鋼軌鋁熱焊技術(shù)在臨潼東站站改工程中的應(yīng)用

李 清 油

(中鐵二局股份有限公司，四川 成都 610031)

鋼軌鋁熱焊技術(shù)在臨潼東站站改工程中的應(yīng)用

李 清 油

(中鐵二局股份有限公司，四川 成都 610031)

以臨潼東站站改工程為例，介紹了鋼軌鋁熱焊接在工程中的應(yīng)用情況，依據(jù)其操作原理，闡明了焊接操作的工藝流程，并分析了鋼軌接頭質(zhì)量不合格的原因，提出了改進(jìn)對策，總結(jié)了作業(yè)過程注意事項(xiàng)，以延長鋼軌的使用壽命。

鋼軌，焊接，操作，施工

1 臨潼東站站改工程概況

大西、鄭西聯(lián)絡(luò)線是大西正線通過臨潼北線路所進(jìn)入臨潼東站。臨潼東站站內(nèi)有鄭西上下行正線、包西上下行聯(lián)絡(luò)線、兩條到發(fā)線。鄭西客專上下行車頻次31對/天。包西客專上下行車頻次2對/天。本次(大西線)站改工程共插入11組道岔，鋼軌接頭共192個。

臨潼東站站改工程平面示意圖見圖1。

2 鋼軌鋁熱焊接的化學(xué)原理

鋁熱焊接的化學(xué)原理是利用活動性較強(qiáng)的金屬鋁(Al)能夠把活動性較弱的鐵金屬鐵(Fe)從它的氧化物(FeO)中還原出來的原理，同時放出大量的熱，溫度可達(dá) 2 000 ℃～3 000 ℃，從而使這些金屬成為液態(tài)，形成高溫液態(tài)金屬注入特制的鑄模內(nèi)，將兩個被焊鋼軌端部熔化而實(shí)現(xiàn)連接的一種焊接方法。

3 主要資源名稱、圖片特點(diǎn)與作用

主要資源名稱、圖片特點(diǎn)與作用表見表1。

4 焊接操作原理、工藝流程與步驟

4.1 操作原理

把鋁熱焊劑(由鋁粉、氧化鐵粉、鐵屑及鐵合金或稀土元素等，按一定比例配合而成)投放到耐火一次性坩堝中，用點(diǎn)火器引燃高溫火柴后，插入焊劑中，焊劑在高溫火柴的作用下，開始鋁熱反應(yīng)，由固態(tài)的焊劑變?yōu)橐簯B(tài)的鋼水。液態(tài)鋼水自動從坩堝底部釋放到耐火模具中，填滿鋼軌接頭縫隙，同時鋼水將兩軌端熔化，又作為連接鋼軌的填充金屬物，模具有鋼軌的幾何形狀特征，模具控制鋼水的固化過程，達(dá)到焊接鋼軌接頭的目的。

4.2 工藝流程

鋼軌鋁熱焊工藝流程見圖2。

4.3 操作步驟

表1 主要資源名稱、圖片特點(diǎn)與作用表

1)準(zhǔn)備工作。在調(diào)節(jié)鋼軌的同時，準(zhǔn)備好高溫封箱泥。檢查砂型鋼模及砂模、分流塞、高溫火柴和一次性坩堝；觀坩堝內(nèi)外是否有裂痕。檢查無誤后，到入焊劑，并蓋上坩堝原裝蓋，防灰塵或異物進(jìn)入焊劑而影響溶劑純度。同時從溶劑袋上剪下焊劑批號，以便進(jìn)行質(zhì)量跟蹤。

2)軌縫處理與調(diào)整。待焊鋼軌端頭必需鋸割，不可氣割。采用鋸軌機(jī)把多余的鋼軌鋸掉，并清理干凈接頭。待焊的鋼軌端頭必須保證其水平、縱向、扭轉(zhuǎn)三個要素滿足要求，做到縫寬統(tǒng)一。接縫寬度控制在25 mm±2 mm內(nèi)?？p寬度采用梯度式測距離尺或端帶尺分測量頭部和底部。焊工利用1 m直尺檢測其平整度。采用活動調(diào)軌器調(diào)節(jié)鋼軌的位置與高度，不能采用錘敲(見圖3)。

