根据中华人民共和国国家标准批准发布公告：2004年第3号（总第65号）序号164 GB15579.1-2004弧焊设备第一部分：焊接电源，于2004年8月1日开始实施。
　　其中GB15579.1-2004弧焊设备第一部分：焊接电源是电焊机行业的基础标准。此标准涉及面广，它既是对本行业产品总量90%以上的弧焊电源进行标准规范，也是各类弧焊电源“3C”认证所依据标准。同时该标准为强制性。按照中华人民共和国标准化法第三章第十四条规定：强制性标准必须执行。不符合强制性标准的产品禁止生产、销售和进口。在第四章法律责任中更明确指出：生产、销售、进口不符合强制性标准的产品的，由法律、行政法规规定的行政主观部门依法处理，法律、行政法规未作规定的，由工商行政管理部门没收产品的违法所得，并处罚款：造成严重后果构成犯罪的，对直接责任人员依法追究刑事责任。
　　由此，全国电焊机标准化技术委员会将组织专家对上述两项国家标准进行宣贯。为了方便企业对新旧标准差异部分的了解，下面重点对2004年8月1日执行的强制性国家标准GB15579.1-2004《弧焊设备第一部分：焊接电源》差异部分进行分析论述，供企业参考。

1 国家标准GB15579.1-2004《弧焊设备 第1部分焊接电源》中第八章”非常规运行“是2004版标准中新增加的重要内容。

　　强调焊接电源在极端非常的状况中避免发生介电强度不可恢复性的破坏以及着火燃烧。这再次证明新标准的推行更强调保证人体健康及人身生命财产安全。标准要求在风扇堵转、过载及短路的情况下，焊接电源不能因为电击穿而伤及操作者，或因过热出现明火引发火灾。标准关注的重点是可能危及操作者安全的防护而并不要求在这种非常规状态下试验后焊接电源能否继续正常工作，保持原来的技术性能。这一点是本章要求与防触电保护、热性能要求、热保护……等章要求的根本区别。
　　由于本章要求的是”不出现危险因素“，因此，对于带有（安装有）保护装置（例如断路器和热保护装置——见第九章）的焊接电源，如果其保护装置在焊接电源出现危险因素之前动作，应看作已达到本章要求。也即如果焊接电源有符合要求的热保护装置或过载时能可靠切断电源的断路器，那么该焊接电源就不必再进行风扇堵转、过载及断路实验。检测机构在验证了保护装置有效性后，即判定”非常规运行“合格。
　　对于未装置“保护装置”的焊接电源，将按照本章8.1、8.2及8.3规定要求进行检验。由于本章技术要求明确，不会产生岐义，故不再赘述。只是强调一下

8.1风扇堵转的含义和要求。该标准第八章第一节的原文为Stalled fan。Stalled主要译意是：失速、停住、停止转动。全国电焊机标准化技术委员会秘书处第一次译稿为“8.1风扇停转”，这样很容易使人认为在检测强迫风冷的焊接电源时，将风扇断电不转，考核焊接电源在推动风冷的状态下，过热是否会发现火苗，金属或其它材料熔化引燃脱脂棉（试验时放置在焊接电源底部）。后经专家评审，认为应译为“风扇堵转”才符合标准本意，因为冷却风扇是作为焊接电源不可分割的一部分，风扇断电停转仅考核焊接电源主体，没有考虑到在非常状态下，风扇堵住不转时风扇自身的非常规发热。实践证明，为数不少的用于焊接电源的冷却风扇，在接通电源堵住不转的情况下，发生过热击穿是完全可能的，希望电焊机制造企业在选用冷却风扇时特别关注本章 8.1要求。
　　
2 GB15579.1-2004关于等离子切割系统的增补内容。

　　该内容是GB15579.1-2004标准的进一步完善和补充，其主要内容如下。

2.1在“适用范围”中增加：等离子切割系统。
2.2在“定义”中增加“等离子切割系统”“安全特低电压”等5个名词术语。
2.3对等离子切割系统的附加要求。

　　如果等离子喷嘴由于技术原因未作防直接接触保护，但在满足下列情况的条件下，可看作已充分保护。

2.3.1没有电弧存在时

　　等离子喷嘴与工作和/或接地点之间的电压在任何情况下不高于安全特低电压。

2.3.2当电弧存在时

　　高等子喷嘴与工作和/或接地点之间的直流电压在任何情况下不高于113V峰值电压。

2.3.3当电压超过上述2.3.1或2.3.2条的规定时

　　应按照GB15579.1-2004标准中13章（即防触电装置）的规定降低电压。

2.4对特殊工艺（如：等离子切割）的额定空载电压
　　
增补内容：这些配有焊炬的电源一旦其焊炬从电源中拆除时应防止输出空载电压。

2.5约定负载电压的型式试验值增加下列条款：
2.5.1等离子切割
　　下降特性l2≤300A时,
　　U2=(80+0.4l2)V;
　　l2>300A时,
　　U2=200V；
　　2.5.2等离子气刨
　　下降特性l2≤300A时，
　　U2=(100+0.4l2)V；
　　l2>300A时，
　　U2=220V。

