钢轨铝热焊接头质量的影响因素相关探讨

胡晨之

摘要：本文主要分析了钢轨铝热焊接工艺内容，其次阐述了影响钢轨铝热焊接头质量的关键性因素，通过相关分析希望进一步提高钢轨铝热焊接头质量，仅供参考。

关键词：钢轨铝热焊接;钢轨线路;操作工艺;焊接质量关

1钢轨铝热焊接工艺概述

在社会整体发展速度逐步加快的背景下，我国列车时速和轴重逐步提高，钢轨线路对各项工艺提出了严格要求，铺设无缝线路就是其中非常关键的一项内容。列车在无缝线路上安全稳定行驶，既能减少列车对轨道造成的冲击，也能增强列车运行稳定性，甚至还可以减少列车和线路的维修资金。技术人员在具体应用钢轨铝焊接工艺期间，需要结合操作要求，制定完善的工艺使用流程。实际上，钢轨铝焊接工艺主要应用在铸造焊接工作中，一般状况下都是将金属铝、氧化铁、铁合金等多种不同类型的材料，依据标准要求将这些材料配置成铝热焊。在此之后，需要及时放入到前期制定好久的坩埚中，并使用高温火柴将其点燃，这样就会发生相应的化学反应。在此期间，铁会被还原出来，甚至也会产生较多的热量，并要将一定量的高温铝热钢水浇入到砂型中，进而就会熔化两端的钢轨。不仅如此，浇铸金属被称为“填充金属”，主要作用就是焊接钢轨。

因此，为了进一步提升轨道列车在日常运行中的安全稳定性，就要结合具体要求合理应用钢轨铝热焊接工艺。目前我国科学技术水平显著提升，在行业内部对该项技术提出了更加严格的质量要求，不仅要积极引进新型技术，也要提高工作效率和质量，在为后续提高质量管控水平同时，保障列车运行稳定性。

2影响钢轨铝热焊接头质量的关键因素

2.1焊剂

一是温度。

从本质上分析，不难发现铝热反应属于放热反应的范畴，通常都是在反应的影响下，使熔渣和钢液的实际温度，逐步上升到2500-3500℃的范围内。如果想要将钢液的具体温度，降低到2000-2100℃范围内，非常重要的一项操作是在其中添加一定量的添加剂，这样也能提高钢水生成率。不可否认，铝热钢液的具体温度是影响焊接接头质量的一项重要因素。

比如：温度过高的钢液，可以促进待焊钢轨的熔合，防止产生气孔和为焊合缺陷，也能如果铝热钢业的温度处于过高状态，就会导致钢液凝固需要更多的时间，甚至还会增大具体收缩期间的体积，不利于提高质量，具体表现为热节处出存在缩孔、缩松等多种难以处理的质量问题，严重一些还会减少合金收得率。不仅如此，温度比较低的鋼液，不仅可以细化晶粒，也可以进一步增强接头的综合力学性能。除此之外，在提高合金的收到率之后，还可以增强焊接接头中各类化学成分的稳定性和安全性，但是如果具体的温度处于过低的状态，则会产生一些难以处理的问题，如将钢液浇入砂型型腔，极易加快钢液的冷却和凝固速度，无法满足标准要求，无法及时排出型腔中的气体，进而就会产生气孔和未焊合等质量问题。

二是铝热钢液的合金成分。

在实际降低铝热钢液温度过程中，可以在铝热焊剂中合理添加一定量的合金元素，这样既能提高钢水量，也可以细化珠体晶粒并减小片层间距，这是现阶段进一步提高焊缝金属硬度的一项重要举措。一般状况下，会在焊缝中加入适当量的Si、Mn、Cr等多种类型合金元素。在细致分析之后，可知锰是形成珠光体的一种主要元素，通过适当增加锰含量的方式，可以达到提高焊缝硬度的目的，对于后续提高耐磨性具有重要意义;硅是固溶于铁素体的一种元素，在合理增加硅含量之后，可以不断强化铁素体，这样既能提高铁素体和珠光体钢的强度和硬度，也能科学合理合金冲击值。

三是纯净状态。

将金属学中的结晶理论作为核心依据，进行深入分析，了解到金属在实际结晶时产生的杂质，一般都会聚集在结晶的位置上，并且在形成共晶物之后，其熔点会处于比较低的状态。基于此，将钢中的各项元素作为核心研究对象，不难发现存在严重的偏析问题，主要体现在硫元素和磷元素偏析方面。之所以会产生这种现象，主要是因为具体结晶的位置存在一定的杂质。这样不仅会对各个金属晶粒之间实际存在的结合力造成影响，也会在列车通过时影响应用效果，严重一些就会产生裂纹等质量问题，进而就会出现过于集中裂纹尖端应力的现象，引发钢轨铝热接头断裂等质量问题[1]。为了防止产生这一质量问题，就要在严格管控钢轨铝热焊接头质量过程中，在管控铝热焊接原材料成分这项工作中投入更多的时间和精力，这样有助于提高铝热钢液纯净度。

