无缝线路铺设与养护维修的有关问题

目 录

目 录 ...................................................................................................................................... 1 1绪论 ..................................................................................................................................... 2 2铺设无缝线路的意义 ......................................................................................................... 3 3 无缝线路的铺设 ................................................................................................................ 4

3.1普通无缝线路的铺设 ............................................................................................. 4

3.1.1无缝线路铺设的基本要求 ......................................................................... 4 3.1.2铺设无缝线路的工序方法 ......................................................................... 6 3.2高速铁路的超长跨区间无缝线路 ......................................................................... 7

3.2.1超长无缝线路的铺设方法 ......................................................................... 7 3.2.2单元长轨条的长度 ..................................................................................... 9 3.3.3无缝的提速道岔的焊接 ............................................................................. 9 3.3.4低温铺设长轨条的拉伸 ........................................................................... 10

4无缝线路的养护维修的有关问题 ................................................................................... 11

4.1无缝线路养护维修的规定 ................................................................................... 11 4.2无缝线路养护维修作业特点 ............................................................................... 11

4.2.1具有季节型特点 ....................................................................................... 12 4.2.2作业要受轨温条件限制 ........................................................................... 12 4.3无缝线路养护维修的原则 ................................................................................... 12

4.3.1基本原则 ................................................................................................... 12 4.3.2一般要求 ................................................................................................... 13 4.4无缝线路养护维修温度应力放散 ....................................................................... 13 4.5无缝线路养护维修故障的产生及处理 ............................................................... 14

4.5.1胀轨跑道及其处理 ................................................................................... 14 4.5.2无缝线路断轨及其处理 ........................................................................... 17

5无缝线路钢轨焊接工艺要求 ........................................................................................... 19

5.1铝热焊法 ............................................................................................................... 19 5.2铝热焊法的焊接原理 ........................................................................................... 20 5.3铝热焊法的焊接工艺 ........................................................................................... 20 5.4法国拉伊台克QPCJ铝热焊工艺 ......................................................................... 21 5.5特殊条件下的铝热焊接 ....................................................................................... 24 致谢 ...................................................................................................................................... 27 附 录 ................................................................................................................................ 28

跨区间无缝线路养护与维修 ...................................................................................... 28 参考文献 .............................................................................................................................. 32

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1绪论

无缝线路（continuously welded rail track）是将许多根标准长度钢轨焊接成相当长的轨条并铺布在轨枕上的线路。它比普通线路接缝少，列车冲击振动少，运行平稳，旅客舒适；降低轨道养护维修费用；延长钢轨和机车车辆使用寿命；减轻机车车辆冲击轨缝的噪声，有利于环境保护；是轨道结构的发展方向，是铁路现代化的主要内容之一。无缝线路被公认为是20世纪轨道结构最突出的改进与创新。

无缝线路是轨道结构上的一个在变革，是当今轨道结构现代化的重要标志，它无可争议的优越性得到各国铁路的承认。几十年来，各国铁路竞相发展无缝线路，使这项技术日臻完善，并取得巨大的经济效益和社会效益。

我国自铺设无缝线路以来，在理论研究、设计、焊接、施工、养护维修和管理等方面都取得了很大成绩。同时，铁路工作者致力于无缝线路的稳定性研究，大力提高钢轨厂焊能力和质量，在大修施工中普及了移动式气压焊，改善了铝热焊剂质量，改进了铝热焊工艺以提高铝热焊缝质量。焊接长钢轨铺设工艺及装备的研究和铺设跨越闭塞分区的超长无缝线路有了长足的进步。

加速扩大超长无缝线路的铺设，最大限度地减少或取消缓冲区，可以最大限度地延长固定区，将使无缝线路的优越性得到更充分发挥。发展无缝线路（全区或跨区间无缝隙线路）是技术发展的必然。

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2铺设无缝线路的意义

无缝线路既是轨道结构技术进步的重要标志，也是高速、重载轨道结构的最优越选择。

无缝线路问世之前，普通线路上的钢轨接头，既是轨道结构不可缺少的组成部分，又是轨道结构的薄弱环节。线路的接头不仅对线路设备、机车和车辆的使用寿命、旅客的舒适度、能源的消耗等有一定的不良影响，而且还直接威胁着铁路行车安全。因此，对钢轨接头的功能就有两个基本要求：一是温度变化时钢轨能伸缩；二是接头构造要坚固稳定。这两个要求对普通线路来说是互相矛盾的，保了伸缩就保不了稳定。实践证明，只有将钢轨焊接起来的无缝线路，才是彻底解决钢轨接头的稳固与平顺的根本出路。

无缝线路又称长钢轨线路，把轨条焊联长度1—2km。近年来，在提速工程的带动下，超长无缝线路发展迅速，长轨条连续焊接的长度可达数百千米，从而构成名符其实的无缝线路。铺设无缝线路的实践经验证明，无缝线路与有缝线路相比，它在技术经济上有明显的优势性。据一些国家统计，在节约劳力和延长设备使用寿命方面，无缝线路比有缝线路可节约线路维修费用35—75%。此外，无缝线路的平顺性好，行车平稳，旅客舒适，非常适合高速、重载列车的运行，还可以减少机车车辆的运营费用。可见，大力发展无缝线路上一项具有重大技术经济意义的举措。

