本文作者：牛道安  单位：昆明铁路局

钢轨折断严重危及列车的运行安全，随着列车运行速度的提高，防止钢轨折断显得尤为重要。钢轨焊缝的伤损、折断占钢轨伤损和折断总数的比例较大。根据近几年钢轨折断和伤损的统计资料，无缝线路钢轨的焊缝伤损占疲劳伤损总数的60%左右，无缝线路钢轨折断发生在焊缝处的比例达70%。因此，提高焊缝的可靠性是减少钢轨折断的主要途径。无缝线路长钢轨是由标准定尺长度的钢轨(长度25m和100m)在焊轨工厂焊接成500m长钢轨，用专用长轨车运到现场铺设的，本文主要讨论工厂焊接可靠性控制。2008年在昆明黄龙山建设焊轨基地，在焊接工艺的设计和优化过程中开展了以提高焊缝可靠度为目标的研究和探索，并付诸了实施。在可靠性控制方面，实施了多项科研课题，解决了传统工艺中存在的缺陷，先后研制了钢轨焊接计算机管理系统、钢轨轨腰焊缝自动化打磨机床、轨底焊缝自动化打磨机、焊接预拱度控制工装和弹性辊筒线等设备，在生产中消除或减少了焊接过程中的残余应力和微细裂纹，减少了应力集中点，提高了钢轨工厂焊接接头可靠性。

1影响钢轨焊接接头可靠性因素

焊缝折断集中发生在焊带和焊接热影响区。根据对大量焊缝处钢轨的折断原因的分析，造成焊缝处钢轨疲劳折断的原因主要有焊缝处存在应力集中、焊缝处有裂纹源或残余应力影响。1)应力集中分析钢轨工厂焊接采用闪光接触焊，完成加热后进行顶锻焊接，形成的焊瘤比钢轨原断面大，需要用推瘤刀切除。推瘤刀的刀痕(深度达1mm)形成了应力集中点;在传统工艺中为消除刀痕采用手砂轮手工打磨推瘤后的焊带，造成的凸凹不平形成新的应力集中点(图1中所示1，2，3处);在传统焊接工艺中不考虑两根焊接钢轨的高度偏差，任意选取两根钢轨焊接，造成焊带两侧轨底面不能保持在一个平面(图1中所示6，7处)，部分焊带处轨底高差较大，也形成应力集中。以上三种应力集中，使裂纹源快速发展，导致钢轨折断。2)焊缝处有裂纹源或残余应力为了能较好地满足焊接后焊缝两侧钢轨顶面和作用边平直度公差的要求，传统工艺采用焊接后冷校直工艺，虽然焊缝平直度达到了要求，但是产生了残余应力，个别情况下产生裂纹源。由于钢轨化学成分中含碳量较高(0.65%～0.78%)，含Mn量达1%左右以及含Si和V，属高碳钢，在常温下的延展性能较差;二是钢轨断面积较大，抗弯截面模量大，在常温下通过施加机械外力校直焊接不平顺，使焊缝处局部轨底角和轨头部发生塑性拉伸变形，出现残余应力，个别情况下出现裂纹源;三是冷校直工序是在焊缝正火热处理和自然时效后进行的，局部冷拉伸塑性变形产生的残余应力短时间内无法消除。如图2，残余应力或裂纹源与应力集中叠加出现时钢轨折断的概率就比较高。

