钢轨电弧焊特点

电弧焊的最大特点是局部小范围加热，加热效率高，使用方便，十分适合快速加热和冷却的高锰钢焊接，也适合钢轨局部缺陷的焊补是目前国内外钢轨和辙焊补中使用最为广泛的方法。但必须注意的是，对于钢轨焊补，必须进行适当的钢轨预热。

因为钢轨局部加热和快速冷却易使钢轨产生异常的马氏体、贝氏体等脆性组织，使钢轨脆性增大。预热则可以避免异常组织的产生。 2100433B

钢轨有下列情况者，不得焊补：

1、 钢轨判有内部伤损或表面重伤者。

2、钢轨轨头顶面伤损打磨干净后的凹坑深度：

在线路上焊补超过8 mm；

在线路外焊补超过10 mm。

3、钢轨轨头顶面的擦伤、剥落、掉块和焊接接头磨耗、低塌等，允许焊补的长度应符合以下规定：

钢轨接头(包括焊接接头)磨耗、低塌允许一次焊补长度为300 mm，伤损长度超过300 mm者，应分为两段进行焊补。

轨头顶面擦伤、剥落和掉块等缺陷与伤损，允许一次焊补的长度为200 mm，长度超过200 mm者，应分为两段进行焊补。

钢轨接头同时出现磨耗、低塌、擦伤和剥落掉块时，应先处理擦伤和剥落掉块。

(1)焊件的准备：考虑到轨道钢硬度较高，现场加工坡口比较困难，因此采用对接方式，利用钢轨既有的端面做为操作面，如果端面锈蚀比较严重需要利用角磨将表面打磨光亮即可。

(2)确定对接间隙：考虑到钢轨本身的高度问题，间隙不能过小， 否则无法将焊条深入其中进行焊接操作，因此需要预留出足够的间隙。

(3)焊件预热：预热过程采用了气焊焊炬进行预热，并利用红外测温枪确保预热达到指定的温度。

(4)对接堆焊过程：整个焊接过程采取多层多道焊的焊接方式，这种方式虽然效率相对较低，但能够保证焊接强度，同时还要确保层间温度。

(5)焊后热处理：加热方法扔采用气焊焊炬，加热到指定温度后，利用石棉毡进行保温，以防止焊后急泠导致裂纹出现。

(6)焊后工件打磨：使焊缝与钢轨母材保持平滑。

随着铁路向高速重载方向的发展，无缝线路因其具有高可靠性和高稳定性，故成为高速重载轨道结构的最优选择，作为无缝线路关键技术之一的钢轨焊接技术，对无缝线路的发展有着重要影响。

常用的钢轨焊接方法很多，但各自有其优势和不足。钢轨闪光焊需要专门设备，且其适合于厂内不适合于现场。钢轨铝热焊适合于野外操作，但其焊缝为铸态组织，接头组织和性能较差。钢轨气压焊对表面要求高，且不适合于超长钢轨的焊接。钢轨电弧焊接头性能较好，但对焊接工艺及焊工技术要求比较高。几种焊接方法相比较而言钢轨电弧焊方法需要的设备简单、操作灵活方便、焊接成本低而且接头性能能够满足需求。

钢轨桩设置时，将旧钢轨放置在事先准备好的钻孔中，放置时应使钢轨轨底正对滑坡推力方向(如图2所示)。钢轨置人钻孔以后，需用混凝土或水泥砂浆充填钢轨与孔壁间的空间，使钢轨与混凝土或砂浆以及孔壤岩石联成一体。这样可充分发挥钢轨的抗滑作用并可防止钢轨的锈蚀。钢轨桩适用于滑坡推力不大，岩体较完整的岩质边坡，它比大断面钢筋混凝土抗滑桩有轻便、灵活、便于施工等优点。因此在国内外露天矿滑坡防治工程中广泛应用。

钢轨桩钢轨桩的受力状况

随岩体结构不同，钢轨桩的受力状态也不同。坚硬岩体沿一很薄的滑面滑动时[如图3中(a)所示]，抗滑桩主要承受剪切应力；如果岩体沿一层软弱的破碎带或一弱层滑动[如图3中(b)所示]，由于在滑面处出现塑性变形，而使桩体承受弯曲产生的拉压应力；如果滑体是松散体或碎裂岩体[如图3中(c)所示]，则桩体也是承受弯曲产生的拉压应力。

总的说来，钢轨桩的受力状态还研究得很不够，如钢轨上外力的具体分布至今仍不十分清楚，有待进一步研究分析。

钢轨桩钢轨桩主要设计参数

钢轨桩抗滑力计算原则

如前所述，当岩体坚硬，滑动面很薄时，桩体受剪力较大，可考虑桩体是受剪切，但在一般情况下都是受弯曲的。在计算钢轨桩抗滑力时，一般可结合现场地质情况，有条件时进行现场桩体应力测试、模型试验等，得出桩体的应力状态，分析桩体的受力形式，进而确定按剪切或弯曲条件计算。例如，阜新海州露天煤矿的钢轨桩是按受弯曲来计算的。也有人将钢轨桩视为是弹性地基上的弹性地基梁用连杆法求解桩体内力。必须说明，钢轨桩的设计计算方法是不成熟的。在实际工程中，必须结合具体条件分析应用。

