钢轨铝热焊接使用的工具

第八章钢轨铝热焊接使用的工具
“工假设善其事，必先利其器”，焊接工具影响焊接质量和工作效率。

因此，在进行铝热焊接钢轨时，必须备有一套完整的、符合规格的工具。

铝热焊工必须熟悉每一件焊接工具的作用和性能。

第一节钢轨切断机具
铝热焊接待焊钢轨轨端出现不符合工艺要求或相关技术条件要求的缺陷时，应当采用机械切断方法将钢轨切断。

施工现场一般采用内燃或电动的砂轮切轨机，条件许可时，也可采用其它机械。

一般不推荐采用火焰切割方法。

图8-1为HC355型内燃
切轨机。

HC355型内燃锯轨机为
主机和夹轨支架分体式结
构，作业时可快速组装及分
解。

该机以二冲程汽油机为
动力，功率在转速9750转/
分时为5.8KW。

使用两面加
强型锯片。

锯片中心孔径为，
直径355mm，厚度4mm，线
图8-1 HC355型内燃切轨机
速度为100m/s。

锯轨时，锯
片的转速为5400转/分。

主机重，支撑架重。

该机锯轨速度快，60Kg钢轨在1分半钟以内可以完成锯轨；并能保证锯轨断面垂直度在1毫米以内的精度要求。

第二节轨缝调整装
置
现场铝热焊接时，预留轨
缝与工艺要求不一致时，或者
气温变化剧烈时，焊接操作过
程中轨缝大小会随轨温而变
化。

为了使轨缝大小符合工艺
要求，并且在焊接操作时，轨
图8-2 TR57型液压钢轨拉伸器缝大小相对固定，此时应当使
用钢轨接伸器。

钢轨拉伸器具有双向拉伸功能，即既可使轨缝尺寸增加，也可使轨缝尺寸减小。

图8-2为TR57型液压钢轨拉伸器。

TR75型液压钢轨拉伸器是用于无缝线路铺设、应力放散及钢轨铝热焊接时拉伸及固定钢轨的专用机械。

由手动泵站、夹具体、一对传动油缸及加长杆等部件组成。

加长杆有及两种。

该拉伸器有拉、推双向功能。

在压力为600Bar 时，拉伸力为75吨；在压力为150Bar时，不用连杆，最大止推力为20吨。

油缸行程350㎜。

拉伸作业时可以快速的组装及分解。

整机装配重量326 Kg。

第三节钢轨调校工具
焊接两长轨节时，为了保证焊缝质量。

在外观上不产生左右错牙、前后高低不平、歪扭等缺陷；以及缩短作业时间，需要备有用于钢轨调校的工具。

目前使用的调校工具主要有对正架，起道机，铁楔等。

对正架有整体式〔如图8-3〕与分体式〔如图8-4〕两
种。

图8-3 BA240型整体式对正架图8-4 CR75分体式对正架
钢轨调校作业步骤主要有以下几个：
1.钢轨高度的调节：整体式对轨器用附带的轨高微调器调整；分体式对轨器用顶部螺杆调整。

