摘要：铝热焊焊接技术是目前进行高速道岔焊接的主要方法，文章主要对其基本原理和工艺流程进行介绍，分析其焊接过程出现焊接缺陷的类型及其原因，并针对具体的高速道岔铝热焊接施工工程来对其焊接工艺过程进行介绍和分析，以供参考。
关键词：高速道岔；铝热焊；焊接技术
1引言
在目前进行无缝线路道岔联合接头焊接施工中比较常用的方法就是铝热焊焊接方法，其具有较为简单的设备和操作流程，并且比较适合在线路上直接进行焊接。目前无缝线路是高速铁路建设中的主要形式，对改善列车的运行条件、提高列车的运行速度、并且减少线路维修的工作量、提高线路以及设备的使用寿命、提高行车平稳性以及人们的舒适程度发挥着重要作用，但是这需要首先在钢轨铺设时形成无缝线路之后在岔区采用铝热焊焊接技术及将其连接成为真正的跨区间无缝线路。
2基本原理及工艺流程
2.1基本原理
铝热焊焊接技术的原理为化学还原的原理，就是利用铝在高温下具有较高活性的特点，可以将钢轨中活性较弱的金属氧化物中将此金属进行还原，其基本原理的化学方程式如公式2.1所示：
（2.1）
此外，在采用铝热焊焊接技术进行焊接的过程中，需要在铝热焊剂中加入石墨粉来对其中的C含量进行调节，并且需要加入一些Mn、Si、Ti、Mo等合金元素来对焊接接头的质量进行控制。
2.2焊接工艺流程
此焊接可以在施工现场中直接进行焊接，就是在高速道岔铺设完成并且对道岔进行精调完成之后，就要进行焊接前的准备工作，主要是进行道岔准备、焊接机具准备以及焊接施工人员准备等。在进行道岔精调的过程中，道岔铝热焊接的准备工作内容主要是对焊接轨缝进行预留，通常此轨缝应控制在30mm以内。在准备工作完成之后就需要严格按照焊接工艺进行焊接施工，具体的焊接工艺流程：施工前准备→焊接现场准备→钢轨断面除锈→砂模准备→预热→焊剂准备→浇铸→拆除砂模与推凸→热打磨→冷打磨→收尾工作。
3高速道岔铝热焊焊接技术分析
在进行铝热焊焊接过程中，主要存在的焊接质量缺陷有以下几种：行车面及导向面平直度超标、表面气孔超标、夹砂、夹渣、其他软化以及脆硬组织等。其中对于行车面及导向面平直度超标的缺陷是高速道岔铝热焊焊接中主要的外观质量缺陷，其主要是由于在焊接过程中由于起拱量过小或者过大、接头对正时错牙或者砂模装配时错牙、热打磨量过大、粗打磨不平顺以及精修打磨量过大等原因引起的。而表面气孔超标的缺陷则主要是由于焊剂、坩埚以及型砂受潮而导致封箱泥中的含水量超标从而降低其透气性，导致在焊接过程中产生的气孔不能及时排出。夹砂以及夹渣的缺陷则主要是由于在焊接之前进行预热过程中预热的时间过短或者预热温度较低、预热火焰不合格而达不到预热效果等原因引起的。软化组织缺陷则主要是由于预热温度过高或预热时间过长、预热位置便宜等问题引起的。脆硬组织缺陷则主要是由于对反应、镇定时间以及拆模时间控制不当的原因引起的。
4高速道岔铝热焊焊接工艺技术控制要点
4.1工程概况
新建天津至秦皇岛铁路客运专线起自天津市，途经河北唐山市，终止于秦皇岛市，正线全长257km，共设滨海、滨海北、唐山、滦河、北戴河、秦皇岛6个车站，设计最高行车速度350km/h，铺轨总长257.429km（双线），无砟轨道铺设长度162.3km，铺设客专正线高速道岔70组。
4.2焊接施工之前的准备工作
施工前首先应确认已铺设高速道岔的各项技术指标，确定道岔铺设位置正确，轨面标高达到设计要求。方正轨枕，检查外锁闭装置预留孔位置正确。检测道岔道床刚度、密度、横向阻力、纵向阻力参数达到验标要求的数值。检测道岔的水平、方向及道岔各部几何尺寸达到规范要求的数值。检查道岔位移观测桩设置良好。
在铝热焊焊接施工之前，首先需要对焊接施工所需要的材料、工具和设备等进行检查和清点，然后对焊接现场中的焊接条件进行综合评定，确保焊接现场没有可能导致火灾以及其他安全事故的隐患等。最后是对待焊钢轨两侧各3~4组扣配件进行拆除，然后将其他的扣件进行锁紧并对其加以保护，防止在焊接作业过程中其发生移动的问题而影响焊接质量。如有小雨提前搭好防雨棚，风力大于5级或是有大到暴雨立刻停止作业，注意焊剂防潮。
4.3焊接工艺过程
4.3.1钢轨轨缝的调节
首先进行钢轨轨缝的调节，主要是对轨缝超过30mm的钢轨进行调节，并确保轨缝在27~30mm的范围之内，如果低于27mm则需要对基本轨进行锯轨调整。对钢轨端头进行除锈。主要是对断面200~300mm范围内的钢轨表面采用钢丝刷对油污和锈蚀进行清理，并且需要采用打磨机将端面打磨至可见新的金属光泽。然后是对钢轨端头进行对正，将1米直尺的中点与焊缝中点重合，用钢楔子或着对轨架进行高度调节，使焊缝两侧0.5米处钢轨行车面与直尺的间隙为1.5mm-2mm。用一米直尺分别检查焊缝两端钢轨轨头、轨腰、轨底脚昰否平直。如有偏差用对轨架或者钢楔子进行调整。本工位是确保焊头外观质量的重要环节，对轨的好与坏将直接影响焊头的外观质量，如果对轨没有达到要求，焊头将出现上拱度过高或轨头下榻、旁弯等现象，严重的话会出现高低、左右错牙。
