刘慧娟

（中铁二十二局集团第二工程有限公司，北京100000）

0 引言

铁路钢轨大多由含碳量一定的钢材进行表面淬火后再经过挤压机挤压制成，钢轨具有较强的抗扭转性能，能够在超低温与超高温环境下保持良好的性能。但钢轨的主要成分是钢铁，长时间使用后就会出现钢铁疲劳甚至出现脆断，由于火车车轮与钢轨之间的接触形式为刚性接触，钢轨出现微小错位和轨道变形都会导致火车脱轨，对乘客的生命和财产安全造成极大威胁。我国早在21世纪之初就提出安全运输的号召，动用所有社会优秀资源和技术保证铁路运输安全。铁路运输安全离不开对钢轨的日常养护和检修，正是因为有无数个在工作岗位上默默付出的钢轨探伤人员，才保证了铁路运输的可靠及安全。通过研讨铁路钢轨焊接方法以及探伤的必要性，针对短钢轨铺设时焊接为长钢轨的焊接过程进行深入探讨，为相关人员提供必要的理论支撑。

1 铁路钢轨常见焊接方法介绍

1.1 铝热焊接技术

铝是一种常温下化学性质特别活泼的金属，在空气中会发生剧烈的氧化反应生成Al2O3，而在水中会与水分子反应生成Al(OH)3；铝热焊接技术正是运用铝的这种活泼的金属性质，让重金属氧化物和铝热剂进行共同预热处理，最终实现对钢轨的熔化再加工的焊接过程。铝在重金属氧化物与坩埚的共同作用下会在坩埚内放出大量的热，将钢轨熔化为钢水，操作人员将钢水放入既定的砂模中最终实现钢轨的成型加工。铝热焊接技术可达到操作简单、施工方便的焊接目标，节约施工时间的同时也提升了焊接效率。但通过铝热焊接技术成型的钢轨的钢筋的力学性能是否发生改变，以及物理性能是否可靠，还需在下一步的现场检验中加以分析。

1.2 工地现场闪光焊接

预设钢轨在进行空间六自由度定位后，利用电流热效应进行焊接的方法称为工地现场闪光焊，顾名思义电阻在产生大量热时往往会发出亮光，实现对热能的转化。利用数控加工与电流热相互配合可做到精确焊接，将焊接合格率提高至96%以上，保证了施工质量。在火车日益提高运行速度以及铁路部门对铁路焊接技术需求不断提高的今天，闪光焊逐步取代了铝热焊以及气压焊技术，成为钢轨焊接的主要焊接方法。在两段钢轨间加入数值较大的交变电流，迫使其产生大量热，在电流的作用下，钢轨极易产生金属过梁，配合顶锻技术共同达到理想的焊接效果。在通电瞬间产生的闪光效果会使钢轨再次加热，提升电流的加热作用，有效提升断面温度，避免由于熔化不均造成温度不平衡情况最终导致钢轨内部存在残余应力，同时闪光也可作为碳元素排放的催化剂，保证单位面积钢轨的含碳质量分数，避免由碳元素内部含量发生变化发生钢结构的变形。

1.3 气压焊接

气压焊接是应用氧气和乙炔作为燃烧介质，实现对钢轨的加热与加压进行焊接的施工方式。在钢轨温度达到塑性变形后，在固态与熔融液态平衡点间施加顶锻力以产生顶锻量，最终使钢筋接头有效挤压一起，达到焊接目的。气压焊接不但可用于焊接长钢轨的联合接头，同时也可封锁钢轨天窗，进行多功能伤轨焊接处理。国内轨道焊接往往采用小型气压焊接机，通过对氧气与乙炔的预热、预顶施压、低压顶锻以及高压顶锻等阶段，进行气压焊机与锻造。由于施工设备体积小、质量较轻，具有良好的机动性能，便于在钢轨移动，往往在长轨条焊接中应用广泛。

2 焊接方法产生的缺陷介绍

2.1 铝热焊接方法造成缺陷

在铝金属受热熔化形成铝水后，钢会在铝水高温作用下形成钢水。由于液体具有流动性，钢经历熔化变成液体后会引发孔穴问题，造成缩孔；缩孔会导致局部过热，甚至会导致钢结构颜色发生改变，虽然钢轨在使用过程中不会考虑其颜色对使用的影响，但颜色发生变化反映了钢结构内部碳元素发生焦化，最终会引起内部结构变形，对焊接起到反作用。若焊接前钢轨内部存在不连贯的缩孔，则会导致焊接疏松情况，严重影响了焊接质量，降低焊缝组织的密封性和拒水性。在铝热水焊接前，砂模的选取及对钢轨轨道的清洁不到位都会导致气孔问题。在铝热焊铸造过程中，最常见的问题就是夹渣；由于钢轨内部存在的一定杂质，熔化后，杂质进入焊缝导致夹渣情况出现。夹渣与铁水混合后会降低钢轨的整体抗拉压性能，甚至造成钢轨“跑铁”情况，降低钢轨的综合性能，使其不能达到预期的目标。

