钢轨铝热焊接工艺及其质量控制

钢轨铝热焊接工艺及其质量控制摘要：随着我国经济的持续发展，各行业技术要求越来越高，而对于钢轨铝热焊接技术，与列车的实际运行安全问题有着直接的联系，因而钢轨铝热焊接技术的应用也越来越受到业内的重视。关键词：铝热焊；缺陷；钢轨焊接；质量控制引言：随着社会和经济的迅速发展，铁路运输行业也在迅速发展。铁路是现代交通工具中的一项重要内容。随着我国铁路行业的快速发展，钢轨焊接技术成为了保证线路质量的关键。目前，国内的钢轨焊接工艺有：铝热焊接、闪光接触焊接、气压焊接等。综合比较三种不同的钢轨焊接技术，铝热焊接技术被广泛的应用于钢轨焊接。但目前铝热焊接技术还存在着许多缺陷，这就给钢轨焊接工作造成了一定的难度。铝热焊接工艺概述1.1铝热焊接工艺原理分析铝热化学反应是一个氧化还原反应，利用铝和氧化铁及适当量的金属合金按比例配成铝热焊剂，放在特制的坩蜗中，利用预热枪中性火焰点燃置于坩蜗帽中心的安启塞来引燃焊剂，焊剂点燃后立即发生强烈的化学反应，在反应过程中铁（Fe）被还原出来，由于铁比重大沉于坩蜗底部，铝氧化成氧化铝（Al2O3）溶渣较轻，浮于上部，同时产生巨大的热量，高温的钢水随即浇入安装在轨缝处的砂模中，将两轨端熔化，浇注金属本身又作为填充金属，将钢轨焊接起来。1.2钢轨焊接工艺的对比及铝热焊接的优势闪光接触焊焊接速度快，焊接质量稳定，但焊机投资大，所需电源功率也较大。气压焊一次性投资小，无需大功率电源，焊接时间短，焊接质量好，缺点是在焊接时对接头断面的处理要求十分严格，并且在焊接时需要钢轨有一定的纵向移动，因此对超长钢轨的焊接有一定难度，特别是无法进行跨区间无缝线路的线上焊接。铝热焊接与其他两种钢轨焊接工艺相比，焊接质量虽不如闪光接触焊和气压焊，但仍存在很多优势。它的优势在于：第一，它的操作比较简便，容易掌握，对操作人员的要求相对较低，通常仅需要6名工人来进行相应的焊接；第二，焊接时间短，从焊接开始到结束仅需要1个小时；第三，可在钢轨固定的情况下进行焊接。钢轨铝热焊接工艺简析2.1铝热焊接准备工作简析预先了解待焊钢轨的轨型和材质，正确选择焊剂的类型。从焊缝两侧钢轨开始，每一侧松开2-4组扣件，至少将50m范围内的钢轨扣件按规范锁紧，并在焊缝两侧各第一个锁紧扣件处的钢轨上划线做记号，以便观察钢轨是否移动，然后才可以进行铝热焊接。焊缝位置距最近轨枕边缘不少于100mm，距线上原有焊缝距离不得少于6m。除去焊接端头处轨底下方至少100mm厚道碴。在气温急剧变化时必须用拉伸机锁定钢轨，然后进行焊接操作。焊接处有缺口、损伤、磨损严重以及端面不规则的钢轨必须切除后，才能进行焊接。在轨温低于5°C或大风、雨、雪、雾时禁止焊接，焊接过程中突发天气变化而不符合焊接工艺要求时，是否发现伤损，均须采取加固措施。2.2铝热焊接工艺流程准备工作…切轨缝、干燥钢轨一除锈去污一对轨一砂模安装一夹具安装一封箱f预热一坩蜗使用一铝热反应一拆模一推瘤一打磨一恢复扣件等过程。铝热焊接工艺存在的缺陷及原因分析3.1夹渣现象的出现铝热焊接工艺中出现的缺陷，以夹渣最为普遍。夹渣的形成是由于熔渣进入焊缝造成的，如未能全部溶化的金属块或混入钢中的其它金属，在进行铝热反应中熔渣未及时上浮冲走，而进入型腔粘附在钢轨表面被凝固，形成夹渣。3.2气孔现象的出现在铝热焊接工艺中，气孔的产生也是常见的缺陷。气孔是焊缝在凝固过程中产生和放出气体所形成。气孔表面是光滑的，一般呈圆形。气孔按其部位，分为内部气孔和皮下气孔两种。内部气孔在焊缝整个断面内均可出现，气孔尺寸有时可以很大。