铝热焊教材8.9

铝热焊焊缝探伤工艺武汉铁路局探伤管理组-1-第一章铝热焊焊接工艺简介铝热焊－铝粉、氧化铁粉、铁钉霄和铁合金等按一定比例配成铝热焊剂，高温火柴点火，发生激烈的化学反应和冶金反应，得到高温钢水和熔渣。高温钢水注入予热铸模中，将轨端溶化，冷却后即把两根钢轨焊在一起。下面以我局常用的法国铝热焊为例,介绍钢轨焊接的十三部工艺：一、到焊接现场前的准备工作1.技术交底和施工组织:2.机具及材料准备:3.选配合适的焊剂:PD3(U75V)-U71MN钢轨对接时选用U71MN焊剂U71MN－稀土钢轨对接时选用稀土焊剂PD3(U75V)－稀土钢轨对接时选用稀土焊剂二、在焊接现场的准备工作1.检查造成安全事故的隐患：如潮湿的道碴、作业现场湿滑等。2.挖一个废物弃置坑（深30mm）,保持焊接附近及弃置坑的干燥。3.将预热装置连接好。（预热枪、管、表、缸瓶等）三、轨道的准备工作武汉铁路局探伤管理组铝热焊焊缝探伤工艺-2-1.轨温计测轨温：（1）＞15℃可以直接预热；（2）＜15℃在预热前将两端各1M范围内钢轨预热到37℃。2.轨道的工作空间：（1）焊头距离轨枕＞100mm；（2）道碴距轨底＞100mm；（3）松开焊头两侧3～6根枕木的扣件及垫板。（直线地段3根、曲线地段6根）3.稳固钢轨：在焊接过程中始终保持焊缝衡定不变。（1）＞15M范围内的钢轨上紧扣件；（2）温差大时，应借助拉伸器；（3）检查焊缝变化的方法：在焊头两侧第3或第4根轨底及轨枕上作划线标记。4.打磨钢轨焊接部位的毛刺及飞边，清刷干净。5.启动并准备好锯轨机、推瘤机及打磨机等。四、钢轨端头的准备1.下列情况焊头要进行处理：（1）裂纹、伤损的钢轨－用锯轨机切完再焊；（2）氧气切割过的焊头－用锯轨机切掉至少100mm；（3）其他焊接焊过的焊头－用锯轨机切掉后再焊；（4）坍塌接头－低塌＜2mm、长度＜20mm可以直接焊，否则要锯掉；（5）螺孔距轨端的距离＞100mm（避免螺孔在加热后产生细小铝热焊焊缝探伤工艺武汉铁路局探伤管理组-3-裂纹，并造成伤损及扩大，最终在螺孔处形成伤损）。2.轨端处理应采用好的锯轨机切割，用直角尺检查，要求轨端平直度＜1mm。3、轨端清洁长度为100～150mm，用手砂轮或钢丝刷清除，轨端应避免产生氧化隔离层。如钢轨锈蚀严重，则轨端清洁长度应为1M,不影响对正.五、钢轨端头的对正钢轨端头的对正，是铝热焊工艺中最难也是最关键的部分。1、钢轨对正的四要素：（1）轨缝：25±2mm。如轨缝＜23mm，热容量小，轨端未熔化就已经冷却，会造成未焊合的缺陷；如轨缝＞27mm，会造成预热不足，而且钢水不足填满焊缝间隙。两者均影响焊接质量。锯轨可能会产生三种结果：①两轨端平行，最好；②上大下小（两侧均在1mm公差范围内），也可以；③上小下大，不行，因为会严重影响预热效果。（2）尖点（垂直对正）：用1M直尺及塞尺设置。木枕3.2mm；轨枕1.6mm。这是起步值，现场要根据情况，适当调整，不能出现低接头，也不能出现高接头。（3）水平对正：用1M直尺先内侧、在外侧，在轨头、轨腰、武汉铁路局探伤管理组铝热焊焊缝探伤工艺-4-轨底对正。若轨头宽度有误差，以工作边对齐；若轨头有侧磨，在侧磨处垫入侧磨垫条。若钢轨高度有误差，误差＜3mm，将高差放在轨底；若钢轨高差3～8mm，需采用拉伊台克公司一种特制的砂模及组件进行接。（4）不等倾斜调整：用1M直尺，检查轨底及轨底、轨腰拐角园弧处，如不密贴，则要调整。如两根待焊接存在不等倾斜而不调整，则造成提前疲劳断裂！2.对正调整用2～3次调整好，顺序始终是：轨缝－尖点－水平－不等倾斜。3.用A型对正架，注意事项：（1）调尖点时，左右螺杆要松开；（2）调水平时：应左松右紧或左紧右松；（3）对正架在浇注后15分钟才能拆除，不得提前！4.对正注意事项：（1）对正前一定要调好钢轨的大方向；（2）如有低接头，也应提前进行处理；（3）对正过程中，不要碰焊接区域的钢轨及枕木、对正架等；（4）对正好后，应在轨底上对正架下塞上木楔。