铝热焊接钢轨

目录

1、钢轨铝热焊特点及国内应用现状 (1)

2、国外钢轨铝热焊技术的发展 (2)

3、国内铝热焊研究的进展 (3)

3. 1钢轨铝热焊接工艺及焊接工具 (3)

3. 2铝热焊剂 (4)

3. 3铝热焊工艺装备的研制 (4)

3. 4焊后热处理 (4)

4我国铝热焊生产技术的进展 (4)

4. 1铝热焊剂的生产 (4)

4. 2砂型生产 (5)

4. 3焊接材料包装的改进 (5)

5、铝热焊施工工艺 (5)

5.1 工艺流程 (5)

5.2 工艺操作 (5)

6、无缝线路钢轨铝热焊接质量的控制与提高 (8)

6.1 概述 (8)

6.2 常见焊接质量缺陷的原因分析 (8)

6.3 焊接质量控制的措施 (9)

6.4 焊接质量改进建议 (9)

铝热焊接钢轨

1、钢轨铝热焊特点及国内应用现状

钢轨铝热焊接其焊接原理是通过配置的铝热剂在坩埚内点燃反应后形成高温铝热钢水注入由焊接沙模和待焊钢轨组成的型腔内，高温钢水通过特别设计的沙模浇注系统，熔化部分待焊钢轨端面，经冷却凝固后将待焊钢轨联结成一个整体。

钢轨铝热焊具有以下几个特点：

1）钢轨铝热焊自带热源，因此，设备简单，操作方便，快速，少量人员就可进行焊接操作；

2）钢轨在焊接过程中几何位置几乎不变，因此其平顺性取决于工装卡具，故焊接接头的平顺性优于气压焊。由于焊接过程中钢轨无纵向移动，因此特别适用于跨区间无缝线路的焊接；

3）钢轨铝热焊是铸造过程，其焊缝金属是铸态组织，因此其接头的性能具有铸造的特点。力学性能相对闪光焊、气压焊要差。

基于上述特点，铝热焊成为铁路无缝线路铺设的主要现场焊接方法。特别对于提速及高速线路，铝热焊接头以其优良的平顺性而得到世界各国的广泛采用。20实际80年代推出的小型移动式气压焊在铁路高速化的趋势下因其平顺性较差已被逐步淘汰。近年，原来作为厂焊的闪光焊也开始应用于现场焊接，出现了移动式焊轨作业车。但因我国铁路运量巨大，移动式焊轨车必需占用线路、以及道岔空间小等原因，移动式焊轨车无法焊接所有的现场焊接接头，铝热焊仍将是提速及高速线路重要的焊接手段，如下表为钢轨焊接的各种焊接方法的比较与应用范围。

[1]

铁道科学研究院在20世纪60年代开始铝热焊研究，自1967年开始应用于铁路无缝线路的铺设，由于铝热焊焊剂的生产长期以来一直依赖手工作业，控制手段落后，产品稳定性差，因此，推广受到限制。特别20世纪90年代后期，我国铁路开始既有线提速后，铝热焊用量大大增加，焊接质量参差不齐。出现了国内铝热焊生产水平与铁路提速要求不相适应的状况。国内开始大量进口铝热焊剂。目前，我国应用的主要有法国RAILTECH公司与德国THERMIT公司的产品。

1997年我国铁路大提速前，全路铝热焊用量为每年3000份左右，全部为国产焊剂，到2003年经过五次大提速，线路改造力度逐步加大，全国用量已达到每年3万份，部分铁路局取消气压焊。目前每年进口产品要占90%的市场份额[2]。

2、国外钢轨铝热焊技术的发展

20世纪初，德、英、美、法等国开始采用铝热焊法焊接电车轨道，1924年德国开始应用铝热焊法于铁道线路上。1928年德国国营铁路批准采用铝热焊法焊接铁路线路，主要用于无缝线路的焊接。

国外钢轨铝热焊在工艺上由湿模焊接法发展到干模焊接法，由长时间预热法，小焊剂量SmW法发展到短时预热大焊剂量的SKV法，在铝热焊剂方面，研究出了适合于各种强度的钢轨铝热焊剂。强度分别为700 MPa(普通质量)，800 MPa(中等耐磨)，900 MPa(耐磨)，以及1100 MPa(高强度)。在焊接工艺装备方面，研制了小型的对轨装置(包括框型和A字型)。废除手手锤修整轨头焊缝的方法，研制双向液压推凸(焊缝凸出量)装置，以及小型切轨和打磨装置。

国外在简化铝热焊作业方面近年也有许多进步，如进入国内的两家公司都推出了一次性坩埚产品，美国一家公司甚至将一次性坩埚做到焊后不留坩埚残渣。

德、英、美、法等国铝热焊技术发展大同小异。其中德、法是世界上最大铝热焊产品供应国，焊接材料产量每年达百万份。

鉴于铝热焊出现的焊接缺陷主要是由于施工时焊接预热不足造成的，国外开始研究对焊接预热温度进行监控。已有相应的产品投人应用。

3、国内铝热焊研究的进展

1966年我国开始成批生产铝热焊剂(铁I-50型)用于湿模铝热焊接法。七十年代中期，采干型小焊筋快速预热工艺，并研制了铁II-50型(中耐磨焊剂)八十年代中期研究了钢轨定时预热法工艺(相当于SK V法)研制了铁III型铝热焊剂(高耐磨焊剂)九十年代研制厂铁IV型、铁V型铝热焊剂，用于大秦线75 kg/m钢轨，京广高速线路，广州地铁线路焊接。

为了适应铁路我国提速及高速的需要，铁道科学研究院在铝热焊领域进行了大量的研究工作，在焊剂研究、焊接工艺和焊接接头的热处理方面进行改进和提高。使铝热焊接头的性能有了大幅度提高。

3. 1钢轨铝热焊接工艺及焊接工具

3.1.1钢轨铝热焊接过程中，预热温度对焊接质量起决定性作用，预热不当将会引起焊合不良，焊接热影响区性能变坏等使焊接失败。钢轨铝热焊定时预热法，采用我国研制的轨顶强力预热器，在恒定的工艺参数规范下，用时间控制钢轨端面预热温度达到600℃以上，这样的温度，钢轨端面不会烧化，保证浇注时钢轨端面温度分布均匀，其次在焊接砂模浇注系统的设计上，利用部分铝热钢水进一步加热待焊钢轨端面使其调整到合适的焊接温度范围。由于强力预热器工艺参数是恒定的，钢轨端面预热温度稳定，用于部分加热的铝热钢水温度也是恒定的，这样待焊钢轨端面的温度也是恒定的，在焊接浇注时钢轨的焊接工艺参数就获得了稳定，使焊接质量可靠。用定时预热的焊接工艺大大降低了人为因素的影响，使焊接质量稳定可靠。

3.1.2采用耐用镁砂坩埚及自熔塞自动浇注技术。耐用镁砂钳祸的使用降低了铝热焊缝中硅夹杂，提高厂焊缝金属的纯净度并可按需要调整焊缝中硅含量，提高焊缝强度。采用自熔塞自动浇注简化操作工艺，降低人为因素影响并使焊接过程更安全。

3.1.3通过吸收国外先进经验，结合一次性坩埚在国内应用的现状，我们研制了环保型一次性坩埚，其特点是使用时不产生有害气体，有效地保障了恶劣条件下操作者的身心健康。一次性坩埚的使用，减少厂焊接工具，使作业大大简化，因而受到现场广泛欢迎。