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【摘 要】 本文从施工工艺角度定性和定量的阐述了钢轨铝热焊的施工过程中的注意事项及常见问题的处理措施，同时，针对铝热焊焊头的轨头磁粉探伤存在裂纹及轨腰超声波探伤气孔和夹渣超标问题，确定了操作过程中如何避免这一问题的产生，希望对以后的操作具有一定的借鉴作用。
【关键词】 铝热焊;工艺;轨头裂纹;轨腰夹渣
前言：
随着国内和世界范围的地铁、城际铁路和高速铁路的兴建，由于地区气温、气候差异性较大，对钢轨的焊接质量提出了更新更高的要求，如在举世瞩目的京沪高铁，在到发线上的铝热焊头，在轨头部位增加了磁粉探伤，同时在轨腰部位，增加了超声波探伤。目前广泛采用的钢轨焊接形式有闪光焊、铝热焊及气压焊，由于气压焊的火焰、顶锻量等控制指标在目前技术条件下还不能够量化或精确量化控制，如火焰颜色、长度等全靠现场施工人员的经验，因此在高速铁路和客运专线施工过程中未被采用。目前钢轨焊接的主要焊接方式为闪光焊和铝热焊，其中闪光焊属消耗母材型的焊接，铝热焊不消耗母材，属填充式焊接。一般情况下，优先采用闪光焊，但对于高速道岔、钢轨伸缩调节器等精密部件，由于闪光焊等消耗性焊接的顶锻量无法在焊前精确确定，导致焊后高速道岔、伸缩调节器等部件的几何尺寸超标，甚至无法调整，因此在无特殊要求的情况下，高速道岔和伸缩调节器等精密部件的焊接一般采用铝热焊。综上，确保铝热焊的质量，尽量避免焊接缺陷，对于适应铁路的高速、重载、安全等技术要求，具有十分重要的现实意义。
一、铝热焊的施工过程中注意事项
1.施工准备
施工前必须安排专人根据焊接清单清点全部施工物品，以免少带、漏带影响施工;对施工设备、燃气瓶等进行检查，确保使用时安全可靠。从焊缝两侧钢轨开始，每一侧松开2-4组扣件，然后至少将50米范围内的钢轨扣件按规范锁紧然后，并在焊缝两侧各第一个锁紧扣件处的钢轨上，做划线记号，确定钢轨不发生移动，方可进行锯轨作业，锯轨要保证端头的垂直度，同时确保轨缝在误差要求范围之内。
2.轨端干燥及除锈去污
对焊缝两侧1米范围内钢轨进行加热干燥，充分除去钢轨表面水分;在距轨端50mm范围内，用角磨机和钢丝刷对焊接钢轨的端面、轨头、轨腰和轨脚进行打磨清污除锈，要特别注意将轨底打磨清洁干净;打磨完成后，轨头端部边缘需倒角1mm×45°。
3.对轨
以轨脚处为基准，控制轨缝宽度为27mm-30mm。
水平调整：用一米直尺和15mm钢板尺分别检查焊缝两端钢轨头、轨腰、是否平直。如有偏差，用对轨架或者钢楔子对轨端高度进行调节，轨头侧面以工作边为基准进行调整。
尖点调整：将一米直尺自由放置在轨顶，使其中点与焊缝中点相重合，用对轨架和楔子对轨端高度进行调节，使直尺的两个端部与轨顶之间的间隙为1.5～2mm.
