鋼軌鋁熱焊接工藝及其質(zhì)量控制

鋼軌鋁熱焊接工藝及其質(zhì)量控制摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，各行業(yè)技術(shù)要求越來越高，而對(duì)于鋼軌鋁熱焊接技術(shù)，與列車的實(shí)際運(yùn)行安全問題有著直接的聯(lián)系，因而鋼軌鋁熱焊接技術(shù)的應(yīng)用也越來越受到業(yè)內(nèi)的重視。關(guān)鍵詞：鋁熱焊；缺陷；鋼軌焊接；質(zhì)量控制引言：隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸行業(yè)也在迅速發(fā)展。鐵路是現(xiàn)代交通工具中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。隨著我國鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，鋼軌焊接技術(shù)成為了保證線路質(zhì)量的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)的鋼軌焊接工藝有：鋁熱焊接、閃光接觸焊接、氣壓焊接等。綜合比較三種不同的鋼軌焊接技術(shù)，鋁熱焊接技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于鋼軌焊接。但目前鋁熱焊接技術(shù)還存在著許多缺陷，這就給鋼軌焊接工作造成了一定的難度。鋁熱焊接工藝概述1.1鋁熱焊接工藝原理分析鋁熱化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，利用鋁和氧化鐵及適當(dāng)量的金屬合金按比例配成鋁熱焊劑，放在特制的坩蝸中，利用預(yù)熱槍中性火焰點(diǎn)燃置于坩蝸帽中心的安啟塞來引燃焊劑，焊劑點(diǎn)燃后立即發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)過程中鐵（Fe）被還原出來，由于鐵比重大沉于坩蝸底部，鋁氧化成氧化鋁（Al2O3）溶渣較輕，浮于上部，同時(shí)產(chǎn)生巨大的熱量，高溫的鋼水隨即澆入安裝在軌縫處的砂模中，將兩軌端熔化，澆注金屬本身又作為填充金屬，將鋼軌焊接起來。1.2鋼軌焊接工藝的對(duì)比及鋁熱焊接的優(yōu)勢(shì)閃光接觸焊焊接速度快，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，但焊機(jī)投資大，所需電源功率也較大。氣壓焊一次性投資小，無需大功率電源，焊接時(shí)間短，焊接質(zhì)量好，缺點(diǎn)是在焊接時(shí)對(duì)接頭斷面的處理要求十分嚴(yán)格，并且在焊接時(shí)需要鋼軌有一定的縱向移動(dòng)，因此對(duì)超長(zhǎng)鋼軌的焊接有一定難度，特別是無法進(jìn)行跨區(qū)間無縫線路的線上焊接。鋁熱焊接與其他兩種鋼軌焊接工藝相比，焊接質(zhì)量雖不如閃光接觸焊和氣壓焊，但仍存在很多優(yōu)勢(shì)。它的優(yōu)勢(shì)在于：第一，它的操作比較簡(jiǎn)便，容易掌握，對(duì)操作人員的要求相對(duì)較低，通常僅需要6名工人來進(jìn)行相應(yīng)的焊接；第二，焊接時(shí)間短，從焊接開始到結(jié)束僅需要1個(gè)小時(shí)；第三，可在鋼軌固定的情況下進(jìn)行焊接。