鋼軌鋁熱焊接頭質(zhì)量的影響因素相關(guān)探討

胡晨之

摘要：本文主要分析了鋼軌鋁熱焊接工藝內(nèi)容，其次闡述了影響鋼軌鋁熱焊接頭質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，通過相關(guān)分析希望進(jìn)一步提高鋼軌鋁熱焊接頭質(zhì)量，僅供參考。

關(guān)鍵詞：鋼軌鋁熱焊接;鋼軌線路;操作工藝;焊接質(zhì)量關(guān)

1鋼軌鋁熱焊接工藝概述

在社會(huì)整體發(fā)展速度逐步加快的背景下，我國列車時(shí)速和軸重逐步提高，鋼軌線路對(duì)各項(xiàng)工藝提出了嚴(yán)格要求，鋪設(shè)無縫線路就是其中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容。列車在無縫線路上安全穩(wěn)定行駛，既能減少列車對(duì)軌道造成的沖擊，也能增強(qiáng)列車運(yùn)行穩(wěn)定性，甚至還可以減少列車和線路的維修資金。技術(shù)人員在具體應(yīng)用鋼軌鋁焊接工藝期間，需要結(jié)合操作要求，制定完善的工藝使用流程。實(shí)際上，鋼軌鋁焊接工藝主要應(yīng)用在鑄造焊接工作中，一般狀況下都是將金屬鋁、氧化鐵、鐵合金等多種不同類型的材料，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求將這些材料配置成鋁熱焊。在此之后，需要及時(shí)放入到前期制定好久的坩堝中，并使用高溫火柴將其點(diǎn)燃，這樣就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。在此期間，鐵會(huì)被還原出來，甚至也會(huì)產(chǎn)生較多的熱量，并要將一定量的高溫鋁熱鋼水澆入到砂型中，進(jìn)而就會(huì)熔化兩端的鋼軌。不僅如此，澆鑄金屬被稱為“填充金屬”，主要作用就是焊接鋼軌。

因此，為了進(jìn)一步提升軌道列車在日常運(yùn)行中的安全穩(wěn)定性，就要結(jié)合具體要求合理應(yīng)用鋼軌鋁熱焊接工藝。目前我國科學(xué)技術(shù)水平顯著提升，在行業(yè)內(nèi)部對(duì)該項(xiàng)技術(shù)提出了更加嚴(yán)格的質(zhì)量要求，不僅要積極引進(jìn)新型技術(shù)，也要提高工作效率和質(zhì)量，在為后續(xù)提高質(zhì)量管控水平同時(shí)，保障列車運(yùn)行穩(wěn)定性。

2影響鋼軌鋁熱焊接頭質(zhì)量的關(guān)鍵因素

2.1焊劑

一是溫度。

從本質(zhì)上分析，不難發(fā)現(xiàn)鋁熱反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)的范疇，通常都是在反應(yīng)的影響下，使熔渣和鋼液的實(shí)際溫度，逐步上升到2500-3500℃的范圍內(nèi)。如果想要將鋼液的具體溫度，降低到2000-2100℃范圍內(nèi)，非常重要的一項(xiàng)操作是在其中添加一定量的添加劑，這樣也能提高鋼水生成率。不可否認(rèn)，鋁熱鋼液的具體溫度是影響焊接接頭質(zhì)量的一項(xiàng)重要因素。

比如：溫度過高的鋼液，可以促進(jìn)待焊鋼軌的熔合，防止產(chǎn)生氣孔和為焊合缺陷，也能如果鋁熱鋼業(yè)的溫度處于過高狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致鋼液凝固需要更多的時(shí)間，甚至還會(huì)增大具體收縮期間的體積，不利于提高質(zhì)量，具體表現(xiàn)為熱節(jié)處出存在縮孔、縮松等多種難以處理的質(zhì)量問題，嚴(yán)重一些還會(huì)減少合金收得率。不僅如此，溫度比較低的鋼液，不僅可以細(xì)化晶粒，也可以進(jìn)一步增強(qiáng)接頭的綜合力學(xué)性能。除此之外，在提高合金的收到率之后，還可以增強(qiáng)焊接接頭中各類化學(xué)成分的穩(wěn)定性和安全性，但是如果具體的溫度處于過低的狀態(tài)，則會(huì)產(chǎn)生一些難以處理的問題，如將鋼液澆入砂型型腔，極易加快鋼液的冷卻和凝固速度，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，無法及時(shí)排出型腔中的氣體，進(jìn)而就會(huì)產(chǎn)生氣孔和未焊合等質(zhì)量問題。

