高速铁路钢轨焊接技术的发展与应用

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1、驰．‰专家论坛万方数据r蜉搭技术的发展与应用清华大学先进成形制造教育部重点实验室(北京市100084)朱志明范开果潘际銮摘要主要介绍高速铁路钢轨及钢轨焊接技术的国内外发展和应用现状。采用合金化和热处理方法提高珠光体钢轨的力学性能已接近极限，而贝氏体钢轨不仅具有优异的力学性能，而且具有优良的耐磨和耐表面伤损性能，是2l世纪的钢轨发展方向。无缝线路的钢轨焊接主要有闪光焊、气压焊、铝热焊和电弧焊4种方法。闪光焊主要用于厂焊或基地焊；移动闪光焊和移动气压焊用于单元轨节现场焊；铝热焊和电弧焊常用于现场锁定焊、大修换轨和道岔焊接。闪光焊的

2、焊接接头质量和生产效率是最佳的，相对于闪光焊，气压焊在单元轨节焊接中成本优势明显。铝热焊和电弧焊属于钢轨原位焊接，铝热焊操作简单灵活，但焊接接头综合性能较差；电弧焊在13本应用广泛，中国正在开展全自动钢轨窄间隙电弧焊接设备的研究开发和应用试验。关键词：高速铁路无缝线路贝氏体钢轨钢轨焊接方法窄间隙电弧焊中图分类号：TG4570前言日本的新干线(Shinkansen)、法国的TGV(TrainaGrandeVitesse)乘l德国的ICE(InterCityExpress)等新型客运列车的出现开辟了铁路发展的新方向．21世纪收稿E

3、t期：2013—5—15基金项目：国家自然科学基金项目(51075231)；教育部博士学科点专项科研基金项目(20100002110064)；铁道部科技研究开发计划重大项目(2008G00l—C)；清华大学自主科研计划项目(2009THZ06054)。的铁路发展进入了客运高速和货运重载的崭新时代。中国高铁的巨大成就更是向世人展示了现代化高速铁路的迷人魅力和广阔发展前景。截止2012年底，中国铁路运营里程达到9．8万公里，居世界第2位，高铁运营里程达到9356km，居世界第1位。与航空和公路运输相比，铁路运输在高效、安全、舒适、

4、环保和综合运力等方面有着独特的优势．尤其是高速铁路和地下铁路，被认为是解决城市间交通和大城市市内交通的有效方式。2013年第5期5万方数据俘掳专家论坛狮。磊一高速铁路的发展对列车的运行线路提出了更高的要求。轨道的平顺性是影响和控制行车速度的主要因素[1】，高速铁路必须采用无缝线路．长钢轨的焊接是无缝线路铺设的技术关键。同时，为了提高铁路的运载能力，减少维护周期，世界各国竞相开发更高性能的钢轨【2]。但是，无缝线路也带来新的问题，主要是：随季节温度的变化，钢轨伸缩而产生极大的温度应力，列车高速运行时给线路带来巨大的冲击作用，而钢

5、轨焊接接头是整个无缝线路中最薄弱的部位，因此，保证钢轨焊接接头具有高的强韧性成为无缝线路正常运行的关键。1高速铁路钢轨的发展高速重载的铁路发展方向更加关注钢轨的强度和耐磨性，按照最低抗拉强度，钢轨可分为780MPa(如欧洲EN220，中国U74)，880MPa(如欧洲EN260，EN260Mn，UIC900A，中国U71Mn)，980MPa(如美国AREA普通钢轨，中国U75V，BNbRE热轧轨)，1080MPa(如欧洲EN320Cr合金钢轨，日本HH340在线热处理钢轨)，1180MPa(如日本HH370在线热处理钢轨，欧洲

6、EN350HT，EN350LHT，中国PD2淬火钢轨)和1200—1300MPa(微合金或低合金热处理钢轨。如中国U75V淬火钢轨)。强度为1080MPa及以上的钢轨称为耐磨轨或高强轨131。国内外正在使用的钢轨金相组织主要是珠光体．提高钢轨强度的措施主要是合金化钢种轨头硬度(HB)ABlBNbRE383300和热处理，可达到i200～l300Mpd47。理论和实践证明，这一强度指标已接近珠光体钢的极限．更为重要的是，无法从根本上解决轨腰冲击韧性偏低(约8J／cm2或更低)的问题。目前，世界上新型高强钢轨的研发重点主要集中在贝

7、氏体钢轨上。国外在20世纪80年代就开始了贝氏体钢轨的研究工作．并相继进行了试铺，试验结果表明，贝氏体钢轨具有优良的耐磨和耐表面伤损性能，被誉为“2l世纪的钢轨”。2000年，国内首次开展对贝氏体钢轨的研究。铁科院和鞍钢合作开展的“高强韧性贝氏体钢轨研究”项目，2003年在鞍山通过了铁道部科技司主持的阶段成果审查口l。包钢从2002年开始与清华大学合作．试制Cr—Mn．Mo系列的60kg／m贝氏体钢轨，2004年试铺铁路道岔[51。典型贝氏体钢轨ABl和珠光体钢轨BNbRE的力学性能比较fq如表1所示。可以看出，贝氏体钢轨综合

8、性能优良，但相对珠光体钢轨，贝氏体钢轨成本较高，目前主要用在钢轨磨损严重的小半径曲线路段和钢轨辙叉路段。德国研制的贝氏体钢轨用于挪威北部运矿线路300m半径的曲线上，使用结果表明，其耐磨寿命为传统热轧钢轨的8倍，比热处理钢轨提高25％左右；英国研制的贝氏体辙叉已上道使用100