2.6增加了“等离子割炬的连接”。

2.7增加了“等离子切割”以及“等离子气刨”的图形符号。

2.8在“使用说明”中增加以下内容；
2.8.1应规定用于等离子切割电源的等离子割炬的型号。
2.8.2压力、流量、等离子气体的品名以及可能有的冷却气体或冷却液体。
2.8.3输出电流以及相关的等离子气体的范围作为一组数据。

2.9增加等离子切割电源的警示标志。
　　
3 第六章防触电保护中6.1.4介电强度

　对原1995版的表4进行修改，这样，对作为强制性的国家标准与相应配套的专业标准对介电强度 要求达成一致。

交流介电强度试验电压

最大额定电压(V.r.m.s)
交流介电强度试验电压(V.r.m.s)

所有回路
所有回路对外露导电部件，输入回路对除焊接回路以外的所有回路
除输入回路以外的所有回路对焊接回路
输入回路对焊接回路

I 保护
Ⅱ保护

≤50

200

450

700

1000
250

1000

1875

2500

2750
500

2000

3750

5000

5500
500

1000

1875

2500

–
–

2000

3750

5000

5500

注：额定电压在200～450V之间不允许采用插值法确定试验电压

4 其他差异部分

GB15579-1995与GB15579.1-2004差异

条款号
条款名称
GB15579-1995
GB15579.1-2004

6.2.1
外壳防护等级
最低IP21

户外使用的最低IP2
户内使用IP21S

户外使用IP23

输入回路带电部件IP2X

6.2.2
电容器
电容器应满足：

用插头与供电电源连接的焊接电源，在触及插头脚时应不会发生来自充电电容器的触电危险。在断开电源1s后，插头脚之间的电压不得超过34V。电容器的额定容量不超过O-1uF时，不会引起触电危险。

通过下述试验检查其合格与否：焊接电源应运行在额定输入电压且不超过额定输入电压的上限。

如果有开头，应将其拨到断开位置，拨掉插头，切断焊接电源与电网的联系。使用对量值没有显著影响的仪表测量插头脚之间的电压。
电容器作为焊接电源的一个部件，如跨接在供电电源线上或并在提供焊接电流的变压器线圈上，应：a)即使其损坏时也不能使焊接电源出现电气击穿或着火的危险；

b)易燃液体量不超过1L；

c)在正常使用条件下，不出现液体泄漏现象；

d)电容应放置在焊接电源的壳体内或其他符合本标准的相关要求的壳体内。

通过目视和下列试验检查其合格与否：

焊接电源在空载和额定输入电压下运行。试验时，供电电源应装额定电流小于或等于200％额定最大输入电流的熔断器或断路器。将所有电容器或任意一个电容器短路，直至a)焊接电源的任一熔断器或过电流装置动作；或b)供电电源熔断器或断路器断开；或c)焊接电源的输入部分达到稳定温度，但不超过7.3条的规定值。

每个电容器应装有自动放电装置，在与电容器相连的带电部件所决定的放电时间内，电容器两端的电压应降至60V以下。由于电容器而使插头带有电位时，释放电流的时间为1s。

额定容量不超过0.1uF的电容器，可看作不会引起触电危险。

6.3.1
输入回路与焊接回路的隔离
……泄露电流不超过1mA有效值
……泄露电流不超过10mA有效值

6.3.2
输入绕组与焊接回路之间的绝缘
穿过绝缘的最小距离{mm)

单层 3个以上单层空气间隙

1.0 0.3 6.0

1.5 0.4 8.0

2.0 0.5 8.0
穿过绝缘的最小距离(mm)

单层 3个以上单层

1.3 0.35

1.5 0.4

2.0 0.5

7.1.1
发热试验中的数据允差
发热试验最后60min内负载电压的变化应在合适的约定负载电压±5％以内
发热试验最后60min内，试验参数的允差应满足

a)负载电压：约定负载电压的-2%～+10%

b)焊接电流：约定焊接电流-2%～+10%

c)输入电压：额定输入电压的±5％

7.3.1
绕组、换向器和滑环的温升限值
–
增加：

a)埋入式温度传感器法

b)200℃和220℃(C级绝缘)的温升限值

7.3.2
外表面温升限值
A)对手金属外壳 20k

b)对于非金属外壳 40k

c)金属手把 10k

d)非金属手把 30k
外表面 温升限值(K)

裸金属外壳 25

喷漆金属外壳 35

非金属外壳 45

金属手柄 10

非金属手柄 30

10.4.2
保护电路的连通
保护性导体接线端与有可能因故障而带电的外露金属部件之间的电阻不得超过0.1欧姆。
如果焊接电源配备有保护性导体，其连接方法应保证在电缆拉离接线端时，相线比保护性导线先拉脱。试验如下：

在可能会带电的外壳部件与外部保护性导体接线端通以200％铭牌规定的额定最大有效值输入电流，持续时间见下表



为了测出电阻，用空载电压不超过12V的交流电源，以25A的电流从保护性导体依次通到每一千在故障时有可能会带电的外露金属部件。由测得的电压和电流值计算出电阻值。
电流(A) 时间(min)

