背景
現代鐵路運輸正向高速、重載、大運量方向發展，無縫線路的運用越來越多。無縫線路鋪設迫切需要解決的問題是各種鋼軌焊接問題，因此，鋼軌焊接技術是實現無縫線路鋪設的技術關鍵，也是決定工程進度及質量的關鍵因素之一。
我國鋼軌焊接技術及存在問題
國內外普遍採用的鋼軌焊接方法有：閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊和電弧焊。我國主要採用前3種焊法。固定式閃光焊主要用於鋼軌的廠內焊接；移動式閃光焊、移動式氣壓焊、鋁熱焊和電弧焊主要用於長鋼軌現場焊接。據1998—2000年統計結果，閃光焊接頭約占我國無縫線路接頭總數的87%，氣壓焊接頭約占接頭總數的10%，鋁熱焊接頭約占接頭總數的3%。
鋼軌閃光焊
閃光焊是我國鋼軌焊接的發展方向，其具有焊接質量優良、力學性能接近鋼軌母材、便於自動化控制等優點。
焊接工藝原理：閃光焊就是利用對焊機使兩端鋼筋接觸，通過低電壓的強電流產生的電阻熱使金屬達到熔化溫度，產生強烈飛濺，形成閃光，迅速施加頂鍛力形成完整焊縫的一種電阻焊工藝。閃光對焊操作簡單、生產效率高，但焊接工藝參數複雜多變。主要工藝參數有：不同閃光階段的焊接電壓和焊接時間、不同閃光階段的閃光速度、閃光流量、頂鍛量、頂鍛力、有電頂鍛時間和無電頂鍛時間、頂鍛速度等。
存在問題：無縫線路中閃光焊縫數量最多，一般來講，接觸焊縫質量較穩定，出現的問題較少。但某些偶然因素也會引起焊接質量不良。閃光焊存在的主要問題包括以下幾個方面：（1）一些新焊機使用不正常，性能不夠穩定，對部分新焊機的性能沒有完全掌握，使得焊接質量不易控制；對舊焊機維修和配件更換不及時，使焊機不能正常工作，致使焊接接頭綜合性能下降，焊接質量不穩定；精磨機等焊接配套設備未能正常使用，使外觀及質量達不到要求。（2）在焊鉗接觸部位的底部出現電弧擊傷現象，在電弧擊傷處形成馬氏體組織，從而形成裂紋，引起鋼軌斷裂。（3）焊接參數選擇不當，閃光過程不穩定、燒化不夠、頂鍛力不足、頂鍛速度過低，導致焊接缺陷。
鋼軌氣壓焊接
焊接工藝原理：鋼軌氣壓焊接工藝原理是通過氣體火焰對鋼軌兩緊密貼合的清潔端面加熱至塑性狀態，金屬原子具有了足夠的“活化能”，能夠穿過貼合面互相急劇擴散時，即對貼面加壓頂鍛。在高溫高壓的條件下施以足夠的擠壓力，使焊接表面之間的距離縮短到原子之間的相互作用半徑，達到分子之間的金屬鍵聯接，完成重新再結晶，從而獲得兩鋼軌牢固聯結的焊接接頭。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。主要設備為壓接機（包括推凸裝置）、加熱器、控制箱、水冷裝置、高壓電動泵站；輔助設備為直軌器、除瘤割炬、短磨機、頂磨機、氧氣瓶、乙炔瓶及發電機組等。
存在問題：氣壓焊時對焊接接頭端面的處理要求十分嚴格，焊接工藝受諸多人為因素影響，接頭質量波動較大，不易控制，一般只作為閃光焊的補充，用於長軌在現場鋪設時聯合接頭的焊接，或跨區間無縫線路的接頭焊接。
移動式氣壓焊接缺陷包括：（1）光斑，一般產生於軌頭及軌底三角區，危害性很大。產生原因：焊前鋼軌端面加工不良，加熱過程中雨水或污物污染端面；焊接加熱時間短，加熱器狀態不良，擺動頻率及寬度不當，氣體流量匹配不合適等，導致焊接熱輸入不足；頂鍛過早或頂鍛量過小等。（2）過燒，一般產生於焊縫軌底角處。斷口呈暗褐色，為鬆散的顆粒狀組織。過燒組織極脆，無強度、塑性。產生原因：加熱器火焰不均，加熱火焰燃燒能量過大，使局部加熱溫度過高。操作人員技能欠佳也是其主要原因之一。（3）下塌，產生原因：加熱器安裝不正，或擺動量過寬，或氣體匹配不當，或火焰溫度低以及加熱時間過長等。（4）凹陷，該缺陷多產生於軌底。產生原因：隧道內施工時因照明條件不良，推凸失敗後用手工氣割除瘤時，由於操作人員技能、環境條件困難而形成的人為氣割損傷缺陷。（5）外形偏差，軌頭焊縫處表面高低差和左右錯牙均超過鐵道部頒發的標準。產生原因：對軌時工藝操作方法不當，鋼軌順直距離不夠，方向偏差及墊軌不實；壓接機油缸不同步、軌底緊固螺栓不平是其主要原因。（6）裂紋，其常出現於軌底角部位。產生原因：軌端處理不當，對軌或焊接過程中端面受污染侵蝕而不能熔合；加熱器軌底角處火孔不良，加熱能量不足，致使軌底角局部未熔合。