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3 无缝线路的铺设

3.1普通无缝线路的铺设 3.1.1无缝线路铺设的基本要求

（1）长轨条长度的确定

长轨条的最小长度为200m

①在设有自动闭塞的区段，无缝线路的长轨条通常以闭塞区间两信号机轨端绝缘之间的距离作为设计长度。设计长度按下式计算： L长=L绝-?（L前缓+L后缓）

式中 L长——每段无缝线路的长轨条设计长度

L绝——自动闭塞区间两信号机轨端绝缘之间的距离 L前缓——长轨条前端的缓冲区长度 L后缓——长轨条后端的缓冲区长度

②在某些运能紧张的区段，能为施工提供的封锁时间很能短，在此情况下，应根据施工能力和封锁时间，合理地确定长轨条的长度。

③在连续几个曲线地段，或曲线下股钢轨的总缩量较大时，铺设时常因两股钢轨的长度差而形成卡车现象，以至延误封锁时间，在此情况下，可适当缩减长轨条长度。

④小半径曲线或大坡道地段，钢轨容易磨耗或擦伤，钢轨更换周期相对较短，可单独设计一段无缝线路。如采用优质全长淬火轨则不受此限制。 （2）无缝线路对轨道部件的要求 1钢轨接头

无缝线路的钢轨接头按设计预留轨缝，夹板螺栓必须采用10.9级高强度螺栓，并按规定标准扭紧。接头前后6根轨枕应采用高弹性胶垫。铺设之前对钢轨接头应加强捣固。绝缘接头应采用胶接绝缘钢轨接头或高强度胶接绝缘夹板组装接头。 2轨枕扣件

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无缝线路除明桥面外，应一律采用混凝土枕。扣件做到紧、密、靠、正，铺设后要及时调正，并按规定扭矩拧紧。在调正扣件和整正胶垫同时，应注意消除钢轨原始弯曲。木桥枕应采用K型分开式扣件，并按设计松紧相间的规定布置。 3道床

道床铺设前要补足道碴，并按设计整好道床断面，夯实碴肩。 4轨道加强设备

铺设时应根据设计，加强线路的防爬设备，使之发挥应有的作用。 （3）钢轨锁定轨温的确定

单元长轨条的实际锁定时，其各截面之间必然存在轨温差。因此，在铺设过程中，锁定轨温的测定应分段进行，取平均值作为该单元长轨条的锁定轨温。各分段的实际上各段的实际锁定轨温可能有差异，但任何一分段的锁定轨温均不得超出设计锁定轨温。若铺设时轨温比较平稳，也可以取长轨条始终端就位时轨温之平均值作为该长轨条的锁定轨温。在锁定轨温范围内前后单元长轨条间轨温差不得大于5℃，如不符合这一规定，应在焊联下一根单元长轨条之前，做好前一单元轨条的应力放散工作，而后再进行焊联。所有单元轨条的最高锁定轨温与最低锁定轨温之差不得大于10℃。桥上锁定轨温是个别设计确定的，则与之焊联的区间单元长轨条的锁定轨温，必须必须到桥上无缝线路锁定相近的情况下，而后彼此焊联锁定。

（4）爬行位移观测桩的设计

无缝线路长轨条，在运营中可能发生位移，应定期对无缝线路钢轨进行位移观测，一般采用位移观测桩观测法，通过对观测数据的分析，判断无缝线路钢轨是否发生了位移，如有位移应及时采取措施予以处理。

位移观测桩按单元轨条设置：

1．单元轨条长度大于1200m 时，在单元轨条的起讫点及距起讫点100m、400m处和单元轨条中点各设一对观测桩，共设七对。

2．单元轨条长度小于1200m时，在单元轨条的起讫点及距起讫点100m、400m处各设一对观测桩，共设六对。

3．在岔区，每组无缝道岔的岔前、岔后、辙跟等三处各设一对观测桩。

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4无缝线路的养护维修的有关问题

无缝线路养护维修的基本任务，就是要在不同温度的条件下，经常保持无缝线路的原设计标准，保证轨道有足够的强度和稳定性，确保线路状态良好，使列车按规定的速度安全、平稳不间断地运行，并尽可能延长设备使用寿命。无缝线路的养护维修必须拟定专门的规定，如起道、拨道、捣固、更换轨枕、维修扣件等必须有所限制，否则，无缝线路抵抗胀轨的阻力将被破坏，会诱发轨道失稳，影响行车安全。

4.1无缝线路养护维修的规定

1．在无缝线路上进行可能降低无缝线路的抵抗阻力作业时，对作业必须有所限制，如一次起道量不得超过30mm，一次拨道量不得超过10mm。

2．在起道、拨道之前，应预卸计划补充道碴，以保证作业后轨枕盒内填满道碴和填足道床肩宽。

3．在进行降低无缝线路抵抗阻力的维修作业时，应发出列车慢行的通知，限制行车速度。

4．凡进行降低无缝线路抵抗阻力，或进行松开扣件的维修作业，应尽量安排在接近锁定轨温的温度下进行。超过锁定轨温10—15℃时，禁止起道、拨道和整修。必要时先放散应力，然后作业。

5．禁止连续更换轨枕，并限制在每根钢轨长度范围内一次换枕根数，限制抽换轨枕的间隔。关于抽换轨碗时对钢轨温度和慢行的要求，同前几项的规定大致相同。

4.2无缝线路养护维修作业特点

由于无缝线路较普通线路，在结构和技术要求上都有自己的特点，因此在养护维修作业中，也具有其独自的特点：

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4.2.1具有季节型特点

无缝线路的突出问题是要与轨温作斗争。无缝线路的全年维修计划要根据不同的季节特点和规律，以及其锁定轨温和线路状态合理安排，并充分考虑“冬防断、夏防胀”的计划预防性原则。气温较低的季节，安排锁守轨温较低或较薄弱地段进行综合维修；气温较高的季节，安排在锁定轨温较高地段进行综合维修；高温季节应不安排综合维修和影响线路稳定性的作业。

4.2.2作业要受轨温条件限制

无缝线路的维修计划，必须按照作业项目对道床稳定性的影响程度、锁定轨温的高低进行安排。影响稳定性的作业项目要安排在气温比较接近锁定轨温的春季4-5月或秋季9-10月进行，并要按锁定轨温的高低合理确定时间。6、7、8月份的高温季节绝对禁止做破坏轨道稳定性的工作，如必须进行综合维修或成段保养时，一定要先放散后作业，以后要在设计锁定轨温范围内，重新做好放散和锁定线路工作。其它保养、临时补修作业采取调整作业时间，以使作业轨温符合规定。