2.钢轨走行侧面对直：整体式对轨器靠调整调节臂的丝杆；分体式对轨器用侧面的固定螺杆调整。

调节时用平尺靠住走行侧面，先调一段钢轨，把两段钢轨调到一段与平尺无间隙，另一段钢轨走行侧面与平尺边平行。

再微调另一段钢轨使之与平尺间无间隙即可。

3.钢轨扭曲的调节。

如果两段钢轨出现相对扭曲，整体式对轨器撑杆顶轨底进行调节，分体式对轨器用活动螺杆调整。

4.待焊轨头对正后，钢轨底部应用铁楔塞好，以保证焊接时钢轨位置不发生变化。

第四节整修工具
整修工具是用于焊后接头轮廓的修整。

主要有推瘤机与打磨机。

推瘤机是用来推除焊缝轨头凸出量的装置，一般采用液
压驱动，按动力来源可分为手动及机动两种。

按推瘤方向可分为单向推瘤与双向推瘤。

由于铝热焊缝的结晶是从焊缝两侧熔合线处开始，至焊缝中心结束。

因此，采用双向推瘤方式，推瘤外力与结晶方向一致，可防止焊缝中结晶裂纹等缺陷的产生。

如果采用大锤或单向推瘤机整修，则可能会由于与结晶方向不一致的外力作用，使焊缝中产生结晶裂纹。

图8-5为常用的手动液压推瘤机。

用于铝热焊焊后打磨的专用设备为轨头仿形打磨机，打磨机用钢轨母材作基准，靠在母材轨顶行走的轮对移动磨削砂轮将铝热焊接头工作面打磨平顺。

如图8-6。

第五节氧气瓶和氧气调节器
氧气瓶主要是用来灌装氧气之用。

由于氧气储藏于瓶中，经常处于高压状态。

因此，它是一种危险的压力容器，
严防震动和撞击，特别是在气温很高的时侯，更不能暴晒。

氧气瓶是用无缝钢管制成。

顶部瓶口装有带手轮的气门开关，外面罩有瓶盖，以保护气门开关不受损坏。

瓶底一般为正方形座，直立时可以放稳，横放时可防止滚动。

在瓶身的上部和下部，各安有胶圈1个，防止互相碰撞和横放时的震动。

瓶口的气门是用青铜或黄铜制造的。

为了同其它类型的储气瓶加以区别，规定氧气瓶外表涂刷浅兰色，并写上黑色的“氧”字。

瓶的上部有说明牌，并标出以下记载：瓶号、
图8-5 手动液压推瘤
机
图8-6 打磨机
制造厂名称、制造年月日、容量、重量、工作压力及试验压力、检验证以及下次检查日期等。

目前，使用氧气瓶的容量为35~50升之间；工作压力为150Kg／cm2；制成后的试验水压为225Kg／cm2。

其它规格如表8-1所列。

每瓶实际的储气量，可根据瓶的容量和压力来计算。

如容量为40升的氧气瓶，工作压力为150Kg／cm2，其储气量为：40×3；
表8-1氧气瓶规格
容量(L) 筒体外径
(mm)
筒壁厚度
(mm)
瓶长
(mm)
瓶口外径
(mm)
约计重量
(Kg)
35 219 7 1235 46 47
36 219 8 1266 46 62
40 219 8 1390 46 67
45 219 8 1545 46 73
50 219 8 1700 46 80
氧气调节器主要用来把高压氧气调节成为适合实际工作需要的低压气体，并保持输出气体的压力和流量稳定不变。

氧气调节器有两支压力表。

一支是指示氧气瓶内的压力的，称为高压表；一支是指示工作压力的，称为低压表。

两表的构造完全相同，只是传动部分的弧形扁管的刚度不一样。

第六节液化石油气
一液化石油气组成
液化石油气主要组成成分是丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、
丙烯(C3H6)、丁烯(C4Ｈ8)等碳氢化合物。

丙烷、丙烯有利于低温下蒸发；丁烷、丁烯组分低温不易蒸发；而戊烷、戊烯常温不易气化，留存于瓶底，称之为残液。

液化石油气具有来源广、成本低、发热量大、焊接及切割质量好、不回火等优点，随着我国石油工业的迅速发展，目前有用液化气取代乙炔气进行气焊和气割的趋势。

液化石油气的主要性质：
在常温常压下，液化石油气是气态，如果加上0.8~1.5MPa的压力，就变成液态，便于装入瓶中储存和运输。

液化石油气在气态时，是一种略带臭味的无色气体，在标准状态下，液化石油气的密度为1.8~2.5kg／m3：，比空气重。

液化石油气与乙炔一样，也能与空气或氧气构成具有爆炸性的混合气体，但具有爆炸危险的混合比值范围比乙炔小得多，它在空气中的爆炸范围为3.5~16.3％(体积)，同时由于燃点(500℃左右)比乙炔(305℃)高，因此使用时比乙炔安全。

液化石油气完全燃烧所需的氧气量比乙炔所需的氧气量大。

因此，采用液化石油气代替乙炔气后，耗氧量要多些。

对加热器的结构也应做相应的改变。

液化石油气的火焰温度比乙炔的火焰温度低，如液化石油气的主要组成物丙烷在氧气中燃烧的温度为2000~2850℃。

因此，用于气割时，金属的预热时间稍长，但其切割质量容易保证。

在气割过程中，液化石油气在氧气中的燃烧速度比乙炔在氧气中的燃烧速度低，如丙烷的燃烧速度是乙炔的三分之一左右。

因此，要求割炬有较大的混合气体的喷出截面，以降低流出速度，保证良好的燃烧。

按照原石油工业部规定的液化石油气质量指标，我国液化石油气甲烷、乙烷含量不允许大于3％，戊烷含量不允许
大于５％，硫化氢含量不允许大于20mg/m3，总硫分不大于20mg/m3。

二液化石油气钢瓶
液化石油气钢瓶主要由封头、筒体、瓶阀座、护罩或瓶帽及底座等组成，我国有三种规格，即YSP－10型，YSP －15型，YSP－50型。

液化石油气钢瓶规格见表8-2。

三液化石油气使用注意事项
1.用户应按规定安全、正确的使用钢瓶，要轻拿轻放液化石油气钢瓶，禁止摔、碰、滚、砸；
２.严禁液化石油气钢瓶曝晒，靠近明火或放在温度较高的地方．不要用开水、蒸汽加温．禁止用明火烤液化石油气钢瓶以及液化石油气钢瓶不准放在潮湿的场所；
3.液比石油气钢瓶应放在容易搬动的地方，以便于换气或发生事故时及时搬走；
4.严禁私自过气；
5.液化石油气是一种易燃气体，如果发生火灾，应首先切断气源，否则气体聚集到一定程度将发生爆炸。