3)安裝砂模。砂模由底模、左、右側(cè)模和用于固定砂模的夾具組成。檢查砂模有無受潮，裂紋，變形，各組件的完整性。將底砂模置于金屬外模中，用密封泥填滿底?？障吨校瑢⒌咨澳Ｅc金屬底板架于軌底，并以軌縫居中。擰緊金屬底板的固定螺絲(同時在底板下側(cè)輕輕敲打，以使底板與鋼軌密貼)。將兩側(cè)的砂模裝入側(cè)模外鋼模中，再置側(cè)模于底模板上，將側(cè)砂模在軌縫處進(jìn)行輕輕摩擦，使其與鋼軌密貼。安裝好后將砂模上部開口蓋住。同時在模的側(cè)面安裝兩個灰渣盤，在灰渣盤底部，墊一層干砂，用于接收焊接時溶化后多余的灰渣。

4)用封箱泥封堵縫隙。在砂模安裝并固定后，用封箱泥封閉砂型與鋼軌間的縫隙。封箱先從軌底開始，從下往上按順序進(jìn)行，分兩遍抹成。從而保證焊劑流入砂型時不外泄，使軌縫間焊劑飽滿(見圖4)。

5)鋼軌及砂模預(yù)熱。預(yù)熱是鋁熱焊接最關(guān)鍵的一步。預(yù)熱的作用可以消除模具中的濕氣以及提高模具與鋼軌間的溫度，保證鋼水流入砂型時的溫度，提高接頭質(zhì)量。用氧氣—丙烷作熱源，先點(diǎn)燃焊槍，點(diǎn)火后逐漸增加氣體的流量，直到預(yù)熱槍的兩個閥門全部打開。調(diào)節(jié)好壓力表，使丙烷氣的壓力為0.07 MPa(0.7 kg/cm2)，氧氣壓力為0.49 MPa(4.9 kg/cm2)，并調(diào)節(jié)好火焰后將預(yù)熱槍放入預(yù)熱托架上，對砂型與鋼軌進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱槍咀對準(zhǔn)砂型中部，槍咀底面與鋼軌頂面保持5 cm的距離。鋼軌預(yù)熱時間不得低于6.5 min，預(yù)熱砂模的同時分流塞同步預(yù)熱(見圖5)。

6)澆筑鋁熱焊劑。預(yù)熱結(jié)束后，移開預(yù)熱槍，把事先準(zhǔn)備好的坩堝放入砂模上。引燃高溫火柴，迅速插入焊劑中，高溫火柴插入焊劑中部深度約為25 mm，蓋上坩堝罩。30 s內(nèi)焊劑在高溫火柴的助燃作用下，焊劑開始熔化，發(fā)出耀眼的強(qiáng)光，熔化后的焊劑通過分流塞分流，快速均勻從分流塞兩側(cè)流入接軌縫，完成澆筑，多的焊劑進(jìn)入灰渣盤(見圖6)。

7)拆模。焊劑停止流動5 min后移開坩堝及灰渣盤。在澆筑完成15 min后，將側(cè)模夾具和砂型外模拆除，留底模在推瘤后拆除。

8)推瘤。拆除夾具6.5 min后用推瘤機(jī)進(jìn)行推瘤，推瘤后拆除底模(見圖7)。

9)打磨。打磨順序?yàn)橄蠕撥壍捻斆?，后?cè)面，最后棱角；先工作面，后非工作面。打磨可以消除鋼軌端面不平和鋼軌端面與縱軸線不垂直的偏差。采用鋼軌打磨機(jī)對推瘤后的鋼軌接頭進(jìn)行熱打磨。打磨時，接頭表面保留0.8 mm的焊接頭，鋼軌接頭兩側(cè)、鋼軌內(nèi)外側(cè)，都要打磨至與既有鋼軌平齊，打磨的同時對其平整度進(jìn)行檢查。在澆筑1 h后進(jìn)行冷打磨，使鋼軌頂面整體平整:即軌頂面不平度小于0.3 mm/m，軌內(nèi)側(cè)工作面不平度小于±0.3 mm/m，軌底不平度小于0.5 mm/m(見圖8)。

10)探傷。用軌道探傷儀器對鋼軌焊接接頭逐個進(jìn)行探傷分析，不得有未焊透、過燒、裂紋、氣孔、夾砟等缺陷，對結(jié)果不能滿足要求的重新進(jìn)行處理。