因此，工务段必须把准确掌握锁定轨温，加强管内轨温观测分析，掌握轨温变化规律，作为搞好无缝线路养护维修工作的前提。

4.3无缝线路养护维修的原则 4.3.1基本原则

（1）、贯彻以预防为主，防治结合、修养并重的原则，有计划地进行综合养护维修。

在计划维修中要突出“五项重点工作”：加强锁定提高线路阻力；整修轨道几何尺寸，特别是拨正方向；消灭钢轨硬弯和空吊板；清筛不洁道床；综合整治钢轨接头，修理钢轨。

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（2）、作业时，要坚持“严、全、细”要求。

即作业温度条件和标准要严，作业项目要全，作业工作要细。 （3）、严格控制温度力及其它附加力处于合理范围内。 （4）、加强线路结构，增强线路阻力和轨道框架刚度。

4.3.2一般要求

（1）、锁定轨温要准确可靠。实际锁定轨温是在设计锁定轨温增减5℃范围以内缩定的，若锁定轨温不准，则会直接影响维修作业的安全，必须有计划地进行应力放散与应力调整。

（2）、缓冲区全部接头螺栓应经常保持拧紧达到规定扭力矩。 （3）、各种配件按规定设置齐全，无失效。 （4）、防爬设备齐全，无失效。 （5）、线路方向良好。 （6）、道床经常保持良好。

（7）、路基应无下沉、翻浆冒泥等病害

4.4无缝线路养护维修温度应力放散

无缝线路的应力放散与调整，是线路大维修工作的一项重要作业。无缝线路的铺设一年四季都要进行，这就必然要发生锁定轨温不在设计范围之内，夏季超出上限、冬季低于下限的情况。运营线路局部位移与变形，也是常见的事。这就决定了线路的大维修工作都应进行应力放散与调整的任务。

无缝线路的应力放散与调整，是把没有在设计允许的锁定轨温范围内锁定的无缝线路，以及运营中锁定轨温发生了变化的无缝线路，经放散或调整后，重新锁定，使锁定轨温处在设计允许范围内。

常用的放散方法有两种：

一是温度控制法，在合适的轨温范围内，使钢轨自由伸缩，充分放散钢轨应力，而后合拢锁定。锁定后重新设置防爬观测标记。如有测标，应

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重新测量并记录初始读数。

二是长度控制法，是根据已知锁定轨温和放散计划锁定轨温，算出放散长度，这一长度即为放散时应控制的放散量。此法最好在封锁线路条件下采用拉伸器放散。

此法的缺点是：它的放散量是根据原锁定轨温算出的，其准确程度取决于原锁定轨温是否准确和有无变化，难以彻底充分地放散。

4.5无缝线路养护维修故障的产生及处理 4.5.1胀轨跑道及其处理

胀轨跑道是轨道丧失稳定时出现的线路变形。当温度升高，钢轨轴压力增大，线路缓慢的出现弹性弯曲，这种现象称为胀轨；当轴压力继续增大，超过临界后，线路突然在最薄弱地段鼓出带有明显的动态特征，这种现象称为跑道。

从理论分析和实践经验得知，无缝线路的胀轨跑道的原因，不是温度力过高，就是线路阻力下降或线路方向偏差超限。 （1）胀轨跑道发生的一般规律

①胀轨跑道的主要原因是纵向力过大和道床阻力不足。温度力过大主要原因是锁定轨温下降或不准。道床阻力不足是由于各种扰动道床的作业引起的。

②约有90%的胀轨跑道事故发生于线路作业中间或作业后1～2天内。 ③胀轨跑道事故往往发生在晴天的下午2～6点。因为上午作业道床松动，工人在现场，如发生胀轨预兆，可作应急处理，而下午温度继续上升，线路继续变化，工人不在场即会发生事故。

④胀轨跑道事故多数发生在晚春及初夏。因为4～5月间开始大量维修作业，扰动道床，而且线路经过寒冬，局部钢轨可能有大量收缩，锁定轨温下降，存在应力峰。因此，晚春初夏遇有气温上升，较容易发生跑道。

⑤长轨铺于晚秋或冬季，气温较低，又未彻底放散应力时，容易发生跑道。另外，如冬季断轨修复或发生的重伤轨在冬季修复时，修复地点附

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近容易在高温时跑道。

⑥跑道常发生在线路陡长下坡终端或列车制动地段，也常发生在平交道口、桥头及曲线头附近。

⑦跑道常发生于缺碴、扣件松弛地段，也常发生于线路方向、水平不良及波磨钢轨地段。

⑧曲线比直线容易跑道。曲线跑道常为向外的单波，跑道量较小；直线跑道常为S波，跑道量较大。

⑨跑道常发生在列车走行的时候，且常在货物列车的中后部开始。这是因为列车经过时产生横向冲击力，钢轨负弯矩部分道床阻力下降，且轨温上升等缘故。资料表明，一趟长大货物列车通过时，轨温可上升11℃左右。

（2）无缝线路胀轨跑道发生的原因

1、实际锁定轨温下降而导致温度力过大。造成实际锁定下降，主要有三种原因：①长轨爬行（伸缩）不均，产生附加压力；②固定区发生断轨，断轨处温度拉力降为0，若在低温焊复，则在高温时，断缝附近必然会出现较大的温度压力，遇有作业时，在这个压力峰处将造成线路失稳；③无缝线路的锁定轨温，在运营一段时间后，会自动下降6℃～10℃，甚至还多。

2、轨道原始变形增大，特别是在曲线地段发生较多。

3、道床阻力降低，表现在道口、桥头、及其它缺碴地段，扰动道床作业后以及列车运行中。

4、轨道框架刚度降低，如扣件松动、防爬设备失效等。 5、违章作业，尤其是超温作业或超过作业标准规定限度时。 6、低温时，成段进行线路作业将导致道床阻力下降，伸缩区延长，到温度升高时，在伸缩区与固定区交接处将因伸缩区延长将出现更大的温度压力峰。