锚固深度和桩长

锚固深度即为桩埋人滑面以下稳定基岩中的深度，它应以桩体在滑坡推力作用下不被拔出以及在桩底不会产生新的滑面为条件。一般情况下，当滑床岩体较完整，强度较大时，锚固深度可取小些。阜新海州露天煤矿▽86站锚固深度取3～5m。

桩的锚固深度与桩在滑面以上的长度之和即为桩长。桩长应保证不会产生越过桩顶的滑坡。但在一般情况下为施工方便而易于钢轨定位，常使桩长能露出滑体表面。这样也为地面观测提供了方便条件。

桩距和排距

稳定一个滑体通常需没置许多桩。桩成排布置，而且常是双排或多排，排与排之间的桩位相互错开。

桩距取决于桩的总数和岩体强度。要防止软质土岩自桩间挤出，如滑坡推力较小，土岩强度又较大，则桩距可适当大些。

粘土岩易被水浸润而软化滑动，宜选用较大直径的钢轨桩或管桩。随桩径增大，柱后形成坚实的粘土岩楔(如图4所示)，它将阻止桩间岩土向桩外挤出。阻止岩体挤出的阻力为：

桩间岩体的稳定条件应满足：

由上式得：

双排或多排孔时排距一般近似取桩距。对于露天矿采场边坡，由于施工条件的限制，一般每个台阶设1～2排桩。

中间联结零件又称钢轨扣件。藉以紧固钢轨和机下部件的轨道配件。按轨枕种类分为木枕线路扣件和混凝土枕线路(其他类型混凝土机下部件线路)扣件两大类 。

钢轨钢轨伤损

钢轨伤损是指钢轨在使用过程中，发生折断、裂纹及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损。

为便于统计和分析钢轨伤损，需对钢轨伤损进行分类。根据伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因等分为九类32种伤损，用两位数编号分类，十位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的原因。钢轨伤损分类具体内容可见“铁道工务技术手册（轨道）”。

钢轨折断是指有下列情况之一者：钢轨全截面至少断成两部分；裂缝已经贯通整个轨头截面或轨底截面；钢轨顶面上有长大于50mm、深大于10mm的掉块。钢轨折断直接威胁行车安全，应及时更换。钢轨裂纹是指除钢轨折断之外，钢轨部分材料发生分离，形成裂纹。

钢轨伤损种类很多，常见的有磨耗、剥离及轨头核伤、轨腰螺栓孔裂纹等。下面介绍几种常见的钢轨伤损情况。

钢轨钢轨磨耗

钢轨磨耗主要是指小半径曲线上钢轨的侧面磨耗和波浪磨耗。至于垂直磨耗一般情况下是正常的，随着轴重和通过总重的增加而增大。轨道几何形位设置不当，会使垂直磨耗速率加快，这是要防止的，可通过调整轨道几何尺寸解决。

(1)侧面磨耗

侧面磨耗发生在小半径曲线的外股钢轨上，是现在曲线上伤损的主要类型之一。列车在曲线上运行时，轮轨的磨擦与滑动是造成外轨侧磨的根本原因。列车通过小半径曲线时，通常会出现轮轨两点接触的情况，这时发生的侧磨最大。侧磨的大小可用导身力与冲击角的乘积，即磨耗因子来表示。改善列车通过曲线的条件，如采用磨耗型车轮踏面，采用径向转向架等会降低侧磨的速率。

从工务角度来讲，应改善钢轨材质，采用耐磨轨，例如高硬稀土轨其耐磨性是普通轨的2倍左右，淬火轨为1倍以上。

加强养护维修，设置合适的轨距、外轨超高及轨底坡，增加线路的弹性，在钢轨侧面涂油等，都可以减小侧面磨耗的效果。

(2)波浪形磨耗

波浪形磨耗是指钢轨顶面上出现的波浪状不均匀磨耗，实质上是波浪形压溃。波磨会引起很高的轮轨动力作用，加速机车车辆及轨道部件的损坏，增加养护维修费用；此外列车的剧烈振动，会使旅客不适，严重时还会威胁到行车安全；波磨也是噪音的来源。我国一些货运干线上，出现了严重的波磨。其发展速度比侧磨还快，成为换轨的主要原因。

波磨可以其波长分为短波（或称波纹）和长波（或称波浪）两种。波纹为波长约50~100mm，波幅0.1～0.4mm的周期性不平顺；长波为波长100mm以上，3000mm以下，波幅2mm以内的周期性不平顺。

