会给列车带来一定程度的阻力、颠簸和噪声，它们不利列车的正常运行，对铁轨寿命也会带来负面影响。如果能够将架设铁道的钢轨无缝连接起来，不仅有效降低钢轨的折旧速率，还可以大大提高火车运行时的稳定性，从而提高行车速度。
1 我国无缝线路钢轨焊接技术
1957年，长钢轨的焊接技术开始广泛应用在中国的铁路建设中，最早引进的是电弧焊接技术，其后又引进了前民主德国的铝热焊技术。到1963年后我国科学家发明了钢轨焊接机，钢轨气压焊和接触焊技术开始受到业界的关注。现如今，只有工地焊接联合接头采用气压焊以外，在焊轨厂已停止使用了。热焊技术在我国的推广和应用经历了一个曲折的过程，国内的科学家发明了大剂量三片模定时预热焊法和相关材料、工艺的创新，使我国铁路无缝线路焊接技术水平大幅提升。现阶段，移动式小型气压焊机已在我国铁路建设中区间联合接头的焊接工程中得到了推广和应用。
2 以气压焊接法为例加以介绍
气压焊接法操作工序简单、焊接质量优良、成本低廉，因此受到世界各国铁路部门的青睐，而且随着科技的发展，气压焊也在不断创新。在大多数情况下，通过气压焊接法铺设长钢轨后，经整道作业，线路基本稳定，即可在施工现场焊接钢轨，并参考施工设计锁定线路，再按照气压焊接法的相关操作对长轨联合接头施焊。
2.1 气压焊工艺 施焊阶段先进行气压焊焊轨工艺实验。采用双导柱卧式压接机以斜铁夹紧轨腰的新型移动式气压焊机施焊，对开单混合室的射吸式加热器，双流量计控制箱和一套三段顶压法焊接工艺。
2.2 工艺流程 施工准备→锯配轨→拉轨→轨端处理→对轨固定→点火焊接→焊缝正火→打磨及矫直→焊缝探伤→焊缝验收→现场清理。
2.3 施工工艺
2.3.1 施工准备。①检查设备。设备检查：施工前仔细排查设备故障，确保乙炔路、氧气路存气量充足，油路不漏油；推凸刀的刀刃完好无损；压接机、电源、加热器、泵站工作状态良好；各运动部件要活动自如。②安全情况检查。操作人员应按要求穿戴好劳动保护用品。施工现场及其附近区域若存在易燃、易爆物和挥发性气体，必须立即转移或采取安全防护措施。
2.3.2 锯轨配轨：联合接头的相错量>100mm时就必须锯轨。
2.3.3 拉轨：用拉轨器实施拉轨，松开钢轨扣件，将钢轨支撑在滚轮上。钢轨接头用枕木作支撑使接头位置对正。
2.3.4 轨端处理。①钢轨调直。焊接前借助1m的直尺调直钢轨，同时将钢轨矢度<±0.5mm。②端面打磨。打磨钢轨端面时，钢轨必须与打磨机的两个定位面贴实；打磨时，切记轻拿轻放端面打磨机，确保打磨机精准无误。
2.3.5 对轨固定，待焊轨装压接机并夹紧后，用300mm钢板尺检查其固定效果，一般应符合以下条件：①焊缝部位矢度≤0.3mm，两轨顶面高低错位应控制在0.2mm以内，轨顶面要平顺；若两轨顶面高差超限制，可用垫片调平。②误差≤0.3mm，注意作业面应该是平顺的。如果因轨头宽度与设计要求存在较大差异，或轨端发生旁弯，造成调直后无法达到理想状态，此时就要围绕基本轨轮廓面，在1m范围内将作业面直线度偏差控制在0.5mm
以内。③两轨底面高低错位量不应超过1mm。④根据设计要求实施预顶后，端面要紧贴钢轨，两底角要密贴，将局部间隙控制在0.3mm以内。⑤若偏差超限制，固定时施工效果不达标，此时要启动压接机，按设计要求重新处理钢轨端面，切忌强行开焊而破坏焊接质量。