（3）无缝线路胀轨跑道的预防

防治胀轨跑道上无缝线路管理工作的核心问题，它贯穿于无缝线路管理的全过程，为此必须制订防治的措施。防止胀轨跑道的发生是工务部门无缝线路夏季工作的重中之重，如何杜绝胀轨跑道的发生是无缝线路维修工作中的一个永久的主题，下面简单介绍一下预防胀轨跑道的预防措施。

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①正确掌握锁定轨温，避免违章作业。必须对锁定轨温掌握的正确详实，发现钢轨长度有变化时，应及时调整锁定轨温；作业要根据季节特点合理安排，严格执行规章规定的作业标准和作业轨温。

②按规定标准及时补足道碴，经常保持道碴均匀、饱满、坚实；经常拧紧夹板螺栓及扣件；必要时应适当增加道床肩宽或堆高，提高道床的横向阻力和轨道框架刚度。

③在冬天道床冻结的情况下，不宜进行曲线拨道，以免拨道后线路向内侧移动造成锁定轨温的降低。

④破底清筛等中修作业，施工时必须慢行。施工后轨温上升，应派人看守或适当延长慢行时间。

⑤凡经施工扰动道床的区段，应于列车到来之前和通过之后检查线路方向，发现异常及时拨正或下令列车慢行。

⑥高温季节加强线路巡检，特别是近期内有线路作业的地段。 ⑦发现线路连续出现碎弯时，必须加强巡检或派人监视，观测轨温和线路方向变化。

⑧养护维修作业中，发现轨向、高低不良，起道、拨道省力，轨端道碴离缝时，必须停止作业，及时采取防胀措施。

⑨制定防胀措施，绘制防胀信息联络图，安排防胀车，作到发生胀轨跑道是能够及时处理，最大限度地降低因事故造成的损失。

⑩加强无缝线路防爬观测检查工作，发现无缝线路钢轨爬行异常时，及时安排应力放散。先放散后施工。 （4）无缝线路胀轨跑道的处理

①按规定设置停车信号，及时通知邻近车站及养路工区，同时对胀轨两端的线路加强防爬锁定。

②浇水或喷洒液态二氧化碳的方法降低钢轨温度，浇水或喷洒液态二氧化碳长度为跑道范围以外50m～100m，浇水顺序应从胀轨跑道的两端向中间浇，待轨温下降后，随即进行拨道，恢复线路原有位置，夯实道床，必要时补充道碴。

③如果轨温较高，浇水不奏效或当地水源不便时，可将轨道顺胀轨跑道的波形拨成半径不小于200m的曲线拨成反向曲线时，两反向曲线间的夹

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直线不应小于10m；拨道顺序应先拨中间后向两端延伸，拨道后立即回填石碴，加强夯实，以5km/h放行列车。

③困难情况下处理跑道，可切断钢轨，松开扣件放散应力，然后用夹板或急救器加固，限速5km/h开通线路。

4.5.2无缝线路断轨及其处理

（1）断轨发生的一般规律

①在锁定轨温偏高、轴重大、行车密度高的线路上，断轨发生率较高，且断轨次数与累计通过的总重有关，绝大多数因疲劳伤损引起。

②焊缝断裂占断轨总数的比重较高，木枕线路断缝占80%以上。 ③寒冷地区焊缝断裂较普通地区严重，多发生在11～12月份，而且断轨时间多发生在早晨4点～10点。。 ④曲线地段断轨次数约比直线地段高出4倍左右。 （2）断轨的处理 ①紧急处理：当断缝小于50mm时，应立即在断缝处上好夹板或鼓包夹板用急救器固定（新型的急救器性能较好，多采用此法），在断缝前后50m范围内拧紧扣件，派人看守，限速5km/h放行列车；当断缝小于30mm时，限速15km/h～25km/h放行列车；有条件时进行原位焊复，否则，在断缝处两端钻孔上好夹板或鼓包夹板，拧紧接头螺栓，然后可适当提高行车速度。 ②临时处理：当钢轨折断严重或断缝大于50mm时，以及紧急处理后不能立即焊复的，应封锁线路进行临时处理。沿断缝两侧对称切除伤损部，两锯口间插入不短于6m同型钢轨，轨端钻孔，上接头夹板，用10.9级螺栓 17 m（临时处理）nε（断缝）拧紧。在短轨前后50mm范围内，拧紧扣件后，按正常速度放行列车。其他线路插入不得短于4.5m的带分孔同类型钢轨，用6孔夹板上紧接头，必要时加设防爬设备锁定，然后可按正常速度放行列车。处理时要记录好锯轨时的断缝长度、轨温和锯下的钢轨长度。

③永久性处理：钢轨断缝处紧急处理或临时处理后，在接近或低于实际锁定轨温时，插入短轨重新焊复。采用小型气压焊时，插入短轨等于切除钢轨长度加上2倍顶锻量。先焊好一端，焊接另一端时，先张拉钢轨，使断缝两侧标记的距离等于丈量距离减去断缝值加顶锻量后再焊接；采用铝热焊时，插入短轨的长度等于切除钢轨长度减去2倍预留焊缝值。先焊好一端，焊接另一端时，先张拉钢轨，使断缝两侧标记的距离等于丈量距离减去断缝值后再焊接。由于现在铝热焊技术的提高（普遍采用引进的法国铝热焊技术与设备）及操作简单，多采用此种方法。如下图。 路上焊接时的轨温不得低于0℃。放行列车时，焊缝处轨温应降至300℃以下。 予留焊缝25mm插入短轨予留焊缝25mm（通常长度12.5m或6.25m） 18

