鐵路鋪軌工程中的鋁熱焊施工

盧鋮昀

(中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司，北京100038)

鋁熱焊反應(yīng)是一種氧化還原反應(yīng)。在高溫條件下，鋁熱劑中的鋁粉與鐵的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將鐵還原出來(lái)，并釋放大量熱。鋁熱反應(yīng)產(chǎn)生的高溫液態(tài)金屬填充焊接接頭，同時(shí)也將熔化待焊鋼軌表面，冷卻凝固后完成焊接過(guò)程。

1 鋁熱焊施工工藝流程

鋁熱焊施工過(guò)程可以分為:焊前準(zhǔn)備、鋁熱焊焊接、焊后檢測(cè)及收尾清理工作。具體施工流程參見(jiàn)圖1。

圖1 鋁熱焊施工工藝流程

2 鋁熱焊前期準(zhǔn)備

鋁熱焊的前期準(zhǔn)備分為三部分，即人員配備、材料準(zhǔn)備和機(jī)械設(shè)備。由于不同的工程項(xiàng)目，施工進(jìn)度要求不同，所以需要準(zhǔn)備的人員、材料及機(jī)械會(huì)相應(yīng)不同。以阿爾及利亞94km鐵路更新項(xiàng)目為例，每天工程進(jìn)度為450m，涉及的軌排為25排，焊頭為50個(gè)，滿足進(jìn)度的前期準(zhǔn)備分為以下三個(gè)方面。

2.1 人員配備

人員配備可分為以下幾組:對(duì)軌小組、焊接小組、打磨小組、螺栓松緊組及檢查小組。具體組數(shù)和人數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鋁熱焊人員配備統(tǒng)計(jì)表

2.2 材料準(zhǔn)備

鋁熱焊劑、砂模、模具架、坩堝、渣盤、封箱泥、秒表、氧氣、乙炔、高溫火柴等。

2.3 機(jī)械設(shè)備

螺栓扭動(dòng)機(jī)2臺(tái)、打磨機(jī)2臺(tái)、鋸軌機(jī)1臺(tái)、起軌器4臺(tái)、整體式對(duì)軌器1臺(tái)、液壓鋼軌拉伸器(包油泵)1臺(tái)、雙向手動(dòng)液壓推瘤機(jī)1臺(tái)、打磨機(jī)2臺(tái)、超聲波探傷儀1臺(tái)、撬杠10根、1m直尺1把。

3 鋁熱焊施工要點(diǎn)

3.1 焊前準(zhǔn)備

在鋁熱焊之前，需要檢查的有:機(jī)具是否完好;所選鋁熱劑是否與現(xiàn)有鋼軌一致;鋁熱劑是否受潮;封箱泥濕度是否適宜;氧氣乙炔是否準(zhǔn)備就緒。需要控制的有:擰緊焊頭前后15m范圍內(nèi)鋼軌兩側(cè)的扣件;去掉焊頭前后5根軌枕的扣件及墊板;焊頭鋼軌距離軌枕或道碴至少100mm。

3.2 對(duì)正鋼軌

對(duì)正鋼軌是通過(guò)調(diào)整鋼軌的水平位置和豎向高度，使鋼軌水平對(duì)正和垂直對(duì)正，水平軌縫間距為23～27mm，豎向高差控制在1.6mm以內(nèi)。

3.3 安裝砂模

待鋼軌對(duì)正完畢后安裝砂模。將兩側(cè)的砂模在鋼軌上輕輕摩擦，使其結(jié)合緊密。安裝帶有底砂模的底板，使其與軌縫保持垂直居中。上緊固定螺栓，再用焊工直尺最后一遍檢查鋼軌的對(duì)正。最后，將鋁熱焊專用的封箱泥均勻地抹在砂模與鋼軌接觸的各縫隙中。

3.4 接頭焊接

接頭焊接可以分為預(yù)熱、澆筑、拆模、除瘤、焊縫打磨五個(gè)步驟。

3.4.1 預(yù)熱

將預(yù)熱器放在預(yù)先定位好的預(yù)熱支架上，并將預(yù)熱器在砂模中迅速居中定位，火焰調(diào)節(jié)好后，立刻按下秒表計(jì)時(shí)。加熱6min后，將分流塞放在砂模邊緣上進(jìn)行加熱，溫度預(yù)計(jì)達(dá)到920℃～1 000℃。在規(guī)定的時(shí)間結(jié)束之后，撤走預(yù)熱器，預(yù)熱完成。

3.4.2 澆筑

預(yù)熱完畢后，將分流塞放入頂部的入口內(nèi)，將一次性坩堝放置在砂模的正中央，點(diǎn)燃高溫火柴，燃燒焊劑。由自熔塞自動(dòng)進(jìn)行澆筑，至廢渣停止流動(dòng)，按下秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)。

