齐齐哈尔工务段 黑龙江齐齐哈尔 161000
摘要：本文通过对钢轨铝热焊插入焊接施工进行了研究和分析，首先对技术要求、主要设备、施工组织等方面进行了简要介绍；然后对作业程序和工艺要求等进行了着重阐述；最后对质量和注意事项等提出了要求。
关键词：铝热焊；作业程序；工艺要求；注意事项
1 技术要求
1.1 焊接用钢轨
用于铝热焊接的热轧钢轨应符合TB∕T2344-2003的规定。
用于铝热焊接的热处理钢轨应符合TB∕T2635-2004的规定。
1.2 焊接材料
铝热焊剂及砂模应适用于待焊钢轨类型，包装上的标识便于识别，焊剂应密封包装。坩埚应能实现铝热钢水自动浇铸。
1.3 工艺要求
钢轨铝热焊工艺应按供应商提供的工艺手册执行。
2 铝热焊主要设备和机具
1.施工主要材料：焊剂、坩埚、砂型、封箱砂、氧气、丙烷等。
2.主要施工运输工具：汽车2台，其中两台运输料具，两台运输人；轨道车两个头和两个平板联结。
3.主要施工机械：锯轨机2台，仿型打磨机2台，发电机2台，角磨机2台、涂油机1台，推瘤机1台。
4.主要施工工具和仪器：翻轨器6根、齿条式压机2台、氧气表总成2个、丙烷表总成2个等。
3 施工组织
3.1 施工人员组成
由工长1人，拆除钢轨和恢复钢轨、锯轨、除锈等5人，焊接操作人员4人，探伤工1人，防护人员5人，机动车司机1人，共计17人组成的焊接组。
4 作业程序和工艺要求
4.1轨端锯轨作业
1.用锯轨机按照先前画好的标记将线上钢轨一端锯断，然后再根据线下钢轨长度和焊缝的长度，复核线上需要锯断钢轨的长度，复核无误后方准锯钢轨的另一端，保证端头直角垂直公差不大于0.15mm。
2. 如果轨温较高，不能使用锯轨机锯轨，必须使用气焊割断钢轨，气焊割的位置应在接头1米左右，气焊割钢轨时应斜着割或割成V型，以利于钢轨拨出。
3.拨出线上钢轨，拨入需要焊接的钢轨，以轨底处为基准，控制焊缝为28mm（+2mm，-1mm），锁定两焊缝之间距离焊缝第八根轨枕上的扣件，这时所有线路人员远离被焊接的钢轨，防止人为的使钢轨位移，造成对轨时间加长，延误天窗时间。
4.气温急剧变化时必须使用拉伸机锁定钢轨，然后进行焊接操作。
4.2 轨端除锈去污作业：
在距轨端50mm范围内，用角磨机安装钢丝轮对焊接钢轨的断面、轨头、轨腰、轨底进行清污除锈，随后用安装了砂轮的角磨机打磨，要注意轨底打磨要彻底。
4.3 轨端干燥作业
当空气的湿度超过40%，在需要对焊缝两侧0.5米范围内的钢轨进行加热干燥，充分除去钢轨表面的水分.
4.4 对轨作业
1.水平调整：用1米直尺检查焊缝两端工作边和轨腰是否平直。如果有偏差，用对轨架进行调节。
2.尖点调整（垂直调整）：将1米直尺放在焊缝两端钢轨轨面，用对轨架对轨端的高度进行调节，使直尺的端部与钢轨顶面之间的间隙（即尖点值）在1.8～2.3mm之间（为了控制打磨后轨面的高低，尖点值尽量控制在2.1～2.3mm）。
3．在钢轨轨头、轨腰、轨底检查钢轨端头水平对正，是否向内、向外，应在同一直线上。
4．钢轨的轨头、轨腰或轨底宽窄不一致时，将两端钢轨按工作边对齐。钢轨高低不一样（小于3mm），应对上不对下，差异在轨底解决。
5．反复调整及检查轨缝、尖点、水平、倾斜直至达到标准为止。
4.5砂型安装作业
1.安装砂型时一定要使浇注孔对准焊缝中心，并与轨底垂直，确保焊缝两端钢轨特别是轨底预热均匀；
2.安装底模一定要前后、左右队中，并且要紧贴轨底，砂模底板安装定位后，必须进行二次对轨，以符合水平和尖点是否有扰动，如有扰动需要进行再次的调整；
3.第一片砂型安装完毕后，在轨头处放置白卡纸并赛紧缝隙，然后合上第二片砂型。放置时，白卡纸必须露出侧模板；
4.锁紧夹具；
5．检测砂型与轨腰的贴合，确保贴合紧密没有间隙，防止焊接后产生飞边；