5无缝线路钢轨焊接工艺要求

钢轨的焊接，是铺设无缝线路的首要条件和技术关键，是铺设无缝线路重要工序之一，是工务部门养护维修无缝线路的重要作业项目之一。钢轨焊接，是将两根钢轨顺直对接，在接头处通过物理与化学反应使接头处达到分子间的金属键连接、金属分子重组、结晶成为一个牢固整体的过程。

目前，我国铁路部门广泛采用的钢轨焊接的主要方法有接触焊法、气压焊法、铝热焊法三种类型，分别应用在工厂长轨条焊接和工地长轨条焊接。我们锦州工务段这几年在实践工作中，对无缝线路维修进行钢轨焊接时一直是采用铝热焊法。我工作的车间就是从事钢轨焊接工作，从实际的工作角度上出发，我选取的论文题目是无缝线路养维修，所以我着重研讨一下铝热焊轨法。

5.1铝热焊法

铝热法是将两钢轨顺直正向摆放，两待焊端面之间保持一定的缝隙。在

钢轨两侧和底部用模具扣封严密，模具与钢轨两端面之间构成型腔，顶部留有浇铸孔，并从浇铸孔用火焰对型腔内进行预热，预热温度达到工艺要求后，将坩锅内已配制好的铝热焊剂引燃，坩锅内发生强烈的物理化学反应，得到的高温液体从坩锅底部的特殊孔浇注到型腔内，高温钢水将型腔内两钢轨轨端面熔化并相互熔合，冷却后即将两钢轨焊为一体。这种方法与铸造相似，亦称为铸焊法。

铝热焊法在无缝线路铺设、维修和断轨抢修中，都起到了重要作用。由于铝热焊法具有轻便灵活的特点，自20世纪末我国分别引进了法国拉伊台克公司和德国施密特公司的铝热技术，锦州工务段主要采用法国拉伊台克公司的铝热技术（2007年上半年用了一段德国施密特公司的铝热技术），用于断轨处理和线上长轨的对接焊。

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5.2铝热焊法的焊接原理

铝热焊是利用焊剂中的铝在高温条件下下氧有较强的化学亲和力，它 从重金属的氧化物中夺取氧，使重金属还原，同时放出热量，将金属熔成高温液体，浇注施焊而成。铝热焊接钢轨就是利用这种氧化还原的化学反应作用。

5.3铝热焊法的焊接工艺

线上现场钢轨铝热焊接主要采用干型焊筋快速预热工艺，其特点是浇注系统采用预制干型砂箱，便于现场携带和操作。

法国拉伊台克公司和德国施密特公司的铝热焊技术基本的工艺：

（1）安装砂型：

从砂盒内轻轻取出砂型，然后手持砂型在待焊钢轨上试合。若与钢轨体不密贴，可轻轻在待焊轨上摩合，直到密合，确认完好后再把浮砂清掉；

将封箱泥膏填入压枪内，挤出泥条。泥条应与砂型上的泥沟槽吻合。封箱泥条挤在泥沟槽内要均匀、饱满，不得间断，以免钢水泄漏；

置入封箱泥的砂箱仔细扣到待焊轨接缝处，扣箱时应两人相对操作，要求对准、端平、直顺、严密，刮去浮砂。

合箱完毕后立即用砂型卡夹牢砂箱。用电筒从浇口杯处检查轨腰处砂型是否对准，从直浇口检查底处砂型是否对正。若有歪斜，轻轻扭动或推正，拧紧卡子到各处严密，最后用封箱泥抹严所有外部接缝。

再一次检查砂型内腔，确认无脱砂、裂纹、多余的封箱泥膏。试合轨顶砂芯，确认合适后将其置于砂型顶面的直浇口外侧，以便再预热钢轨，同时烘烤砂芯。

（2）坩锅装料：

焊接前再次检查坩锅，填料前20min用预热器烘烤坩锅内衬2min；捏住焊剂袋用力上下翻动使焊剂充分均匀，然后缓慢均匀地把焊剂倒入坩锅，盖上坩锅盖。

（3）预热

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焊接端面预热温度须达到900—1000℃，目测时为橙黄色。

预热前应检查预热器及连接管路。燃烧嘴的出口方向应与焊缝平行，燃烧嘴伸入轨头下的距离为2mm。氧气表压力调到0.61MPa丙烷压力调到0.036—0.045MPa。先打开丙烷气阀，再打开氧气阀，用明火点燃预热器，流量逐渐增加到2600L/h左右，调好的火焰应呈蓝色内焰，长方形内焰头有一绒球状焰体。燃烧嘴不清洁时内焰往往分叉散火，应熄灭清理，重新调整。

预热操作中应注意使燃烧嘴中心与端缝中心对正，不能触及钢轨，观察砂型周围有无“漏火”现象。一般5min左右钢轨端面可均匀达到900—1000℃。达到预热温度后提起预热器，减少氧气量，逐渐减少丙烷气与氧气量，直到熄灭。预热过程中发生回火，应立即关闭所有气阀，将预热器发热部分投入水中冷却，找出回火原因。

预热嘴距钢轨顶面距离，氧气、丙烷流量调整，轨缝间隙等工艺调整需要通过现场试验进行。

(4)钢水浇注：

当预热达到预定温度时，操作人员一人把握坩锅，另一人拿起用火烤过的轨顶砂芯，当预热器提起时另一人立即对准位置放牢砂芯，把握坩锅的操作人员应迅速把坩锅放置到砂型上方对正，在3s时间内点燃高温火柴迅速插在焊剂顶部（最深为25mm）点燃焊剂，从预热器提起到点燃焊剂要求不超过6s。

焊剂点燃后坩锅内反应镇静钢水浇注完毕。 （5）焊后接头手工整修

5min后拆箱，移走废渣盘和坩锅，立即解除砂模夹具、模套、砂箱底托盘。用推凸机铲平轨顶，用剁子除掉冒出的多余焊料。轨头打磨平整圆顺，焊头温度降到300℃以下可放行列车。