430 2

31-60 4

61-100 6

101-200 8

>200 10

试验过程中，不应出现任何金属熔化、与焊接电源的连接处损坏或发热引起着火的危险，外壳部件与接线端之间的电压降不应超过4V。

10.5
电缆固定装置
导线标称 拉力 扭矩

截面(mm2) (N) (Nm)

1.5 60 0.25

2.5 60 0.375

4.0以上 200 0.5
导线标称截面 拉力

{mm2} (N)

7.5 150

2.5 200

≥4.0 440

10.7
电源通/断开关装置
–
电源通断开关应做过载和耐用性两项试验：

a)过载

焊接电源的输出端按8.2条规定的方法短路，然后将开头装置以每分钟6-10次的频率动作100次，每次至少通电1s。

如果开关装置的额定电流值超过额定最大输入电流的两倍，则不需作试验。

b)耐用性

焊接电源的输出端接约定负载，调节负载使焊接电源输出100％负载持续率时的额定焊接电流。

开关装置以每分钟6-10次的频率动作1000次，每次至少通电1s。

10.8
输入电缆
–
输入电缆应

a)适合本应用范围，并满足国家和地方法规；

b)根据最大有效输入电流值乙确定截面积尺寸，

并且

c)从外壳的出口处算起至少2m长

10.9
输入耦合装置(插头)
–
输入连接装置作为弧焊电源的一个部件时，其额定电流不应小于a)、b)和c)的最大值或a)、b)和d)的最大值；

a)满足8.2条试验要求的保险丝的额定电流，此时不考虑是否装有电源开关；

b)最大有效输入电流ILeff；

c)对带有电源开头的设备，额定最大输入电流的70％；

d)对不带电源开头的设备，在最大调节档位置将输出端短路，所测得的输入电流的70％。

11
输出
表9

特殊 直流710V峰值

工艺 交流710V峰值和500V有效值
表11

工作条件 额定控载电压

等离子切割 直流500V峰值

11.3
调节输出用的机械式开关装置
–
用于调节或控制焊接电源输出量大小的开关、接触器、断路器或其它控制装置应有符合使用需求的寿命。

通过下述试验检查其合格与否：

将装置安装在一台试验用的焊接电源上，然后使装置在空载条件下，在其整个机械行程范围内循环运行6000次。如果装置是用在输入回路中的话，焊接电源应在最高额定电压下运行。试验后装置不应出现电器或机械故障或损坏焊接电源。

11.5
对外装置供电的电源
焊接电源为送丝装置或其他器具供电时，应由焊接回路或符合IEC742出版物规定的安全隔离变压器，或焊接电源内装的等效装置供电。
焊接电源为送丝装置或类似器具供电时，应选用下述一种供电方式：

a)焊接回路；

b)符合IEC61558-2-6规定的安全隔离变压器，或焊接电源内装的等效装置；

c)如果外部装置的所有外露导电部件与保护接地导体连接，可以用符合IEC61558-2-4中额定电压不超过120V有效值的隔离变压器。

13 防触电装置

防触电装置应在焊接电流中断后的0．3s内动作。
如果未降低的空载电压值在11.1.1和11.1.2条规定的额定空载电压值之间，防触电装置应在2s内动作。如果未降低的空载电压值超过11.1.2条的规定值，则防触电装置应在0.3s内动作(详见标准)。

14.3

提升试验
将焊接电源用一条系在提升装置上的链条或钢索悬挂在一个刚性部件上，并置于直接自由下落的位置。在将设备吊起呈悬挂状态使全部下落力承载子提升装置之前，要调整好链条或钢索悬挂的部件以提供150+10mm的自由下落。