4.夹具、砂型安装
预热枪架安装在上风方向，避免逆风安装导致火焰灼伤预热系统，调整预热枪管与轨面平行，用多用塞尺设定万能加紧装置安装位置和预热枪高度，预热枪头高度一般设为40mm。
确认砂型无裂痕、无缺损、无受潮，否则不能使用;砂型浇注孔略作修整，防止预热和浇注时砂粒脱落，造成焊接夹渣，必要时，将砂型贴合钢轨侧面进行左右摩擦，使砂型与钢轨装配处紧密贴合。
4.1砂型安装注意事项
安装砂型时，浇注孔要对准焊缝中心，并与轨底垂直，以确保焊缝两端钢轨特别是轨底预热均匀;安装三片模底模板时，底模一定要前后、左右对中、并且要紧贴轨底;第一片砂型安装完毕后，在轨头处放置白卡纸并塞紧缝隙，然后合上第二砂型。放置时，白卡纸必须露出侧模板;安装砂型过程中，切勿让砂粒等杂物落入焊缝型腔内;锁紧夹具时，应由一人完成，使两侧均匀加紧。
封箱是铝热焊操作过程中，比较关键的步骤，应高度注意，如果封箱发生问题，很容易造成泄漏钢水的焊接事故。
5.预热过程控制
火焰调节：先微开预热枪的氧气阀门，3秒钟后微开燃气阀门，再点火，然后交替开两大阀门，直到氧气阀门完全打开为止;调节燃气阀门，控制火焰形态，使蓝色的焰心长度保持在15～20mm范围内，此时火焰为中性火焰。
用预热枪对两个灰渣盘稍作烘烤，除去会渣盘可能带有的水分。将预热枪安置在预热枪支座上，调节枪头垂直并在焊缝中的位置呈前后左右置中，火焰喷出浇注孔，开始预热计时。
密切关注整个预热过程，特别是轨腰受热颜色的变化，预热完成时，轨腰的温度为950～1000℃，时间约为3分钟其颜色为黄白色视为达到预热要求。
预热完毕，撤除预热枪，先关闭燃气阀门，3秒钟后关闭氧气阀门。
6.焊剂的使用
打开一次性坩埚的封盖，确认坩埚壁、自熔塞完好无损，清理并倒出坩埚内浮砂;确认焊剂袋无破损，将焊剂反复倾倒三次，混合均匀后倒入坩埚中，使其顶部成锥形，此时可以把高温火柴放置在坩埚内的焊剂上面。
预热完成后，立即将坩埚安置在砂型侧模板顶部定位片内，取出坩埚内的高温火柴，在红热状态下的砂型浇注孔内将其擦燃，然后轻而稳地将高温火柴三分之一长度插入焊机锥形顶部，点燃焊剂，迅速盖上坩埚盖，所有人员退离到3米以外安全距离。
记录者观察焊剂反应状况，当坩埚盖孔一出现明火时，为焊剂开始反应时间;一旦明火迅速萎缩，则为焊剂反应结束时间。焊剂反应从开始到结束之间的时间间隔为焊剂反应时间，焊剂反应时间一般为6～18秒。
7.拆模及推凸
浇注完成后1分钟，移去坩埚，将其放在干燥、无易燃物的地方，然后移去灰渣盘，并将灰渣倒入坩埚中，4分30秒后，拆除模板和万能夹紧装置。在拆除模板的过程中一定要小心，不要晃动砂型，更不能拉裂砂型，以免影响以免影响焊缝金属的正常结晶。甚至导致砂型开裂，钢水流出。浇注完毕7分30秒，除去轨头砂型，7分40秒开始推瘤。推瘤完成后，用撬棍将浇注棒向外侧下方扳曲，便于下一步进行热打磨;浇注完毕40分钟以后，才能打掉浇注棒。
8.打磨
推瘤完成后，可立即进行粗打磨，以节省施工时间，热打磨只对轨顶进行打磨，打磨要留下足够的余量，一般为1mm。
焊头冷却至环境温度后，一般要求在50℃以下时，进行精打磨，经打磨标准按铁道部TB/T1632.3-2005《钢轨焊接第3部分：铝热焊接》规定的技术条件执行。
9.完成焊接
焊接完成后，将熔渣、废钢料、废砂型等清理干净，装入反应后的废坩埚内，撤离工地时带到指定的场所处理，不得丢弃在施工现场，造成对铁路沿线的垃圾污染。
将焊接点涂抹油，做好标记，拆除对轨架或钢楔子，按规范要求恢复轨道正常的通车条件。
做好焊接记录，存档保管。
二、常見质量问题的解决方案
1.磁粉探伤轨头存在裂纹
采用原焊剂厂家给定的参数，在焊接完成后采用磁粉探伤对轨头进行检测，发现轨头存在裂纹，通过不断的试验和改进，最后得出结论为：取消热打磨作业，在推凸完成焊头完全冷却后进行打磨，通过这项措施，有效的解决了轨头存在裂纹的问题。
2.轨腰超声波擦伤气孔和夹渣超标