5.4法国拉伊台克QPCJ铝热焊工艺

主要特点：

（1）采用一次性坩锅，坩锅本身清洁、干燥，不需要封口钉（封口处

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带有塞子，待焊剂引燃反应安全后自动熔化）；

（2）采用快速定时预热； （3）焊剂、封箱泥的质量高；

（4）金相结构方面减少了焊头中夹杂物和孔隙的危险。

工艺步骤：

（1） 到焊接现场前的准备工作

检查并并确认施工过程中所必需的工具、材料是否齐全，作用是否良好，并分类放置。具体按钢轨铝热焊接QPCJ工艺操作指导手册步骤1的七项物品、机具清单准备。

（2）焊接现场的准备工作

具体按钢轨铝热焊接QPCJ工艺操作指导手册。重要注意事项：挖废渣处理坑前一定要检查地下是否有电务、通信部门的信号电缆。

（3）轨道的准备工作 落实轨道的高低和方向

将轨温计放置于钢轨腰部背光的一侧

落实钢轨的型号及重量与所使用的QPCJ焊剂是相对应的 检查钢轨的间隙：距离轨枕应不少于100mm 除去间隙下方的道碴（少于100mm）

去掉焊头两端6根轨枕的扣件及垫板，6根轨枕以外的15米范围内锁定线路上紧扣件。

（4）钢轨端头的准备

检查并落实钢轨上的任何钻孔与钢轨端头的距离不小于100mm,切割钢轨端头必须使用专用锯轨机，钢轨端头的直角、垂直公差不大于1.0mm，必须确定钢轨端头以前未被气焊或电焊过。

（5）钢轨端头的对正

钢轨端头的对正是铝热焊接工艺最难也是最关键的一个步骤。 ①间隙距离必须是25±2mm ②尖点（垂直对正）

对于木枕，尖点值是3.2mm；对于混凝土枕，尖点值是1.6mm。 ③水平对正

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在进行钢轨端头对正时，使用钢轨对正架程序是：轨缝对正→尖点对正→水平对正→倾斜对正 （6）砂模的准备

砂模避免受潮，确保砂模在钢轨上结合紧密。 （7）预热

预热是焊接过程中的一个重要工序，其作用是消除模具中残余的湿气以及提高模具和钢轨的温度。它通过特制专用加热器完成，氧气和丙烷气作为燃料。氧气瓶和丙烷瓶的压力分别为483kPa、69kPa。

①压力的调节

在丙烷和氧气钢瓶上，将调节器的压力完全释放掉； 在燃烧器上，将两个阀门完全打开； 慢慢地完全打开丙烷和氧气钢瓶；

使用调节器增大压力，直到丙烷压力为69kPa、氧气压力483kPa。 ②预热

记录钢轨的温度；

在寒冷气候环境条件下，根据需要对钢轨进行加热；

快速打开燃烧器的丙烷阀门点燃火焰，使燃烧器端头的火焰得到12mm长的蓝色焰心；

将燃烧器放在预先已经定好位的燃烧器支架上，迅速地将燃烧器放置于砂模和间隙的中央并且固定好，并检查火焰是否垂直进入砂模，火焰应稳定地从砂模中冒出，并且均匀对称。按下秒表开始计时：50kg钢轨4.5min；60kg钢轨5min；60kg以上6min。

分流塞放在砂模的边缘进行加热；

不间断地注视整个预热过程，在规定的预热时间结束把燃烧器从砂模中撤出，注意不要预热过度

（8）焊药的准备 （9）浇注

（10）拆除砂模与推凸 （11）热打磨 （12）冷打磨

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（13）收尾工作

以上的作业流程必须严格按照钢轨铝热焊接QPCJ工艺操作指导手册的要求进行，确保钢轨焊缝的质量。

工艺技术要求：

（1）待焊钢轨磨耗应与线上钢轨磨耗相当或相近，钢轨状态完好，无损伤，无大于0.3mm的波浪型磨耗，钢轨轨端100mm范围内无孔眼，无被电焊或气焊腐蚀的痕迹。

（2）钢号不同及不同工厂生产的钢轨，未经实验不利进行焊接。 （3）在无缝线路非固定区或线下焊接时，作业气候条件应符合焊接工艺要求。在无缝线路内进行焊接时，除符合焊接工艺要求外，还应在接近锁定轨温条件下进行，否则，需要放散应力，使前后钢轨恢复应有位置。

（4）在线上焊接时轨温不应低于0℃，放行列车时，焊缝处轨温应降至300℃以下，焊后焊缝探伤时的轨温不得大于50℃。

（5）钢轨铝热焊质量验收

铝热焊焊缝中心前后100mm属于铝热焊焊接范围 外观检查：

①钢轨顶面工作边和侧面工作边使用1M直尺测量，轨底矢度偏差为0—0.5mm，侧面工作边矢度不大于0.5mm。

②钢轨任何部分无棱角，过度平顺、圆滑，钢翘皮应剔除。 内部探伤：

超声波探伤检查地无严重伤损

（6）根据不同待焊钢轨、材质使用不同类型焊剂，采用的钢轨焊接工艺、所使用的工具应当与焊剂相适应。

（7）做好焊接技术资料记录，内容包括：天气、气温、轨温、待焊焊缝、预热时间、反应时间、氧气压力、燃料气压力、焊药标签。

5.5特殊条件下的铝热焊接

由于在实际焊接的过程中，钢轨的类型、材质不同，而且环境气候变化不定，使得在某些情况下，需要对标准的QPCJ焊接工艺作相应的调整。

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这些特殊条件有：

（1）由于钢轨磨损而使得轨头的宽度和高度产生差异，这种差异导致轨头、轨内或轨外一侧不在同一平面。

解决有办法：

当出现轨头宽度不同的情况时，①对直钢轨的轨底和轨腰。②在焊接完成后进行打磨时，打磨轨头的内侧或外侧成一直线；

当出现轨头高度不相同的情况时，①差异若小于3mm时，对直钢轨顶部运行表面，高度的差异在轨基处予以抵消。②差异若大于3mm时，对于两个钢轨端头间的可接受高度差异是有限的，轨头高度差异不能超过3mm,假如高度差异超过3mm，但小于8mm，需要使用QPCJ特制的中和组件。