2.3.6 点火焊接。①安装加热器。从钢轨与压接机导杆之间分别将加热器两侧侧向掐入，旋转90°置于导杆之上，同时以操作规范为基准将二者连接；转动加热器支承小车的转动轴，调整压接机摆动机构的挂钩长度，使加热器的焊接端与火孔面平行，最大偏差≤1mm；摇动加热二、三次，使焊接端平行于火孔平面。调整加热器支承块小车构件，使钢轨外轮廓附近和加热器火孔端面之间保持在（25±1）mm的间距。②预顶高压泵站加油门使预顶力达到18MPa到20MPa。③点火焊接。点火焊接时，为防止发生安全事故，必须在启动氧气路和乙炔路开关三、四秒后立即点火；摆动加热器加热，从0～3.5分钟到顶锻前，摆动频率为60次/min，摆动量为15～20mm。④降压并保压。点火加热，当钢轨发生塑性变形，焊缝及其附近就会稍微向上凸起，此时的顶锻压力宜设置为8～10MPa，并进行保压。⑤顶锻。完成上一工序后继续加热。当轨底角上表面产生多个1.5～3mm2的单个熔池，轨头顶面产生“镜面熔池”时进行顶锻。顶锻时，摆动频率为每分钟80次，摆动量约为30mm。⑥推凸。完成顶锻施工后停止加热，拆除加热器上的挂钩，随即把加热器推至压机右侧横梁的极限；泵站换向、左侧横梁（活动端）的轨顶螺栓松开后，泵站给油倒车，当左横梁松动时，迅速将这一端的斜铁打松后开始倒车，目测焊瘤和推刀垫之间的距离能够容下刀体即可停止倒车，立即放置前刀体，推入腰刀并安装底刀，泵站换向给油开始推凸，将焊瘤推离焊缝后，泵站换向给油倒车，将两横梁的间距拉至最大限值立即关闭泵站，拆除推凸装置。推凸时，若压力达到40MPa，推凸刀仍无法将焊瘤推除，就应立即中止推凸，将推凸装置拆除后人工推除。
2.3.7 焊缝正火。①钢轨接头的正火起始和终了的温度分别是400～500℃、850～900℃。②焊缝摆动总宽度是0～2min时为40mm，50～60次/min；摆动总宽度在2～3min时大概在60～80mm，1分钟平均摆动35～40次。③被正火部位的温度下降到全黑后再将垫轨的枕木墩撤下，以防焊接部位变形。④焊缝部位正火后温度超过250℃，不得对该部位浇水或火烤，也不能敲击该部位，以免使焊缝出现塑性变形的问题。 2.3.8 焊后打磨及矫直。①采用仿形打磨机对焊接接头的轨顶面和各个侧面进行打磨，注意控制打磨温度。②打磨前先用1米直尺量测焊缝，通过弯轨机调直弯曲或变形的焊缝再开始打磨。③严格按验收要求打磨钢轨。
2.3.9 焊缝探伤。①当焊缝温度<50℃时方可探伤。②对有疑问的焊接接头应进行复探。③如果焊缝内部未焊透，或存在气孔夹渣或裂纹，应报废焊头重新焊接。
2.3.10 焊缝验收。仔细检查通过探伤的焊缝，以确保其外观尺寸符合设计要求。
3 几种无缝线路焊接技术的比较
铁路钢轨，当前通常采用分步焊接的方法来铺设，这种方法要求焊接工厂事先在沿路施工地点设立，再将标准钢轨运至工厂，将其焊接成便于短距离搬运的长钢轨，然后运抵施工现场进行拼接安装，铺设出跨区间性的无缝铁轨。从实际工作中来看，一般采用气压焊、接触焊、铝热焊、电弧焊等方法焊接铁轨。