皮下气孔紧靠表皮下产生，一般在轨底及轨底两侧斜面上容易产生。3.3热裂现象的出现在铝热焊接工艺中，除了以上两种缺陷之外，还存在一种更为突出的缺陷一-热裂。钢水进入型腔后不久就开始凝固，在稍低于其凝固点的一定范围内，强度较低，受到外力超过在该温度范围内钢的强度极限时，就会产生裂纹或断裂，这种在凝固后高温区域内形成的断裂称为热裂。热裂由于在高温区域内发生，因此表面带有氧化蓝色。铝热焊接的质量控制4.1焊接前的控制在施工前对所有的机具、氧气、丙烷、发电机组、焊接设备材料进行检查，以避免在施工过程中因设备故障影响焊接施工，焊前应组织探伤人员对焊接所用的钢轨进行探伤，以避免用伤轨进行焊接。并且在焊前须对要焊的钢轨进行轨端干燥，以去除钢轨表面水汽，这项工作可以最大限度避免焊接后由于工艺原因产生的气孔，轨端干燥可以最大限度的减少钢轨湿度，因此在铝热焊接中对湿度的要求不是很大。4.2焊接过程的控制4.2.1轨端处理的控制轨端除锈可以保障焊头的清洁度，以避免由于轨端、轨墙、轨底、轨头的锈蚀在焊接过程中产生气孔、夹渣等焊接缺陷。钢轨的轨缝应严格控制，一般在27mm〜30mm之间。过大容易造成封箱漏锅，轨缝过小预热将会不均匀，形成焊接缺陷。对轨时，其尖点值应在1.8mm〜2.3mm之间，如果尖点高了，在以后的养护过程中会产生线路病害，如果低了直接不符合铝热焊接技术要求。如遇到新旧轨高低差，若以轨面为齐将会在轨底有可能产生溢流肥边。若以轨底为齐，如果顺长不够的话将在轨面打磨时产生外观缺陷。4.2.2砂模安装的控制铝热焊接砂模的安装是铝热焊接过程中的一个关键问题。砂模如果出现问题，在后续的固化过程中，势必会产生一些问题，从而影响到钢轨的焊接。所以，在进行铝热焊接时，必须注意砂模的安装。首先，在砂模安装的过程中一定要保证砂模各个接触面与钢轨密贴，同时要保证侧模与底模垂直。底模安装时一定要与两轨端均匀居中，如果不居中将会造成一侧砂模密贴不严。其次，在安装砂模时，要注意避免砂模的损伤和潮湿，确保不会发生焊接质量问题。4.2.3预热阶段的控制用预热枪对两个灰渣盘稍作烘烤，以去除灰渣盘可能带有的水分。将预热枪安置在预热枪支座上，调节枪头垂直并在焊缝中的位置呈前后左右置中，火焰喷出浇注孔，在浇注孔上方的火焰长度大约为50cm。并须密切关注整个预热过程，特别是轨腰受热颜色的变化，预热完成时，轨腰的温度为950°C〜1000°C，其颜色为亮黄色。预热的过程中，必须对分流塞作适当烘烤干燥去除水分。4.2.4浇注阶段的控制预热完成后取出预热枪，枪头向上不熄火，待放好分流塞，立即将坩蜗安置在砂型侧模板顶部定位片内，用预热枪中性火焰点燃坩蜗帽顶部的安启塞，引燃焊剂。反应过程中，操作者应该距离坩蜗3米以上，确保安全。反应完成后，如果钢水不能浇注下来，应该让钢水在坩蜗中冷却20分钟后才能移动坩蜗。4.2.5打磨阶段的控制推瘤完成后，就可以进行粗打磨。焊后温度降到300C以下进行冷打磨。钢轨打磨平直度以焊缝为中点，用一米钢直尺进行测量，顶面垂直方向最大偏差0.1-0.3mm。打磨焊头顶部行车面时应控制速度，避免造成钢轨淬火或发蓝。浇注棒敲掉后要打磨至与焊带平，并且要圆顺不得有棱角。对焊带底部要用镜子或用手摸进行检查，发现轨底出现溢流飞边要及时采取措施，使用扁铲或打磨机进行处理，但不能伤到钢轨母材。结论因此，本文首先对钢轨铝热焊接工艺进行了详细的研究，着重阐述了钢轨铝热焊接具体操作的注意事项和工艺流程。基于以上的分析，本文深入分析了钢轨铝热焊接中所面临的问题，并给出了具体的解决办法。参考文献王健相.钢轨铝热焊焊接工艺及其质量控制[J].安