（2）寒冷气候条件

寒冷气候条件定义如下是刮风或下雨、下雪，温度低于15℃。解决办法：

①加热程序。如果钢轨温度低于15℃，必须在预热开始前或在预热过程中用预热枪将钢轨加热到37℃，需要加热的钢轨长度为1m，并且是砂模的两侧、每段钢轨的两侧。

②冷却程序。在寒冷气候条件下，焊头将会冷却过快而影响焊接质量。因此，当温度低于15℃或风特别大或雨特别大时，必须地除瘤后立即用保温箱或保温罩盖起来，时间至少10min，之后再进行打磨。

（3） 在使用钢轨拉伸器时

当需要使用钢轨拉伸器时，只能在钢轨轨温度低于张力370℃、压力600℃才能去掉拉伸器。

（4） 对于出现焊药“冻结”的紧急情况（请特别注意）

这是一种十分少见但却有潜在危险的情况，即焊药在点着后在一分钟之内没有熔化的铁水浇注下来。当遇到这种情况时解决的方法：

① ②

立即离开坩锅，离开焊接现场，等坩锅内不在有任何焊药之后再返回；

锯下焊头，然后锯一小钢轨补进来。

随着铁路高速重载的不断发展，对线路轨道的要求也越来越高，区间或跨区间无缝线路得到了广泛的应用，对无缝线路的养护维修作业提出了

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更高的要求，要求我们工务部门在适应铁路跨越式发展的前提下，必须熟练掌握现代无缝线路技术与维修作业标准，在工作中不断积累经验，始终保持设备质量均衡，达到规定的技术状态，使列车能够按规定的速度、安全、平稳、不间断的运行，并尽量延长设备的使用寿命，这就需要我们结合生产实际，根据无缝线路特点，合理铺设，搞好养护维修，并勇于探索提高养护维修质量和延长设备使用寿命的新方法、新途径，从而满足列车高速重载高速铁路发展的需要，在铁路跨越式发展中，奋发有为，与时俱进。

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致谢

致 谢

经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

在论文写作过程中，得到了李昊鹏老师的亲切关怀和耐心的指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩李军老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

傅涛

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附 录

跨区间无缝线路养护与维修

跨区间无缝线路是轨道结构技术进步的重要标志, 是实现轨道结构现代化的最佳选择, 它以无可非议的优越性得到各国铁路的承认。它具有轨道结构强度高、行车条件好、无缝线路工况佳、养护维修材料和劳力消耗少的优点。跨区间无缝线路与普通无缝线路的基本原理是一致的, 因此, 普通无缝线路的设计计算、施工养护的理论和方法, 也适用于跨区间无缝线路。然而, 跨区间无缝线路作为一种新型的轨道,在其结构条件、受力状态、及施工养护等方面也有其新的特点。加强跨区间无缝线路的养护与维修工作保证行车安全、充分发挥效能的关键。

一、认真做好铺设前的线路整修工作

无缝线路铺轨之前的整修工作是列车安全运行的基础, 是跨区间无缝线路发挥效能的关键, 因此必须认真做好此项工作。该项工作应于铺轨前不少于15 天完成, 整修工作的主要内容有:

1、全面起好线路大平, 消灭前后高低和水平不良处所, 要求特别注意消灭低接头, 对现有接头位置, 在轨枕上作出标记, 以便换轨后加强捣固。

2、全面拨正线路方向, 拨好曲线园度, 消灭曲线“鹅头”和反弯, 测量调整线路限界。

3、整治路基病害, 清筛不洁道床, 消灭翻浆冒泥, 解决岔区排水。 4、翻修基础不良道口, 疏通排水, 加强捣固, 做好几何尺寸。 5、均匀、补充道碴, 村镇行人过道及桥头道床要采取挡护措施。 二、加强铺设初期的整修工作

搞好铺设初期的线路整修, 是发挥无缝线路优越性的基础工作,必须高度重视。初期整修工作的主要内容有: 1、全面加强线路: 要组织力量, 及时安排以起道、拨道、改道、封碴和夯拍道床为主要内容的全面整修工作, 使无缝线路尽快得到加强和稳固。2、成段综合整修扣件:在接管线路后, 首

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先安排全面复紧一次轨枕扣件, 以锁定线路。之后,要按照“全、正、靠、润、紧”的标准进行扣件整修, 同时改正轨距和不良方向, 要组织专业组, 逐根整修, 按公里验收。3、整治钢轨原始弯曲: 新铺钢轨存在大量原始弯曲, 其中包括活弯和死弯。应组织专业组采用“一拨”( 拨正不良方向) ; “二改”( 改正轨距和不合适扣件) ; “三串”( 串动影响扣件组装的轨枕) ; “四调”( 调直死弯) 的方法, 整治钢轨原始弯曲, 调直死弯的工作可集中进行, 作业时轨温不得低于35℃。4、进行应力放散: 对锁定轨温偏高或偏低的地段, 应制定施工方案, 适时进行应力放散或调整。

三、线路养护维修

养护维修工作中应严格控制锁定轨温变化, 进行无缝线路养护维修作业, 必须测量和掌握轨温, 观测钢轨位移, 按实际锁定轨温安排作业, 并严格遵守无缝线路维修作业轨温条件”和“两清、三测、四不超”制度。定期做好无缝线路锁定工作, 保持无缝线路经常处于稳定状态;养护维修工作中应注意强化轨道整体结构, 要注重做好补充均匀道碴、堆高碴肩、夯拍道床、整修扣件、复紧螺栓等提高线路阻力的作业,以及进行必要的设备加强工作, 强化轨道整体结构, 提高轨道抗变形的能力; 养护维修工作中应保持轨道的平顺性, 在养护维修工作中, 要坚持设备检查制度, 根据实际状态安排作业计划, 要注重整治道床板结翻浆、轨枕空吊板、轨向不良及几何尺寸超限等方面的作业, 并有计划地安排钢轨打磨、焊补及整治死弯等修理作业, 努力提高轨道的平顺性。