六、砂模的准备检查：1.检查QPCJ组件齐全。铝热焊焊缝探伤工艺武汉铁路局探伤管理组-5-（1）无破损、无受潮、干燥；（2）1对侧砂模、1个底砂模、1个分流塞（起分流作用）。2.密封：（1）将两个侧砂模在焊缝处磨合，消除侧砂模与钢轨间的间隙，防止夹皮的产生。如有夹皮，尤其在拐角处的夹皮，会产生应力集中，从而影响焊头的强度。（2）将锉刀将侧砂模底部与钢轨底部磨平。（否则上好底砂模后，会造成侧砂模顶起，轨底轨腰拐角处吻合不好，产生夹皮！）3.安装：（1）底模安装：居中，误差在1mm以内。有螺杆的一侧放在轨道外侧（高一侧）。安装底板时固定螺栓不要上得太紧，以免挤坏底砂模。（2）检查对正情况，这是最后一次机会了！（3）安装侧砂模：居中安装，有溢流口的放在轨道内侧（低一侧）。砂模固定夹不要上得太紧，以免挤坏侧砂模。4.模泥：（1）模泥太少，会干裂，造成钢水泄露；模泥太多，会无法烘干，潮气排不出，易形成气孔。因此模泥要适量、从下到上均匀涂抹。（2）每个焊头模二遍泥；一般每桶泥模3～4个头。5.做2个堵漏棒。七、预热武汉铁路局探伤管理组铝热焊焊缝探伤工艺-6-预热是铝热焊接的灵魂，也是工艺中最关键的部分。1.预热的目的：（1）提高待焊轨轨端的温度，减少与铝热钢熔池的温差。（2）消除砂模中残余的湿气。2.影响预热的关键因素：（1）氧气、丙烷的质量、压力（流量）（2）预热的时间；（3）火焰的调节。法国铝热焊气体的流量是通过预热装置及压力来保证的，所以用法国铝热焊，一定要用法国的整套预热装置。（注：预热管子：10M长、内径9.0mm，在规定的压力下，控制气体的流量氧气在105升/分、丙烷在42升/分左右。管子不能随意加长，如加长，则必需要增加预热时间。）3.预热支架的调整：（1）离轨面50mm（＋3、－2mm）；（2）垂直、居中。4.压力的调整：压力标准：氧气：70PSI=0.49Mpa=4.9bar丙烷：10PSI=0.07Mpa=0.7bar调压：①打开枪上氧气、丙烷的阀门；②把瓶上的调压阀松开，松到底，低压归零；③打开瓶，顺时针打压力，调到规定压力；④关闭预热枪阀。5.火焰的调节：(1)粗调：在砂模外调火焰。开丙烷阀门－点火－开氧气阀铝热焊焊缝探伤工艺武汉铁路局探伤管理组-7-门，出现蓝色焰心－再打开丙烷、氧气，交替调整到焰心约12mm稳定－丙烷完全打开－氧气部分打开。(2)精调：燃烧器放入砂模内的调整。稍关氧气阀门－再新打开约1/3转，声音变化均匀，火焰高在砂模上方约半米，即火焰的临界点－再开始按跑表计时。6.预热时间：见光盘及培训手册19页的表。对中国的钢轨：50Kg轨－4分钟60Kg轨－5分钟75Kg轨－6分钟。法国要求用工业丙烷，如用液化石油气纯度不如工业丙烷，建议可适当延长预热时间20秒～1分钟。7.预热温度：根据法国试验室测量结果：轨头：650℃；轨腰：720～750℃；轨底：550℃（可不讲）8.预热效果及注意事项：（1）分流塞应放在砂模外侧预热；（2）预热枪放在型腔内：以轨缝居中;和钢轨垂直,保证预热均匀。（3）不间断的注视整个预热过程，轨头颜色发红正好。（4）防止预热不足：易产生气孔缺陷，尤其是轨底角部位。防止预热过渡：会形成局部高温，造成缩孔及疏松缺陷，造成疲劳断武汉铁路局探伤管理组铝热焊焊缝探伤工艺-8-裂。（如预热过渡，应马上检查压力，否则把氧气调小一些，及时解决过热现象。）（5）注意防回火塞堵塞情况，避免因堵塞造成气体流量，影响预热效果。如发现堵塞后拆去防回火塞，则应适当缩短预热时间。（防回火塞是易损件，应及时更换）。9.预热结束：（1）关闭氧气、丙烷阀门，关掉钢瓶。（2）将预热后的分流塞放入砂模顶部的入口处，用钢丝刷把轻敲之。八、焊药的准备预热～浇注的时间应小于30秒，因此，在预热的同时，应准备焊药。1.检查组件齐全、干燥。（1）坩锅及坩锅盖干净，无破损及裂缝、裂纹。（2）自熔塞安全地位于底部中央位置。（3）焊药的包装袋是密封及干燥的。