鋼軌鋁熱焊接工藝簡(jiǎn)析2.1鋁熱焊接準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)析預(yù)先了解待焊鋼軌的軌型和材質(zhì)，正確選擇焊劑的類型。從焊縫兩側(cè)鋼軌開始，每一側(cè)松開2-4組扣件，至少將50m范圍內(nèi)的鋼軌扣件按規(guī)范鎖緊，并在焊縫兩側(cè)各第一個(gè)鎖緊扣件處的鋼軌上劃線做記號(hào)，以便觀察鋼軌是否移動(dòng)，然后才可以進(jìn)行鋁熱焊接。焊縫位置距最近軌枕邊緣不少于100mm，距線上原有焊縫距離不得少于6m。除去焊接端頭處軌底下方至少100mm厚道碴。在氣溫急劇變化時(shí)必須用拉伸機(jī)鎖定鋼軌，然后進(jìn)行焊接操作。焊接處有缺口、損傷、磨損嚴(yán)重以及端面不規(guī)則的鋼軌必須切除后，才能進(jìn)行焊接。在軌溫低于5°C或大風(fēng)、雨、雪、霧時(shí)禁止焊接，焊接過程中突發(fā)天氣變化而不符合焊接工藝要求時(shí)，是否發(fā)現(xiàn)傷損，均須采取加固措施。2.2鋁熱焊接工藝流程準(zhǔn)備工作…切軌縫、干燥鋼軌一除銹去污一對(duì)軌一砂模安裝一夾具安裝一封箱f預(yù)熱一坩蝸使用一鋁熱反應(yīng)一拆模一推瘤一打磨一恢復(fù)扣件等過程。鋁熱焊接工藝存在的缺陷及原因分析3.1夾渣現(xiàn)象的出現(xiàn)鋁熱焊接工藝中出現(xiàn)的缺陷，以夾渣最為普遍。夾渣的形成是由于熔渣進(jìn)入焊縫造成的，如未能全部溶化的金屬塊或混入鋼中的其它金屬，在進(jìn)行鋁熱反應(yīng)中熔渣未及時(shí)上浮沖走，而進(jìn)入型腔粘附在鋼軌表面被凝固，形成夾渣。3.2氣孔現(xiàn)象的出現(xiàn)在鋁熱焊接工藝中，氣孔的產(chǎn)生也是常見的缺陷。氣孔是焊縫在凝固過程中產(chǎn)生和放出氣體所形成。氣孔表面是光滑的，一般呈圓形。氣孔按其部位，分為內(nèi)部氣孔和皮下氣孔兩種。內(nèi)部氣孔在焊縫整個(gè)斷面內(nèi)均可出現(xiàn)，氣孔尺寸有時(shí)可以很大。皮下氣孔緊靠表皮下產(chǎn)生，一般在軌底及軌底兩側(cè)斜面上容易產(chǎn)生。3.3熱裂現(xiàn)象的出現(xiàn)在鋁熱焊接工藝中，除了以上兩種缺陷之外，還存在一種更為突出的缺陷一-熱裂。鋼水進(jìn)入型腔后不久就開始凝固，在稍低于其凝固點(diǎn)的一定范圍內(nèi)，強(qiáng)度較低，受到外力超過在該溫度范圍內(nèi)鋼的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋或斷裂，這種在凝固后高溫區(qū)域內(nèi)形成的斷裂稱為熱裂。熱裂由于在高溫區(qū)域內(nèi)發(fā)生，因此表面帶有氧化藍(lán)色。鋁熱焊接的質(zhì)量控制4.1焊接前的控制在施工前對(duì)所有的機(jī)具、氧氣、丙烷、發(fā)電機(jī)組、焊接設(shè)備材料進(jìn)行檢查，以避免在施工過程中因設(shè)備故障影響焊接施工，焊前應(yīng)組織探傷人員對(duì)焊接所用的鋼軌進(jìn)行探傷，以避免用傷軌進(jìn)行焊接。并且在焊前須對(duì)要焊的鋼軌進(jìn)行軌端干燥，以去除鋼軌表面水汽，這項(xiàng)工作可以最大限度避免焊接后由于工藝原因產(chǎn)生的氣孔，軌端干燥可以最大限度的減少鋼軌濕度，因此在鋁熱焊接中對(duì)濕度的要求不是很大。4.2焊接過程的控制4.2.1軌端處理的控制軌端除銹可以保障焊頭的清潔度，以避免由于軌端、軌墻、軌底、軌頭的銹蝕在焊接過程中產(chǎn)生氣孔、夾渣等焊接缺陷。