5 鋼軌接頭質(zhì)量不合格原因分析

1)鋼軌兩端未清干凈，新舊鋼軌的斷面誤差，或是鋼軌縱軸偏差，出現(xiàn)高低不一，導(dǎo)致焊接頭質(zhì)量不合格。2)接縫的距離過大，加熱器未能正確對位，預(yù)熱不均勻，或預(yù)熱時間與溫度不足，導(dǎo)致焊接頭質(zhì)量不合格。3)鋼軌與砂型之間的縫隙封不嚴(yán)，夾具松動，導(dǎo)致深溶化后的焊劑外漏，使接頭處溶劑不飽滿。4)封箱時封箱泥進(jìn)入了砂型內(nèi)，未及時檢查清除?；蚝竸┲袚饺肓似渌镔|(zhì)，導(dǎo)致焊劑不純。5)施工過程管理不嚴(yán)，作業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未達(dá)到規(guī)范要求，作業(yè)人員業(yè)務(wù)能力不高，鋼軌接頭打磨過量等。

6 提高鋼軌接頭焊接質(zhì)量對策

1)作業(yè)前技術(shù)人員要認(rèn)真學(xué)習(xí)《鋼軌焊接接頭技術(shù)條件》和鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼軌焊接第3部分TB-1632.3-2005鋁熱焊接，掌握相關(guān)工序技術(shù)要求及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。2)作業(yè)前加強(qiáng)對作業(yè)人員培訓(xùn)，實(shí)行作業(yè)人員資格認(rèn)證。對沒有取得《鋼軌焊接工操作許可證》的人員不能上崗作業(yè)。3)作業(yè)過程中加強(qiáng)過程監(jiān)管，確保每一道工序規(guī)范操作。4)事后加強(qiáng)檢測，對質(zhì)量不合格的及時進(jìn)行處理。

7 作業(yè)過程控制注意事項(xiàng)

1)軌端距離軌枕的距離不得小于100 mm，螺栓孔邊緣至軌枕端凈距離不小于100 mm。鋼軌下面軌道墊起高度不能少于5 mm。鋼軌調(diào)整后的高度及軌底寬度方向差不超過1 mm。軌端鋸軌時，不垂直度小于1 mm。用鋼絲刷清潔軌端100 mm～150 mm范圍。2)控制好鋼軌的預(yù)熱溫度，預(yù)熱要均勻。預(yù)熱時間不少于6.5 min。點(diǎn)火先打開氧氣閥門，后開丙烷閥門；關(guān)火先開丙烷閥門，后關(guān)開氧氣閥門。3)砂型的安裝位置一定要正確，砂型的中心一定要與鋼軌的中心相對。坩堝中心一定要與分流塞中心相對。砂模安裝完后，一定要對砂模口進(jìn)行遮蓋，防雜物進(jìn)入。4)焊劑要在預(yù)熱完成后30 s內(nèi)點(diǎn)燃，拆除砂型外鋼套、夾具及砂型的時間不能過早,拆模時間為廢渣停止流出5 min后開始。拆除的料具放在安全地方，小心灼傷到人。5)打磨鋼軌接頭時，要不斷的移動打磨機(jī)，避免造成磨過火的現(xiàn)象。6)焊接后鋼軌接頭保溫在900 ℃左右，時間不少于10 min。

8 結(jié)語

鋼軌接頭采用鋁熱焊接技術(shù)，所用設(shè)備簡單、操作方便，生產(chǎn)成本較低，焊接接頭質(zhì)量高，性能穩(wěn)定，經(jīng)打磨機(jī)打磨后外觀平順性好。

[1] 李東俠.鋼軌接頭鋁熱焊焊接質(zhì)量控制[J].鐵道建筑,2005(5):70-71.

[2] 張明龍.無縫線路鋼軌鋁熱焊接質(zhì)量的控制與提高[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2003(3):43-44.

Application of rail alumina thermite welding in east Lintong railway station transformation engineering

LI Qing-you

(ChinaRailway2ndBureauCo.,Ltd,Chengdu610031,China)

Taking east Lintong railway station transformation engineering as an example, the paper introduces the application condition of rail alumina thermite welding in engineering describes the technical procedures of wielding operation, and analyzes the unqualified cause of rail joint, puts forward improving measures and summarizes operation matters, with aview to prolong the rail service life.

rail, wielding, operation, construction

1009-6825(2014)11-0158-03

2014-02-17

李清油(1976- )，男，工程師

U291.6

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