2.2焊接配套产品

一是砂型结构。

铝热金属凝固的“型腔”结构比较特殊，一般是由砂型和待焊接的钢轨共同组建而成，不可否认砂型结构是影响铝热钢液凝固顺序、预热情况的重要因素。为了降低砂型结构对钢轨铝热焊接头质量造成的影响，需要着重开展结构优化创新工作，如既要结合具体改造要求，增加补缩短钢水量，也要制定防止产生缩孔和缩松等质量问题的方案。

比如：做好间接浇铸系统调整和优化处理工作，主要就是保证铝热钢液凝固顺序符合标准要求，并且也要使熔点杂志和结晶缺陷等质量问题，集中发生在冒口的位置。这样不仅可以净化钢液，也可以提高接头质量。在此种状况下，在增强焊接接头完整同时，也能保证最终构建和应用的浇筑系统具有科学合理性。在这些要求的一项，非常重要的一项操作就是合理地将铝热钢液的凝固热节点，有效地分散到冒口上，这是现阶段降低焊接接口产生质量问题的一种重要方式。

二是坩埚。

“坩埚”这种容器的主要功能，具体表现为在发生钢轨铝热反应之后盛放铝热钢水

在点燃坩埚中的铝热焊剂之后，会即刻发生化学反应，反应一般可以在几秒的时间内完成，但是完成反应之后铝热钢液需要具备一定的镇静时间，否则就会对后续开展的浇铸工作效果造成影响。在做好这项操作之后，不仅可以保证完全反应，也能为铝热钢液中气泡、熔渣等提供相应的上浮时间。基于此，为了更加高效地设计坩埚这一容器，设计人员就要及时更新设计理念，如在其底部埋置自熔塞，主要功能是严格管控铝热钢水的实际浇铸时间，防止对钢轨铝热焊接头质量造成影响。

2.3附加工艺

一是焊后热处理工艺。

通过对“铝热焊”这项操作进行细致研究，能够发现其是一种应用率比较高的铸造焊工艺。在具体应用这一工艺期间，一旦发现焊缝金属呈现出晶粒粗大的组织状态，那么就要将热处理方法作为主要保障，为后续提高其综合性能创造条件。主要因为“正火热处理”方法，在一定程度上影响着接头的韧性，如使用900℃的高温，持续20min开展处理工作;或是采取正火处理这种措施，在强化接头性能基础上，消除接头的残余应力。

二是加压铝热焊工艺。

在具体应用加压铝热焊工艺期间，技术人员要在常规铝热焊工艺的基础上进行创新，如图一所示，将加压铝热焊与常规状态下的铝热焊焊

2.4待焊钢轨

铝热金属凝固的型腔一般状况下，都是由砂型、待焊钢轨等共同组建而成，其实际上就是待焊接钢轨的顶部状态。待焊接钢轨是目前影响焊接接头质量众多因素中，非常重要的一种因素。大部分的技术人员在实际操作期间，会打磨待焊接钢轨的顶部，也会按照标准要求檢查钢轨的外观在状况，目的是防止存在质量不达标的问题，但是仍然有一些技术人员简化操作步骤，忽视这些工作[2]。比如：在开展接头焊接工作时，待焊接钢轨表面的具体质量处于标准状态，并没有发现质量问题，但是通过开展探伤工作，看到在待焊接钢轨的底部熔合线的位置上存在问题，这就是检查工作不细致导致的。在切掉焊头过程中，还会发现其内部存在问题。

此外，待焊接钢轨端部的平直度状况，也会影响质量的一项重要因素，具体表现为：待焊钢轨的轨头处于“上翘”状态时，就要保证待焊钢轨达到标准的水平和垂直要求，只有在对正之后才可以开展焊接工作。除此之外，不能忽视的一项工作是严格管控焊接工艺，如既要保证厂家提供的工艺参数具有科学合理性，也要要求操作人员结合具体要求，做好工艺参数调节工作，在防止产生焊接缺陷同时，增强各项工艺参数合理性。

结束语：

综上所述，钢轨铝热焊操作具有多个步骤，从最初阶段的设计焊剂产品到最终的焊轨操作，需要严格管控焊接接头质量。经过深层次分析，可知钢轨铝热焊是铸焊的主要过程，为了保证质量，需要严格管控焊剂、焊接配套产品、附加工艺、待焊钢轨等多项因素的影响，在满足标准操作要求的基础上，保证钢轨铝热焊接工艺充分发挥应用作用。在实际开展钢轨焊接操作时，有多种方式可以选择，铝热焊就是其中非常重要的一种焊接方式，要求操作人员强化质量控制意识，做好各个环节的操作，在提高焊接质量和效率的基础上，提高钢轨铝热焊接接头质量。

参考文献：

[1].提高钢轨铝热焊接咬边缺陷质量[J].铁路采购与物流，2020，15（12）：59-61.

[2]周杰.重载铁路低温焊接铝热焊接头断裂失效研究[J].现代制造技术与装备，2019（12）：96-99.