鋼軌鋁熱焊技術在臨潼東站站改工程中的應用

李 清 油

(中鐵二局股份有限公司，四川 成都 610031)

鋼軌鋁熱焊技術在臨潼東站站改工程中的應用

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用情況，依據其操作原理，闡明了焊接操作的工藝流程，并分析了鋼軌接頭質量不合格的原因，提出了改進對策，總結了作業過程注意事項，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、鄭西聯絡線是大西正線通過臨潼北線路所進入臨潼東站。臨潼東站站內有鄭西上下行正線、包西上下行聯絡線、兩條到發線。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原理

鋁熱焊接的化學原理是利用活動性較強的金屬鋁(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 2 000 ℃～3 000 ℃，從而使這些金屬成為液態，形成高溫液態金屬注入特制的鑄模內，將兩個被焊鋼軌端部熔化而實現連接的一種焊接方法。

3 主要資源名稱、圖片特點與作用

主要資源名稱、圖片特點與作用表見表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，由固態的焊劑變為液態的鋼水。液態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、圖片特點與作用表

1)準備工作。在調節鋼軌的同時，準備好高溫封箱泥。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，以便進行質量跟蹤。

2)軌縫處理與調整。待焊鋼軌端頭必需鋸割，不可氣割。采用鋸軌機把多余的鋼軌鋸掉，并清理干凈接頭。待焊的鋼軌端頭必須保證其水平、縱向、扭轉三個要素滿足要求，做到縫寬統一。接縫寬度控制在25 mm±2 mm內?？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。采用活動調軌器調節鋼軌的位置與高度，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?，將底砂模與金屬底板架于軌底，并以軌縫居中。擰緊金屬底板的固定螺絲(同時在底板下側輕輕敲打，以使底板與鋼軌密貼)。將兩側的砂模裝入側模外鋼模中，再置側模于底模板上，將側砂模在軌縫處進行輕輕摩擦，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)鋼軌及砂模預熱。預熱是鋁熱焊接最關鍵的一步。預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，提高接頭質量。用氧氣—丙烷作熱源，先點燃焊槍，點火后逐漸增加氣體的流量，直到預熱槍的兩個閥門全部打開。調節好壓力表，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)，并調節好火焰后將預熱槍放入預熱托架上，對砂型與鋼軌進行預熱。預熱槍咀對準砂型中部，槍咀底面與鋼軌頂面保持5 cm的距離。鋼軌預熱時間不得低于6.5 min，預熱砂模的同時分流塞同步預熱(見圖5)。

6)澆筑鋁熱焊劑。預熱結束后，移開預熱槍，把事先準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內焊劑在高溫火柴的助燃作用下，焊劑開始熔化，發出耀眼的強光，熔化后的焊劑通過分流塞分流，快速均勻從分流塞兩側流入接軌縫，完成澆筑，多的焊劑進入灰渣盤(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后用推瘤機進行推瘤，推瘤后拆除底模(見圖7)。

9)打磨。打磨順序為先鋼軌的頂面，后側面，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。采用鋼軌打磨機對推瘤后的鋼軌接頭進行熱打磨。打磨時，接頭表面保留0.8 mm的焊接頭，鋼軌接頭兩側、鋼軌內外側，都要打磨至與既有鋼軌平齊，打磨的同時對其平整度進行檢查。在澆筑1 h后進行冷打磨，使鋼軌頂面整體平整:即軌頂面不平度小于0.3 mm/m，軌內側工作面不平度小于±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行探傷分析，不得有未焊透、過燒、裂紋、氣孔、夾砟等缺陷，對結果不能滿足要求的重新進行處理。

5 鋼軌接頭質量不合格原因分析

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，出現高低不一，導致焊接頭質量不合格。2)接縫的距離過大，加熱器未能正確對位，預熱不均勻，或預熱時間與溫度不足，導致焊接頭質量不合格。3)鋼軌與砂型之間的縫隙封不嚴，夾具松動，導致深溶化后的焊劑外漏，使接頭處溶劑不飽滿。4)封箱時封箱泥進入了砂型內，未及時檢查清除?；蚝竸┲袚饺肓似渌镔|，導致焊劑不純。5)施工過程管理不嚴，作業技術標準未達到規范要求，作業人員業務能力不高，鋼軌接頭打磨過量等。

6 提高鋼軌接頭焊接質量對策

1)作業前技術人員要認真學習《鋼軌焊接接頭技術條件》和鐵道部行業標準鋼軌焊接第3部分TB-1632.3-2005鋁熱焊接，掌握相關工序技術要求及質量標準。2)作業前加強對作業人員培訓，實行作業人員資格認證。對沒有取得《鋼軌焊接工操作許可證》的人員不能上崗作業。3)作業過程中加強過程監管，確保每一道工序規范操作。4)事后加強檢測，對質量不合格的及時進行處理。

7 作業過程控制注意事項

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)控制好鋼軌的預熱溫度，預熱要均勻。預熱時間不少于6.5 min。點火先打開氧氣閥門，后開丙烷閥門；關火先開丙烷閥門，后關開氧氣閥門。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?？谶M行遮蓋，防雜物進入。4)焊劑要在預熱完成后30 s內點燃，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，避免造成磨過火的現象。6)焊接后鋼軌接頭保溫在900 ℃左右，時間不少于10 min。

8 結語

鋼軌接頭采用鋁熱焊接技術，所用設備簡單、操作方便，生產成本較低，焊接接頭質量高，性能穩定，經打磨機打磨后外觀平順性好。

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

[2] 張明龍.無縫線路鋼軌鋁熱焊接質量的控制與提高[J].鐵道標準設計,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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