鋁熱焊焊接常見(jiàn)的缺陷、成因及其質(zhì)量控制

王磊

摘 要：本文首先對(duì)鋼軌焊接中的鋁熱焊接工藝進(jìn)行介紹，接著分析了鋁熱焊焊接過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷及原因，進(jìn)而對(duì)鋁熱焊工藝質(zhì)量控制措施進(jìn)行深入探究，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：鋁熱焊；缺陷；鋼軌焊接；成因；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)： TG457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）36-163-2

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)鐵路事業(yè)發(fā)展極為迅速。鐵路運(yùn)輸作為重要的交通運(yùn)輸方式，得到人們的高度重視。在鐵路事業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中，人們對(duì)線路鋪設(shè)的要求越來(lái)越高。而鋼軌焊接工藝是確保線路高質(zhì)量的重要手段，因此應(yīng)當(dāng)給予高度的重視。目前，我國(guó)應(yīng)用于鐵路軌道線路的鋼軌焊接工藝主要有三種，即鋁熱焊工藝、氣壓焊工藝和手工電弧焊工藝。在這三種鋼軌焊接工藝中，鋁熱焊工藝應(yīng)用效果最為突出，并在鐵路線路鋼軌焊接中得到廣泛的應(yīng)用。但是，鋁熱焊工藝在焊接過(guò)程中仍然存在一些缺陷，進(jìn)而給鋼軌焊接工作造成困擾。

因此，鐵路相關(guān)工作人員必須對(duì)鋁熱焊焊接過(guò)程存在的缺陷進(jìn)行有效分析，并探究鋁熱焊質(zhì)量控制的措施，從而提高鐵路線路焊接水平，為我國(guó)鐵路事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 鋁熱焊焊接工藝概述

1.1 鋁熱焊工藝原理分析

鋁熱焊工藝主要利用氧化鐵、鋁粉、鐵粉及合金按相應(yīng)的比例進(jìn)行混合配成焊劑，接著將焊劑進(jìn)行升溫加熱，由于鋁在高溫的條件下很容易和氧氣發(fā)生反應(yīng)，這就使得鋁與氧化鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化鐵中的鐵單質(zhì)被還原出來(lái)，在反應(yīng)的同時(shí)還會(huì)放出大量的熱，進(jìn)而得到高溫的金屬填充液體和反應(yīng)產(chǎn)物三氧化二鐵固體，即鋼水和熔渣。最后，將鋼水注入相應(yīng)的模具中，將鐵軌熔化，這樣等到冷卻之后，就可以完成將鋼軌焊接在一起。

1.2 鋁熱焊工藝的優(yōu)點(diǎn)

相比于其他鋼軌焊接工藝，鋁熱焊工藝具有較多的優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：第一，鋁熱焊焊接工藝的操作較為簡(jiǎn)單，很容易掌握；第二，鋁熱焊焊接工藝完成鋼軌焊接后，軌道接頭相對(duì)較為平順，焊接效果極好；第三，該工藝所用到的設(shè)備相比于其他焊接工藝較為簡(jiǎn)易，不需要復(fù)雜的輔助設(shè)備進(jìn)行輔助焊接；第四，鋁熱焊焊接效率高，所需時(shí)間較短，從開(kāi)始焊接到完成焊接只需要1h；第五，鋁熱焊工藝所用到的人員較少，一般只需要7人就可以完成相應(yīng)的鐵路軌道焊接，節(jié)省了大量勞動(dòng)力。

2 鋁熱焊工藝存在的缺陷及原因分析

2.1 夾渣現(xiàn)象的出現(xiàn)

