2014 年 2 月上
科技创新 建筑工程技术与设计
道岔铝热焊质量控制及缺陷原因分析
（中铁三局线桥公司河北三河 065200）
【摘要】本文介绍德国斯密特铝热焊的工艺，并对实际生产过 程中的铝热焊缺陷进行分析，采取有效的施工技术和方法进行道 岔铝热焊质量控制，保证铝热焊焊接质量。 【关键词】铝热焊；焊接工艺；质量控制；焊接缺陷分析；
Abstract：in this article we make an introduction about the technology of Germany thermite welding of rail ，and analyse the defects of thermite aluminothermic welding in the actual production process ，take effective methods and technology to control the quality of the aluminothermic welding in turnout and ensure the quality of aluminothermic welding．Key words: aluminothermic welding ；welding technology； quality control ；welding defects analysis
铝热焊是目前国内外无缝道岔焊接联合接头的主要方法，具有设备简单、操作方便、适宜在线路上进行焊接等优点。我单位 对防城港北站 26 副道岔进行了焊接，铝热焊焊头数 300 余个，采用德国斯密特铝热焊工艺施工。通过统计, 发现有 8 个焊头存在 质量问题需要处理 , 通过对焊接过程的分析 , 查找缺陷原因，确定 施工过程中的问题 , 寻求进一步提高铝热焊接头质量和合格率的方法。 1. 铝热焊原理
铝热焊是用化学反应热作为热源的焊接方法。焊接时，预先把待焊的两工件的端头固定在铸型内，然后把铝粉和氧化铁粉混合物（称铝热剂）放在坩埚内加热，使之发生还原放热反应，成 为铁和熔渣 ( 主要为 Al2O3)，注入铸型。铁水流入接头空隙，熔渣则浮在表面上。为了调整熔液温度和焊缝金属化学成分，常在铝热剂中加入适量的添加剂和合金。 2. 道岔铝热焊焊接顺序 1) 先岔内 , 后岔外；
2) 岔内焊接顺序 : 先直股 , 后曲股；先基本轨 , 后尖轨；
3) 道岔前后顺序 : 先岔前 , 再岔后；先直股 , 后曲股。示意图如下： 3．铝热焊焊接缺陷及其原因分析
2012 年 12 月，通过对防城港北站的高速道岔铝热焊接头的质量统计，发现有 8 个焊头存在缺陷：热裂问题的焊头 2 个、夹渣或夹砂严重的焊头 3 个、气孔问题的焊头 3 个。现将主要缺陷及原因进行介绍。
一、缩孔和疏松
1) 缩孔 高温钢水在冷却及凝固过程中，有体积收缩是形成缩孔的主要原因。
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2) 疏松 细小而不连贯的缩孔，比较均匀地分布在焊缝的局部范围内称为疏松，其内表面是不光滑的，疏松导致焊缝组织不致密现象。 缩孔一般易发生在焊缝中心处的轨腰及轨底中央三角区等部位。 原因分折： ⑴预热时间过长；
⑵局部高温，有过热现象，特别是轨腰及轨底角部分有局部 过热现象； ⑶预热枪或砂模装偏，位置不居中，形成一侧过热现象。
二、气孔
气孔是铝热焊铸造组织中最常见的缺陷之一。气孔是焊缝在凝固过程中产生和放出气体所形成，气孔表面是光滑的，一般呈圆形。
原因分析：⑴焊剂受潮，焊剂中带有水分，在铝热反应时，高温下水份 分解在焊缝中产生气体；
铝热焊工艺流程图
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⑵封箱泥过多、过湿或砂模潮湿。砂型或封箱泥中的气体不能及时的排出，容易在轨底两角产生气孔。 ⑶预热温度过低，钢水凝固使气体不易排出，在轨底两角产生气孔； ⑷预热到浇注前时间超过 30 秒，使预热后温度降低，在轨底两角产生气孔； ⑸镇静时间不够，或铝热反应不充分，浇入砂型后继续作用形成气孔。 三、夹渣
夹渣是铝热焊铸造组织中常见的缺陷之一。夹渣的形成是由于熔渣进入焊缝而造成。如未能全部熔化的金属块或混入钢中的其他金属：在进行铝热反应中，熔渣未及时上浮而进入型腔，粘附在钢轨表面被凝固，形成夹渣。 原因分析： ⑴焊缝断面不清洁，有金属渣屑等： ⑵装砂模后未覆盖型腔口，使杂质进入砂模：
⑶轨缝过大、砂箱不密贴或产生“跑铁”现象，钢水量不够， 使熔渣不能完全排出，进入型腔，最容易在轨顶部位产生夹渣；
⑷镇静时间不够，反应未完成就浇注，在型腔内继续反应生 成熔渣，由于凝固块，熔渣来不及浮出就形成夹渣。 四、夹砂