下落试验应做3次。
将焊接电源刚性地固定在支撑架上，在提升装置上系上链条或钢索，再施加一个向上的力，持续时间为10s。

力的大小根据焊接电源的重量来计算。

a)当焊接电源的重量低于150kg时，施加的力为电源重量的10倍。

b)当焊接电源的重量等于或超过150kg时，施加的力为电源重量的4倍，但至少为15kN。

如果焊接电源只装有一个提升装置，则该提升装置应设计成在提升过程中，施加一个扭矩时不会松动。

如果焊接电源配有2个以上的提升装置，则应保证各链条或钢索受力均匀，两链条或钢索间的夹角应不超过15度。

14.4
跌落
重量超过25kg的焊接电源，无强制性规定。
重量超过25kg的焊接电源应能承受100+10mm的跌落试验。

14.5
倾斜稳定
焊接电源放置在与水平面成15度倾角的平面上不倾倒。
焊接电源放置在与水平面成10度倾角的平面上不倾倒。

15.1
铭牌说明
铭牌应划分为3个部分：

a)上面部分包括制造厂、销售商或进口商的名称和识别焊接电源的各种资料；

b)中间部分包括焊接回路的全部数据；

c)下面部分包括焊接电源的供电数据。
铭牌应划分为：

a)焊接电源的标志；

b)焊接输出的全部数据；

c)能量输入；

d)辅助电源的输出(如有的话)(参见11.6)。

增加了：电动机、皮带轮驱动的能量输入符号。

15.3
允差
I2min额定最小焊接电流±10％

I2max额定最小焊接电流±5％

U2min最小约定负载电压±5％

U2max一最大约定负载电压±5％
a) I2min额定最小焊接电流

U2min最小约定负载电压

不能大于铭牌规定的数据

b) I2max一额定最大焊接电流

U2max最大约定负载电压

不能小于铭牌规定的数据

16.3
电流或电压的控制指标
用伏特或安培数指示输出时，其指示精度应为±10％
电压或电流的指示精度应：

1)最大设定值的25％与100％之间时：

真值的±10％；

2)低于最大设定值的25％时：

最大设定值的±2.5％。

中国空间技术研究院兰州物理研究所 王玉文 刘海涛

摘 要：本文阐述了钛合金材料的特点及焊接性，针对贮箱钛合金管在手工钨极氩弧焊接过程中出现的氧化和气孔缺陷，设计了专用的防氧化工艺装备，并制定了合理的焊接工艺，获得了一次合格率98%的优质焊缝。

关键词：钛合金；手工钨极氩弧焊；焊接工艺

1 前 言

钛及钛合金具有比强度高、塑性和高温抗蠕变性能良好等优异特性。此外，它的韧性、高温强度、成型性以及加工性都很优异。因此，该合金在航天领域，特别是航天压力容器的制造中应用广泛。

钛及钛合金具有良好的焊接性，钨极氩弧焊、电子束焊等焊接方法在钛及钛合金的焊接中应用广泛。但是, 在焊接的过程中出现的氧化和气孔问题又给焊接带来了一定的难度。航天压力容器研制中心针对贮箱内芯在组焊过程中，由于结构和空间的限制，某些管焊缝无法运用自动管焊机完成焊接，必须运用手工钨极氩弧焊进行钛合金管焊接的难题，通过设计专用防氧化工艺装备和制定合理的焊接工艺，成功解决了其焊接难题，获得了一次焊接合格率98%的优质焊缝。

2 钛合金的焊接性

2.1 焊接接头的氧化

钛合金的化学性质较为活泼，与氧、氮、氢等元素有很大的亲和力，在400℃以上时极易被空气、水分、油脂、氧化物污染；超过600℃开始氧化, 650℃以上，杂质扩散到钛材中，达到足够的量，产生脆化；超过700℃逐渐生成氧化膜，800℃以上氧化膜溶解在钛材中。在焊接的过程中，钛合金熔化，吸收氧、氮、氢、碳的速度快，使合金的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低，焊缝易出现脆性断裂。

2.2 气孔

钛合金材料在焊接过程中易出现气孔。气孔是钛合金焊接最常见的缺陷，占缺陷的70%以上。焊接接头中的气孔易引起微裂纹和应力集中，气孔边缘含氢量高，使焊接接头的塑性、断裂韧性、冲击韧性、疲劳强度以及静态强度均降低，甚至导致某些钛合金焊接接头发生断裂。

2.3 焊接线能量对接头性能的影响

为了使钛合金焊接接头热影响区获得一定的强度和良好的塑性，需要选用适当的冷却速度。在焊接过程中, 冷却速度基本上是由焊接线能量决定的。随着焊接线能量的增大，热影响区的高温停留时间增长，热影响区面积增大，且晶粒变得粗大。用过大的焊接线能量进行钛合金的焊接是不合适的，将导致焊接接头塑性明显下降。

3 焊接工艺

3.1 焊前准备

针对上述钛合金的焊接特点，为了保证钛合金管的焊接质量，解决钛合金材料焊接接头的氧化和气孔问题, 钛管焊前须做以下工作：

3.1.1 合理选择焊丝

焊接TC4钛合金时，推荐采用TC4 钛合金焊丝，这样可改善焊缝的塑性。TC4钛合金焊丝能保证钛合金焊后无论是退火还是热处理强化状态，都有足够高的强度和最大冲击韧性。焊丝成分应保证能用于各种类型的单层焊和多层焊。在焊缝金属重复加热和局部熔化时，不应形成中间脆性相。

3.1.2 焊前焊件清理

焊前对钛管表面上的氧化膜及油污等有机物进行彻底清理；对焊丝表面的水分、手印痕迹、油污、氧化膜以及灰尘等污染物进行彻底清理。如果焊接端面有剪切痕，要进行机械加工去除。

将钛管和焊丝在5%HF+25%HNO3 +70%蒸馏水溶液中酸洗15~30s，酸洗液温度为27~71℃。酸洗后先用热水、冷水冲洗，并用白布擦拭钛管内外表面，置于200℃烘箱内烘干。已清洗的钛管放置时间不宜超过24h，为保持焊接件坡口处的清洁，干燥完毕后将钛管装入洁净的塑料袋中，封口。焊丝应放于150~200℃的烘箱内待用。

3.1.3 焊接保护气

焊接过程中采用高纯度低露点氩气，氩气纯度须≥99.99%，防氧化工艺装备的通气管道不宜采用橡皮管，以尼龙软管为好。

3.2 焊接坡口

为了降低焊接接头的应力值，防止焊接裂纹，坡口结构不但考虑熔透, 而且尽量减少根部熔合比。再者，钛合金熔化时流动性大，为此取较小的坡口钝边，为0.5~1mm。坡口角度不宜过大，为60°~65°，以减少填充金属量。坡口型式如图1所示。

