鐵路高速、重載的迅速發展，軌道結構也由普通線路逐漸被無縫線路所取代。與普通線路相比，無縫線路消滅廠大量鋼軌接頭，因而具有行車平穩，軌道維修費用低，使用壽命長等優點，成為目前高速鐵路線路建設的主要方法。無縫線路是鐵路軌道的一項重要新技術，将普通鋼軌焊接成一定長度的長軌條，用具有一定長度的長軌條焊聯并鋪設而成的線路稱為無縫線路，長鋼軌的焊接是鋪設無縫線路的重要環節。
目前無縫線路鋼軌接頭的焊接方式主要有鋼軌接觸焊、氣壓焊和鋁熱焊三種：
接觸焊焊接方法及工藝
鋼軌接觸焊( 閃光焊) 一般應用于工廠焊,無縫線路 95﹪是采用此種工藝完成的,即把長度為25米無孔标準軌焊接成為200-500米的長軌條。
其原理是利用電流通過鋼軌接觸面産生熱量熔化鋼軌局部端面,再經頂鍛完成焊接。由于接觸焊的焊接熱源是來自工件的内部熱源,熱量集中,加熱時間短,焊接過程不需要填充金屬,冶金過程比較簡單,熱影響區較小,易獲得品質較好的焊接接頭。
焊軌廠所采用的焊接流程基本相同, 包括: 配軌、探傷、整修鋼軌端面、進入待焊台位、焊接、粗磨、精磨、調直、正火、探傷、進入承軌台、裝車運送至現場, 在所有工序中焊接最關鍵的一道工序,其焊接品質好壞直接關系到線路維修工作量的多少,如果出現問題, 嚴重時會危機到行車安全與其他鋼軌焊接方法相比,閃光焊自動化程度高,受人為因素影響小, 焊接裝置配有計算機控制,焊接品質波動小,焊接生産率高等特點。在正常情況下與氣壓焊、鋁熱焊相比,鋼軌的接觸焊焊縫強度較高,線路上斷頭率約在0.5/10000以内。但與母材相比,它的強度仍低于母材,原因如下:
(1) 鋼軌屬大斷面紮材,其心部材料較差,有低熔點夾雜條帶、疏松、晶粒粗大,在焊接頂鍛過程中,邊緣較好材料被擠出,而以心部材料向外擴充代替,且纖維組織中斷且彎曲,頂鍛量愈大這種情況愈明顯。
(2) 焊接高溫熱影響,在焊縫左右1～2mm區域晶粒粗大,降至 1～2 級
(3) 鋼軌斷面不均勻,軌頂、軌底屬緊湊型斷面,軌底兩角是展開型斷面,焊接時軌底兩角溫度偏低,焊接後全斷面冷卻不均勻,産生較大的殘餘溫度應力
(4) 焊縫上存在難以消除的缺陷———灰斑。
氣壓焊焊接方法及工藝
目前廣泛應用的鋼軌氣壓焊是小型移動式氣壓焊機, 主要用于焊接工地長鋼軌聯合接頭, 還可以利用封鎖天窗進行傷軌焊接處理。
其原理是将鋼軌的焊接端面加熱到塑性狀态, 在固定的頂鍛力作用下産生頂鍛量, 當頂鍛量達到一定量之後, 鋼軌即被焊接成一個整體。
目前的小型氣壓焊機基本上為國産焊接, 其焊接過程一般分為氧- 乙炔火焰預熱、預頂施壓、低壓頂鍛、高壓頂鍛、保壓推凸等階段, 由于在焊接過程中需要人工對軌和肉眼觀察加熱狀況, 是以受人為因素影響很大, 易出現焊接接頭錯口和接頭缺陷。
但因為其具有裝置簡單, 體積小、重量輕的特點, 便于線上、線下及工地移動, 操作比較簡單, 大量用于工地現場長軌條的焊接。
鋁熱焊焊接方法及工藝
鋁熱焊一般應用于鐵路鋼軌的現場焊接, 是線路鋪設特别是無縫線路鎖定和鋼軌斷軌修複的不可缺少的方法。鋼軌的鋁熱焊是利用焊劑中的鋁在高溫條件下與氧有較強的化學親合力, 它從重金屬還原,同時放出熱量, 将金屬熔成鐵水, 澆鑄施焊而成。
其重要過程是将配制好的鋁熱焊劑,放入特制的坩鍋,用高溫火柴引燃焊劑,産生強烈的化學反應,得到高溫的鋼水和熔渣,待反應平靜後,将高溫的鋼水注入扣緊鋼軌經過預熱的砂型中, 将砂型中對接好的鋼軌端部熔化,冷卻後去除砂型,并及時對焊好的接頭整形,兩節鋼軌即焊成一體。雖然鋁熱焊裝置具有投資省,焊接操作簡單,接頭的平順性好等特點,但其焊縫為較粗大的鑄造組織,韌性、塑性差,最好能夠進行焊後熱處理,以改善焊接接頭性能。
總之,長鋼軌焊接品質應以接觸焊、氣壓焊為佳。接觸焊、氣壓焊極限強度、屈服強度、疲勞強度均能達到母材的 90﹪以上。鋁熱焊品質稍差, 其極限強度隻達到母材的 70﹪左右, 疲勞強度更差,僅達到母材的 45﹪～70﹪,屈服強度稍好一些,與接觸焊接近。