二是鋁熱鋼液的合金成分。

在實(shí)際降低鋁熱鋼液溫度過程中，可以在鋁熱焊劑中合理添加一定量的合金元素，這樣既能提高鋼水量，也可以細(xì)化珠體晶粒并減小片層間距，這是現(xiàn)階段進(jìn)一步提高焊縫金屬硬度的一項(xiàng)重要舉措。一般狀況下，會(huì)在焊縫中加入適當(dāng)量的Si、Mn、Cr等多種類型合金元素。在細(xì)致分析之后，可知錳是形成珠光體的一種主要元素，通過適當(dāng)增加錳含量的方式，可以達(dá)到提高焊縫硬度的目的，對(duì)于后續(xù)提高耐磨性具有重要意義;硅是固溶于鐵素體的一種元素，在合理增加硅含量之后，可以不斷強(qiáng)化鐵素體，這樣既能提高鐵素體和珠光體鋼的強(qiáng)度和硬度，也能科學(xué)合理合金沖擊值。

三是純凈狀態(tài)。

將金屬學(xué)中的結(jié)晶理論作為核心依據(jù)，進(jìn)行深入分析，了解到金屬在實(shí)際結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)，一般都會(huì)聚集在結(jié)晶的位置上，并且在形成共晶物之后，其熔點(diǎn)會(huì)處于比較低的狀態(tài)?；诖?，將鋼中的各項(xiàng)元素作為核心研究對(duì)象，不難發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重的偏析問題，主要體現(xiàn)在硫元素和磷元素偏析方面。之所以會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象，主要是因?yàn)榫唧w結(jié)晶的位置存在一定的雜質(zhì)。這樣不僅會(huì)對(duì)各個(gè)金屬晶粒之間實(shí)際存在的結(jié)合力造成影響，也會(huì)在列車通過時(shí)影響應(yīng)用效果，嚴(yán)重一些就會(huì)產(chǎn)生裂紋等質(zhì)量問題，進(jìn)而就會(huì)出現(xiàn)過于集中裂紋尖端應(yīng)力的現(xiàn)象，引發(fā)鋼軌鋁熱接頭斷裂等質(zhì)量問題[1]。為了防止產(chǎn)生這一質(zhì)量問題，就要在嚴(yán)格管控鋼軌鋁熱焊接頭質(zhì)量過程中，在管控鋁熱焊接原材料成分這項(xiàng)工作中投入更多的時(shí)間和精力，這樣有助于提高鋁熱鋼液純凈度。

2.2焊接配套產(chǎn)品

一是砂型結(jié)構(gòu)。

鋁熱金屬凝固的“型腔”結(jié)構(gòu)比較特殊，一般是由砂型和待焊接的鋼軌共同組建而成，不可否認(rèn)砂型結(jié)構(gòu)是影響鋁熱鋼液凝固順序、預(yù)熱情況的重要因素。為了降低砂型結(jié)構(gòu)對(duì)鋼軌鋁熱焊接頭質(zhì)量造成的影響，需要著重開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化創(chuàng)新工作，如既要結(jié)合具體改造要求，增加補(bǔ)縮短鋼水量，也要制定防止產(chǎn)生縮孔和縮松等質(zhì)量問題的方案。

比如：做好間接澆鑄系統(tǒng)調(diào)整和優(yōu)化處理工作，主要就是保證鋁熱鋼液凝固順序符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并且也要使熔點(diǎn)雜志和結(jié)晶缺陷等質(zhì)量問題，集中發(fā)生在冒口的位置。這樣不僅可以凈化鋼液，也可以提高接頭質(zhì)量。在此種狀況下，在增強(qiáng)焊接接頭完整同時(shí)，也能保證最終構(gòu)建和應(yīng)用的澆筑系統(tǒng)具有科學(xué)合理性。在這些要求的一項(xiàng)，非常重要的一項(xiàng)操作就是合理地將鋁熱鋼液的凝固熱節(jié)點(diǎn)，有效地分散到冒口上，這是現(xiàn)階段降低焊接接口產(chǎn)生質(zhì)量問題的一種重要方式。

二是坩堝。

“坩堝”這種容器的主要功能，具體表現(xiàn)為在發(fā)生鋼軌鋁熱反應(yīng)之后盛放鋁熱鋼水

在點(diǎn)燃坩堝中的鋁熱焊劑之后，會(huì)即刻發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)一般可以在幾秒的時(shí)間內(nèi)完成，但是完成反應(yīng)之后鋁熱鋼液需要具備一定的鎮(zhèn)靜時(shí)間，否則就會(huì)對(duì)后續(xù)開展的澆鑄工作效果造成影響。在做好這項(xiàng)操作之后，不僅可以保證完全反應(yīng)，也能為鋁熱鋼液中氣泡、熔渣等提供相應(yīng)的上浮時(shí)間?；诖?，為了更加高效地設(shè)計(jì)坩堝這一容器，設(shè)計(jì)人員就要及時(shí)更新設(shè)計(jì)理念，如在其底部埋置自熔塞，主要功能是嚴(yán)格管控鋁熱鋼水的實(shí)際澆鑄時(shí)間，防止對(duì)鋼軌鋁熱焊接頭質(zhì)量造成影響。

