鐵路鋪軌工程中的鋁熱焊施工

盧鋮昀

(中國土木工程集團有限公司，北京100038)

鋁熱焊反應是一種氧化還原反應。在高溫條件下，鋁熱劑中的鋁粉與鐵的氧化物發生化學反應，將鐵還原出來，并釋放大量熱。鋁熱反應產生的高溫液態金屬填充焊接接頭，同時也將熔化待焊鋼軌表面，冷卻凝固后完成焊接過程。

1 鋁熱焊施工工藝流程

鋁熱焊施工過程可以分為:焊前準備、鋁熱焊焊接、焊后檢測及收尾清理工作。具體施工流程參見圖1。

圖1 鋁熱焊施工工藝流程

2 鋁熱焊前期準備

鋁熱焊的前期準備分為三部分，即人員配備、材料準備和機械設備。由于不同的工程項目，施工進度要求不同，所以需要準備的人員、材料及機械會相應不同。以阿爾及利亞94km鐵路更新項目為例，每天工程進度為450m，涉及的軌排為25排，焊頭為50個，滿足進度的前期準備分為以下三個方面。

2.1 人員配備

人員配備可分為以下幾組:對軌小組、焊接小組、打磨小組、螺栓松緊組及檢查小組。具體組數和人數見表1。

表1 鋁熱焊人員配備統計表

2.2 材料準備

鋁熱焊劑、砂模、模具架、坩堝、渣盤、封箱泥、秒表、氧氣、乙炔、高溫火柴等。

2.3 機械設備

螺栓扭動機2臺、打磨機2臺、鋸軌機1臺、起軌器4臺、整體式對軌器1臺、液壓鋼軌拉伸器(包油泵)1臺、雙向手動液壓推瘤機1臺、打磨機2臺、超聲波探傷儀1臺、撬杠10根、1m直尺1把。

3 鋁熱焊施工要點

3.1 焊前準備

在鋁熱焊之前，需要檢查的有:機具是否完好;所選鋁熱劑是否與現有鋼軌一致;鋁熱劑是否受潮;封箱泥濕度是否適宜;氧氣乙炔是否準備就緒。需要控制的有:擰緊焊頭前后15m范圍內鋼軌兩側的扣件;去掉焊頭前后5根軌枕的扣件及墊板;焊頭鋼軌距離軌枕或道碴至少100mm。

3.2 對正鋼軌

對正鋼軌是通過調整鋼軌的水平位置和豎向高度，使鋼軌水平對正和垂直對正，水平軌縫間距為23～27mm，豎向高差控制在1.6mm以內。

3.3 安裝砂模

待鋼軌對正完畢后安裝砂模。將兩側的砂模在鋼軌上輕輕摩擦，使其結合緊密。安裝帶有底砂模的底板，使其與軌縫保持垂直居中。上緊固定螺栓，再用焊工直尺最后一遍檢查鋼軌的對正。最后，將鋁熱焊專用的封箱泥均勻地抹在砂模與鋼軌接觸的各縫隙中。

3.4 接頭焊接

接頭焊接可以分為預熱、澆筑、拆模、除瘤、焊縫打磨五個步驟。

3.4.1 預熱

將預熱器放在預先定位好的預熱支架上，并將預熱器在砂模中迅速居中定位，火焰調節好后，立刻按下秒表計時。加熱6min后，將分流塞放在砂模邊緣上進行加熱，溫度預計達到920℃～1 000℃。在規定的時間結束之后，撤走預熱器，預熱完成。

3.4.2 澆筑

預熱完畢后，將分流塞放入頂部的入口內，將一次性坩堝放置在砂模的正中央，點燃高溫火柴，燃燒焊劑。由自熔塞自動進行澆筑，至廢渣停止流動，按下秒表開始計時。

3.4.3 拆模

當澆筑完畢5min后進行拆模。移走渣盤及一次性坩堝，拆掉砂模夾具、夾板及金屬底板，用熱切除鑿刮去焊頭的頂部，除掉溢出的焊料，將鋼軌表面已烤干的封箱泥和鋁熱焊反應產生的鋼渣進行清理。

3.4.4 除瘤

澆筑完畢6.5min后進行除瘤，采用雙向手動液壓推瘤機除瘤，方向與鋼軌縱向相同，最低處嚴禁凹入鋼軌表面，留茬高度超出原軌表面1～3mm。將多余的焊料切除掉，將軌底處冒出的焊料清除，以便于打磨。

3.4.5 打磨

焊縫打磨采用專用鋼軌仿形打磨機，對軌頂、鋼軌工作面、軌底、兩軌底角進行打磨。打磨時，砂輪沿鋼軌長度方向運動，嚴禁垂直鋼軌長度方向打磨。當焊料頂部表面打磨至距軌面1mm左右時，將鋼軌頭部兩側與軌面過渡的圓弧處打磨至與既有鋼軌齊平，將鋼軌的內外側打磨至與既有鋼軌齊平。澆筑15min后去掉對正架，澆筑30min后去掉起軌器，澆筑完畢1h后進行焊縫冷打磨，目測尖點(垂直對正)，對鋼軌表面進行冷打磨使其整體平齊。

3.5 質量驗收和貼標簽

鋼軌焊頭采用超聲波探傷儀對焊縫進行內部質量檢測合格后，采用1m直尺、精密塞尺進行外觀質量檢測，有缺陷的焊頭及時處理。驗收合格的，貼上焊藥標簽，并詳細填寫焊縫探傷記錄、質量檢驗記錄。

3.6 收尾工作

每處焊接完畢后，回收機械設備和工器具，移往下一焊接地點繼續施工，并將施工現場清理干凈。

4 鋁熱焊施工中注意事項

鋁熱焊施工中，值得注意的事項有:施工中相關數值控制、施工中預熱控制、施工人員崗前培訓質量控制等。

4.1 施工中相關數值控制

鋁熱焊施工中，需要重點控制的數值:軌縫間距、溫度和時間，具體數值參見表2。

表2 鋁熱焊施工中需要控制的數值表

4.2 施工中預熱控制

在施工中，預熱是鋁熱焊接工藝中最為關鍵的一個步驟。預熱過度或預熱不足，就會產生鋼軌過燒或氧化物等缺陷。為了保證預熱效果，可采取兩個措施:一是預熱前先將軌底加熱30～40s;二是反應完后拆模時暫不拆底板，延長底板停留時間，以最大限度地保持軌底的溫度。

此外，氣溫較低時，氧氣和液化氣不易揮發，出氣不夠順暢，會影響預熱效果。因此，低溫焊接時必須對氧氣和液化氣進行保溫;現場焊接遇刮風時應搭設帳篷，以保證預熱溫度。

4.3 施工人員崗前培訓質量控制

鋁熱焊的施工人員應進行崗前培訓，并應加強管理和控制培訓質量，從而提高從業人員的素質，以保證培訓人員熟練掌握鋁熱焊施工程序和操作要點，在施工中嚴格按照工藝操作，確保焊接質量。同時，對培訓人員應加強文明施工、安全施工等方面的知識教育。培訓結束后，只有取得鋁熱焊特種施工作業合格證的人員方可持證上崗施工。

5 小結

鋁熱焊因其施工準備時間短、設備簡單、移動便捷、操作簡便等特點，在阿爾及利亞鐵路鋪軌工程中廣泛應用。本文通過對鋁熱焊施工中鋼軌間距、預熱溫度、加熱時間等控制要點的探討和分析，強調現場施工質量控制的關鍵點。

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