6．砂型安装完毕后，要盖上砂模顶部，防止杂物落入砂型内，造成焊接后出现夹渣伤损；
4.6封箱作业
1.首先对轨底、轨头处缝隙用封箱砂赛紧压实，然后整体封箱，用捣实棒将所有的缝隙捣紧捣实；
2.在砂型顶端和两侧模板之间，要用封箱砂填满凹槽处，防止浇注时钢水从两砂型之间的侧缝出淌出；
3.将侧模板顶端的边耳，覆盖封箱砂以保护侧模板；
4.将灰渣盘安装在侧模板的挂壁上，要挂稳挂牢。
4.7预热枪安装作业
1.预热枪支座应安装在上风方向，避免逆风安装导致火焰灼伤预热系统；
2.预热枪嘴距离轨面高度为40mm，对钢轨中心线居中。
4.8 预热作业
1.在燃烧器上，将氧气和丙烷两个总阀门完全打开，慢慢地把丙烷和氧气瓶松到底，低压归零，顺时针使用调节器增大压力，直到丙烷工作压力为1.2 Mpa，氧气工作压力为4.5MPa，关闭燃烧器阀门。
2.在砂模外，快速打开燃烧器的丙烷阀门，点燃火焰并把阀门稍许开大些，慢慢打开燃烧器上的氧气阀门。
3.继续打开两个阀门，直到燃烧器上的丙烷阀门完全打开，并且氧气阀门也被部分打开，使得燃烧器端头的火焰得到15-20mm长的中性火焰心。
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4.燃烧器放在预先已定好位的支架上，迅速地将燃烧器放置于砂模和间隙的中央并且固定好。火焰应该稳定地从砂模中冒出来，并且两侧均匀对称，大约半米高低。
5.稍关闭氧气阀门，声音发生变化时，再慢慢打开约1／3圈，到声音柔和时，按下秒表开始计时，预热时间为3.5-4.5分钟。
6.不间断注视预热过程，预热结束后，将燃烧器从砂模中撤出，钢轨中间及轨头应颜色发红。
7.预热时将分流塞一起预热，如预热已正确完成，先关闭氧气阀门，再关掉丙烷阀门。
8.如果钢轨温度低于15℃，必须在预热开始前或在预热过程中，用涡轮式焊枪（或预热枪）将钢轨加热至37℃。加热范围是砂模两侧各1米的范围内。
9.整个预热过程中，轨腰的受热颜色有变化，预热完成后，轨腰的温度为950℃～1000℃，这时的颜色为亮黄色；
10.预热完毕后，撤除预热枪，先关闭燃气阀门，后关闭氧气阀门。
4.9 坩埚安装和焊接浇注作业
1.检查坩埚和焊药包装的完好性，坩埚破损、焊药破包或受潮不能使用。
2.打开焊药包，将焊药旋转着倒入一次性坩埚内，使焊药重新混合。将点火引信插入焊药内约25mm并盖上坩埚盖。
3.预热结束后，移开喷嘴，将分流塞推入顶部的入口内。
4.预热完成后，立即将坩埚安置在砂型侧模板顶部的定位片内，取出坩埚内的高温火柴，将其点燃，然后将高温火柴头三分之二长度插入焊剂内将焊剂点燃，迅速盖上坩埚盖，所有人员撤离3米以外的安全距离。
5.安排两人手持堵漏棒站立两旁，以防钢水泄漏。
6.当废渣停止流出时，按下秒表计时。
4.10 拆模作业
1.浇注完成后一分钟，移去坩埚，然后移去废渣盘和一次性坩埚，拿掉砂模夹具、模套及底托盘；
2.浇注完成后四分三十秒，拆除侧模板和底板；
4.11 推瘤作业
1.浇注结束7分钟30秒后，推掉焊头顶部的砂型并用铁锹装走，扔进废渣坑里，除掉轨顶面的封箱泥，避免随着推瘤刀头进入热焊头内。
2.在浇注结束7分钟40秒后，用推瘤机开始推瘤。
3.推瘤结束后，将推瘤机从轨上移走。
4.推瘤完成后，将浇注棒向外侧下方扳弯曲，便于下一步进行热打磨；
5.如果气温低于15℃，或风特别大，或雨特别大，则在推瘤后应立即用保温箱或保温罩将焊头盖起来，时间至少为10分钟，之后才能进行打磨。
6.浇注完毕三十分钟后，才能打掉浇注棒。
4.12 打磨作业
1.推瘤完成后，可以立即进行粗略的热打磨；
2.检查是否有影响打磨的障碍物；
3.将打磨机放在轨上，启动发动机时，操作人员必须在油箱的对面，顺时针转动手轮下方砂轮。