四、无缝道岔养护维修

无缝道岔养护维修工作应严格控制锁定轨温变化: 每一个岔区为一个单元轨节, 应加强岔区的锁定工作, 保持锁定轨温变化不得超过±5℃; 要经常检查防止道岔纵爬横移, 要经常保持道床断面, 切实做好扣件养护, 及时消除道床翻浆、排水不良、几何尺寸超限等病害, 提高线路阻力, 达到下部稳、上部准、纵不爬、横不移; 必须保证保持道岔整体结构性能, 要加强检查、养护工作, 保证各部配件齐全、有效, 经常处于正常工作状态。

五、故障处理

1.无缝线路胀轨跑道的防治及处理认真执行《铁路线路修理规__则》及《铁路工务安全规则》中有关胀轨跑道的处理方法及防护办法,做到正确

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判断、适时防护, 确保行车安全。凡发生胀轨预兆或胀轨跑道的地段, 均应组织技术人员进行全面调查分析, 查明原因, 详实登记表、卡, 并做好善后处理工作, 恢复原无缝线路状态, 核实锁定轨温, 以及制定防范技术措施。进行紧急和临时处理时, 应测量断缝宽度, 并在断缝两侧各3.5m处的轨头非工作边上冲打标记。进行永久处理时, 要丈量两个标记间的距离, 经计算与原锁定轨温相比不大于±3℃时, 可直接焊复, 按原锁定轨温掌握; 否则, 应放散应力后再行焊复。每次断轨处理后, 均应详实登记有关表、卡, 以及制定防范措施。

2.无缝道岔的故障处理无缝道岔中尖轨、辙叉及钢轨发生重伤或磨耗需要更换时, 应直接进行永久处理; 当尖轨、钢轨损坏时, 可临时更换普通尖轨、钢轨, 采用夹板联结、冻结接头; 当可动心轨辙叉损坏时, 在岔枕上更换一组特制垫板, 换入一根短轨( 长度13.26m) , 两端用夹板联结、冻结接头, 开通直股, 限速25km/h。在以上采取临时措施后, 应尽快安排进行永久处理; 当焊缝发生重伤时, 可先用夹板加固、而后进行永久处理; 当焊缝发生折断时, 可先锯切掉焊筋或折断部分, 插入长度4.8m 的短轨, 用普通夹板或插入短轨头用长孔夹板联结, 并根据现场情况决定开通时是否限速。

3.胶接绝缘接头的故障处理当胶接绝缘接头拉开离缝时, 应立即拧紧胶接绝缘接头两侧各50m 线路的扣件, 并尽快安排临时处理或直接进行永久处理; 当工、电双方共同确认胶接绝缘接头失效时, 可先插入一根备用的胶接绝缘钢轨( 线路上使用长度为3.25m+3.75m,两组道岔间使用长度为3.00m+1.8m) 进行临时处理; 无备用胶接绝缘钢轨时, 也可换入两根不短于6m 的钢轨, 安装普通绝缘材料, 用夹板联结进行临时处理; 经临时处理之后, 应尽快用长一级的胶接绝缘钢轨进行永久处理。

六、技术管理

应认真执行《铁路线路修理规则》的有关规定。工务段应有完整的无缝线路铺设资料、无缝线路及无缝道岔技术卡片, 胀轨、断轨、爬行观测及应力放散等原始记录。技术卡片每年登记、复制、印发一次, 正确反映无缝线路的实际状况; 领工区、工区应有无缝线路、无缝道岔技术卡片及爬行观测记录; 根据钢轨爬行及轨长标定观测分折, 每半年核定一次实际

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锁定轨温, 并通知领工区、工区, 工区应将实际锁定轨温标注(或挂牌)在线路设备图板上。

七、技术培训工作

在跨区间无缝线路铺设之前及每年入夏、入冬之前, 应有计划地举办专题学习班, 培训领工员、工长、生产骨干及机关生产技术人员,并通过定期考试、知识竞赛等形式, 不断提高技术业务和生产管理水平; 各领工区、工区要把学习无缝线路基本知识、养护标准和方法, 作为业务学习的主要内容, 并通过安全、质量分析会及每天布置工作时,结合实际分析无缝线路技术状态及其发展变化, 并努力提高无缝养护维修作业中的技术含量。

八、常备器具、材料

按《铁路线路修理规则》的规定“无缝线路常备材料、工具数量标准”和防胀备品规定, 备齐各种备用器具、材料, 并经检查核实, 专项保管; 跨区间及区间无缝线路区段增加以下备用材料: 临时处理胶接轨:长度3.25m+3.75m( 两端带螺栓孔) , 每个领工区备用1 根; 临时处理胶接轨: 长度3.0m+1.8m( 两端无孔) , 每个有无缝道岔的工区备用1根; 永久处理胶接轨: 长度3.8m+4.4m( 两端无孔) , 每个领工区备用2根; 可动心轨提速道岔的尖轨、基本轨、辙叉、岔枕的备用材料另行安排。各种备用器具、材料, 要定置管理, 不得乱拉乱用, 每年入夏、入冬前分别进行两次检查, 发现缺少、失效应及时补充、修理或更新, 确保故障处理的正常使用。

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参考文献

1．广钟岩 高慧安 主编 《铁路无缝线路》 （第四版） 北京：中国铁道出版社 2005.2 2.法国拉伊台克国际公司 钢轨铝热焊接QPCJ工艺 《操作指导手册》

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5uu7.html