如有结块或包破损应扔掉。2.焊药：旋转地倒入坩锅中，顶面成锥面。3.高温火柴：斜插入，和锥面平行，插入深度25mm。4.焊药标签贴在记录本上。九、浇注铝热焊焊缝探伤工艺武汉铁路局探伤管理组-9-1.点火时间：预热后越快越好。预热～浇注的时间应小于30秒。2.点火深度：高温火柴插入深度25mm，太浅或太深均影响反应过慢或过快。3.计时：从浇注后砂模中流出最后一滴钢水（熔渣）时，开始按秒表计时，一直到焊接结束。浇注反应的时间一般为22±2秒。4.堵漏：两人手拿堵漏棒，一旦发生钢水泄漏现象，及时堵住。如堵不住，一旦漏出，应立即离开现场。5.注意：一次性坩锅应放置时应稍作转动，居中放置。十、拆模及推瘤1.拆模：（1）浇注结束后5分钟可以拆模，可稍推迟10～20秒，不得提前。避免热焊头在冷却过程中提前受力，影响强度。（2）拆模过早：会影响冷却过程，造成脆性焊头，影响强度。拆模过晚：难以清除多余焊料，影响推瘤。（3）废渣盘不要漏出、不要倒在水中、不要放在轨枕上；未冷却前不要倒入弃渣坑中。（4）顶部砂模推掉后，用钢丝刷快速清理轨顶面的封箱泥，避免随推瘤刀头一起进入焊缝内，形成夹渣或夹砂。2.推瘤：（1）浇注结束后6.5分钟可以推瘤，可稍推迟20～50秒，不得提前。避免热焊头在冷却过程中提前受力，影响强度。武汉铁路局探伤管理组铝热焊焊缝探伤工艺-10-（2）推瘤过早：会造成热拉伤，轨头侧面发生细小裂纹，如不及时处理，会延伸到焊头里面，造成隐患。推瘤过晚：损坏刀头，推不动。（3）注意：推瘤机刀头的调整，应距轨面及侧面1.5～2mm。防止刀头栽头，避免造成焊头热拉伤。3.用热切凿和大锤将大、小钢柱折弯，以不影响热打磨。同时，在大钢柱底部用热切凿或砂轮切一个口子，便于冷却后好打掉大、小钢柱。十一、热打磨－粗磨1.热打磨时间：正常情况：推瘤以后立即进行。当气温（轨温）低于15℃时，应在推瘤后加保温罩至少10分钟再进行热打磨，防止焊头骤冷，金相组织产生马氏体组织，使焊头脆断。2.精度：1mm，留有余量，冷打磨再打平。3.打磨顺序：内侧顶面、内侧圆角、内侧面；外侧顶面、外侧圆角、外侧面。见光盘的图。4.在浇注后10～15分钟热打磨最好。打磨不要过快过猛，使表面过脆，避免发兰。5.浇注结束后15分钟可以拆除对正架及楔子。6.浇注结束后30分钟（轨温降到370℃以下时），可以过车，同时拆除起道机及拉伸器等设备。以上两点非常重要，否则会造成焊头在冷却过程中提前受力，降低焊头的强度，而导致焊头断裂！铝热焊焊缝探伤工艺武汉铁路局探伤管理组-11-十二、冷打磨－精磨（放光盘第十二部分）1.冷打磨时间：浇注一小时以后或过车30分钟后（轨温降到90℃以下时）进行。打磨不要过快过猛，使表面过脆，避免发兰。2.精度：用一M直尺检查，高0.25mm、低0mm。十三、收尾工作（放光盘第十三部分）1.紧固扣件。2.捣固焊头两侧的轨枕。3.清理废料。4.作焊接报告。备注：关于焊道焊肋的打磨：为了提高焊头的承载能力，法国铝热焊在焊头周边设计了焊肋。其作用是提高焊头的截面惯性矩，起加强作用，提高焊头的强度。对轨腰及轨底坡处的焊肋，则一定不能打磨，否则焊头的加强作用完全丧失。对轨底底部的加强焊肋，现场一般不用打磨掉。只是在焊头要求送检做型式检验的疲劳强度试验时，可以将底部的焊肋打磨至与轨底平齐，这样可以消除该处的截面变化，避免了截面变化处的应力集中，可以提高疲劳强度值。武汉铁路局探伤管理组铝热焊焊缝探伤工艺-12-铝热焊焊缝探伤工艺武汉铁路局探伤管理组-13-第二章铝热焊的常见缺陷及伤损铝热焊是一种铸造组织，其常见缺陷为：缩孔和疏松、气孔、夹渣、夹砂、热裂、未焊合、螺孔裂纹等。现将主要缺陷的定义及原因进行介绍。一、缩孔和疏松1.缩孔(1)缺陷定义及形成：浇铸过程中，在温度最高、最后凝固的部位，由于体积收缩后得不到外来钢水的补缩，而形成集中孔穴称为缩孔。高温钢水在冷却及凝固过程中，有体积收缩（液态收缩）是形成缩孔的主要原因。2.疏松细小而不连贯的缩