3.3 防氧化工艺装备

在钛管焊接时，保护区域包括三部分：熔池的保护、焊缝热影响区的保护以及钛管的内部保护。为了有效解决钛管焊接的保护问题，获得良好的焊接接头，我们设计了专用的防氧化工艺装备，结构示意如图2所示。焊接前，将完成定位点焊的钛管及焊丝置于防氧化室内，通过抽气和充氩为钛管的焊接提供一个良好的防氧化氛围。

3.4 焊接工艺规范

手工钨极氩弧焊焊接钛管的焊接参数主要包括钨极直径、焊接电流、焊接电压、焊丝直径、焊接速度等。根据钛合金材料的焊接特性分析，钛管的焊接一般采用较小的焊接线能量, 推荐的焊接规范参数范围如附表所示。

3.5 焊接

在正式焊接之前必须先焊接试件, 试件坡口形状尺寸、焊接规范参数、氩气纯度、焊前准备等必须和正式产品一致，目的是检验选择的焊接规范参数是否合适，是否达到最佳。试件的焊缝经检验合格后，方可进行正式产品的焊接。钛管焊接流程见图3。

正式焊接时，焊工要思想集中，检查焊接电压、焊接电流是否正确，通气管路、电机等工作是否正常，人员齐备各负其责，这时方可进行焊接。在焊接过程中，焊工要保持好钨极与焊缝的距离，第1遍打底焊时，要确保反面能够成形；第2遍填丝盖面焊时，要严格控制焊接线能量和送丝速度，确保焊缝成形并圆滑过渡至母材。当焊接结束时，焊接电流衰减方式要有利于改善弧坑的焊接质量。焊接完成10min后方可打开防氧化工艺装备、取出工件。完成焊接的钛管从防氧化工艺装备取出后，对所有的焊缝均作X射线检查，要求所有焊缝必须满足相关标准要求。

4 结束语

航天压力容器研制中心通过设计专用防氧化工艺装备和制定合理的焊接工艺，成功攻克了钛合金管钨极氩弧焊的难题。通过以上工艺方法对钛合金管施焊，经X射线检查，所有焊缝均达到了Ⅰ级焊缝要求。运用该焊接成果完成焊接的航天压力容器用钛合金管，焊接一次合格率达到了98%。

摘自《现代焊接》杂志2011年第四期

激光焊接作为焊接灵敏部件（如内有电路板的部件）、几何形状复杂的部件或者清洁度要求极其严格的部件（医疗器具）的一种专用方法已得到认可，激光设备和塑料材料的发展正在激发人们更多的兴趣。

激光长期以来应用于金属焊接，近期它突入到塑料的切割与标识。然而，由于缺乏合适的设备、能焊接的聚合物和色彩的限定以及对该技术潜力的有限认识，直到现在塑料激光焊接仍然滞后。

激光焊接的显著特征在于它能够产生一个精确、结实、气密（气密封和水密封）的焊缝，同时又能减少树脂、粒子降解，并在零件焊缝表面周围进行接合。最近几年来，这种不接触焊接技术吸引了许多焊接精确、高价值制品的欧洲公司。

在美国，激光焊接似乎能够发展成为一种在焊接成本和焊接性能上取代已被认可的超声波、振动和热板焊接等技术的焊接方法。然而，人们对它的陌生感仍然严重地阻碍着激光焊接的更加广阔的应用。

新激光设备正在减少那些障碍，不仅如此，创新性材料和添加剂使得激光焊接能够在该技术曾不可及的彩色零件上实现其可行性。现在，着色新技术也使黑色—黑色和亮色—亮色材料的激光焊接成为可能，而且材料供应商正在根据现有的配方改进材料的激光透射率或吸收性。

干净、温和、多功能

当两种材料对激光的反应差异很大时可以使用激光透射焊接。 NIR激光光束、激光透射焊接、同步焊接、透射NIR零件、焊接熔融区、夹持压力、吸收NIR零件。

该方法运用波长在810～1064祄的近红外线（NIR）。它穿过一个透射NIR的部件，然后被另一个吸收NIR的部件吸收，这两个部件在低压状态下被夹在一起。吸收NIR的材料将NIR转化成热，部件表面熔化，而热量同时传回到激光透过部件的接合面上形成一个焊接区域。这时的焊接力超过了原材料的焊接力。

杨来顺 (铁道科学研究院，北京100044)

提要:客运专线要求高质量的钢轨焊接接头，其外观质量严于常速铁路钢轨焊头;焊头质量与钢轨、焊接方法、焊工素质、焊轨生产管理诸因素相关。本文对不同焊接方法的钢轨焊头质量进行比较，提出线路上应优选移动式闪光焊焊接钢轨，并提出基地焊接长定尺钢轨的参考工位工序配置。