鋁熱焊焊接過(guò)程中存在很多缺陷，其中較為普遍的就是夾渣現(xiàn)象。夾渣現(xiàn)象是在鋁熱焊過(guò)程中有熔渣混入鋼水中，使得鋼水冷卻凝固后，熔渣出現(xiàn)在鐵軌表面。而造成這一現(xiàn)象的原因主要有以下幾點(diǎn)：第一，鋁熱焊接過(guò)程中，在鋼水為注入模具前，沒(méi)有將模具進(jìn)行很好的密封，使得一些雜質(zhì)進(jìn)入到模具中，進(jìn)而導(dǎo)致鋼水冷卻后出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象；第二，鋁熱焊接過(guò)程中鋁熱反應(yīng)時(shí)間不充足，使得熔渣還沒(méi)有完全反應(yīng)出來(lái)，在這樣的情況下把鋼水注入模具中，就會(huì)使得模具內(nèi)的體系繼續(xù)反應(yīng)放出熔渣，使得后續(xù)出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象；第三，鋁熱焊接時(shí)，由于軌道斷面沒(méi)有得到很好的清潔，使得存在較多的雜質(zhì)，這也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象。

2.2 氣孔現(xiàn)象的出現(xiàn)

氣孔現(xiàn)象的出現(xiàn)也是鋁熱焊焊接過(guò)程中較為常見(jiàn)的缺陷。氣孔出現(xiàn)在鋁熱焊焊接過(guò)程中鋼水冷卻凝固階段，鋼水冷卻產(chǎn)生和放出氣體使得形成氣孔。氣孔產(chǎn)生原因主要包含以下幾點(diǎn)：第一，鋁熱焊焊劑配比出現(xiàn)問(wèn)題，由于各種成分的用量不當(dāng)，使得出現(xiàn)氣孔；第二，鋁熱焊過(guò)程中所使用的焊接受潮或者摻雜油類等物質(zhì)，使得焊劑內(nèi)部發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致氣孔的出現(xiàn)；第三，鋁熱焊過(guò)程中預(yù)熱溫度過(guò)低，使得鋼水冷卻過(guò)程中的氣體無(wú)法排除，進(jìn)而出現(xiàn)氣孔現(xiàn)象。

2.3 熱裂現(xiàn)象的出現(xiàn)

除了以上兩個(gè)缺陷外，鋁熱焊接過(guò)程還存在一個(gè)更為嚴(yán)重的缺陷，即熱裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。熱裂現(xiàn)象出現(xiàn)在焊接鋼水冷卻凝固階段，在鋼水凝固點(diǎn)以下時(shí)，軌道強(qiáng)度較小，使得受到外力超過(guò)了此溫度下鋼的強(qiáng)度極限，因此發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，由于在溫度較高時(shí)出現(xiàn)的斷裂，故而被叫作熱裂。造成鋁熱焊出現(xiàn)熱裂現(xiàn)象的主要原因有以下幾點(diǎn)：第一，鋁熱焊接過(guò)程中鋼軌被移動(dòng)，使得受到的力超出了此時(shí)軌道的強(qiáng)度，進(jìn)而發(fā)生斷裂；第二，鋼水冷卻凝固過(guò)程中，在沒(méi)有冷卻完全的情況下，焊頭受到力的作用，進(jìn)而出現(xiàn)斷裂的情況。

3 鋁熱焊焊接過(guò)程中質(zhì)量控制策略

3.1 焊接前的控制

第一，鋁熱焊焊接過(guò)程中所用焊劑必須按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配比，并且對(duì)其進(jìn)行有效保存，防止焊劑受潮；第二，在焊接前，要將焊接所用到的預(yù)熱槍和丙烷氣瓶連接好，并且將氣瓶放在焊接場(chǎng)地以外的安全場(chǎng)所，防止焊接引發(fā)氣瓶爆炸事故；第三，在鋁熱焊接作業(yè)前，需要對(duì)焊接場(chǎng)地進(jìn)行檢查，對(duì)可能存在的安全事故隱患進(jìn)行排查，例如檢查附近是否有易燃易爆物品，從而防止焊接過(guò)程出現(xiàn)火災(zāi)、爆炸等意外事故。

3.2 焊接過(guò)程的控制

3.2.1 鋼軌端頭的處理

鋼軌端頭的處理必須使用鋸軌機(jī)進(jìn)行切割，不可以使用氧割的方法進(jìn)行端頭切割，原因是防止鋼軌端頭出現(xiàn)氧化層，進(jìn)而給鋼軌焊接造成困擾。在鋼軌端頭切割完成后，接下來(lái)要將端頭對(duì)正，這一部分是鋼軌端頭處理工作中最難的一步，也是最為關(guān)鍵的一部分，為了使鋼軌端頭對(duì)正，需要在端頭對(duì)接過(guò)程中，按照水平、縱向、扭轉(zhuǎn)三步進(jìn)行操作，盡量減少對(duì)接過(guò)程出現(xiàn)縫隙，以保證軌道端頭對(duì)正無(wú)誤。

