鋼軌鋁熱焊接頭斷裂失效分析研究

石彤，趙志剛，鄒定強，楊其全，孫旭文，王巖

（1.?中國鐵道科學研究院集團有限公司?金屬及化學研究所，北京??100081；2.?中國鐵路廣州局集團有限公司?工務處，廣東?廣州??510088）

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鋼軌焊接方法主要有閃光焊接、移動氣壓焊接、鋁熱焊接和電弧焊接。其中，鋁熱焊接由于設備簡單、操作方便、不使鋼軌縮短等優點，廣泛應用于線路傷損鋼軌修復和應力放散[1-3]。鋁熱焊是將鋁熱焊劑放入坩堝中點燃，焊劑發生劇烈化學反應和冶金反應，鐵的氧化物被鋁還原成鐵水，同時釋放出大量熱能。高溫鐵水澆注在固定于兩軌軌縫的砂型中，將兩軌端熔化，冷卻后形成焊接接頭。

由于焊接接頭的強度等力學性能與鋼軌母材不同，無縫線路焊接長鋼軌的斷裂大部分發生在焊接接頭[4-5]。鋁熱焊的傷損類型主要有踏面傷損、橫向裂紋、軌腰縱向裂紋和沒有明顯疲勞裂紋的脆性斷裂[6-7]。劉正文等[8]研究了我國重載運煤專線鋼軌鋁熱焊接頭的傷損問題，認為其軌頭下部夾雜缺陷的產生與焊接過程預熱和澆注溫度偏低、軌縫過大等焊接過程工藝控制不足有關，建議加強焊前設備管理、嚴格焊接過程工藝控制來減少或避免此類缺陷的產生。孫楠楠[9]對大秦線75?kg/m鋼軌鋁熱焊下顎開裂傷損進行研究和分析，其產生原因主要是焊劑成分不匹配、預熱溫度不足和鋼軌溫度應力的存在。張君等[10]針對哈大高鐵冬季低溫條件下的鋼軌鋁熱焊接工藝進行探討研究，闡述高鐵低溫鋁熱焊接氣孔、夾渣、疏松縮孔、未焊合等焊接缺陷，提出質量控制和提高方案。……