氣壓焊存在的主要問題包括以下幾個方面：（1）目前生產氣壓焊機設備的生產廠家太多、太雜，氣壓焊設備存在的問題多。由於設備自身有問題，常出現壓接機變形及加熱器回火等現象，影響焊接質量。（2）氣壓焊工藝比較複雜，由於是露天作業，受環境影響很大，因此焊接時容易出現加熱不均、頂鍛偏載、焊接接頭變形等情況。在拉伸、放散和焊接綜合施工中，有時出現頂鍛力不足而導致“假焊”現象。（3）焊接過程受人為因素影響很大，如軌端端面處理、鋼軌對頭、火焰觀察、加熱器擺動、頂鍛加壓、頂鍛量等目前都由人工控制，易出現焊接接頭錯口和未焊透、光斑、過燒、軌底角凹陷、粗晶組織、裂紋、氣孔等焊接接頭缺陷。（4）焊接作業人員質量意識不強，很多焊工沒有經過嚴格的系統培訓，操作不規範，沒有嚴格執行焊接工藝標準，對氣壓焊的關鍵技術沒有掌握，發生質量問題不能很好地解決。更有甚者認為“氣壓焊質量好，粘上就比鋁熱焊強”，這是一種錯誤觀念，輕視了氣壓焊的科學性、複雜性，放鬆了質量意識。
鋼軌鋁熱焊
鋼軌鋁熱焊一般用於鋼軌的現場焊接，是道岔焊67接、線路維修不可缺少的方法。
焊接工藝原理：鋼軌鋁熱焊就是用鋁和鐵的氧化物進行氧化還原反應，從而將2根鋼軌焊接起來的鑄造工藝。
存在問題：鋁熱焊焊縫為鑄態組織，其強度低，質量欠穩定，斷頭率高，綜合性能較差。因此，鋁熱焊接頭是無縫線路的薄弱環節，特別是如果焊接工藝選擇不當產生焊接缺陷時，將更易出現焊接接頭的早期傷損和折斷。
鋁熱焊缺陷包括：（1）焊接接頭上拱，外觀超標其原因是對軌時預留上拱度過大，焊後不按時復位；接頭兩側鋼軌受力不對稱。新舊軌差異亦會出現高低接頭的現象。（2）未焊透鋼軌預熱溫度低，或預熱後溫度降低過量，軌端處理不徹底，焊劑失效。（3）過燒待焊鋼軌預熱溫度不均勻，出現熔融現象。（4）裂紋在高溫時，焊接接頭受到了外力作用，拆除砂模打口柱以及推瘤時間過早，焊接接頭降溫速度過快引起裂紋。（5）氣孔夾雜物，砂模、坩堝受潮以及焊劑質量存在問題均會在焊接後產生氣孔。
鋁熱焊存在的主要問題包括以下幾個方面：（1）焊劑是鋼軌鋁熱焊的主要消耗材料，其質量直接影響到焊接接頭的質量。部分國產焊劑質量不過關，導致接頭存在損傷，造成接頭低凹，引起焊接接頭斷裂。且受潮、破損的鋁熱焊焊劑易產生氣孔。（2）目前全路還沒有統一的鋼軌鋁熱焊接接頭技術標準和探傷工藝標準，無法有效地控制和檢查鋁熱焊縫質量。（3）線路封鎖時間短，焊接時間不足，焊後沒有足夠的時間冷卻，焊接接頭未達到規定的溫度就開通線路，影響接頭質量和形成焊縫處軌頭踏面早期不平順。（4）焊接人員操作不規範。
提高鋼軌焊接質量的建議
（1）保證焊接質量。嚴格檢查、驗收各種焊縫，加強焊縫及熱影響區探傷檢查，加強焊接缺陷檢查。對有疑問焊接接頭做好標記進行復探分析，堅決杜絕不合格焊接接頭進入下道工序。同時要建立焊軌質量定期檢測制度，以使焊接質量處於受控狀態。採取有效、有針對性的措施進行改進，從而不斷提高焊接質量。
（2）研發和推廣焊接新設備、新技術、新工藝。鼓勵有研發能力的廠家，開發新產品、新工藝，並在研究成功後予以獎勵。大力推廣新產品，改進焊接工具，發展機械化自動化操作，用科技保全全，使焊軌質量再上一個台階。
（3）科學管理，嚴格控制焊接施工過程。加強焊接過程的科學管理，建立相應的崗位責任制，確保質量有人管，責任分得清。從焊接、鋪設、鎖定以及軌枕位置、軌面平順、損傷程度和維修情況等各個方面都要作好記錄，建立技術卡片，及時總結經驗，提高社會與經濟效益。
（4）提高焊軌隊伍的質量意識和技術業務素質。強化操作人員業務技術培訓，提高操作人員的文化知識水平和標準化作業技能，培養一支有經驗、懂技術、責任心強、高素質、且相對穩定的焊軌施工隊伍。