4.3.2砂模准备和封箱
进行砂模准备和封箱，受潮的砂型不能使用，砂模的浇注孔要略作修整，防止高温时砂粒脱落。将砂模与钢轨接触面进行摩擦，使砂模与钢轨结合部位密贴。砂模浇注孔要与左右轨角对称，以确保两侧轨底受热均衡。在扭紧夹具时，应有一人完成，均匀夹紧。底模一定要对中，并且与钢轨紧贴。注意：如果砂模与钢轨接触面吻合不好，则会发生漏钢水的严重后果。封箱过程是比较关键的步骤之一，在操作的时候应该特别留意，如果封箱不严密，会发生漏钢水的问题。封箱完成后，焊接负责人应该检查封箱是否达到要求，以确保焊接质量。在封箱的时候要盖上砂型盖，防止砂粒落入砂型中形成夹渣。封箱分两步进行，首先对各缝隙关键部位压紧封砂，打好基础，然后整体封箱并用捣实棒捣实。在封箱过程中，两侧模板之间的砂要高于砂型槽板，防止钢水从两侧流出。封箱砂是将5kg封箱砂与400ml水搅拌均匀，即用手把封箱砂攥成团，从1米高度自由落下，以此检测封箱砂搅拌适宜度。封箱砂的优点是透气性好，有利于水分排出。白卡纸的作用是防止封箱砂落入轨缝；燃烧后形成碳膜保护轨面。封箱完成后，将灰渣盘安装在侧模板上放平、放稳。注意：安装灰渣盘时，要使灰渣盘正确平稳落位，以防钢渣流出时，灰渣盘发生倾斜。
4.3.3预热
上述工作完成后需要进行预热，主要对砂模、钢轨端头以及钢轨进行预热，在预热过程中对于砂模和端头的预热需要采用火焰长度在15-20mm的中性焰进行烘烤，且在对钢轨进行预热时需要将燃烧嘴中心与端缝中心进行对正，避免砂型周围出现“漏火”现象，预热完成后轨腰的颜色应呈现亮黄色，轨端呈现鲜红色，其温度应在950~1000℃的范围内。预热过程中预热枪头错误安装的几种情况：⑴枪头过高会使轨角预热不足；⑵枪头过低会使轨端预热不足；⑶枪头不垂直会使轨端预热不均匀。
4.3.4浇铸、砂模拆除、推凸、打磨及探伤
在确保焊药包的内的物品符合要求之后将焊药在坩埚中进行均匀混合，然后将坩埚放置在砂模的正中位置对焊剂进行点燃来实施浇铸过程，且确保预热器提起至焊剂点燃的时间差不应大于6s。焊剂反应过程中，操作者应该距离坩埚3米以上的距离，确保安全。再次是进行砂模拆除和推凸，其过程为在浇铸完成后大概2min将坩埚和灰渣盘移除，4.5min后将模板和万能夹紧装置拆除，在拆模的过程中一定要小心，不要将砂型一起脱下，以免影响结晶。拆模后，及时将轨面清理干净，防止推瘤时残渣拉伤轨面。7.5min之后将轨头型砂去除，7min40s左右开始推凸，并确保在20min之后将浇铸棒打掉。推瘤过早会因焊头硬度不够而拉伤轨面，推瘤过迟将给推瘤带来困难。所以必须按照要求操作，不得随意改动。最后是进行打磨，推凸之后首先对焊头的钢轨内、外侧表面进行热打磨，不允许打磨母材。然后进行冷打磨即精磨，确保精磨后的尺寸符合验收标准的要求。然后对焊好的接头进行探伤检查并做好焊接过程中各项参数和焊头相关资料的记录。
5结语
铝热焊焊接技术在高速道岔焊接施工中应用不仅对焊接成本进行有效控制，减少后期的维修工作量和费用，并延长设备的使用寿命，而且提高了线路的安全和旅客乘坐的舒适性，但是需要选用合理的焊接工艺，并针对焊接过程中可能出现的焊接缺陷来采取相应的预防和控制措施。
参考文献：
[1]张蕾.无砟道岔铝热焊接与接头打磨施工技术[J].工程技术：引文版，2016（12）：00138-00138.
[2]刘俊奇.高速铁路无砟道岔铝热焊接与接头打磨施工技术及应用研究[J].科学技术创新，2016（20）：193-194.
[3]《铁路轨道工程施工质量验收标准》（TB 10413-2003）；
[4]《铁路轨道设计规范》（TB 10082-2005）；
[5]《钢轨焊接 第1部分：通用技术条件》（TB/T1632.1-2005）；
[6]《钢轨焊接 第3部分：铝热焊接》（TB/T1632.3-2005）
论文作者:栾野
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：封箱论文; 钢轨论文; 道岔论文; 过程中论文; 焊剂论文; 砂型论文; 缺陷论文; 《基层建设》2018年第26期论文;