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摘要：分析了国内外钢轨焊接标准接头的力学性能：落锤、静弯、疲劳、硬度、冲击和拉力等，并提出改进建议：闪光焊和气压焊接头落锤重量检验保留，测试温度范围增加； 应限制静态弯曲试验加载速度的上限； 疲劳试验应向四点弯曲方向发展； 冲击和拉伸试验应设定一个底线值。

一、简介

1991年至2004年，我国铁路实施的钢轨焊接标准为TB/T1632-1991《钢轨焊接接头技术条件》，为保障我国无缝铁路线路安全发挥了重要作用。

随着我国铁路建设的不断发展，钢轨焊接方式增加了移动式闪光焊； 钢轨规格增加了75kg/m； 钢轨品种增加了U75V、U76NbRE等。另外，通过标准的长期应用，也发现一些检验项目需要调整，一些机械性能指标需要修订。

钢轨焊接接头力学性能检测是钢轨焊接标准的核心。 试验方法（或项目）和性能指标的确定要求科学严谨，同时具有良好的可操作性，以保证有效实施。 针对上述情况，本文对我国TB/T1632-1991《钢轨焊接接头技术条件》与国外相关标准进行了比较分析，提出了修订建议。

2、钢轨焊接现状

目前，世界上铁路钢轨的焊接方法有四种：闪光焊、气压焊、铝热焊和窄间隙电弧焊。 日本采用四种钢轨焊接方法，其特点是闪光焊比例较小，气压焊比例较大。 法国铁路以TGV为代表，轨厂焊接采用闪光焊，在线焊接采用铝热焊。

美国和加拿大的铁路主要用于货运，轴重在30t以上，列车运行速度较低。 钢轨焊接的特点是铝热焊和移动闪光焊比例大。 欧洲大部分国家钢轨焊接主要采用闪光焊和铝热焊，在线部分采用窄间隙电弧焊。

我国铁路钢轨焊接的一般做法主要是固定闪光焊，占钢轨焊接总量的85%以上，其次是气压焊，铝热焊用量最少。 离线采用气压焊，在线采用铝热焊。 近年来，移动式闪光焊也逐渐开展起来。

比较四种钢轨焊接方法，闪光焊接头质量稳定，断头率最低，其次是气压焊、窄间隙电弧焊和铝热焊。 1998年至2000年，铁道部有关部门对全国铁路钢轨焊缝断轨情况进行了统计。 三年间，闪光焊断轨57条； 216条气焊断轨； 定量：闪光焊0.0074%，气压焊0.24%，铝热焊0.52%。

从以上统计结果不难看出，不同焊接方法焊接的钢轨接头质量存在明显差距。 作为标准，如果按照闪光焊标准对铝热接头进行检验，会出现铝热接头无法通过检验的情况，而在实际的钢轨焊接中，铝热焊是必不可少的。 为此，我国采用的方法是对每一种焊接方法制定一个标准。 闪光焊的技术要求最高，气压焊次之，铝热焊最低。

三、力学性能试验方法及技术要求

表1为部分国家和欧洲钢轨焊接接头力学性能检测项目。 在静态弯曲、疲劳和硬度测试项目中，各国的测试方法和技术要求差异较大，无法直接比较。

以静态弯曲试验为例，英国、德国、日本均采用三点弯曲焊接接头弯曲试验方法，只有美国采用四点弯曲。 日本的静弯试验方法比较详细，分为正压（轨头压力）和背压（轨底压力），与我国铁路标准比较接近。 英国、德国、美国和欧洲的标准只是正压。 疲劳试验方法和技术要求也大不相同：美国采用滚动疲劳； 日本早期采用三点弯曲疲劳，后来改进为四点弯曲疲劳； 英国、德国、法国采用四点弯曲疲劳法。 此外，应力循环系数、疲劳循环和判断方法都有明显不同。

(1)落锤

目前只有我国钢轨焊接标准（TB/T1632-1991）有落锤检验。 试验条件为：锤子重量1t，落差3.1m（60kg/m钢轨），支撑重量10t以上，支撑距离1m，每个样品合格2个连续的锤子。 闪光焊型式检验需要25个样品，连续合格； 气压焊需要15个样品，连续合格。 铝热焊需做落锤试验，落锤高度可协商。

但由于实施难度相当大，实际上基本没有实施。 从我国的实际情况来看，落锤试验是判断钢轨焊接质量的一种简单有效的方法。 对于闪光焊，落锤试验可有效检测焊缝灰点、焊条烧伤等缺陷； 对于气压焊，落锤试验可以有效检测出光点、未焊和过烧等缺陷。

对于铸态组织的铝热焊接接头，由于焊缝本身韧性较低，即使焊缝无缺陷，降低落锤高度或降低落锤高度也难以通过落锤试验。锤击次数减少。 关于试验温度，TB/T1632-1991规定为0-40℃，钢轨冷脆转变温度为5-10℃。 为避免落锤试验低于钢轨冷脆转变温度，需对试验温度进行适当提高。

