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钢轨焊接技术及铝热焊工艺优化研究

发表时间：2020/10/20 来源：《基层建设》2020年第19期作者：马国强

[导读] 摘要：随着我国社会和经济的高速发展，轨道交通事业发展非常迅速，各种轨道运输工程越来越多。

        桂林高铁工务段广西桂林 541001
        摘要：随着我国社会和经济的高速发展，轨道交通事业发展非常迅速，各种轨道运输工程越来越多。钢轨在轨道运输过程中，发挥着非常重要的作用，由于各种因素的影响，钢轨在使用一段时间之后，容易出现裂缝问题，需要及时进行焊接处理，否则就会对行车安全带来非常大的影响。为此，笔者将要在本文中对钢轨焊接技术及铝热焊工艺优化进行研究，希望对促进我国铁路事业的发展，可以起到有利的作用。
        关键词：钢轨焊接技术；铝热焊工艺；优化研究
        1前言
        随着我国无缝线路的快速发展，闪光焊、铝热焊接所焊接而成的钢轨数量持续增加。对于铁路部门来说，焊缝的质量非常关键，如果焊缝出现了失效和折断的现象，就会直接威胁到行车的安全。为了有效铝热焊缝的质量，专家做了大量的工作，更是从工艺操作方面来研究了如何有效防止焊接缺陷，对焊接工艺进行了有效的优化。
        2各种焊接工艺的简单介绍
        闪光焊。闪光焊是电流通过两个对接工件的接触表面时，其细小的接触点的电阻及其接触表面的电弧产生热量，将对接表面加热，在适当时间后，对接头施加压力，使两个对接表面的整个区域同时牢固结合起来的电阻焊方法。闪光焊热影响区的范围极小，宜用于薄板或薄壁管件焊接。由于表面氧化物与其他杂质成为四溅的火花被清除，不致混入焊缝内，焊缝的可靠性高。汽车车轮轮辋总成是一种典型的闪光焊部件。由于在直角焊缝上不能施加充分的抵紧压力，焊缝强度较差。闪光焊在实际应用的过程中，具有如下的优点：一、热量相对比较集中。二、加热的时间相对比较短。三、在实际开展焊接的过程中，必须要填充金属，整个冶金过程也比较简单。四、热影响区域的范围相对比较少。五、焊缝的质量比较好。六、焊接工艺参数的调整难度相对比较低，能够有效保证生产效率。但也存在如下的一些缺点：（1）如果对焊接参数设定不够合理，就会直接导致闪光过程不够稳定、加热不够、顶锻力欠缺等问题的发生，进而导致比较严重的焊接缺陷【1】。（2）如果焊钳和钢轨接触不稳，就会造成电弧击伤情况的发生，进而导致裂纹引起钢轨折断问题的发生。在实际焊接的过程中，如果对工艺参数控制不当，就容易发生灰斑、过烧、未焊透、电极灼伤、疏松、夹渣等问题的发生。
        气压焊。用氧气、乙炔火焰加热钢筋接头，温度达到塑性状态时施加压力，使钢筋接头压接在一起的工艺就是气压焊。该焊接工艺技术在钢轨焊接中的应用主要包括焊钳准备、轨端打磨、对轨、预顶、安装加热器、推瘤器、安放推凸装置、轨端再清理、点火焊接、加热及顶锻、推凸、正火、打磨、探伤。在该焊接工艺技术实际应用的过程中，各种设备的投资相对比较少，焊缝组织比较稳定，热裂纹的敏感性比较小。但其缺陷也比较明显，其对钢轨头清洁度要求比较高，在焊接过程中，容易受到环境因素和人为因素的影响，难以保证接头的质量。该方法杂上个世纪八九十年代比较常用。同闪光焊法一样，在气压焊完成之后，就需要进行正火处理。这主要是因为在焊接的过程中，随着温度的升高，金属晶粒迅速增加，非常容易形成粗晶组织，在冷却中容易保留下来，最终导致残余应力的情况。因此，在焊接工艺完成之后，就应该及时进行正火处理，这样才能降低钢轨的硬度，保证钢轨的塑性和韧性，改善焊头的机械性能。在钢轨焊接完成之后，就应该及时开展正火和轨头帽的淬火处理，保证轨头的硬度和强度，提升钢轨的实际使用寿命。如果对气压焊接工艺应用不当，就容易导致光斑、未焊透、过烧、粗晶问题的发生。