2提高焊缝可靠度的工艺设计

2.1科学配轨焊接前选配钢轨断面尺寸，减小焊缝两侧钢轨断面尺寸偏差，消除钢轨高差引起的应力集中。钢轨焊接计算机管理系统在焊接前将待焊钢轨编码，测量轨高、轨头宽度、轨底宽度，录入数据库。根据60kg/m钢轨外形尺寸的允许偏差，设定了配轨标准，钢轨轨高最大差值αmax=0.4mm、轨头宽最大差值βmax=0.4mm、轨底宽最大差值λmax=0.66mm(速度＜160km/h时，λmax=0.83mm)。选配的方法使用快速分类方法，把参与选配的钢轨进行分类，分为只适合选配在长轨头部、轨尾和轨条的任何位置三类，分别命名为一类轨，二类轨，三类轨。钢轨高、钢轨轨头宽、钢轨轨底宽规定值分别为A，B，C;实测A端钢轨高、钢轨轨头宽、钢轨轨底宽分别为A1，A2，A3，其超差值分别为αA=A1－A，βA=A2－B，λA=A3－C;B端钢轨高、钢轨轨头宽、钢轨轨底宽分别为B1，B2，B3，其超差值分别为αB=B1－A，βB=B2－B，λB=B3－C;对差值与允许误差值进行判别是否合格，如某钢轨某项宽度是否合格可以用式(1)进行判定式中，0值指不能进行选配的钢轨，1，2，3分别对应着一类轨，二类轨和三类轨，并分别用G1，G2，G3表示。经过计算机反复计算，优选出最佳的配合方案进行焊接，保证焊缝两侧钢轨断面尺寸最接近。一是保证了焊缝的平直度，减少焊后校直的工作量，减小残余应力。二是保证钢轨底部高差最小，减小应力集中。

2.2研发打磨设备1)取消手工打磨工序，研发轨底焊缝自动化打磨机对焊带的轨底部分进行精磨，见图3。一是打磨后表面粗糙度达到3.2μm，消除了推瘤的刀痕。二是轨底焊缝自动化打磨机对焊带的轨底部分进行精磨可以使焊带与轨底的高差控制在不大于0.5mm范围。消除和减小了应力集中。2)取消手工打磨工序，研发了钢轨轨腰焊缝自动化打磨机床，对焊带的轨腰部分进行精磨。该设备分三个工位，每个工位设计有两个磨头，分别磨削钢轨两侧焊缝的轨腹部分、焊缝轨底脚1∶9斜面、焊缝轨底脚外侧。该设备采用数控系统及交流伺服电机分别控制各数控轴。设计的除尘系统，可达到环保要求，焊缝允许偏差见表1。

2.3减小和消除残余应力1)采用焊接时预拱度(用长度为1m的直尺测量)控制，取消焊后冷校直机的使用。在焊机后方加装预拱度控制装置，使焊接后高温状态下(温度1300℃左右)预拱度值控制在2.2～2.5mm，控制预拱曲线为半径为54m的圆曲线，从而保证在冷却到常温状态下预拱度值控制在0.4～0.6mm。不用冷调直机矫正焊缝，直接精磨，即可满足焊缝竖向平面内平直度要求，消除了冷校直过程在焊缝处产生的残余应力和裂纹源(见图4)。2)减小对热塑状态焊缝的冲击。在焊机后部200m范围的辊筒线上设置弹性辊筒，钢轨在输送过程中，各辊筒均衡分布荷载，减小辊筒对高温状态下焊缝的冲击，保持预拱度不变化。3)正火工位消除焊接应力及预拱度控制产生的应力。

2.4焊后精磨使用精磨机对焊接接头轨顶面及轨头侧面工作边进行精磨，精磨后保持了轨头轮廓形状，其精磨长度为焊缝中心线两侧各450mm范围;精磨后在工位上测量的接头平直度，以焊缝为中心1m范围内，满足钢轨顶面的平直度为0.10～0.33mm、轨头侧面工作边的平直度为+0.1mm(正值表示凸出)～－0.2mm(负值表示凹进);精磨后接头表面不平度满足焊缝中心线两侧各100mm范围内表面不平度不大于0.2mm。其精磨后焊缝顶面的平直度曲线如图5。

3结语

通过对钢轨焊接工艺的优化研究和实施，消除或减少了焊接过程中的残余应力和微细裂纹，减少了应力集中点，接头的各项指标一次通过型式检验。而且，日常的历次生产检验合格率均达到百分之百。从2009年至今出厂的焊缝没有检出伤损。

论文写好了，要发表到哪里去，这可是件大事，可以在本站了解一下评职的具体要求哦，可能与你单位的评职要求相吻哈哦，可咨询我们哦。