2.3附加工藝

一是焊后熱處理工藝。

通過對(duì)“鋁熱焊”這項(xiàng)操作進(jìn)行細(xì)致研究，能夠發(fā)現(xiàn)其是一種應(yīng)用率比較高的鑄造焊工藝。在具體應(yīng)用這一工藝期間，一旦發(fā)現(xiàn)焊縫金屬呈現(xiàn)出晶粒粗大的組織狀態(tài)，那么就要將熱處理方法作為主要保障，為后續(xù)提高其綜合性能創(chuàng)造條件。主要因?yàn)椤罢馃崽幚怼狈椒?，在一定程度上影響著接頭的韌性，如使用900℃的高溫，持續(xù)20min開展處理工作;或是采取正火處理這種措施，在強(qiáng)化接頭性能基礎(chǔ)上，消除接頭的殘余應(yīng)力。

二是加壓鋁熱焊工藝。

在具體應(yīng)用加壓鋁熱焊工藝期間，技術(shù)人員要在常規(guī)鋁熱焊工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，如圖一所示，將加壓鋁熱焊與常規(guī)狀態(tài)下的鋁熱焊焊

2.4待焊鋼軌

鋁熱金屬凝固的型腔一般狀況下，都是由砂型、待焊鋼軌等共同組建而成，其實(shí)際上就是待焊接鋼軌的頂部狀態(tài)。待焊接鋼軌是目前影響焊接接頭質(zhì)量眾多因素中，非常重要的一種因素。大部分的技術(shù)人員在實(shí)際操作期間，會(huì)打磨待焊接鋼軌的頂部，也會(huì)按照標(biāo)準(zhǔn)要求檢查鋼軌的外觀在狀況，目的是防止存在質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問題，但是仍然有一些技術(shù)人員簡化操作步驟，忽視這些工作[2]。比如：在開展接頭焊接工作時(shí)，待焊接鋼軌表面的具體質(zhì)量處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，并沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，但是通過開展探傷工作，看到在待焊接鋼軌的底部熔合線的位置上存在問題，這就是檢查工作不細(xì)致導(dǎo)致的。在切掉焊頭過程中，還會(huì)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在問題。

此外，待焊接鋼軌端部的平直度狀況，也會(huì)影響質(zhì)量的一項(xiàng)重要因素，具體表現(xiàn)為：待焊鋼軌的軌頭處于“上翹”狀態(tài)時(shí)，就要保證待焊鋼軌達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的水平和垂直要求，只有在對(duì)正之后才可以開展焊接工作。除此之外，不能忽視的一項(xiàng)工作是嚴(yán)格管控焊接工藝，如既要保證廠家提供的工藝參數(shù)具有科學(xué)合理性，也要要求操作人員結(jié)合具體要求，做好工藝參數(shù)調(diào)節(jié)工作，在防止產(chǎn)生焊接缺陷同時(shí)，增強(qiáng)各項(xiàng)工藝參數(shù)合理性。

結(jié)束語：

綜上所述，鋼軌鋁熱焊操作具有多個(gè)步驟，從最初階段的設(shè)計(jì)焊劑產(chǎn)品到最終的焊軌操作，需要嚴(yán)格管控焊接接頭質(zhì)量。經(jīng)過深層次分析，可知鋼軌鋁熱焊是鑄焊的主要過程，為了保證質(zhì)量，需要嚴(yán)格管控焊劑、焊接配套產(chǎn)品、附加工藝、待焊鋼軌等多項(xiàng)因素的影響，在滿足標(biāo)準(zhǔn)操作要求的基礎(chǔ)上，保證鋼軌鋁熱焊接工藝充分發(fā)揮應(yīng)用作用。在實(shí)際開展鋼軌焊接操作時(shí)，有多種方式可以選擇，鋁熱焊就是其中非常重要的一種焊接方式，要求操作人員強(qiáng)化質(zhì)量控制意識(shí)，做好各個(gè)環(huán)節(jié)的操作，在提高焊接質(zhì)量和效率的基礎(chǔ)上，提高鋼軌鋁熱焊接接頭質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1].提高鋼軌鋁熱焊接咬邊缺陷質(zhì)量[J].鐵路采購與物流，2020，15（12）：59-61.

[2]周杰.重載鐵路低溫焊接鋁熱焊接頭斷裂失效研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019（12）：96-99.