灭火剂应
采用二氧化硫、干粉、雾状水。

第七节焊接工具
一坩埚内衬
坩埚是铝热焊接钢轨基本工具之一。

主要供容纳焊剂进行铝热反应之用。

它是由坩埚体、坩埚环、坩埚盖三部分组成。

坩埚体又是由外壳、内衬和衬管等构成。

制成上大下小的漏斗形状。

坩埚体外壳、坩埚环、坩埚盖均用3~3.5毫米的铁板制成。

前面已述，铝热焊剂在坩埚内反应的温度很高，一般达2000o C以上。

同时，还伴随着有较强烈的沸腾作用，因此，要求坩埚内衬材料，具有高的耐火度，并与熔渣的化学作用较小，以防止受熔渣的浸蚀影响坩埚的使用寿命。

表8-3列出了几种耐火材料的软化点和熔点。

表8-3几种耐火材料的软化点与熔点性能表
材料在120Mpa压力下的软化点
熔点o C
o C
1400－1600 2050 三氧化二铝
〔AL2O3〕
二氧化硅〔SiO2〕1600－1650 1710
氧化镁〔MgO〕1300－1500 2800 石墨〔C〕－2000 不熔化而氧化
由表8-3可以看出，碳的熔点软化点虽较高，但是在铝热反应时，在高温作用下，石墨坩埚会使铝热钢水有较多的增碳，使铝热焊缝的合碳量提高，不能保证铝热焊缝的机械性能的要求，因此目前还不能直接使用石墨坩埚来作铝热焊接钢轨之用。

纯度高的三氧化二铝(Al2O3)，虽具有高的耐火度，但价格昂贵，不适于大量应用，使用氧化铝含量较低的耐火材料制成的坩埚，(一般称为高铝坩埚)，其耐火度也相应降低。

其主要原材料是铝矾土，由于原材料供给充分，因此价格也较低廉，一般使用的是预制坩埚衬，是在成型后经高温烧结后再使用。

纯度高的氧化镁(MgO)，其耐火度很高，但价格也较贵，工业上一般用的是以镁砂作原料，经高温烧结制成。

采用电熔镁砂作原料，比一般镁砂具有更高的耐火度，这种材料不但有高的耐火度，并由于正常铝热钢的溶渣为中性，因此对于镁砂坩埚衬的侵蚀也较少。

镁砂坩埚内衬的制造，是把颗粒度按规定配好的镁砂和其他原料，拌和均匀，放入一个特制的模具中，加以捣实而成。

镁砂坩埚应在成型后放入焙烧炉内焙烧。

烧结温度一般要达1800o C。

焙烧之所以要保持这样高的温度，主要是氧化镁的熔点为1500o C，只有焙烧到达l600o C以上才能到达烧结的程度，烧结良好的镁砂坩埚才可以提高其使用寿命。

石英砂的主要成分是二氧化硅(SiO2)也具有较好的耐火度，并且原料来源充分，在工地上可以就地搪制，因此，目前各地均已广泛采用。

但由于所用砂的SiO2含量不同，其使用寿命也不相同。

此外由于在铝热反应过程中，在高温下，坩埚衬上的SiO2部分复原成硅进入焊缝内，使焊缝合硅量偏高。

同时，由于石英坩埚耐蚀性差，焊缝中夹杂物含量也较大。

为了保证出埚口尺寸，坩埚应该采用厂内模具成型方式加工。

当坩埚内壁已形成凹陷或已损缺时，应即停止使用，进行修补或更换新的坩埚，以保障生产安全。

二坩埚架
坩埚架是架设坩埚进行浇注之用。

坩埚架必须稳妥、牢固、可靠。

应该保障铝热焊剂在坩埚内反应沸腾时，不致因强烈震动而使坩埚倾翻。

三预热器
钢轨预热是钢轨铝热焊中很重要的一道工序，预热器是其中最主要的工具。

射吸式预热器使用氧气与液化石油气的混合气体作燃料，这种预热器虽然枪体部份与焊炬相似，但由于内部结构的差异，预热器的氧气流量可到达5000L/h,因而可以获得较高的加热速度。

而大号气焊炬，氧气流量最多只能到达1200L/h。

用大号焊炬作预热器，必然会造成预热不良。

射吸式预热器使用较高的氧气压力〔0.1~0.8MPa〕,较低的液化石油气压力(0.001~0.004MPa)。

通过混合室内喇叭形的喷嘴，利用射吸作用，使高压氧与低压液化石油气混合，并以相当高的流速从燃嘴喷出。

由于焰嘴火孔直径小，保管与使用时应注意不要造成堵塞。

如果点火时发现个别火孔火苗较短，说明此孔已堵塞，应用小钻头疏通。

等压式预热器一般适用于中压可燃气体，如瓶装液化石油气、丙烷、乙炔等。

图8-7为射吸式预热器外形图。

图8-8为等压式预热器外形图。

图8-7 射吸式预热器图8-8 等压式预热器。