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        铝热焊接工艺。铝热焊接（也称热剂焊）就是利用金属氧化物和金属铝之间的放热反应所产生的过热熔融金属来加热金属而实现结合的方法。在实际焊接的过程中，需要使用到铝热焊剂，其主要由氧化铁粉、铝粉作为原料，通过氧化铁和铝粉的作用，可以生成铝热钢水，通过对铸铁丸的应用，可以有效调整铝热钢水的温度，保证焊缝具有足够的强度。该焊接工艺技术在钢轨焊接的过程中，具有如下的优点：一、设备比较简单。二、不会改变钢轨的长度。三、焊接操作相对比较简单。四、需要在焊接的过程中，添加一定比例的合金元素。五、焊接空间相对比较小。六、封锁时间相对比较短。七、铝热焊工艺属于铸造工艺的一种，焊接晶粒比较粗大，难以保证接头组织的性能，在对品质要求比较高的钢轨制造中应用比较少。在焊接施工的过程中，需要认真做好焊前准备、轨端除锈、对轨、安装砂模、预热、坩埚安装、点火及浇注、拆模、热打磨、冷打磨、现场清理、探伤及外观检测等工作。如果在实际焊接过程中，对焊接工艺应用不当，就容易导致气孔、缩孔与疏松、夹渣、夹砂、未焊透、热裂纹、孔裂纹、粗晶、冷隔等焊接缺陷的发生【2】。
        3铝热焊接工艺的优化
        在传统铝热焊接工艺实际应用的过程中，其经常会从抗拉强度、断后伸长率、硬度和金相组织等方面对接头的机械性能进行分析，为了保证铝热焊接工艺的应用质量，应该充分做好以下的工作。
        认真做好焊接之后的热处理工作。为了有效消除焊接热循环所造成的影响，进一步对焊头的机械性能进行改善，让其与被焊钢轨得到更好的匹配，就需要认真做好正火处理工艺参数的选择，这样才能保证焊头的强度和韧性，进一步提升焊接的强度和硬度，避免出现严重的接头软化问题。
        经常大量工程实践发现，通过对铝热焊接头进行正火处理，可以有效保证焊头的机械性能。经过正火处理的焊接头，其抗拉伸强度可以得到有效的提升，韧性指标也可以得到更进一步的提升【3】。
        钢轨在经过正火处理之后，其软化区的宽度会变宽，平均硬度值会降低。在焊头实际使用的过程中，非常容易出现马鞍形的低坍病害。在该病害出现之后，就会对焊头的受力状态造成非常大的影响，对行车平稳性影响非常大，如果情况过于严重，就会直接威胁到行车的安全性。在焊接热影响区往往会存在一定的软化区，导致马鞍型的低坍问题往往难以避免，这就需要认真做好低坍的深度和长度，将软化去的宽度和硬度控制在合理的区间范围。为了保证焊接的质量，就需要合理对正火终止温度进行控制，保证物料的冷却速度在合理的区间范围，对保温时间进行合理设定。
        结语
        随着时代的不断发展，对钢轨焊接提出了更高的要求。针对钢轨焊接中出现的问题，应该引起足够的重视，合理对焊接工艺技术进行选择，认真做好铝热焊接工艺的优化，最大程度保证焊接质量。
        参考文献：
        [1]杨艳玲，崔成林，高松福，迟俊杰，王宝秀.钢轨铝热焊接头质量的影响因素分析[J].装备制造技术.2013（06）：22-23.
        [2]崔冬芳，王艳华，胡智博，安天生.钢轨移动闪光焊接接头软化问题的研究[J].铁道技术监督.2009（12）：：33-34.
        [3]崔成林，高松福，迟俊杰，王宝秀，裘德海.国内外钢轨铝热焊接技术研究现状和发展[J].铁道建筑.2009（06）：55-57.