关键词:客运专线；无缝线路；钢轨；焊接

无缝线路是钢轨连续焊接的轨道结构。首次焊接通常是在焊轨基地或焊轨厂将标准长度的钢轨焊成长钢轨;第二次焊接是在线路上将长钢轨焊成长轨条;第三次焊接是在轨道上完成长轨条的焊接。
　　
客运专线的运行速度在200km/h以上，对焊接接头的特殊要求是:具有高的平顺性和直线度，其中高速铁路焊接接头轨顶lm长度垂直偏差应在0-0.2 mm。

1 客运专线对钢轨的要求

1.1 钢轨长度
　　
焊接用轨的定尺长度在欧洲已由36 m发展到长定尺，例如法国已生产72m-80m长定尺钢轨，德国的最长定尺钢轨达120m。日本1990年的工业标准JISE1101中，就将60kg/m钢轨的标准长度定尺到50mo法国TGV铁路将80m的长尺轨在焊轨厂闪光焊接成400m长钢轨，日本铁路在焊轨基地将50m长尺轨焊接成300m长钢轨，我国铁路焊轨厂长钢轨产品在300m-500m。
　　
铁道部2004年2月1日实施的铁路用热轧钢轨订货技术条件(TB/T2344-2003)中已将50m,100m长度(倍尺)钢轨列人标准轨定尺长度，鞍钢目前已具备生产50m长尺钢轨的能力，攀钢和包钢正在进行100m长尺钢轨生产的技术改造。
钢轨焊接后形成由焊缝和热影响区(HAZ)组成的焊头，其强度、塑性、韧性学力学性能出现不同程度降低，焊缝中也会出现焊接缺陷，是无缝线路钢轨的薄弱环节。倍尺长度钢轨可以减少焊接接头数量，从而减少线路上焊头引发的事故。例如，50m长度钢轨焊接成500m长钢轨，与25m长度钢轨焊接相比较，可由19个焊头减少到9个焊头，100m长度钢轨焊接可减少到4个焊头。
　　
焊接用钢轨最小长度对于不同运行速度的线路有不同要求，表1是德国联邦铁路的最小轨长要求。日本新干线也要求焊接用钢轨的最短长度不应小于20m。

1.2 钢轨的断面尺寸偏差
　　
欧洲高速铁路使用钢轨断面主要为UIC60，抗拉强度)880MPa;日本新干线使用60kg/m钢轨断面，抗拉强度)800MPa;我国客运专线确定为60kg/m轨型，抗拉强度)880MPa。
　　
断面尺寸偏差直接影响焊接轨端面对正程度，偏差较大可出现焊头错位(错口)，导致外观质量缺欠，钢轨高度、轨头宽度、轨底宽度和断面不对称的尺寸偏差是影响焊接的主要因素。我国时速200km客运专线和时速300km高速铁路钢轨暂行技术条件中，对60kg/m钢轨上述尺寸允许偏差要求见表2a

通过秦沈客运专线国产钢轨进口法国钢轨几何尺寸抽检结果比较，法国钢轨较好，国产钢轨几何尺寸波动较大，并出现有超过允许偏差的钢轨。

1.3 钢轨的焊接性
　　
焊接性是指结合性能和使用性能。使用性能(使用焊接性)是通过力学性能实验检查焊头是否达到检验标准的要求。我国铁道行业标准规定焊头试件应进行落锤、静弯、疲劳和焊头解剖后试样的硬度、拉伸、冲击和金相组织检验。在推荐标准TB/T1632-1991中要求的铝热焊接头落锤检验，是达不到标准要求;固定式焊光焊和移动气压焊接头分别要求连续25个试件和15个试件落锤合格，对于U71Mn牌号钢轨焊头正火后是可以达到的，对于高碳、高硅的U75V(原PD3)牌号的钢轨是困难的。
　　
国外铁路标准中，不要求钢轨焊头落锤检验，而是通过静弯、硬度、疲劳(确定疲劳强度)以及显微组织检验评定使用焊接性，其中静弯检验指标严于我国标准。
　　
钢轨的使用焊接性与钢轨材质有关。不同钢厂生产的相同牌号钢轨焊接性是有差异的，因此更换供货厂商时也需要进行焊接型式试验。

2 钢轨的对焊方法及焊头特征

2.1 钢轨闪光对焊
　　
闪光对焊是各国铁路无缝线路中使用最广泛、也是最主要的钢轨焊接方法，其焊接质量优良、力学性能接近钢轨母材。闪光焊有连续闪光焊、预热闪光焊和脉动闪光焊三种方式。

图1是连续闪光焊记录曲线。钢轨端面连续闪光，焊接电流产生的热量加热钢轨端头，最后实现挤压(顶锻)形成焊头。
连续闪光焊的焊缝中出现“灰斑”缺陷的几率多、面积和数量也较多，焊接高强耐磨轨的使用焊接性受到限制。

图2是预热闪光焊的记录曲线。焊接过程中，主要通过钢轨端面短路预热电流产生的热量加热钢轨端头，因此需要大功率的焊接电源。

图3是脉动闪光焊记录曲线。脉动焊接的主要特征是:送进油缸油压脉动，脉动加热过程闪光火花飞溅少。与连续闪光焊相比较，脉动闪光焊焊缝中出现，’灰斑”缺陷的几率低，适用焊接高强耐磨钢轨。