2.2 工地闪光焊接方法造成缺陷

在工地闪光焊前，将钢轨架设在滑动设备上；常用的滑动设备包含滚轮式与滚棍式两种，滚轮式是在滚轮下部有钢支撑，摩擦力系数为钢铁之间的摩擦系数，避免了不同物质之间的相互摩擦，避免了分子在不同物质之间的扩散。但相关技术人员为了节约成本，往往选用滚棍式滑动构件，由于滚棍为柱状物体，滚动时会对钢轨造成印痕，降低钢轨整体刚度。在控制顶锻力方面，多数施工建设单位采用自动化设备钢轨拔弯法，虽焊接接头与拔弯位置留有一定距离，但还是会影响焊接接头的平直度，不能保证焊接质量。工地闪光焊由于更多应用在锁定与通车线路，焊接后的钢轨不能承受车辆载荷，造成预拱度精度下降，进而造成钢轨位置的绝对滑移，形成安全误差。

2.3 气压焊接方法造成缺陷

气压的缺陷与闪光焊接缺陷较相似，以平面为主，主要组成为未焊合及反应光斑，其余部分是推凸造成的缺陷。而气压焊接之所以不能被推广使用的主要原因就是气压技术与焊接需求相背离，而现存探伤技术往往不能对光斑缺陷做出准确、快速检测。焊接反应光斑是发生断轨事故的主要原因，由于反应光斑是介于焊合与未焊合间的产物，具有一定的迷惑性，在焊接过程如果忽略了光斑则会造成熔合面光滑，应力在光滑熔合面上扩散速度较快，会造成应力大量集中，钢轨来不及进行微小形变释放应力，导致断轨情况出现。以快速铁路为例，断轨事故的发生是不可预见的，一旦快速列车飞驰而来就会造成断轨情况加剧，甚至导致列车出轨，对群众生命财产造成极大威胁。

3 从工作流程以及施工工艺方面提升探伤流程质量的措施

3.1 利用超声扫查方式进行探伤

焊缝探伤检查组人数不少于八人，设备数量不少于五台，超声设备可在使用时间内不断发生超声射频，一旦碰触到焊缝位置就会因反射时间的不同，直接通过设备示数读取。超声探伤可做到无损探伤，同时可提升探伤的准确性，探伤能力不受空间、时间、电磁、环境干扰，而超声来源只需专用电池即可满足。由于对钢轨内部结构几乎没有影响，如今已经成为探伤领域中应用最广泛的方法。在选用超声设备时，应关注超声设备的射频区间，选用灵敏度更高的设备，为探伤工作提供必要的理论支撑。

3.2 严格把控焊接技术的选择与应用

常见的钢轨探伤检测方法还包括涡流检测、磁粉检测与射线检测。与超声波探伤技术相比，涡流检测利用电磁感应原理是检测钢轨表面近表面缺陷的科学方法，利用能量较强的磁感线圈使内部导电构件产生电涡流，借助探测线圈探测单位时间涡流电流的变化量，分析钢轨电阻率以及电流的融通能力，便于了解情况。涡流探伤分为穿过式探伤、探头式探伤及插入式探伤，穿过式用于铁轨管材检测，探头式用于钢轨局部检测，插入式用于对管孔的内部检测。磁粉探伤将具有潜在磁化能力材料进行磁化，利用磁化后的缺陷构件进行磁粉的吸附，最终判定缺陷情况。但此方法具有一定缺陷，在漏磁场部分就会造成磁粉吸附不准确情况，只能辨别出其大体形状，无法判别深度。磁粉探伤操作简单，材料可循环使用，适用于较短的钢轨。射线探伤利用各种放射性射线进行透视探伤，通过放射性光线在穿过不同厚度的材料会造成的衰减情况来准确探查内部损伤情况，最终决定科学的修补方案，提升钢轨的整体使用性能，延长其使用寿命。焊接施工部门在焊接前应根据钢轨长度及质量选用合适的焊接技术，节约焊接成本，提升焊接探伤的科学性与高效性[1]。

3.3 引入新技术提升探伤高效性及准确性

在快速发展的信息社会，利用远程数字化探伤是探伤领域的先进技术。加强模拟探伤技术的应用，利用ANSYS 等有限元分析软件详细分析裂缝成因及作用点，根据数据制定有效的焊接方法。在高海拔地区或工作环境极为恶劣区域，可选用自动化探测机器人对钢轨焊接情况进行实时检测，通过卫星互联技术及时回传检查信息，为后台数据分析部门提供更加精确的检测情况提升部门的协调能力。新技术汇集了当今世界的最新研究成果，相关人员应多学习，提高探伤速度及探伤精度，实现钢轨焊接过程的平稳过渡，不断提升钢轨的焊接技术。

4 结语

铁路钢轨是现代交通运输的重要组成部分，但在钢轨铺设中经常由于材料选用不合理、焊接出现技术性问题导致钢轨连接过程出现错位情况，严重影响了列车运行的平稳性和安全性。列车探伤工作正是对此类问题进行找寻，来保证铁路运输畅通无阻的有效做法，相关人员应提升重视程度，不断推动铁路事业向好向强发展。