铝热焊焊接常见的缺陷、成因及其质量控制

王磊

摘 要：本文首先对钢轨焊接中的铝热焊接工艺进行介绍，接着分析了铝热焊焊接过程中常见的缺陷及原因，进而对铝热焊工艺质量控制措施进行深入探究，以供参考和借鉴。

关键词：铝热焊；缺陷；钢轨焊接；成因；质量控制

中图分类号： TG457 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）36-163-2

0 引言

随着社会经济的飞速发展，我国铁路事业发展极为迅速。铁路运输作为重要的交通运输方式，得到人们的高度重视。在铁路事业不断发展的过程中，人们对线路铺设的要求越来越高。而钢轨焊接工艺是确保线路高质量的重要手段，因此应当给予高度的重视。目前，我国应用于铁路轨道线路的钢轨焊接工艺主要有三种，即铝热焊工艺、气压焊工艺和手工电弧焊工艺。在这三种钢轨焊接工艺中，铝热焊工艺应用效果最为突出，并在铁路线路钢轨焊接中得到广泛的应用。但是，铝热焊工艺在焊接过程中仍然存在一些缺陷，进而给钢轨焊接工作造成困扰。

因此，铁路相关工作人员必须对铝热焊焊接过程存在的缺陷进行有效分析，并探究铝热焊质量控制的措施，从而提高铁路线路焊接水平，为我国铁路事业的进一步发展奠定基础。

1 铝热焊焊接工艺概述

1.1 铝热焊工艺原理分析

铝热焊工艺主要利用氧化铁、铝粉、铁粉及合金按相应的比例进行混合配成焊剂，接着将焊剂进行升温加热，由于铝在高温的条件下很容易和氧气发生反应，这就使得铝与氧化铁发生氧化还原反应，氧化铁中的铁单质被还原出来，在反应的同时还会放出大量的热，进而得到高温的金属填充液体和反应产物三氧化二铁固体，即钢水和熔渣。最后，将钢水注入相应的模具中，将铁轨熔化，这样等到冷却之后，就可以完成将钢轨焊接在一起。

1.2 铝热焊工艺的优点

相比于其他钢轨焊接工艺，铝热焊工艺具有较多的优点，其优点主要包括以下几点：第一，铝热焊焊接工艺的操作较为简单，很容易掌握；第二，铝热焊焊接工艺完成钢轨焊接后，轨道接头相对较为平顺，焊接效果极好；第三，该工艺所用到的设备相比于其他焊接工艺较为简易，不需要复杂的辅助设备进行辅助焊接；第四，铝热焊焊接效率高，所需时间较短，从开始焊接到完成焊接只需要1h；第五，铝热焊工艺所用到的人员较少，一般只需要7人就可以完成相应的铁路轨道焊接，节省了大量劳动力。

2 铝热焊工艺存在的缺陷及原因分析

2.1 夹渣现象的出现

铝热焊焊接过程中存在很多缺陷，其中较为普遍的就是夹渣现象。夹渣现象是在铝热焊过程中有熔渣混入钢水中，使得钢水冷却凝固后，熔渣出现在铁轨表面。而造成这一现象的原因主要有以下几点：第一，铝热焊接过程中，在钢水为注入模具前，没有将模具进行很好的密封，使得一些杂质进入到模具中，进而导致钢水冷却后出现夹渣现象；第二，铝热焊接过程中铝热反应时间不充足，使得熔渣还没有完全反应出来，在这样的情况下把钢水注入模具中，就会使得模具内的体系继续反应放出熔渣，使得后续出现夹渣现象；第三，铝热焊接时，由于轨道断面没有得到很好的清洁，使得存在较多的杂质，这也会导致出现夹渣现象。

2.2 气孔现象的出现

气孔现象的出现也是铝热焊焊接过程中较为常见的缺陷。气孔出现在铝热焊焊接过程中钢水冷却凝固阶段，钢水冷却产生和放出气体使得形成气孔。气孔产生原因主要包含以下几点：第一，铝热焊焊剂配比出现问题，由于各种成分的用量不当，使得出现气孔；第二，铝热焊过程中所使用的焊接受潮或者掺杂油类等物质，使得焊剂内部发生变化，进而导致气孔的出现；第三，铝热焊过程中预热温度过低，使得钢水冷却过程中的气体无法排除，进而出现气孔现象。

