鋼軌鋁熱焊接頭質量的影響因素相關探討

胡晨之

摘要：本文主要分析了鋼軌鋁熱焊接工藝內容，其次闡述了影響鋼軌鋁熱焊接頭質量的關鍵性因素，通過相關分析希望進一步提高鋼軌鋁熱焊接頭質量，僅供參考。

關鍵詞：鋼軌鋁熱焊接;鋼軌線路;操作工藝;焊接質量關

1鋼軌鋁熱焊接工藝概述

在社會整體發展速度逐步加快的背景下，我國列車時速和軸重逐步提高，鋼軌線路對各項工藝提出了嚴格要求，鋪設無縫線路就是其中非常關鍵的一項內容。列車在無縫線路上安全穩定行駛，既能減少列車對軌道造成的沖擊，也能增強列車運行穩定性，甚至還可以減少列車和線路的維修資金。技術人員在具體應用鋼軌鋁焊接工藝期間，需要結合操作要求，制定完善的工藝使用流程。實際上，鋼軌鋁焊接工藝主要應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，依據標準要求將這些材料配置成鋁熱焊。在此之后，需要及時放入到前期制定好久的坩堝中，并使用高溫火柴將其點燃，這樣就會發生相應的化學反應。在此期間，鐵會被還原出來，甚至也會產生較多的熱量，并要將一定量的高溫鋁熱鋼水澆入到砂型中，進而就會熔化兩端的鋼軌。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，為了進一步提升軌道列車在日常運行中的安全穩定性，就要結合具體要求合理應用鋼軌鋁熱焊接工藝。目前我國科學技術水平顯著提升，在行業內部對該項技術提出了更加嚴格的質量要求，不僅要積極引進新型技術，也要提高工作效率和質量，在為后續提高質量管控水平同時，保障列車運行穩定性。

2影響鋼軌鋁熱焊接頭質量的關鍵因素

2.1焊劑

一是溫度。

從本質上分析，不難發現鋁熱反應屬于放熱反應的范疇，通常都是在反應的影響下，使熔渣和鋼液的實際溫度，逐步上升到2500-3500℃的范圍內。如果想要將鋼液的具體溫度，降低到2000-2100℃范圍內，非常重要的一項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，鋁熱鋼液的具體溫度是影響焊接接頭質量的一項重要因素。

比如：溫度過高的鋼液，可以促進待焊鋼軌的熔合，防止產生氣孔和為焊合缺陷，也能如果鋁熱鋼業的溫度處于過高狀態，就會導致鋼液凝固需要更多的時間，甚至還會增大具體收縮期間的體積，不利于提高質量，具體表現為熱節處出存在縮孔、縮松等多種難以處理的質量問題，嚴重一些還會減少合金收得率。不僅如此，溫度比較低的鋼液，不僅可以細化晶粒，也可以進一步增強接頭的綜合力學性能。除此之外，在提高合金的收到率之后，還可以增強焊接接頭中各類化學成分的穩定性和安全性，但是如果具體的溫度處于過低的狀態，則會產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，無法滿足標準要求，無法及時排出型腔中的氣體，進而就會產生氣孔和未焊合等質量問題。

二是鋁熱鋼液的合金成分。

在實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，也可以細化珠體晶粒并減小片層間距，這是現階段進一步提高焊縫金屬硬度的一項重要舉措。一般狀況下，會在焊縫中加入適當量的Si、Mn、Cr等多種類型合金元素。在細致分析之后，可知錳是形成珠光體的一種主要元素，通過適當增加錳含量的方式，可以達到提高焊縫硬度的目的，對于后續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，可以不斷強化鐵素體，這樣既能提高鐵素體和珠光體鋼的強度和硬度，也能科學合理合金沖擊值。

三是純凈狀態。

將金屬學中的結晶理論作為核心依據，進行深入分析，了解到金屬在實際結晶時產生的雜質，一般都會聚集在結晶的位置上，并且在形成共晶物之后，其熔點會處于比較低的狀態。基于此，將鋼中的各項元素作為核心研究對象，不難發現存在嚴重的偏析問題，主要體現在硫元素和磷元素偏析方面。之所以會產生這種現象，主要是因為具體結晶的位置存在一定的雜質。這樣不僅會對各個金屬晶粒之間實際存在的結合力造成影響，也會在列車通過時影響應用效果，嚴重一些就會產生裂紋等質量問題，進而就會出現過于集中裂紋尖端應力的現象，引發鋼軌鋁熱接頭斷裂等質量問題[1]。為了防止產生這一質量問題，就要在嚴格管控鋼軌鋁熱焊接頭質量過程中，在管控鋁熱焊接原材料成分這項工作中投入更多的時間和精力，這樣有助于提高鋁熱鋼液純凈度。

