高速鐵路鋼軌焊接技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

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1、馳．‰專家論壇萬方數(shù)據(jù)r蜉搭技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用清華大學(xué)先進(jìn)成形制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京市100084)朱志明范開果潘際鑾摘要主要介紹高速鐵路鋼軌及鋼軌焊接技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀。采用合金化和熱處理方法提高珠光體鋼軌的力學(xué)性能已接近極限，而貝氏體鋼軌不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，而且具有優(yōu)良的耐磨和耐表面?zhèn)麚p性能，是2l世紀(jì)的鋼軌發(fā)展方向。無縫線路的鋼軌焊接主要有閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊和電弧焊4種方法。閃光焊主要用于廠焊或基地焊；移動(dòng)閃光焊和移動(dòng)氣壓焊用于單元軌節(jié)現(xiàn)場(chǎng)焊；鋁熱焊和電弧焊常用于現(xiàn)場(chǎng)鎖定焊、大修換軌和道岔焊接。閃光焊的

2、焊接接頭質(zhì)量和生產(chǎn)效率是最佳的，相對(duì)于閃光焊，氣壓焊在單元軌節(jié)焊接中成本優(yōu)勢(shì)明顯。鋁熱焊和電弧焊屬于鋼軌原位焊接，鋁熱焊操作簡(jiǎn)單靈活，但焊接接頭綜合性能較差；電弧焊在13本應(yīng)用廣泛，中國(guó)正在開展全自動(dòng)鋼軌窄間隙電弧焊接設(shè)備的研究開發(fā)和應(yīng)用試驗(yàn)。關(guān)鍵詞：高速鐵路無縫線路貝氏體鋼軌鋼軌焊接方法窄間隙電弧焊中圖分類號(hào)：TG4570前言日本的新干線(Shinkansen)、法國(guó)的TGV(TrainaGrandeVitesse)乘l德國(guó)的ICE(InterCityExpress)等新型客運(yùn)列車的出現(xiàn)開辟了鐵路發(fā)展的新方向．21世紀(jì)收稿E

3、t期：2013—5—15基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51075231)；教育部博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20100002110064)；鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃重大項(xiàng)目(2008G00l—C)；清華大學(xué)自主科研計(jì)劃項(xiàng)目(2009THZ06054)。的鐵路發(fā)展進(jìn)入了客運(yùn)高速和貨運(yùn)重載的嶄新時(shí)代。中國(guó)高鐵的巨大成就更是向世人展示了現(xiàn)代化高速鐵路的迷人魅力和廣闊發(fā)展前景。截止2012年底，中國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到9．8萬公里，居世界第2位，高鐵運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到9356km，居世界第1位。與航空和公路運(yùn)輸相比，鐵路運(yùn)輸在高效、安全、舒適、

4、環(huán)保和綜合運(yùn)力等方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)．尤其是高速鐵路和地下鐵路，被認(rèn)為是解決城市間交通和大城市市內(nèi)交通的有效方式。2013年第5期5萬方數(shù)據(jù)俘擄專家論壇獅。磊一高速鐵路的發(fā)展對(duì)列車的運(yùn)行線路提出了更高的要求。軌道的平順性是影響和控制行車速度的主要因素[1】，高速鐵路必須采用無縫線路．長(zhǎng)鋼軌的焊接是無縫線路鋪設(shè)的技術(shù)關(guān)鍵。同時(shí)，為了提高鐵路的運(yùn)載能力，減少維護(hù)周期，世界各國(guó)競(jìng)相開發(fā)更高性能的鋼軌【2]。但是，無縫線路也帶來新的問題，主要是：隨季節(jié)溫度的變化，鋼軌伸縮而產(chǎn)生極大的溫度應(yīng)力，列車高速運(yùn)行時(shí)給線路帶來巨大的沖擊作用，而鋼

5、軌焊接接頭是整個(gè)無縫線路中最薄弱的部位，因此，保證鋼軌焊接接頭具有高的強(qiáng)韌性成為無縫線路正常運(yùn)行的關(guān)鍵。1高速鐵路鋼軌的發(fā)展高速重載的鐵路發(fā)展方向更加關(guān)注鋼軌的強(qiáng)度和耐磨性，按照最低抗拉強(qiáng)度，鋼軌可分為780MPa(如歐洲EN220，中國(guó)U74)，880MPa(如歐洲EN260，EN260Mn，UIC900A，中國(guó)U71Mn)，980MPa(如美國(guó)AREA普通鋼軌，中國(guó)U75V，BNbRE熱軋軌)，1080MPa(如歐洲EN320Cr合金鋼軌，日本HH340在線熱處理鋼軌)，1180MPa(如日本HH370在線熱處理鋼軌，歐洲

6、EN350HT，EN350LHT，中國(guó)PD2淬火鋼軌)和1200—1300MPa(微合金或低合金熱處理鋼軌。如中國(guó)U75V淬火鋼軌)。強(qiáng)度為1080MPa及以上的鋼軌稱為耐磨軌或高強(qiáng)軌131。國(guó)內(nèi)外正在使用的鋼軌金相組織主要是珠光體．提高鋼軌強(qiáng)度的措施主要是合金化鋼種軌頭硬度(HB)ABlBNbRE383300和熱處理，可達(dá)到i200～l300Mpd47。理論和實(shí)踐證明，這一強(qiáng)度指標(biāo)已接近珠光體鋼的極限．更為重要的是，無法從根本上解決軌腰沖擊韌性偏低(約8J／cm2或更低)的問題。目前，世界上新型高強(qiáng)鋼軌的研發(fā)重點(diǎn)主要集中在貝

7、氏體鋼軌上。國(guó)外在20世紀(jì)80年代就開始了貝氏體鋼軌的研究工作．并相繼進(jìn)行了試鋪，試驗(yàn)結(jié)果表明，貝氏體鋼軌具有優(yōu)良的耐磨和耐表面?zhèn)麚p性能，被譽(yù)為“2l世紀(jì)的鋼軌”。2000年，國(guó)內(nèi)首次開展對(duì)貝氏體鋼軌的研究。鐵科院和鞍鋼合作開展的“高強(qiáng)韌性貝氏體鋼軌研究”項(xiàng)目，2003年在鞍山通過了鐵道部科技司主持的階段成果審查口l。包鋼從2002年開始與清華大學(xué)合作．試制Cr—Mn．Mo系列的60kg／m貝氏體鋼軌，2004年試鋪鐵路道岔[51。典型貝氏體鋼軌ABl和珠光體鋼軌BNbRE的力學(xué)性能比較fq如表1所示。可以看出，貝氏體鋼軌綜合

8、性能優(yōu)良，但相對(duì)珠光體鋼軌，貝氏體鋼軌成本較高，目前主要用在鋼軌磨損嚴(yán)重的小半徑曲線路段和鋼軌轍叉路段。德國(guó)研制的貝氏體鋼軌用于挪威北部運(yùn)礦線路300m半徑的曲線上，使用結(jié)果表明，其耐磨壽命為傳統(tǒng)熱軋鋼軌的8倍，比熱處理鋼軌提高25％左右；英國(guó)研制的貝氏體轍叉已上道使用100