3.4.3 拆模

當(dāng)澆筑完畢5min后進(jìn)行拆模。移走渣盤及一次性坩堝，拆掉砂模夾具、夾板及金屬底板，用熱切除鑿刮去焊頭的頂部，除掉溢出的焊料，將鋼軌表面已烤干的封箱泥和鋁熱焊反應(yīng)產(chǎn)生的鋼渣進(jìn)行清理。

3.4.4 除瘤

澆筑完畢6.5min后進(jìn)行除瘤，采用雙向手動(dòng)液壓推瘤機(jī)除瘤，方向與鋼軌縱向相同，最低處嚴(yán)禁凹入鋼軌表面，留茬高度超出原軌表面1～3mm。將多余的焊料切除掉，將軌底處冒出的焊料清除，以便于打磨。

3.4.5 打磨

焊縫打磨采用專用鋼軌仿形打磨機(jī)，對(duì)軌頂、鋼軌工作面、軌底、兩軌底角進(jìn)行打磨。打磨時(shí)，砂輪沿鋼軌長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)禁垂直鋼軌長(zhǎng)度方向打磨。當(dāng)焊料頂部表面打磨至距軌面1mm左右時(shí)，將鋼軌頭部?jī)蓚?cè)與軌面過(guò)渡的圓弧處打磨至與既有鋼軌齊平，將鋼軌的內(nèi)外側(cè)打磨至與既有鋼軌齊平。澆筑15min后去掉對(duì)正架，澆筑30min后去掉起軌器，澆筑完畢1h后進(jìn)行焊縫冷打磨，目測(cè)尖點(diǎn)(垂直對(duì)正)，對(duì)鋼軌表面進(jìn)行冷打磨使其整體平齊。

3.5 質(zhì)量驗(yàn)收和貼標(biāo)簽

鋼軌焊頭采用超聲波探傷儀對(duì)焊縫進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)合格后，采用1m直尺、精密塞尺進(jìn)行外觀質(zhì)量檢測(cè)，有缺陷的焊頭及時(shí)處理。驗(yàn)收合格的，貼上焊藥標(biāo)簽，并詳細(xì)填寫焊縫探傷記錄、質(zhì)量檢驗(yàn)記錄。

3.6 收尾工作

每處焊接完畢后，回收機(jī)械設(shè)備和工器具，移往下一焊接地點(diǎn)繼續(xù)施工，并將施工現(xiàn)場(chǎng)清理干凈。

4 鋁熱焊施工中注意事項(xiàng)

鋁熱焊施工中，值得注意的事項(xiàng)有:施工中相關(guān)數(shù)值控制、施工中預(yù)熱控制、施工人員崗前培訓(xùn)質(zhì)量控制等。

4.1 施工中相關(guān)數(shù)值控制

鋁熱焊施工中，需要重點(diǎn)控制的數(shù)值:軌縫間距、溫度和時(shí)間，具體數(shù)值參見(jiàn)表2。

表2 鋁熱焊施工中需要控制的數(shù)值表

4.2 施工中預(yù)熱控制

在施工中，預(yù)熱是鋁熱焊接工藝中最為關(guān)鍵的一個(gè)步驟。預(yù)熱過(guò)度或預(yù)熱不足，就會(huì)產(chǎn)生鋼軌過(guò)燒或氧化物等缺陷。為了保證預(yù)熱效果，可采取兩個(gè)措施:一是預(yù)熱前先將軌底加熱30～40s;二是反應(yīng)完后拆模時(shí)暫不拆底板，延長(zhǎng)底板停留時(shí)間，以最大限度地保持軌底的溫度。

此外，氣溫較低時(shí)，氧氣和液化氣不易揮發(fā)，出氣不夠順暢，會(huì)影響預(yù)熱效果。因此，低溫焊接時(shí)必須對(duì)氧氣和液化氣進(jìn)行保溫;現(xiàn)場(chǎng)焊接遇刮風(fēng)時(shí)應(yīng)搭設(shè)帳篷，以保證預(yù)熱溫度。

4.3 施工人員崗前培訓(xùn)質(zhì)量控制

鋁熱焊的施工人員應(yīng)進(jìn)行崗前培訓(xùn)，并應(yīng)加強(qiáng)管理和控制培訓(xùn)質(zhì)量，從而提高從業(yè)人員的素質(zhì)，以保證培訓(xùn)人員熟練掌握鋁熱焊施工程序和操作要點(diǎn)，在施工中嚴(yán)格按照工藝操作，確保焊接質(zhì)量。同時(shí)，對(duì)培訓(xùn)人員應(yīng)加強(qiáng)文明施工、安全施工等方面的知識(shí)教育。培訓(xùn)結(jié)束后，只有取得鋁熱焊特種施工作業(yè)合格證的人員方可持證上崗施工。

5 小結(jié)

鋁熱焊因其施工準(zhǔn)備時(shí)間短、設(shè)備簡(jiǎn)單、移動(dòng)便捷、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，在阿爾及利亞鐵路鋪軌工程中廣泛應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)鋁熱焊施工中鋼軌間距、預(yù)熱溫度、加熱時(shí)間等控制要點(diǎn)的探討和分析，強(qiáng)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

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