2.2焊接配套產品

一是砂型結構。

鋁熱金屬凝固的“型腔”結構比較特殊，一般是由砂型和待焊接的鋼軌共同組建而成，不可否認砂型結構是影響鋁熱鋼液凝固順序、預熱情況的重要因素。為了降低砂型結構對鋼軌鋁熱焊接頭質量造成的影響，需要著重開展結構優化創新工作，如既要結合具體改造要求，增加補縮短鋼水量，也要制定防止產生縮孔和縮松等質量問題的方案。

比如：做好間接澆鑄系統調整和優化處理工作，主要就是保證鋁熱鋼液凝固順序符合標準要求，并且也要使熔點雜志和結晶缺陷等質量問題，集中發生在冒口的位置。這樣不僅可以凈化鋼液，也可以提高接頭質量。在此種狀況下，在增強焊接接頭完整同時，也能保證最終構建和應用的澆筑系統具有科學合理性。在這些要求的一項，非常重要的一項操作就是合理地將鋁熱鋼液的凝固熱節點，有效地分散到冒口上，這是現階段降低焊接接口產生質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，具體表現為在發生鋼軌鋁熱反應之后盛放鋁熱鋼水

在點燃坩堝中的鋁熱焊劑之后，會即刻發生化學反應，反應一般可以在幾秒的時間內完成，但是完成反應之后鋁熱鋼液需要具備一定的鎮靜時間，否則就會對后續開展的澆鑄工作效果造成影響。在做好這項操作之后，不僅可以保證完全反應，也能為鋁熱鋼液中氣泡、熔渣等提供相應的上浮時間。基于此，為了更加高效地設計坩堝這一容器，設計人員就要及時更新設計理念，如在其底部埋置自熔塞，主要功能是嚴格管控鋁熱鋼水的實際澆鑄時間，防止對鋼軌鋁熱焊接頭質量造成影響。

2.3附加工藝

一是焊后熱處理工藝。

通過對“鋁熱焊”這項操作進行細致研究，能夠發現其是一種應用率比較高的鑄造焊工藝。在具體應用這一工藝期間，一旦發現焊縫金屬呈現出晶粒粗大的組織狀態，那么就要將熱處理方法作為主要保障，為后續提高其綜合性能創造條件。主要因為“正火熱處理”方法，在一定程度上影響著接頭的韌性，如使用900℃的高溫，持續20min開展處理工作;或是采取正火處理這種措施，在強化接頭性能基礎上，消除接頭的殘余應力。

二是加壓鋁熱焊工藝。

在具體應用加壓鋁熱焊工藝期間，技術人員要在常規鋁熱焊工藝的基礎上進行創新，如圖一所示，將加壓鋁熱焊與常規狀態下的鋁熱焊焊

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，其實際上就是待焊接鋼軌的頂部狀態。待焊接鋼軌是目前影響焊接接頭質量眾多因素中，非常重要的一種因素。大部分的技術人員在實際操作期間，會打磨待焊接鋼軌的頂部，也會按照標準要求檢查鋼軌的外觀在狀況，目的是防止存在質量不達標的問題，但是仍然有一些技術人員簡化操作步驟，忽視這些工作[2]。比如：在開展接頭焊接工作時，待焊接鋼軌表面的具體質量處于標準狀態，并沒有發現質量問題，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致導致的。在切掉焊頭過程中，還會發現其內部存在問題。

此外，待焊接鋼軌端部的平直度狀況，也會影響質量的一項重要因素，具體表現為：待焊鋼軌的軌頭處于“上翹”狀態時，就要保證待焊鋼軌達到標準的水平和垂直要求，只有在對正之后才可以開展焊接工作。除此之外，不能忽視的一項工作是嚴格管控焊接工藝，如既要保證廠家提供的工藝參數具有科學合理性，也要要求操作人員結合具體要求，做好工藝參數調節工作，在防止產生焊接缺陷同時，增強各項工藝參數合理性。

結束語：

綜上所述，鋼軌鋁熱焊操作具有多個步驟，從最初階段的設計焊劑產品到最終的焊軌操作，需要嚴格管控焊接接頭質量。經過深層次分析，可知鋼軌鋁熱焊是鑄焊的主要過程，為了保證質量，需要嚴格管控焊劑、焊接配套產品、附加工藝、待焊鋼軌等多項因素的影響，在滿足標準操作要求的基礎上，保證鋼軌鋁熱焊接工藝充分發揮應用作用。在實際開展鋼軌焊接操作時，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，要求操作人員強化質量控制意識，做好各個環節的操作，在提高焊接質量和效率的基礎上，提高鋼軌鋁熱焊接接頭質量。

參考文獻：

[1].提高鋼軌鋁熱焊接咬邊缺陷質量[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].現代制造技術與裝備，2019（12）：96-99.