淺談無縫線路鋼軌探傷周期

1、    淺談無縫線路鋼軌探傷周期    楊成 李紅偉 鄧學(xué)林摘要：近年來，鐵路的飛速發(fā)展增加了對軌道的需求，并且軌道導(dǎo)致了在剛度，韌性，高平滑度和高焊接性能方面的發(fā)展。無縫軌道具有諸如高可靠性和高穩(wěn)定性的重要優(yōu)點，并且是高速且重的軌道結(jié)構(gòu)的重要部分。軌道焊接是實現(xiàn)無縫軌道的最基本任務(wù)，也是影響無縫軌道工作狀況的關(guān)鍵和難點。關(guān)鍵字：無縫軌道鋼軌;焊接技術(shù);發(fā)展?fàn)顩r;趨勢由于高剛性橫截面和橫截面無縫軌道的快速發(fā)展，軌道焊接已成為確保線路質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)之一。由于軌道的焊接質(zhì)量與軌道運輸?shù)陌踩院托视嘘P(guān)，因此，確保軌道的焊接質(zhì)量對促進經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定具有現(xiàn)實

2、意義。當(dāng)前用于無縫軌道的焊接方法主要包括閃焊和氣焊。閃光焊連接短軌以焊接長軌，然后將焊接的長軌運輸?shù)街付ㄎ恢茫瑘?zhí)行單元焊接，通過氣動焊接鎖定焊接接頭，并將這些長軌連接到無縫電路。閃光焊（也稱為接觸焊）是一種電阻焊方法，主要涉及兩個過程：焊接端的預(yù)熱和液壓up粗。根據(jù)閃光的特點，可分為連續(xù)閃光焊和脈沖閃光焊。連續(xù)閃光工藝技術(shù)相對成熟，應(yīng)用時間長，但是脈沖閃光工藝是一種新技術(shù)，但可以彌補連續(xù)閃光工藝的缺點。例如，連續(xù)閃光焊具有相對較低的加熱效率和較小的加熱范圍，脈沖閃光焊具有大電流，較高的加熱效率，良好的穩(wěn)定性和較小的熱影響區(qū)，后者提高了鋼軌的焊接質(zhì)量。通常認為它更有幫助。與氣體壓力焊接和鋁熱焊接

3、相比，具有穩(wěn)定的閃光焊接性能，高質(zhì)量，快速，自動化強度高和接頭機械性能接近基材的優(yōu)點，具有很大的優(yōu)勢。1研究背景鐵路無縫線路是在我國鐵路經(jīng)過1997-2007年6次提速后，為適應(yīng)新型動力車組輕體車輛結(jié)構(gòu)，滿足動車組高速運行時，保證線路鋼軌設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定、性能良好的軌道結(jié)構(gòu)而提出的。自2007年4月我國自主研發(fā)crh動車組后，在全國范圍內(nèi)開始了大規(guī)模的升級與鋪設(shè)。無縫線路自鋪設(shè)至今，擔(dān)負起了運量繁重的鐵路客運、貨運運輸任務(wù)，經(jīng)歷十余年的服役后，開始出現(xiàn)疲勞狀態(tài)，鋼軌內(nèi)部材質(zhì)中的細微裂紋、焊縫部位的氣孔夾雜等傷損逐漸發(fā)展擴大，逐步形成影響列車運營的安全隱患，因此檢測鋼軌質(zhì)量的無損檢測工作，正逐步體現(xiàn)

4、出越來越大的價值。目前，我國普遍采用的鐵路無損檢測方式為超聲波探測法，通過波的折射、反射等物理特性及超聲波的固有頻率對線路鋼軌的內(nèi)部情況進行檢測。鋼軌內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生與發(fā)展是一個緩慢且復(fù)雜的過程，特別是無縫線路這等電氣化程度更高的線路設(shè)備，傷損的出現(xiàn)會受到多種應(yīng)力作用、幾何尺寸、形變等物理變化，及制造工藝、材料特性等化學(xué)變化的影響。2 主要影響因素2.1 焊縫部位無縫線路是由鋼軌與鋼軌之間通過焊接的方式結(jié)合成一體，是電氣化鐵路的重要組成部分。目前廣泛采用的鋼軌焊接方式主要有鋁熱焊、氣壓焊、閃光焊三種，其中現(xiàn)存最多的焊縫為鋁熱焊縫。鋁熱焊縫受焊接工藝、焊接人員操作技藝影響較大，焊接時密貼閉合空間不

5、嚴密、焊接溫度不夠或焊接人員操作不精細等因素都可能導(dǎo)致焊縫內(nèi)部產(chǎn)生夾渣、夾雜、氣孔等缺陷，為之后投入運營埋下安全隱患。焊接步驟完成后，在焊口外側(cè)會留下一道不規(guī)則的焊筋，需對焊筋進行人工打磨，打磨平順后才能允許列車通過。焊縫部位的鋼軌軌頭內(nèi)部容易產(chǎn)生疲勞裂紋，從焊縫到焊縫兩側(cè)各延伸至200 mm范圍是一個探傷檢測中的重點部位，鋁熱焊縫的探傷周期一般定為180天，使用超聲波焊縫探傷儀對焊縫進行檢測，在曲線地段、重載地段可適當(dāng)縮短探傷周期。2.2 母材部位2.2.1 幾何尺寸的影響無縫線路鋼軌狀態(tài)受軌道結(jié)構(gòu)、線路幾何尺寸影響較大，列車通過時對鋼軌的沖擊會造成鋼軌微小形變，同時應(yīng)力會傳遞至鋼軌內(nèi)部，影