3.2.2 砂模安裝控制

鋁熱焊過(guò)程中砂模的安裝對(duì)于焊接質(zhì)量控制十分重要，一旦模具出現(xiàn)問(wèn)題，必然導(dǎo)致后續(xù)凝固階段出現(xiàn)問(wèn)題，從而給鋼軌焊接工作造成困擾。因此，必須重視鋁熱焊中砂模的安裝，首先將兩個(gè)側(cè)砂模在焊接處進(jìn)行磨合處理，消除砂模與軌道之間的縫隙；其次，在砂模安裝過(guò)程中，要避免模具組件受損、受潮，從而確保焊接質(zhì)量不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題；最后，在砂模安裝完畢后，要將模具進(jìn)行密封保存，防止雜質(zhì)進(jìn)去模具中，從而導(dǎo)致出現(xiàn)夾渣的現(xiàn)象。

3.2.3 預(yù)熱階段的控制

預(yù)熱階段是鋁熱焊接工藝中的核心部分，也是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵部分。在鋁熱焊接預(yù)熱階段，需要做到以下幾點(diǎn)：第一，預(yù)熱槍在安裝時(shí)必須居中對(duì)稱，以確保軌道受熱均勻；第二，預(yù)熱階段經(jīng)常遇到設(shè)備氣溫低或壓力不足的情況，這時(shí)需要延長(zhǎng)預(yù)熱時(shí)間，以保證預(yù)熱效果的良好，從而保證焊接質(zhì)量不出現(xiàn)問(wèn)題；第三，在對(duì)軌道端頭進(jìn)行預(yù)熱處理時(shí)，要隨時(shí)觀察端頭的顏色變化，當(dāng)端頭顏色變?yōu)榧t色時(shí)，要立即停止預(yù)熱，標(biāo)準(zhǔn)預(yù)熱時(shí)間僅可作為參考。

3.2.4 澆注階段的控制

在軌道預(yù)熱完成后，接下來(lái)進(jìn)行澆注處理。澆注過(guò)程需要做到以下幾點(diǎn)：第一，對(duì)焊劑進(jìn)行加熱時(shí)，點(diǎn)燃焊劑所需要的高溫火柴插入焊料深度要適中，不可太深或太淺，以保證反應(yīng)速度的正常；第二，在熔體澆注至模具中時(shí)，要準(zhǔn)備好堵漏棒，一旦鋼水出現(xiàn)泄漏，要用堵漏棒堵住，防止鋼水流出，影響焊接質(zhì)量。在此需要注意，一旦鋼水從中泄漏出來(lái)，不可立即處理，要第一時(shí)間離開(kāi)焊接現(xiàn)場(chǎng)，以確保自身的人身安全。

3.2.5 推瘤和打磨中的控制

第一，推瘤不要過(guò)早，一旦過(guò)早很可能會(huì)導(dǎo)致熱拉傷，進(jìn)而出現(xiàn)熱裂，影響焊接質(zhì)量；第二，軌道端面打磨時(shí)要適度，不可過(guò)度打磨，以免影響焊接質(zhì)量。另外，在打磨過(guò)程中要清除軌腰、軌底及拐角處所有的夾皮，以免出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鐵路鋼軌焊接是提高線路要求的關(guān)鍵所在，而鋁熱焊接是鋼軌焊接中重要的工藝手段，被廣泛應(yīng)用到軌道焊接工作中。目前，鋁熱焊接工藝仍然存在一些缺陷，阻礙了鋼軌焊接工作的進(jìn)行，因此相關(guān)人員必須對(duì)鋁熱焊接工藝中常見(jiàn)的缺陷的原因進(jìn)行分析，從而探究出質(zhì)量控制策略，提高鋼軌焊接水平，從而促進(jìn)我國(guó)鐵路事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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