波磨主要出现在重载运输线上，尤其是运煤运矿线上特别严重，在高速高客运线上也有不同程度的发生，城市地铁上也较普遍。列车速度较高的铁路上，主要发生波纹磨耗，且主要出现在直线和制动地段。在车速较低的重载运输线上主要发波浪磨耗，且一般出现在曲线地段。影响钢轨波磨发生发展的因素很多，涉及到钢轨材质、线路及机车辆条件等多个方面。世界各国都在致力于钢轨波形磨耗成因理论研究。关于波磨成因的理论有数十种，大致可分为两类：动力类成因理论和非动力类成因理论。总的来说，动力作用是钢轨波磨形成的外因，钢轨材质性能是波磨的内因。事实上单靠某一方面的分析来概括钢轨波磨的所有成因是相当困难的，而必须把车辆和轨道作为一个系统，研究多种振动形成，从整体上进行多方面、多学科的研究，才能把握波磨成因的全貌。

打磨钢轨是现在最有效的消除波磨的措施。除此还有以下一些措施可以减缓波磨的发展：用连续焊接法消除钢轨接头，提高轨道的平顺性；改进钢轨材质采用高强耐磨钢轨，提高热处理工艺质量，消除钢轨残余应力；提高轨道质量，改善轨道弹性，并使纵横向弹性连续均匀；保持曲线方向圆顺，超高设置合理，外轨工作边涂油；轮轨系统应有足够的阻力等。

(3)钢轨磨耗的允许限度

钢轨头部允许磨耗限度主要由强度和构造条件确定。即当钢轨磨耗达到允许限度里，一是还能保证钢轨有足够的强度和抗弯刚度；二是应保证在最不利情况下车轮缘不碰撞接头夹板。《铁路线路维修规则》中按钢轨头产磨耗程度的不同，分为轻伤和重伤两类。波磨轨耗谷深超过0.5mm为轻伤轨。

钢轨接触疲劳伤损

接触疲劳伤损的形成大致可分三个阶段：第一阶段是钢轨踏面外形的变化，如钢轨踏面出现不平顺，焊缝处出现鞍形磨损，这些不平顺将增大车轮对钢轨的冲击作用；第二阶段是轨头表面金属的破坏，由于轨头踏面金属的冷作硬化，使轨头工作面的硬度不断增长，通过总质量150~200Mt时，硬度可达HB360；此后，硬化层不再发生变化，对碳素钢轨来说，通过总质量200~250Mt时，在轨头表层形成微裂纹。对于弹性非均等的线路当车轮及钢轨肯有明显不平顺时，轨顶面所受之拉压力几乎相等，若存在微型纹，同时挠曲应力与残余应力同号，会极大的降低钢轨强度。第三阶段为轨头接触疲劳的形成，由于金属接触疲劳强度不足和重载车轮的多次作用，当最大剪应力作用点超过剪切屈服极限时，会使该点成为塑性区域，车轮每次通过必将产生金属显微组织的滑移，通过一段时间的运营，这种滑移产生积累和聚集，最终导致疲劳裂纹的形成。随着轴载的提高、大运量的运输条件、钢轨材质及轨型的不适应，将加速接触疲劳裂纹的萌生和发展。

轨头工作边上圆角附近的剥离主要是由以下三个原因引起的：由夹杂物或接触剪应力引起纵向疲劳裂纹而导致剥离；导向轮在曲线外轨引起剪应力交变循环促使外轨轨头疲劳，导致剥离；车轮及轨道维修不良加速剥离的发展。通常剥离会造成缺口区的应力集中并影响行车的平顺性，增大动力冲击作用，又促使缺口区域裂纹的产生和发展。缺口区的存在，还会阻碍金属塑性变形的发展，使钢轨塑性指标降低。

轨头核伤是最危险的一种伤损形式，会在列车作用下突然断裂，严重影响行车安全。轨头核伤产一的主要原因是轨头内部存在微小裂纹或缺陷（如非金属夹杂物及白点等），在重复动荷 载作用下，在钢轨走行面以下的轨头内部出现极为复杂的应力组合，使细不裂纹先是成核，然后向轨头四周发展，直到核伤周围的钢料不足以提供足够的抵抗，钢轨在毫元预兆的情况下猝然折断。所以钢轨内部材质的缺陷是形成核伤的内因，而外部荷载的作用是外因，促使核伤的发展。核伤的发展与运量、轴重及行车速度、线路平面状态有关。为确保行车的安全，对钢轨要定期探伤。

减缓钢轨接触疲劳伤损的措施有：净化轨钢，控制杂物的形态；采用淬火钢轨，发展优质重轨，改进轨钢力学性质；改革旧轨再用制度，合理使用钢轨；钢轨打磨；按轨钢材质分类铺轨等。