6、響程度與不同尺寸下鋼軌斷面的受力點位置與受力大小有關(guān)1，應(yīng)通過精準(zhǔn)測算鋼軌受力點與受力范圍，科學(xué)地制定探傷周期。列車通過時對鋼軌的沖擊力傳遞至鋼軌內(nèi)部后，可根據(jù)物理要素分為接觸應(yīng)力、動應(yīng)力、附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力等受力方式，同時，線路鋼軌根據(jù)鋪設(shè)環(huán)境的不同還會受到溫度應(yīng)力的影響。受力點的計算可通過結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)公式計算完成，過程不做贅述，現(xiàn)將鋼軌受力范圍、應(yīng)力特征及其對內(nèi)部傷損的影響總結(jié)如下。2.2.2 鋼軌型號的影響目前我國普遍使用的鋼軌型號有60 kg/m軌、50 kg/m軌及43 kg/m軌。整體來說，鋼軌的剛度隨型號的增大而提高。列車通過時會在列車輪對與鋼軌的接觸面（后文簡稱接觸面）形成剪應(yīng)

7、力，剪應(yīng)力會對鋼軌造成彎曲形變，鋼軌剛度越高，彎曲形變越小;形變越小，傷損發(fā)展越緩慢。2.2.3 螺孔受力的影響在鋼軌接頭至接頭兩側(cè)各延伸3 m范圍內(nèi)，列車會對接觸面形成正應(yīng)力及剪應(yīng)力，正應(yīng)力沿橫斷面?zhèn)鬟f，剪應(yīng)力沿縱斷面?zhèn)鬟f，兩股應(yīng)力傳遞至軌腰處，在螺孔位置形成應(yīng)力集中2。在兩股應(yīng)力長期反復(fù)作用下，螺孔附近極易產(chǎn)生疲勞傷損，且細微裂紋發(fā)展較快，根據(jù)力的傳遞規(guī)律，第一螺孔受影響最大，第二孔較小。當(dāng)內(nèi)部細微裂紋發(fā)展至鋼軌表面時成為表面裂紋，在螺孔所在的幾何面中，人為添加一條正線一條法線，將幾何面沿逆時針方向分割為第象限、第象限、第象限及第象限，裂紋沿橫斷面不斷發(fā)展，會成為第、象限螺孔裂紋;沿縱斷面

8、不斷發(fā)展，會形成第、象限螺孔裂紋。螺孔裂紋繼續(xù)發(fā)展會直接造成鋼軌折斷。2.2.4 線路曲線的影響為平衡鐵路線路對生活、生產(chǎn)的需要，不僅存在直線線路，還需鋪設(shè)曲線線路。在曲線線路上，接觸面承受的縱向沖擊力遠高于直線線路。而且為滿足列車通過時的平衡、減少傾斜，專門為線路設(shè)計了超高，以保障列車平穩(wěn)通過。但是曲線超高的存在會在列車通過時形成轉(zhuǎn)動慣性，對鋼軌形成彎曲應(yīng)力，彎曲應(yīng)力容易使鋼軌軌頭內(nèi)部形成核狀傷損，我們稱之為核傷，彎曲應(yīng)力與鋼軌型號成反比，但形成的核傷與鋼軌型號不成比例，整體上呈無規(guī)律分布。2.2.5 溫度應(yīng)力的影響線路鋼軌因鋪設(shè)環(huán)境的不同而受到不同程度溫度應(yīng)力的影響，因鋼軌材質(zhì)特性表現(xiàn)為受

9、高溫、低溫及溫度驟然變化時會導(dǎo)致鋼軌傷損的快速發(fā)展。根據(jù)規(guī)律總結(jié)出在我國北方冬季季節(jié)是鋼軌傷損的高發(fā)期，入冬、上凍及春融期的時間節(jié)點是探傷工作的重點環(huán)節(jié)。2.2.6 其他特殊區(qū)段的影響除上述線路區(qū)段外，還有部分區(qū)段的特性會對線路鋼軌造成影響，如橋梁、隧道、涵洞等，應(yīng)根據(jù)具體區(qū)段的特性針對性地定制鋼軌探傷周期。3 線路探傷周期的制定與調(diào)整通過上述內(nèi)容，我們分析了導(dǎo)致鋼軌傷損產(chǎn)生與發(fā)展的諸多因素，我們也當(dāng)以此為依據(jù)，為鋼軌無損檢測工作制定探傷周期。在一個線路大修周期內(nèi)，根據(jù)運輸運量的不同對所處時期分為早期、穩(wěn)定期、發(fā)展期及高發(fā)期，在不同時期內(nèi)應(yīng)該對探傷周期進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。注：在一個大修周期內(nèi)的早期階段，應(yīng)加強對鋼軌的探傷檢測，以防止鋼軌設(shè)備在出廠前遺留的微小傷損對運輸安全造成隱患;在通過穩(wěn)定期之后，因鋼軌服役時間的增加，疲勞傷損會持續(xù)增加，應(yīng)在之后的發(fā)展期、高發(fā)期階段適當(dāng)縮短探傷周期，加強探傷檢測，直至下一次換軌大修。4結(jié)論軌道焊接接頭的質(zhì)量直接影響機車的安全性。本文主要對無縫電路焊接時的閃光焊，氣壓焊等焊接工藝的特點，原理以及相應(yīng)的優(yōu)缺點進行比較和說明，并介紹焊接技術(shù)的發(fā)展，以幫助相關(guān)部門。參考文獻：1杜志光.u75釩鋼軌固定式閃光焊接接頭組織及性能研究d.北京交通大學(xué)，2016.2倪崢嶸，高文會.采用通用焊接工藝參數(shù)焊