2.2 移动气压焊
　　
日本铁路长轨条焊接主要使用移动气压焊，我国铁路也在使用。气压焊接是人工操作气压焊设备、用氧一乙炔火焰加热焊接轨端头并施工加顶锻挤压力，使其产生塑性凸起、轨头出现“镜面熔池”，随之高压顶锻形成接头。
良好的气压接头力学性能接近钢轨母材，但对焊接技术要求较高。焊接质量的稳定性和外观平顺性与焊工素质、压接机质量及焊接工况紧密相关。
“光斑”和“未焊合”是气压焊接头结合面上出现的主要缺陷，大面积“光斑”易造成线路上焊头断裂。

2.3 电弧焊
　　
焊工使用电焊条或焊丝与钢轨端面产生电弧电热熔化，冷却后形成对焊焊头，是熔化焊方法。目前只有日本铁路干线上使用电弧焊，日本钢管(NKK)称其为强迫成型电弧焊，用于单元轨节的焊接。这种方法不仅焊接时间长，而且对焊接工艺、焊工技术要求很高，焊接质量稳定性较差。

2.4 铝热焊
　　
常用于线路上钢轨对焊，其实质是冶金铸焊，焊头力学性能与交光焊相比较，各项检验指标均较低。法国TGV铁路2001年统计，自1983年开通运营后断轨80起，焊缝断裂占30%，其中90%是铝热焊头。各国铁路对铝热焊使用的情况不同，西欧使用较多，日本较少而且新干线上不再使用。从我国秦沈客运专线焊头检验数据统计显示，铝热焊头的塑性、韧性指标很难达到TB/T1632-1991标准中规定要求。气孔、夹渣、裂纹、未熔合是铝热焊缝的主要缺陷，也是造成焊头断裂的直接原因。

2.5 我国铁路焊轨质状况
　　
铁道部运输局基础部在2002年3月发布的全路钢轨焊接质量报告中，对存在的问题、原因进行了分析，并提出要求。

共性问题:

(1)钢轨外形尺寸差异较大，造成焊头错口，使焊缝产生应力集中;
　　
(2)钢轨成分波动范围较大，加大了最佳焊接工艺选择难度;
　　
(3)焊接设备技术状态不良，引发各种类型焊接缺陷;
　　
(4)焊接作业人员技术水平不高，缺乏系统的业务培训;
　　
(5)焊接管理工作不严格，缺乏严格的质量管理体系。

无缝线路焊接伤损和折断数量见表3

从表中数据可算出固定式闪光焊重伤率0.1%，移动气压焊重伤率7.2%，铝热焊重伤率7.1%。
焊头伤损和折断的原因:

(1)焊接质量不良。焊缝内存在严重缺陷或出现马氏体组织，造成早期疲劳断裂。
(2)钢轨质量缺陷殃及焊头。
(3)线路状态不良和焊头外观质量差。焊头平顺性差和出现焊头低塌，加之轨道空吊板，增大列车的动力响应，加快了焊缝重伤和折断发生。

3 长钢轨的焊接

3.1 厂焊(基地焊)工序、工位的配置
　　
长钢轨产品是在焊轨厂(或焊轨基地)加工制作，我国的长钢轨生产工序流程有:焊接轨吊卸、分类存放叶配轨、传送斗焊前检查、矫直斗轨端除锈斗焊接、推凸叶焊后热处理升焊头粗磨斗强制冷却叶矫直、检测叶外形精整(精磨)斗直线度检测叶探伤斗长轨吊运、存放斗长轨装车。
　　
国外焊轨的工序工位少于我国。例如，比利时铁路布鲁塞尔焊轨厂(可焊接100m长定尺钢轨)不设置焊前矫直、粗磨、热处理(正火)、强制冷却、探伤工序，这是由于其钢轨外观尺寸和内在质量好，以及不进行焊头落锤检验之故，不设强制冷却工位是由于焊接工位至冷矫、精磨工位距离长达300m,焊后接头足以自然冷却到室温。
　　
超声波探伤极难探出焊缝中“灰斑”缺陷，而“裂纹”、“过烧”缺陷由焊接工艺可消除，因此国外铁路很少设置焊头超声波探伤工序，个别国家设置有磁粉探伤。
　　
秦沈客运专线焊接PD3热轧轨，焊轨基地车间内工位工序配置如下:

从热处理工位至矫直工位间隔125 m，焊头实际矫直温度仍高于室温，如果矫直结果达到lm长度垂直方向直线度在0-0.3 mm，精磨后冷却到环境温度仍会出现低接头。

3.2 影响焊头质.的关键工位-焊接，热处理，打磨

焊接-决定焊缝质量和外观质量。工艺参数应通过型式试验确定，保证焊缝具有足够的强度，不出现“过烧”缺陷，“灰斑”面积在规定范围之内。错口取决对正工况，钢轨断面尺寸偏差较大时应以轨头垂直中心找正，偏差小时以工作边找正，尺寸超差时重新配轨。
热处理-提高热轧轨焊头韧性(正头)或恢复热处理轨焊头丢失的强韧性(欠速淬火)。热处理不能消除焊缝中的质量缺陷。由于正火后接头硬度降低，易形成线路上低接头，因此正火工位必须配置喷风，快速冷却焊头。
打磨-恢复焊缝部位钢轨外形轮廓和钢轨平顺性。不正确的打磨可造成外观缺欠和质量缺陷，如外形亏损，马氏体白层。