鋼軌的軌縫應(yīng)嚴(yán)格控制，一般在27mm?30mm之間。過大容易造成封箱漏鍋，軌縫過小預(yù)熱將會(huì)不均勻，形成焊接缺陷。對(duì)軌時(shí)，其尖點(diǎn)值應(yīng)在1.8mm?2.3mm之間，如果尖點(diǎn)高了，在以后的養(yǎng)護(hù)過程中會(huì)產(chǎn)生線路病害，如果低了直接不符合鋁熱焊接技術(shù)要求。如遇到新舊軌高低差，若以軌面為齊將會(huì)在軌底有可能產(chǎn)生溢流肥邊。若以軌底為齊，如果順長(zhǎng)不夠的話將在軌面打磨時(shí)產(chǎn)生外觀缺陷。4.2.2砂模安裝的控制鋁熱焊接砂模的安裝是鋁熱焊接過程中的一個(gè)關(guān)鍵問題。砂模如果出現(xiàn)問題，在后續(xù)的固化過程中，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生一些問題，從而影響到鋼軌的焊接。所以，在進(jìn)行鋁熱焊接時(shí)，必須注意砂模的安裝。首先，在砂模安裝的過程中一定要保證砂模各個(gè)接觸面與鋼軌密貼，同時(shí)要保證側(cè)模與底模垂直。底模安裝時(shí)一定要與兩軌端均勻居中，如果不居中將會(huì)造成一側(cè)砂模密貼不嚴(yán)。其次，在安裝砂模時(shí)，要注意避免砂模的損傷和潮濕，確保不會(huì)發(fā)生焊接質(zhì)量問題。4.2.3預(yù)熱階段的控制用預(yù)熱槍對(duì)兩個(gè)灰渣盤稍作烘烤，以去除灰渣盤可能帶有的水分。將預(yù)熱槍安置在預(yù)熱槍支座上，調(diào)節(jié)槍頭垂直并在焊縫中的位置呈前后左右置中，火焰噴出澆注孔，在澆注孔上方的火焰長(zhǎng)度大約為50cm。并須密切關(guān)注整個(gè)預(yù)熱過程，特別是軌腰受熱顏色的變化，預(yù)熱完成時(shí)，軌腰的溫度為950°C?1000°C，其顏色為亮黃色。預(yù)熱的過程中，必須對(duì)分流塞作適當(dāng)烘烤干燥去除水分。4.2.4澆注階段的控制預(yù)熱完成后取出預(yù)熱槍，槍頭向上不熄火，待放好分流塞，立即將坩蝸安置在砂型側(cè)模板頂部定位片內(nèi)，用預(yù)熱槍中性火焰點(diǎn)燃坩蝸帽頂部的安啟塞，引燃焊劑。反應(yīng)過程中，操作者應(yīng)該距離坩蝸3米以上，確保安全。反應(yīng)完成后，如果鋼水不能澆注下來，應(yīng)該讓鋼水在坩蝸中冷卻20分鐘后才能移動(dòng)坩蝸。4.2.5打磨階段的控制推瘤完成后，就可以進(jìn)行粗打磨。焊后溫度降到300C以下進(jìn)行冷打磨。鋼軌打磨平直度以焊縫為中點(diǎn)，用一米鋼直尺進(jìn)行測(cè)量，頂面垂直方向最大偏差0.1-0.3mm。打磨焊頭頂部行車面時(shí)應(yīng)控制速度，避免造成鋼軌淬火或發(fā)藍(lán)。澆注棒敲掉后要打磨至與焊帶平，并且要圓順不得有棱角。對(duì)焊帶底部要用鏡子或用手摸進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)軌底出現(xiàn)溢流飛邊要及時(shí)采取措施，使用扁鏟或打磨機(jī)進(jìn)行處理，但不能傷到鋼軌母材。結(jié)論因此，本文首先對(duì)鋼軌鋁熱焊接工藝進(jìn)行了詳細(xì)的研究，著重闡述了鋼軌鋁熱焊接具體操作的注意事項(xiàng)和工藝流程?；谝陨系姆治?，本文深入分析了鋼軌鋁熱焊接中所面臨的問題，并給出了具體的解決辦法。參考文獻(xiàn)王健相.鋼軌鋁熱焊焊接工藝及其質(zhì)量控制[J].安