在使用超声波探伤对轨腰进行检测过程中，在原参数下焊接的接头，探伤结果显示轨腰存在气孔和夹渣超标现象，通过现场不断的试验，将预热时间从原来的3分减少至2分钟，在侧模与轨腰间加设高温棉，同时在焊接浇注完成保温时间达到后及时清理掉侧模三种方式，有效的解决了轨腰夹渣问题。
三、结语
铝热焊是无缝线路施工的重要组成部分，同时因为其填充式的焊接方式，焊缝与母材材质存在一定差异，其强度和其它技术指标在整个线路中都是薄弱环节，本文只是从施工及施工过程中发现的问题角度进行了一些浅显的表述，更深层次的问题还有待进行进一步的理论研究，需要大量现场和实验室数据的支持。
参考文献：
《客运专线无砟轨道铁路工程施工技术施工指南》（TZ216-2007）;
《客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准》铁建设[2007]85号。
施密特铝热焊相关技术资料
【关键词】 铝热焊;工艺;轨头裂纹;轨腰夹渣
前言：
随着国内和世界范围的地铁、城际铁路和高速铁路的兴建，由于地区气温、气候差异性较大，对钢轨的焊接质量提出了更新更高的要求，如在举世瞩目的京沪高铁，在到发线上的铝热焊头，在轨头部位增加了磁粉探伤，同时在轨腰部位，增加了超声波探伤。目前广泛采用的钢轨焊接形式有闪光焊、铝热焊及气压焊，由于气压焊的火焰、顶锻量等控制指标在目前技术条件下还不能够量化或精确量化控制，如火焰颜色、长度等全靠现场施工人员的经验，因此在高速铁路和客运专线施工过程中未被采用。目前钢轨焊接的主要焊接方式为闪光焊和铝热焊，其中闪光焊属消耗母材型的焊接，铝热焊不消耗母材，属填充式焊接。一般情况下，优先采用闪光焊，但对于高速道岔、钢轨伸缩调节器等精密部件，由于闪光焊等消耗性焊接的顶锻量无法在焊前精确确定，导致焊后高速道岔、伸缩调节器等部件的几何尺寸超标，甚至无法调整，因此在无特殊要求的情况下，高速道岔和伸缩调节器等精密部件的焊接一般采用铝热焊。综上，确保铝热焊的质量，尽量避免焊接缺陷，对于适应铁路的高速、重载、安全等技术要求，具有十分重要的现实意义。
一、铝热焊的施工过程中注意事项
1.施工准备
施工前必须安排专人根据焊接清单清点全部施工物品，以免少带、漏带影响施工;对施工设备、燃气瓶等进行检查，确保使用时安全可靠。从焊缝两侧钢轨开始，每一侧松开2-4组扣件，然后至少将50米范围内的钢轨扣件按规范锁紧然后，并在焊缝两侧各第一个锁紧扣件处的钢轨上，做划线记号，确定钢轨不发生移动，方可进行锯轨作业，锯轨要保证端头的垂直度，同时确保轨缝在误差要求范围之内。
2.轨端干燥及除锈去污
对焊缝两侧1米范围内钢轨进行加热干燥，充分除去钢轨表面水分;在距轨端50mm范围内，用角磨机和钢丝刷对焊接钢轨的端面、轨头、轨腰和轨脚进行打磨清污除锈，要特别注意将轨底打磨清洁干净;打磨完成后，轨头端部边缘需倒角1mm×45°。
3.对轨
以轨脚处为基准，控制轨缝宽度为27mm-30mm。
水平调整：用一米直尺和15mm钢板尺分别检查焊缝两端钢轨头、轨腰、是否平直。如有偏差，用对轨架或者钢楔子对轨端高度进行调节，轨头侧面以工作边为基准进行调整。
尖点调整：将一米直尺自由放置在轨顶，使其中点与焊缝中点相重合，用对轨架和楔子对轨端高度进行调节，使直尺的两个端部与轨顶之间的间隙为1.5～2mm.
4.夹具、砂型安装
预热枪架安装在上风方向，避免逆风安装导致火焰灼伤预热系统，调整预热枪管与轨面平行，用多用塞尺设定万能加紧装置安装位置和预热枪高度，预热枪头高度一般设为40mm。
确认砂型无裂痕、无缺损、无受潮，否则不能使用;砂型浇注孔略作修整，防止预热和浇注时砂粒脱落，造成焊接夹渣，必要时，将砂型贴合钢轨侧面进行左右摩擦，使砂型与钢轨装配处紧密贴合。
4.1砂型安装注意事项
安装砂型时，浇注孔要对准焊缝中心，并与轨底垂直，以确保焊缝两端钢轨特别是轨底预热均匀;安装三片模底模板时，底模一定要前后、左右对中、并且要紧贴轨底;第一片砂型安装完毕后，在轨头处放置白卡纸并塞紧缝隙，然后合上第二砂型。放置时，白卡纸必须露出侧模板;安装砂型过程中，切勿让砂粒等杂物落入焊缝型腔内;锁紧夹具时，应由一人完成，使两侧均匀加紧。