夹砂的形成是由于型砂进入焊缝而造成。如：砂型及其耐火材料的碎屑、一次性坩埚的夹砂物氧化铝与硫化锰的混合物等进入焊缝。
原因分析 : ⑴砂型清洁度差，在磨合后未用毛刷清除浮砂。 ⑵有碎屑进入型腔中。 ⑶砂箱一次没有扣准，在移动时砂型挤坏掉入型腔内： ⑷由于过热，使砂型中的砂子变成玻璃状，挤入熔合区。
五、热裂
在焊头凝固过程中，稍低于其凝固点的一定温度范围内，强度较低，由于产生了收缩应力或受到外力超过强度极限时，就会 产生裂纹或断裂。 原因分析： 热裂对焊头质量影响大，会造成断轨。
⑴焊接过程中焊缝两端钢轨有移动，存在较大的拉应力； ⑵过早拆箱，焊头提前受力，特别在低温时，焊缝由于受到激冷，加快收缩，加大了收缩应力，在高温区形成热裂； ⑶提前推瘤，焊头提前受力，同时在焊接表面出现热裂纹； ⑷焊头在冷却过程中，未完全凝固时受到外力的锤击。 六、未焊合
在焊接后，原来待焊的两个钢轨端面上仍有未熔化的区域，称为未焊合。未焊合缺陷一般多发生在轨头，有时也会发生在轨底。
原因分析：⑴预热温度过低，铝热焊所放出的热量不足以使轨端熔化； ⑵预热时间不足或氧
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气、丙烷压力不足； ⑶轨端处理不好，在轨端产生了一个脆弱的氧化层，造成熔合不好。 ⑷砂箱或预热枪装偏、不居中，造成一侧预热不足。⑸轨缝太小。焊缝内的热容量较小，在没有将钢轨端部完全 熔化就已冷却，造成未焊合。⑹轨端用氧气切割过，未用锯轨机切割，端面不平整； ⑺焊接中砂箱“跑铁”。 七、粗晶
在焊头的金相组织的方面，部分或全部断面上的晶粒粗大或不均匀，称为粗晶。粗晶粒会影响焊头的疲劳强度及韧性，增加 焊头的脆性。
原因分析： ⑴焊头冷却速度过快，是造成粗晶的主要原因； ⑵焊头提前受力，加速了粗晶焊头的脆断。 4．质量控制措施
针对出现的问题，我们采取如下措施提高焊接质量：
1) 焊接时考虑温度变化，温度变化直接关系到焊缝大小，对 焊接质量有一定的影响，必要时考虑采用钢轨拉伸器调节焊前轨 缝大小，轨缝一般控制在 27-30mm。
2) 对轨端进行打磨作业，消除钢轨端面不平和钢轨端面与纵 轴线不垂直的偏差，偏差控制在 1mm 内。另外，对于待焊焊缝钢 轨轨底应用钢丝刷除去轨底的水泥或残土，打磨长度与轨腰打磨 长度一致（10cm），保证底模安装时能密贴钢轨。
3) 钢轨一侧端头过高（错牙 >5mm）并且抬高低侧钢轨造成 拱度过大时 , 要使用起道器将较高的钢轨端头一端降低，起道器 要放在离该端 6-7m 处，然后使用对轨架和斜铁将接头调整到预设 起拱量，对轨完成后应对施工工点进行防护，防止人员触动钢轨 影响拱度。
4) 封箱前，应对砂模进行检查，出现破损可能导致钢水泄漏 的砂模应弃置不用；另外，受潮的砂模也不得使用；对砂模应进 行清理，清除砂模内的残渣，以免残渣在浇铸后形成大面积的夹砂。
5) 预热前，应检查氧气和丙烷的压力能否达到要求，不达标 时应进行更换。在寒冷条件下，对氧气瓶、丙烷气瓶和仪表采取 保温措施，以保证预热火焰稳定正常。
6) 岔区铝热焊接时，对于邻近施工点的钢轨需进行防护，防 止焊接时的铝热反应过于剧烈而造成钢水迸溅造成钢轨损伤。
7) 对于高速道岔的铝热焊接头，必须严格控制接头处工作面 和轨顶面的平直度，实行自检、互检、专检的质量检查制度。 5．结语
对于铝热焊接，必须执行作业人员持证上岗，严格按照施工作业标准和技术指标进行操作，在正式上线施工前要做好型式试 验，并做好焊接质量的跟踪调查分析，针对特殊条件
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调整铝热焊 焊接工艺，确保铝热焊焊接质量。另外，铝热焊主要依赖人工操作， 必须减少人的因素对焊接质量的影响，因此要加强人员的管理和 培训，保证作业队伍的质量水平，减少铝热焊接头的缺陷率。 参考文献
[1]TB/T1632—1991、TB/T1632.3—2005 钢轨焊接第 3 部分： 铝热焊接 中华人民共和国铁道行业标准
[2] 上海铁路局编 . 钢轨焊接工 . 北京 : 中国铁道出版社 ,2000
道岔铝热焊质量控制及缺陷原因分析
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
徐锐， 魏习
中铁三局线桥公司 河北三河 065200 建筑工程技术与设计
Architectural Engineering Technology and Besign 2014(4)
参考文献(2条)
1.钢轨焊接第3部分:铝热焊接中华人民共和国铁道行业标准
2.上海铁路局 HYPERLINK \jzgcjsysj201404511^2.aspx\钢轨焊接工 2000
引用本文格式：徐锐.魏习 HYPERLINK
\道岔铝热焊质量控制及缺陷原因分析[期刊论文]-建筑工程技术与设计 2014(4)