浅谈铝热焊的缺陷及产生原因分析

摘要：我国无缝线路钢轨焊接存在较多的技术问题,例如焊接工艺参数选择困难、正火后钢轨质量差、探伤通过率低、焊缝经常断裂等,高速铁路对钢轨焊接的要求更高,使得对钢轨焊接相关问题的研究更加迫切。

关键词：焊接 质量温度

中图分类号： F253.3 文献标识码： A 文章编号：

引言：2012年8月8日重点维修车间焊一工区在古雄站114#道岔岔后护轨进行焊接作业，工区按照焊接工艺、作业程序及技术要求进行操作，完成了焊接任务。8月12日2点15分焊接接头折断拉开，车间立即组织人员在1.5小时内赶到现场，进行了永久处理。本文以此次焊接施中存在的缺陷，分析缺陷产生的原因，从如何提高焊接质量浅谈自己的见解。

一、铝热焊操作原理

先将铝热焊剂投放到一个耐高温坩埚中，然后将点燃的高温火柴插入铝热焊剂中，铝热焊剂随即开始铝热反应。反应过程中，氧化铁在高温下被还原形成铁水（熔化其它添加元素后形成特定化学成分的钢水），铝被氧化并与其它氧化物一起形成熔渣。钢水由于比重大

而沉于坩埚底部，溶渣比重小而浮于钢水上部。反应结束后，经过短暂镇静，熔渣上浮并与钢水完全分层，坩埚底部特别设计的自熔塞自动熔开，高温钢水被释放到连接两根钢轨的耐高温砂型中，从而将它们焊接在一起。耐高温砂型带有钢轨的几何形状特征，使焊接好的接