(2)静态弯曲

一些国家钢轨焊接标准的静态弯曲试验条件和技术要求见表2。日本标准分为闪光焊、气压焊、窄间隙电弧焊和铝热焊。 其中，闪光焊与气压焊各项指标相同，窄间隙电弧焊次之，铝热焊最低。

与我国日本标准静态弯曲技术要求相比，闪光焊和气压焊的静态弯曲值非常接近，铝热焊更高。 窄间隙电弧焊在我国至今尚未广泛推广，故不要求采用这种方法。 日本的偏斜要求比我国高。 英德欧无背压、无挠度要求，闪光焊静态弯曲技术要求比我国略低。 从静态弯曲试验的条件来看，试样的支撑距离为1m。 英国、德国和欧洲对压头半径和支架弧度要求较低，允许范围较大。

我国规定压头圆弧半径为300mm，但对支撑圆弧半径没有要求。 根据英国、德国和欧洲的标准，有理由认为压头直径对静态弯曲值的影响相对有限。 关于加载率，英国和欧洲的标准对此都有要求，而我国的TB/T1632-1991没有要求。 试验表明，当加载速率加快时，静态弯曲值显着增加。 因此，应限制静态折弯机的加载速度。

(3)疲劳

目前，我国采用的焊接接头疲劳试验方法是三点弯曲疲劳。 本试验方法移植自钢轨母材疲劳试验方法。 其特点是试验方法简单，试验所需试件数量少。 除我国外，世界上早已采用，目前国外多采用四点弯曲疲劳法（见图1）。

钢轨焊接接头之所以采用四点弯曲疲劳，是因为在加载时，两个压头中间的焊接接头部分承受纯弯曲载荷，弯矩恒定，因此，焊接接头沿钢轨纵向受力均匀。 由于焊接接头的金属组织和力学性能不均匀，采用均匀载荷可以有效地测试焊接接头最薄弱区域的疲劳强度。

考虑到我国目前还缺乏相关的测试数据，很难引入这种测试方法。 此外，英国、德国、日本在四点弯曲疲劳方面也存在相当大的差距。 例如：英国标准的应力循环次数为500万次，美国、日本、德国、欧洲、我国的应力循环次数为200万次。 德国的疲劳是“拉-压”疲劳，而日本、欧洲和我国都是“拉-拉”疲劳或接近脉动疲劳。

(4)硬度

美国AWSD15.2规定，对钢轨顶面以下3.2mm及轨头（距轨顶16mm）、轨腰（1/2轨高）和轨底（距轨底 6.4mm) 的纵截面。 . 试验采用布氏硬度法，也可用洛氏硬度法换算成布氏硬度。

接头硬度变化范围碳钢钢轨为-60~40HB，最大不超过410HB，优质钢钢轨为-80~60HB焊接接头弯曲试验方法，最大不大于415HB。 英国RAILTRACK铁路规范（RT/CE/S/001），轨头：上限为母材硬度40（HV30）； 下限为母材硬度-20（HV30）。

如果正火后硬度下降，则应空冷。 轨脚两侧不规定下限，因为轨脚硬度低与钢轨磨损无关。 在我国TB/T1632-1991中，硬度试验分为焊接接头钢轨顶面布氏硬度和热影响区维氏硬度两种。 焊接接头硬度不低于母材硬度的90%，接头软点硬度不低于母材硬度的80%，大致相当于国外标准。

(5) 焊接冲击和接头张力

国外标准中没有这方面的检查项目。 我国TB/T1632-1991的焊缝冲击和接头拉力分别在轨头、轨腰和轨底进行检验，并与母材进行对比。 焊接冲击功不低于母材的60%。 闪光焊和气压焊接头的抗拉强度不应低于母材的90%，铝热焊不应低于80%。 闪光焊和气压焊后的延伸率不应低于母材的70%，铝热焊不应低于60%。

从实施上看，未经正火热处理，焊接接头的冲击韧性很难达到母材的60%。 该指标对检验焊接接头热处理效果非常有效。 接头拉力可用于检验焊接接头抗净拉力的强度，它直接反映接头的强度，与母材的强度相同，达到标准即为合格。基材。 但焊接接头不均匀，断后伸长率必然下降，因此与母材的相对比较没有明确的物理意义。

四、几点建议

1个

根据我国实际情况，建议保留钢轨焊接标准中的闪光焊和气压焊落锤试验，但应提高试验温度，避免出现下面进行试验的情况钢轨的脆性转变温度。

2个

我国目前采用的静态弯曲试验与日本比较接近，要求更高。 考虑到测试加载速度对测试结果影响较大，建议控制加载速度上限，以保证测试数据的有效性。

3个

焊接接头疲劳试验的理想方法是采用世界上大多数国家采用的四点弯曲疲劳试验方法，并应逐步向这个方向发展过渡。

4个

焊缝冲击和接头拉伸试验应适当调整，指标基准值的设定更为合理，如抗拉强度基准值直接采用钢轨母材标准。

□结束□

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