4.打磨机沿钢轨左右移动并逐步放下砂轮，打磨至焊头轨面处焊料凸出钢轨表面高度1.0mm左右。将钢轨头部两侧打磨至和既有钢轨平齐，将钢轨内外侧打磨至和既有线路平齐。
5.打磨时操作人员须与钢轨保持一定距离。
6.钢轨焊缝温度降到90℃以下（不允许用水进行冷却），打磨机重新就位，对钢轨表面进行冷打磨。
7.冷打磨后，焊接接头整体平顺。用一米直尺检查顶面公差凸出在0～0.2mm范围内和钢轨工作边公差凸出在-0.2mm～0.3mm范围内；
8.冷打磨后，轨面不能有蓝斑产生；
9.轨底凸出小钢柱表面磨平（轨腰处加强筋严禁进行打磨）；
10.焊缝处夹皮及模砂清理干净。
4.13 整理作业
1.上好焊头两边轨枕上扣件，以及其它需要紧固的扣件。
2.填上废渣处理洞。
3.收拾好焊接机具。
4.在距焊头1米处，用油漆在钢轨上漏上日期、轨温、焊接负责人，并认真填写焊接记录报告。
5 质量检查验收
1.焊接部位应打磨平直与未焊接部分应过度平顺，用10米弦线测量，钢轨变形，焊缝处不大于4mm。
2.轨头工作面1m长度平直度允许的最大偏差应符合：
1）轨顶面垂直方向最大偏差0～0.4mm（不允许低于钢轨母材轨顶基准面），轨头侧面工作边水平方向最大偏差0～0.2mm。
3．轨温降到50℃以下时，用焊缝探伤仪进行超声波探伤，不得有超限的伤波，有伤焊头应切除重焊。封锁时间内不能重焊的，先进行加固处理，待有施工方案时再进行焊接。
4．焊接部位不低于未焊接部位。
5．经打磨后的焊接接头轨头部位应满足：
1）不应出现裂纹。
2）可出现1 个最大尺寸为1mm的气孔。
3）在轨头下颚与焊筋边缘交界处半径为2mm的区域内，可出现1个最大尺寸为1mm的气孔、夹渣或夹砂。
6．焊接接头焊筋表面应满足：
1）最多可出现3 个最大尺寸不超过2mm的气孔。
2）焊筋表面夹渣或夹砂等缺陷的尺寸应符合：缺陷面积≤10mm2，缺陷深度≤3mm；缺陷面积≤15mm2，缺陷深度≤2mm；缺陷面积≤20mm2，缺陷深度≤1mm。这些缺陷不应侵入钢轨的横断面内。
6 安全注意事项
1.氧气瓶和燃气瓶（乙炔瓶或丙烷瓶）的距离不小于5米的安全距离，距离明火的安全距离不小于10米。
2.高温火柴与焊剂在运输和存贮过程中必须分开，绝对不能将高温火柴放在衣袋中。
3.焊剂、砂型及坩埚要防雨、防潮。
4.预热时，观察预热效果应戴护目镜，墨镜镜片界别为5级。
5.在焊剂反应与钢水浇注期间，所有人员应距离坩埚3米以外，观察者戴护目镜。
6.在隧道内和通风不良处所施工，必须使用乙炔做燃气。
7.丙烷瓶和乙炔瓶必须在直立状态下使用。
8.锯轨、打磨时，操作者必须穿戴防护用品。
9.预热枪在点火、调节火焰和带火移动时，应举高枪口并使火焰斜向无物的上空，防止火焰灼伤人和物品。
10.砂模应完好，防止砂模破损伤人。
11.废渣盘应远离焊头，平放在干燥处，禁止将其放在轨枕上，防止人踏烫伤。
12.一次性坩锅应放入废弃土坑中，防止烫伤。
13.锯轨机、砂轮机的防护罩、砂轮片应完好，防止锯片、砂轮破损飞出伤人。
14.焊接范围内不应有易燃物及水渍，操持地面干燥，防止高热弃物引起爆炸及火灾。
结束语：在钢轨铝热焊接施工中，施工焊接质量与施工各个环节息息相关，我们要严格按照要求规范操作，要不断总结经验，优化施工措施，达到高效、优质、安全的完成施工焊接任务。
参考文献
[1]付廷龙、刘丰、王凤筠、赵洪宇，《钢轨铝热焊接作业标准》。哈尔滨铁路局。
[2]《钢轨铝热焊操作规程》。德国施密特公司。
论文作者:于海涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：钢轨论文; 作业论文; 砂型论文; 坩埚论文; 封箱论文; 丙烷论文; 焊剂论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;