3.1 铝热焊：该技术是用燃烧铝热剂生成的热能来加热焊缝，融化的钢水导入到砂模内，由此实现无缝焊接。
铝热焊对设备和技术要求甚少，但焊接质量差，要控制焊接质量，必须加强现场质量监控。
3.2 气压焊：气压焊是通过可燃气体燃烧后生成的热能使钢轨融化，同时对钢轨施加物理压力进行焊接。
气压焊的焊接速度快、质量优良，且成本低廉，对电源功率要求不高，但对接头断面的处理技术要求十分苛刻。
3.3 接触焊：接触焊是利用电阻阻碍电流所形成的高温热量来实施焊接的。接触焊的焊接速度快、质量优良，但造价较高，对焊接设备和电源功率要求也高，目前只适用于工厂作业。
3.4 电弧焊：普通维修常采用此法。焊接部位的金属机械性能几乎与母材无差异，其耐磨强度和硬度甚至优于母材。
4 结束语
目前，我国铁路施工技术已达到国际水准。作为铁路建设部门，应该不遗余力地继续探索更符合国内施工条件的铁路施工技术，特别要在无缝线路焊接上下功夫，以达到节能降耗的目的。无缝线路已在不同气候区的铁路与铁路桥桥梁上有较大的发展与突破。相信新型式超长无缝线路在今后会得到广泛而迅速的推广和使用。必须掌握好无缝线路的焊接技术，才能保证无缝线路的施工质量，以便更好地满足运营的需要，使旅客乘车更加舒适。
参考文献：
[1]广钟岩，高慧安.铁路无缝线路[M].北京：中国铁道出版社，2011.
[2]张锋.我国铁路无缝线路焊接技术分析研究[J].硅谷，2012（11）.
[3]马庆海.无缝线路钢轨焊接接头低塌焊补方法的探讨[J].科技创新与应用，2012（18）.
关键词：无缝线路 钢轨 焊接 工艺
由于钢轨的长度受到生产和运输条件的限制，我国当前投入使用的钢轨目前只有两种长度：即分别为12.5m和25m。隙缝的存在会给列车带来一定程度的阻力、颠簸和噪声，它们不利列车的正常运行，对铁轨寿命也会带来负面影响。如果能够将架设铁道的钢轨无缝连接起来，不仅有效降低钢轨的折旧速率，还可以大大提高火车运行时的稳定性，从而提高行车速度。
1 我国无缝线路钢轨焊接技术
1957年，长钢轨的焊接技术开始广泛应用在中国的铁路建设中，最早引进的是电弧焊接技术，其后又引进了前民主德国的铝热焊技术。到1963年后我国科学家发明了钢轨焊接机，钢轨气压焊和接触焊技术开始受到业界的关注。现如今，只有工地焊接联合接头采用气压焊以外，在焊轨厂已停止使用了。热焊技术在我国的推广和应用经历了一个曲折的过程，国内的科学家发明了大剂量三片模定时预热焊法和相关材料、工艺的创新，使我国铁路无缝线路焊接技术水平大幅提升。现阶段，移动式小型气压焊机已在我国铁路建设中区间联合接头的焊接工程中得到了推广和应用。
2 以气压焊接法为例加以介绍
气压焊接法操作工序简单、焊接质量优良、成本低廉，因此受到世界各国铁路部门的青睐，而且随着科技的发展，气压焊也在不断创新。在大多数情况下，通过气压焊接法铺设长钢轨后，经整道作业，线路基本稳定，即可在施工现场焊接钢轨，并参考施工设计锁定线路，再按照气压焊接法的相关操作对长轨联合接头施焊。
2.1 气压焊工艺 施焊阶段先进行气压焊焊轨工艺实验。采用双导柱卧式压接机以斜铁夹紧轨腰的新型移动式气压焊机施焊，对开单混合室的射吸式加热器，双流量计控制箱和一套三段顶压法焊接工艺。