2.3 热裂现象的出现

除了以上两个缺陷外，铝热焊接过程还存在一个更为严重的缺陷，即热裂现象的出现。热裂现象出现在焊接钢水冷却凝固阶段，在钢水凝固点以下时，轨道强度较小，使得受到外力超过了此温度下钢的强度极限，因此发生断裂的现象，由于在温度较高时出现的断裂，故而被叫作热裂。造成铝热焊出现热裂现象的主要原因有以下几点：第一，铝热焊接过程中钢轨被移动，使得受到的力超出了此时轨道的强度，进而发生断裂；第二，钢水冷却凝固过程中，在没有冷却完全的情况下，焊头受到力的作用，进而出现断裂的情况。

3 铝热焊焊接过程中质量控制策略

3.1 焊接前的控制

第一，铝热焊焊接过程中所用焊剂必须按相应的标准进行配比，并且对其进行有效保存，防止焊剂受潮；第二，在焊接前，要将焊接所用到的预热枪和丙烷气瓶连接好，并且将气瓶放在焊接场地以外的安全场所，防止焊接引发气瓶爆炸事故；第三，在铝热焊接作业前，需要对焊接场地进行检查，对可能存在的安全事故隐患进行排查，例如检查附近是否有易燃易爆物品，从而防止焊接过程出现火灾、爆炸等意外事故。

3.2 焊接过程的控制

3.2.1 钢轨端头的处理

钢轨端头的处理必须使用锯轨机进行切割，不可以使用氧割的方法进行端头切割，原因是防止钢轨端头出现氧化层，进而给钢轨焊接造成困扰。在钢轨端头切割完成后，接下来要将端头对正，这一部分是钢轨端头处理工作中最难的一步，也是最为关键的一部分，为了使钢轨端头对正，需要在端头对接过程中，按照水平、纵向、扭转三步进行操作，尽量减少对接过程出现缝隙，以保证轨道端头对正无误。

3.2.2 砂模安装控制

铝热焊过程中砂模的安装对于焊接质量控制十分重要，一旦模具出现问题，必然导致后续凝固阶段出现问题，从而给钢轨焊接工作造成困扰。因此，必须重视铝热焊中砂模的安装，首先将两个侧砂模在焊接处进行磨合处理，消除砂模与轨道之间的缝隙；其次，在砂模安装过程中，要避免模具组件受损、受潮，从而确保焊接质量不会出现问题；最后，在砂模安装完毕后，要将模具进行密封保存，防止杂质进去模具中，从而导致出现夹渣的现象。

3.2.3 预热阶段的控制

预热阶段是铝热焊接工艺中的核心部分，也是确保焊接质量的关键部分。在铝热焊接预热阶段，需要做到以下几点：第一，预热枪在安装时必须居中对称，以确保轨道受热均匀；第二，预热阶段经常遇到设备气温低或压力不足的情况，这时需要延长预热时间，以保证预热效果的良好，从而保证焊接质量不出现问题；第三，在对轨道端头进行预热处理时，要随时观察端头的颜色变化，当端头颜色变为红色时，要立即停止预热，标准预热时间仅可作为参考。

3.2.4 浇注阶段的控制

在轨道预热完成后，接下来进行浇注处理。浇注过程需要做到以下几点：第一，对焊剂进行加热时，点燃焊剂所需要的高温火柴插入焊料深度要适中，不可太深或太浅，以保证反应速度的正常；第二，在熔体浇注至模具中时，要准备好堵漏棒，一旦钢水出现泄漏，要用堵漏棒堵住，防止钢水流出，影响焊接质量。在此需要注意，一旦钢水从中泄漏出来，不可立即处理，要第一时间离开焊接现场，以确保自身的人身安全。

3.2.5 推瘤和打磨中的控制

第一，推瘤不要过早，一旦过早很可能会导致热拉伤，进而出现热裂，影响焊接质量；第二，轨道端面打磨时要适度，不可过度打磨，以免影响焊接质量。另外，在打磨过程中要清除轨腰、轨底及拐角处所有的夹皮，以免出现应力集中的现象。

4 结束语

综上所述，铁路钢轨焊接是提高线路要求的关键所在，而铝热焊接是钢轨焊接中重要的工艺手段，被广泛应用到轨道焊接工作中。目前，铝热焊接工艺仍然存在一些缺陷，阻碍了钢轨焊接工作的进行，因此相关人员必须对铝热焊接工艺中常见的缺陷的原因进行分析，从而探究出质量控制策略，提高钢轨焊接水平，从而促进我国铁路事业的进一步发展。

参 考 文 献

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