封箱是铝热焊操作过程中，比较关键的步骤，应高度注意，如果封箱发生问题，很容易造成泄漏钢水的焊接事故。
5.预热过程控制
火焰调节：先微开预热枪的氧气阀门，3秒钟后微开燃气阀门，再点火，然后交替开两大阀门，直到氧气阀门完全打开为止;调节燃气阀门，控制火焰形态，使蓝色的焰心长度保持在15～20mm范围内，此时火焰为中性火焰。
用预热枪对两个灰渣盘稍作烘烤，除去会渣盘可能带有的水分。将预热枪安置在预热枪支座上，调节枪头垂直并在焊缝中的位置呈前后左右置中，火焰喷出浇注孔，开始预热计时。
密切关注整个预热过程，特别是轨腰受热颜色的变化，预热完成时，轨腰的温度为950～1000℃，时间约为3分钟其颜色为黄白色视为达到预热要求。
预热完毕，撤除预热枪，先关闭燃气阀门，3秒钟后关闭氧气阀门。
6.焊剂的使用
打开一次性坩埚的封盖，确认坩埚壁、自熔塞完好无损，清理并倒出坩埚内浮砂;确认焊剂袋无破损，将焊剂反复倾倒三次，混合均匀后倒入坩埚中，使其顶部成锥形，此时可以把高温火柴放置在坩埚内的焊剂上面。
预热完成后，立即将坩埚安置在砂型侧模板顶部定位片内，取出坩埚内的高温火柴，在红热状态下的砂型浇注孔内将其擦燃，然后轻而稳地将高温火柴三分之一长度插入焊机锥形顶部，点燃焊剂，迅速盖上坩埚盖，所有人员退离到3米以外安全距离。
记录者观察焊剂反应状况，当坩埚盖孔一出现明火时，为焊剂开始反应时间;一旦明火迅速萎缩，则为焊剂反应结束时间。焊剂反应从开始到结束之间的时间间隔为焊剂反应时间，焊剂反应时间一般为6～18秒。
7.拆模及推凸
浇注完成后1分钟，移去坩埚，将其放在干燥、无易燃物的地方，然后移去灰渣盘，并将灰渣倒入坩埚中，4分30秒后，拆除模板和万能夹紧装置。在拆除模板的过程中一定要小心，不要晃动砂型，更不能拉裂砂型，以免影响以免影响焊缝金属的正常结晶。甚至导致砂型开裂，钢水流出。浇注完毕7分30秒，除去轨头砂型，7分40秒开始推瘤。推瘤完成后，用撬棍将浇注棒向外侧下方扳曲，便于下一步进行热打磨;浇注完毕40分钟以后，才能打掉浇注棒。
8.打磨
推瘤完成后，可立即进行粗打磨，以节省施工时间，热打磨只对轨顶进行打磨，打磨要留下足够的余量，一般为1mm。
焊头冷却至环境温度后，一般要求在50℃以下时，进行精打磨，经打磨标准按铁道部TB/T1632.3-2005《钢轨焊接第3部分：铝热焊接》规定的技术条件执行。
9.完成焊接
焊接完成后，将熔渣、废钢料、废砂型等清理干净，装入反应后的废坩埚内，撤离工地时带到指定的场所处理，不得丢弃在施工现场，造成对铁路沿线的垃圾污染。
将焊接点涂抹油，做好标记，拆除对轨架或钢楔子，按规范要求恢复轨道正常的通车条件。
做好焊接记录，存档保管。
二、常見质量问题的解决方案
1.磁粉探伤轨头存在裂纹
采用原焊剂厂家给定的参数，在焊接完成后采用磁粉探伤对轨头进行检测，发现轨头存在裂纹，通过不断的试验和改进，最后得出结论为：取消热打磨作业，在推凸完成焊头完全冷却后进行打磨，通过这项措施，有效的解决了轨头存在裂纹的问题。
2.轨腰超声波擦伤气孔和夹渣超标
在使用超声波探伤对轨腰进行检测过程中，在原参数下焊接的接头，探伤结果显示轨腰存在气孔和夹渣超标现象，通过现场不断的试验，将预热时间从原来的3分减少至2分钟，在侧模与轨腰间加设高温棉，同时在焊接浇注完成保温时间达到后及时清理掉侧模三种方式，有效的解决了轨腰夹渣问题。
三、结语
铝热焊是无缝线路施工的重要组成部分，同时因为其填充式的焊接方式，焊缝与母材材质存在一定差异，其强度和其它技术指标在整个线路中都是薄弱环节，本文只是从施工及施工过程中发现的问题角度进行了一些浅显的表述，更深层次的问题还有待进行进一步的理论研究，需要大量现场和实验室数据的支持。
参考文献：
《客运专线无砟轨道铁路工程施工技术施工指南》（TZ216-2007）;
《客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准》铁建设[2007]85号。
施密特铝热焊相关技术资料