2.2 工艺流程 施工准备→锯配轨→拉轨→轨端处理→对轨固定→点火焊接→焊缝正火→打磨及矫直→焊缝探伤→焊缝验收→现场清理。
2.3 施工工艺
2.3.1 施工准备。①检查设备。设备检查：施工前仔细排查设备故障，确保乙炔路、氧气路存气量充足，油路不漏油；推凸刀的刀刃完好无损；压接机、电源、加热器、泵站工作状态良好；各运动部件要活动自如。②安全情况检查。操作人员应按要求穿戴好劳动保护用品。施工现场及其附近区域若存在易燃、易爆物和挥发性气体，必须立即转移或采取安全防护措施。
2.3.2 锯轨配轨：联合接头的相错量>100mm时就必须锯轨。
2.3.3 拉轨：用拉轨器实施拉轨，松开钢轨扣件，将钢轨支撑在滚轮上。钢轨接头用枕木作支撑使接头位置对正。
2.3.4 轨端处理。①钢轨调直。焊接前借助1m的直尺调直钢轨，同时将钢轨矢度<±0.5mm。②端面打磨。打磨钢轨端面时，钢轨必须与打磨机的两个定位面贴实；打磨时，切记轻拿轻放端面打磨机，确保打磨机精准无误。
2.3.5 对轨固定，待焊轨装压接机并夹紧后，用300mm钢板尺检查其固定效果，一般应符合以下条件：①焊缝部位矢度≤0.3mm，两轨顶面高低错位应控制在0.2mm以内，轨顶面要平顺；若两轨顶面高差超限制，可用垫片调平。②误差≤0.3mm，注意作业面应该是平顺的。如果因轨头宽度与设计要求存在较大差异，或轨端发生旁弯，造成调直后无法达到理想状态，此时就要围绕基本轨轮廓面，在1m范围内将作业面直线度偏差控制在0.5mm
以内。③两轨底面高低错位量不应超过1mm。④根据设计要求实施预顶后，端面要紧贴钢轨，两底角要密贴，将局部间隙控制在0.3mm以内。⑤若偏差超限制，固定时施工效果不达标，此时要启动压接机，按设计要求重新处理钢轨端面，切忌强行开焊而破坏焊接质量。
2.3.6 点火焊接。①安装加热器。从钢轨与压接机导杆之间分别将加热器两侧侧向掐入，旋转90°置于导杆之上，同时以操作规范为基准将二者连接；转动加热器支承小车的转动轴，调整压接机摆动机构的挂钩长度，使加热器的焊接端与火孔面平行，最大偏差≤1mm；摇动加热二、三次，使焊接端平行于火孔平面。调整加热器支承块小车构件，使钢轨外轮廓附近和加热器火孔端面之间保持在（25±1）mm的间距。②预顶高压泵站加油门使预顶力达到18MPa到20MPa。③点火焊接。点火焊接时，为防止发生安全事故，必须在启动氧气路和乙炔路开关三、四秒后立即点火；摆动加热器加热，从0～3.5分钟到顶锻前，摆动频率为60次/min，摆动量为15～20mm。④降压并保压。点火加热，当钢轨发生塑性变形，焊缝及其附近就会稍微向上凸起，此时的顶锻压力宜设置为8～10MPa，并进行保压。⑤顶锻。完成上一工序后继续加热。当轨底角上表面产生多个1.5～3mm2的单个熔池，轨头顶面产生“镜面熔池”时进行顶锻。顶锻时，摆动频率为每分钟80次，摆动量约为30mm。⑥推凸。完成顶锻施工后停止加热，拆除加热器上的挂钩，随即把加热器推至压机右侧横梁的极限；泵站换向、左侧横梁（活动端）的轨顶螺栓松开后，泵站给油倒车，当左横梁松动时，迅速将这一端的斜铁打松后开始倒车，目测焊瘤和推刀垫之间的距离能够容下刀体即可停止倒车，立即放置前刀体，推入腰刀并安装底刀，泵站换向给油开始推凸，将焊瘤推离焊缝后，泵站换向给油倒车，将两横梁的间距拉至最大限值立即关闭泵站，拆除推凸装置。推凸时，若压力达到40MPa，推凸刀仍无法将焊瘤推除，就应立即中止推凸，将推凸装置拆除后人工推除。
