低溫鋁熱焊焊接工序控制及保溫措施效果分析

駱永春

【摘 要】本文以鋼軌鋁熱焊焊接工藝要點為主線，重點介紹了低溫環(huán)境下鋁熱焊焊接焊頭質量控制的一些具體管控措施。通過對焊頭所采取不同的保溫措施效果進行調(diào)研分析，提出了切實可行的見解。

【關鍵詞】鋁熱焊；低溫環(huán)境；工序控制；保溫措施

1.引言

當環(huán)境溫度低于15℃時，稱為低溫焊接。低溫焊接時，除按常溫條件下工藝規(guī)定的控制措施執(zhí)行焊接后，還需對相應的工序進行控制與參數(shù)調(diào)整，以提高鋁熱焊焊接質量。低溫環(huán)境下，會遇到焊頭冷卻過快的危險。必須對焊頭采取有效的保溫措施，確保焊頭高溫組織在保溫狀態(tài)下充分轉變。

2.低溫鋁熱焊接工序控制措施

2.1對軌工序控制

低溫環(huán)境下，待焊鋼軌軌端對正，是在鋼軌強迫拉伸狀態(tài)下進行的，其控制措施有：

（1）用軌縫儀控制軌縫。以軌腳處為基準，控制軌縫寬度為28（±2）mm。

（2）水平調(diào)整：用一米直尺分別檢查焊縫兩端鋼軌軌頭、軌腰、軌底是否平直。軌頭側面以行車面為基準進行調(diào)整。

（3）尖點調(diào)整：將一米直尺自由放置在軌頂，使其中點與焊縫中點相重合，用對軌架或者鋼楔子對軌端高度進行調(diào)節(jié)，使直尺的兩個端部與軌頂之間的間隙（即尖點值）控制在1.8～2.3mm。（焊接端面打磨后再確定調(diào)整尖點確切的高度）

2.2預加熱工序控制

預熱是鋁熱焊焊接過程中的一個重要工序，低溫環(huán)境下，鋼軌的冷卻速度快，傳導熱快。軌溫越低，其過冷度越大。鋁熱焊接質量越難保證。要穩(wěn)定焊接質量，就需對待焊鋼軌及砂型預加熱，削弱鋼軌的傳導熱與冷卻速度。其控制措施有：

（1）氣溫低時丙烷氣的壓力較低，氣瓶的溫度也很低，很難達到1.2Bar的壓力。因此寒冷天氣焊接時，有必要使用電熱罩或其他措施（燒水/加熱）來給氣瓶加熱，以保證丙烷氣體的壓力及流量。

（2）氧氣表及燃氣表需要用熱水澆注，防止氣體流出后回火閥結冰。

（3）待焊鋼軌兩端各1m范圍內(nèi)要進行加熱，不同氣溫條件下鋼軌需要加熱至37?C以上。

（4）鋼軌預熱時，加熱溫度應使鋼軌的中間及軌頭顏色發(fā)紅，一般控制在900℃左右。并使用5°偏光鏡確認鋼軌全斷面呈金紅色金屬面。

2.3焊頭保溫工序控制

在低溫環(huán)境下，會遇到焊頭冷卻過快的危險。因此除按常溫條件下工藝規(guī)定的控制措施執(zhí)行焊接后，還必須嚴格控制拆模與推瘤時間，并對焊頭采取有效的保溫措施。確保焊頭高溫組織在保溫狀態(tài)下充分轉變。其措施有：

（1）低溫環(huán)境下，為防止焊頭降溫過快，確保焊頭結晶密實；焊接時焊劑、砂型在使用時不得過早拆除，拆?；蛲屏鲆臁?/p>

（2）一旦拆模或推瘤完成，為防止焊頭冷卻過快，采用保溫箱或保溫毯迅速將焊頭覆蓋進行保溫，保溫時間≥10min。

2.4焊后工序控制

（1）焊接完成必須對焊頭進行精打磨，處理焊頭全斷面可見孔隙缺陷和毛刺。

（2）配合拉伸機焊接時要在焊接完成20min后拆除拉伸機。

（3）軌溫高于300℃不準放行列車。

3.不同保溫措施效果調(diào)研分析

3.1概況

（1）焊接地點：隴海線新陽鎮(zhèn)—渭南鎮(zhèn)區(qū)間（上行） K1431+100-k1436+090。

（2）焊頭焊接情況：K1434+320處左右股焊頭位于更換長軌條起端；K1436+380處左右股焊頭位于更換長軌條終端；焊接軌型都為P60 U75V-P60 U75V，采用德式施密特鋁熱焊接技術，使用Z100型焊劑。

（3）分析方法：在焊接作業(yè)環(huán)境，焊接條件及焊接工藝相同的情況下，焊接完成后將不同焊頭進行粗打磨后，采用兩種不同的保溫措施。在相同的保溫時間內(nèi)對其保溫的效果進行軌溫測量。不同天窗點內(nèi)其焊頭軌溫測量結果如圖1和圖2所示。

3.2數(shù)據(jù)分析

通過以上圖1和圖2中焊頭溫度變化曲線，對比分析可以看出：

（1）采用保溫毯保溫的焊頭，在相同的保溫時間內(nèi)溫度下降量小，比同等條件下采用保溫盒保溫的效果好。

（2）在10分鐘的保溫時間內(nèi)采用保溫毯保溫，焊頭溫度分別從570℃下降至470℃，下降量為100℃，平均每分鐘下降10℃；從650℃下降至485℃，下降量為165℃，平均每分鐘下降16.5℃。

（3）采用保溫盒保溫，焊頭溫度分別從570℃下降至425℃，下降量為145℃，平均每分鐘下降14.5℃；從650℃下降至450℃，下降量為200℃，平均每分鐘下降20℃。

（4）在初期焊頭溫度較高，采用保溫盒和保溫毯進行保溫二者效果區(qū)分不大；隨著保溫時間增長，焊頭溫度的逐漸降低，相比保溫盒而言，保溫毯的保溫效果逐漸明顯。

3.3原因分析

（1）在焊頭溫度較高時，由于保溫盒和保溫毯自身溫度降低，附著在焊頭表面，不但起不到保溫作用，反而會吸收焊頭熱量導致其溫度下降。

（2）隨著保溫時間的增加，保溫毯保溫時，由于石棉保溫毯吸收了焊頭的熱量，自身溫度升高，并且保溫毯將焊頭完全包裹起來，不僅起到了保溫作用而且防風作用明顯加強，保溫效果逐步體現(xiàn)（如圖3）。

（3）隨著保溫時間的增加，保溫盒保溫時，由于保溫盒只是夾在焊頭兩側的軌腰上，焊頭底部無法進行保溫，加之保溫盒與焊頭兩側鋼軌表面不密貼，其防風效果不理想，散熱量較大，導致其保溫效果不佳（如圖4）。

4.結論與建議

（1）在低溫環(huán)境下焊接時，對氧氣瓶、丙烷氣瓶和儀表可采取保溫措施，以保證丙烷氣體的壓力及流量。氧氣表及燃氣表需要用熱水澆注，防止氣體流出后回火閥結冰。

（2）焊后為降低焊頭冷卻速度，可采用石棉保溫毯覆蓋焊頭進行保溫，避免因寒冷天氣造成焊頭質量等缺陷。

（3）保溫盒與焊頭兩側鋼軌表面不密貼，防風效果不理想，散熱量較大，其保溫效果不佳。保溫毯將焊頭完全包裹起來，不僅起到了焊頭保溫作用而且防風作用明顯加強，其保溫效果良好。

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