头形状与钢轨基本一致。在焊缝冷却下来后，如果采用适当的热处理，还可以进一步提高其机械特性。

二、铝热焊工艺的主要流程

准备工作 轨端干燥 轨端除锈去污 对轨 夹具安装 砂模安装封箱 预热 坩埚安装 点火 反应 拆模 推瘤 打磨。

三、常见的铝热焊缺陷及原因分析

夹杂

特征：端口处存在不规则的体积夹渣，一般呈暗灰色。

形成原因：自熔塞打开过早使焊渣未来得及和钢水分离；或者其他杂物进入焊缝；封箱过程中，预热过火，轨端“滴泪”；轨端不洁等。

未焊透

特征：断口呈未溶合状态。

产生原因：预热温度不够或不均匀；砂模孔与轨脚对位不准确，间隙不均匀。

气孔

特征：接头内部表面光滑的圆形或椭圆形的孔。

主要原因：焊剂、砂模、坩埚受潮；封箱砂过潮；轨端的水份和油污没有清理干净。

未熔合

特征：接头内部熔合区呈平整性断裂。

主要原因：焊接浇注时，钢轨受拉，轨缝发生位移。

古雄站114#道岔岔后护轨焊接缺陷及存在的问题

焊接自身的原因

因钢轨两底角有明显的光斑多处，焊剂未能充分燃烧，导致未焊透，钢轨预热不到位；

焊接程序操作不规范，焊剂未按规定反复倾倒，导致焊剂金属颗粒不均匀；

丙烷、氧气气压控制不好，职工的业务技能不强，质量意识差，在气压不稳定时不能及时调整压力，使火焰没有达到规定的高度和要求。

浇注时间把握不到位，操作人员凭经验和肉眼观察预热效果，不能保证在最佳状态进行浇注；

由于职工业务不精，火焰控制不好，导致浇筑时氧化或碳化，存在预热不到位和过烧现象；

恶劣天气作业，未能做好预防控制措施，点火时大风的情况下未能采取防风措施，焊后高温状态下下雨，未使用防护罩保护；

（二）客观因素

焊接过程中因气温在不断的变化，浇注过程中使钢轨位移，钢轨锁定不到位，导致焊剂结晶时引起焊缝挤压拉开，粘合达不到技术要求；

浇注过程中，作业人员振动、踩踏钢轨，邻线来车等其他因素的振动，也可能是质量达不到规定的要求；

封箱泥稀稠不均，职工怕漏锅，底角抹泥较厚，使水汽排放不到位，导致轨底角冷却较快，也可能导致钢轨伤损；

由于封锁时间较短，焊接后没有足够的时间冷却，致使焊接头没有达到300度以下放行列车，车辆碾压使钢轨产生压应力，也是导致伤损因素之一；

砂型眼孔堵塞或偏小，导致回火量不足，致使轨底角预热温度不够，肉眼也无法看清，浇注时底角不能达到浇注状态；

因焊剂批次不同，受运输过程和存放环境的影响，焊剂包装泄露、受潮，影响焊接质量。

整改措施

1.在现场焊接过程中，做好质量监控，严禁在焊接过程中踩踏钢轨，更不允许，起道，拧紧扣件等行为的发生，提高职工的质量意识，抓好作业过程控制，严格作业标准、规范焊接程序，按规定的施工工艺进行焊接施工，不准简化工序，控制好各工序的时间，尤其是预热结束到干锅放置—点火—反应的时间要控制好。

2.提高关键人员及点火人员的技术业务技能和工作责任心，车间把关干部，工长现场督促丙烷，氧气的压力及火焰状况，使预热达到规定的要求。

3.落实专人对焊剂进行检查，发现受潮等现象禁止使用，并对焊剂进行反复倾倒，保证焊剂金属颗粒均匀，满足焊接要求；对砂型眼孔及焊接材料进行专人检查，消除因材料对焊接质量造成的影响。

4.恶劣天气作业采取预防保护措施，雨天焊接除焊接过程中挡雨外，焊后使用挡雨保温罩进行保护，防止焊缝因浇雨而发生淬火伤损。恶劣天气下的控制：1）如钢轨温度低于15℃，必须在预热开始前或在预热过程中，用预热枪将砂模两侧各1米范围内的钢轨加热至37℃。2）低温焊接必须做好氧气、乙炔（液化气）瓶口的防冻措施来保证焊接压力，用热水、热水袋或电热毯解冻。3）雨、雾、雪天气必须携带移动帐篷及太阳伞具，焊剂存放及拆箱放焊剂必须在活动帐篷内进行，焊接全过程必须打伞。如遇中雨以上的雨量无法进行焊接时应向施工负责人说明情况，由施工负责人联系处理。4）寒冷气候条件下，焊缝在推瘤后应立即用保温罩将焊缝盖起来，10分钟以后才能进行打磨。

5.要按工艺要求进行轨端干燥并控制好预热时间。用丙烷时3-4分钟，用液化气时5分钟左右，防止预热时间过长，造成熔合区偏大。

6.要控制好轨缝的大小，测量轨缝应控制在27mm-30mm（断面所有部位）。为防止轨缝偏大或偏小给焊接头质量带来的危害，现场施工负责人在施工中预留轨缝时要考虑施工中温度变化带来钢轨的伸缩变化。尤其在夏季高温季节无缝线路长轨条焊接作业中，充分考虑长轨因施工中切轨至浇铸时间内轨缝的伸缩量控制，提前预留2-3mm，使得焊接轨缝达到标准。

7.加强对焊接接头线路几何状态的控制

1）合理安排线路焊接施工流程，交叉作业，减少相互干扰。

2）提前锁定焊接作业区域前后30米范围内的扣件，停止前后100米范围内对钢轨的锤击，禁止撞轨等对钢轨冲击力较大的作业。

3）充分考虑拉伸、开通前焊缝的保温、冷却时间，提报符合作业要求的封锁时间。

4）焊接施工前，施工负责人保证轨缝离轨枕边缘不少于100mm，接头处枕木无失效、空吊、翻浆。

六、结论

经过一年来的努力，2012年我段钢轨铝热焊伤损率得到了有效的控制，焊接质量得到了有效的提高，尤其在2012年3-5月份，在焊接任务繁重的情况下，保证了焊接头轻伤穿夹率控制在3%以内，安全、优质的完成了每次焊接施工任务，在一定程度上减少人力和资金的投入。

参考文献:

[1]上海铣路局钢轨焊接标准T.北京:中国铁道出版社,2000

[2]中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则.北京.中国铁道出版社.2010

[3]广钟岩、高慧安.铁路无缝线路（第四版）北京.中国铁道出版社.2010