2.3.7 焊缝正火。①钢轨接头的正火起始和终了的温度分别是400～500℃、850～900℃。②焊缝摆动总宽度是0～2min时为40mm，50～60次/min；摆动总宽度在2～3min时大概在60～80mm，1分钟平均摆动35～40次。③被正火部位的温度下降到全黑后再将垫轨的枕木墩撤下，以防焊接部位变形。④焊缝部位正火后温度超过250℃，不得对该部位浇水或火烤，也不能敲击该部位，以免使焊缝出现塑性变形的问题。 2.3.8 焊后打磨及矫直。①采用仿形打磨机对焊接接头的轨顶面和各个侧面进行打磨，注意控制打磨温度。②打磨前先用1米直尺量测焊缝，通过弯轨机调直弯曲或变形的焊缝再开始打磨。③严格按验收要求打磨钢轨。
2.3.9 焊缝探伤。①当焊缝温度<50℃时方可探伤。②对有疑问的焊接接头应进行复探。③如果焊缝内部未焊透，或存在气孔夹渣或裂纹，应报废焊头重新焊接。
2.3.10 焊缝验收。仔细检查通过探伤的焊缝，以确保其外观尺寸符合设计要求。
3 几种无缝线路焊接技术的比较
铁路钢轨，当前通常采用分步焊接的方法来铺设，这种方法要求焊接工厂事先在沿路施工地点设立，再将标准钢轨运至工厂，将其焊接成便于短距离搬运的长钢轨，然后运抵施工现场进行拼接安装，铺设出跨区间性的无缝铁轨。从实际工作中来看，一般采用气压焊、接触焊、铝热焊、电弧焊等方法焊接铁轨。
3.1 铝热焊：该技术是用燃烧铝热剂生成的热能来加热焊缝，融化的钢水导入到砂模内，由此实现无缝焊接。
铝热焊对设备和技术要求甚少，但焊接质量差，要控制焊接质量，必须加强现场质量监控。
3.2 气压焊：气压焊是通过可燃气体燃烧后生成的热能使钢轨融化，同时对钢轨施加物理压力进行焊接。
气压焊的焊接速度快、质量优良，且成本低廉，对电源功率要求不高，但对接头断面的处理技术要求十分苛刻。
3.3 接触焊：接触焊是利用电阻阻碍电流所形成的高温热量来实施焊接的。接触焊的焊接速度快、质量优良，但造价较高，对焊接设备和电源功率要求也高，目前只适用于工厂作业。
3.4 电弧焊：普通维修常采用此法。焊接部位的金属机械性能几乎与母材无差异，其耐磨强度和硬度甚至优于母材。
4 结束语
目前，我国铁路施工技术已达到国际水准。作为铁路建设部门，应该不遗余力地继续探索更符合国内施工条件的铁路施工技术，特别要在无缝线路焊接上下功夫，以达到节能降耗的目的。无缝线路已在不同气候区的铁路与铁路桥桥梁上有较大的发展与突破。相信新型式超长无缝线路在今后会得到广泛而迅速的推广和使用。必须掌握好无缝线路的焊接技术，才能保证无缝线路的施工质量，以便更好地满足运营的需要，使旅客乘车更加舒适。
参考文献：
[1]广钟岩，高慧安.铁路无缝线路[M].北京：中国铁道出版社，2011.
[2]张锋.我国铁路无缝线路焊接技术分析研究[J].硅谷，2012（11）.
[3]马庆海.无缝线路钢轨焊接接头低塌焊补方法的探讨[J].科技创新与应用，2012（18）.