3.3 长定尺轨焊接生产线工位
　　
基地焊(或厂焊)长定尺轨(50m-100m)是长钢轨焊接的必然趋势。秦沈客运专线将25 m定尺轨焊接成300m长钢轨，占用700m辊道线，基地长度约800mo若焊接100m长尺钢轨时，按如下工位流程配置:存轨台1(105 m)-存轨台2(105 m)-配轨、矫直(110m)-除锈(110m)- 焊接(100m)-空工位(100m)-热处理(100m)-风冷1(loom)一一风冷2(100m)一一粗磨(loom)一一水冷(100m)-冷矫(100m)-精磨、探伤(100m)-长轨存放(510m)，此时需要作业总长度约1840m，若焊接50m轨时，也需作业线长度约1200m。当长度不能满足要求时，可采用二条作业线，主线焊轨、热处理，辅线冷矫、精磨，可减少约500m基地长度，但密度增加。
　　
工位配置应保证:(1)焊后接头焊缝温度低于500℃时，才可以开始热处理加热;(2)进行水冷前的轨头焊缝温度应低于400℃.

3.4 无缝线路长轨条的焊接-移动式闪光焊
　　
移动式闪光焊是使用柴油发电机组供电的悬挂式钢轨焊机，并装载焊轨作业车上在线路上移动式焊接钢轨，是优于铝热焊、移动气压焊的线路焊轨方法。近20年来，国外(例如美国、欧洲)已采用移动式焊闪光焊进行既有线路上的钢轨焊接作业和新选线无缝线路的铺轨作业。我国近几年在地铁工程(广州、深圳、上海、天津城铁)使用了移动式闪光焊，铁路管理局也开始在换轨大修中试用。

移动式闪光焊可作为新线无缝线路铺轨作业流程组成单元，进行长钢轨、单元轨节的焊接和低温拉伸钢轨锁定焊接。由于道岔钢轨间距(作业空间)的限制，悬挂式焊轨机目前还不能实现道岔与长轨的最终焊接。
线路移动式闪光焊焊轨作业有三种模式:焊接与拉轨同步控制的一体式;焊接与拉轨非同步控制的分体式;焊机自身具备焊接与拉轨的保压、推凸模式。

4 结束语
　　
(1)为了满足客运专线钢轨焊头高平顺性和直线度要求，焊接用轨应具有严格的断面尺寸偏差和平顺性;同时也应在焊接、热处理、精(细)磨工序有规范化的作业标准。为避免运行线路出现低接头，不仅要求焊后接头纵向平直，而且还要求焊头的轨头硬度不低于钢轨母材硬度以及最窄的热软化区，因此应在热轧轨焊头正火后喷风快速冷却。
　　
(2)钢轨闪光焊接的接头质量及其稳定性优于其它焊接方法，建议采用移动式闪光焊进行线路长钢轨、长轨节的焊接以及低温拉伸锁定焊接。低温环境焊接时，应采取防风和焊后缓冷措施。
　　
(3)长定尺钢轨焊接是基地焊和厂焊长钢轨的发展方向。

激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。

目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究[1]。

激光焊接原理：

激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。激光焊接的机理有两种：

1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。

2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。

这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。

目前激光焊应用领域的扩大，主要应用于：

制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、其他领域如对BT20钛合金[22]、HEl30合金[23]、Li-ion电池[24]等激光焊接。

激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，因此焊接质量比传统焊接方法高。但是，如向保证激光焊接的质量，也就是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。 在激光焊接中，光束焦点位置是最关键的控制工艺参数之一，在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和好的焊缝形状。在实际激光焊接中，为了避免和减少影响焦点位置稳定性的因素，需要专门的夹紧和设备技术，这种设备的精确程度与激光焊接的质量高低是相辅相成的。

一、激光焊接的主要特性。 与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：

1、速度快、深度大、变形小。

2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。

3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。

4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。

5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来， 在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。

7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。

但是，激光焊接也存在着一定的局限性：

1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。

2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。

二、激光焊接热传导。

激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，使金属熔化形成焊接。在激光与金属的相互作用过程中，金属熔化仅为其中一种物理现象。有时光能并非主要转化为金属熔化，而以其它形式表现出来，如汽化、等离子体形成等。然而，要实现良好的熔融焊接，必须使金属熔化成为能量转换的主要形式。为此，必须了解激光与金属相互作用中所产生的各种物理现象以及这些物理现象与激光参数的关系，从而通过控制激光参数，使激光能量绝大部分转化为金属熔化的能量，达到焊接的目的。

三、激光焊接的工艺参数

1、功率密度

功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/CM2。

2、激光脉冲波形。

激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。

3、激光脉冲宽度。

脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。

4、离焦量对焊接质量的影响。

激光焊接通常需要一定的离焦，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。

离焦方式有两种：正离焦与负离焦。

焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。