低溫鋁熱焊焊接工序控制及保溫措施效果分析

駱永春/蘭州鐵路局蘭州工務機械段

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低溫鋁熱焊焊接工序控制及保溫措施效果分析

駱永春/蘭州鐵路局蘭州工務機械段

【摘 要】本文以鋼軌鋁熱焊焊接工藝要點為主線，重點介紹了低溫環境下鋁熱焊焊接焊頭質量控制的一些具體管控措施。通過對焊頭所采取不同的保溫措施效果進行調研分析，提出了切實可行的見解。

【關鍵詞】鋁熱焊；低溫環境；工序控制；保溫措施

1.引言

當環境溫度低于15℃時，稱為低溫焊接。低溫焊接時，除按常溫條件下工藝規定的控制措施執行焊接后，還需對相應的工序進行控制與參數調整，以提高鋁熱焊焊接質量。低溫環境下，會遇到焊頭冷卻過快的危險。必須對焊頭采取有效的保溫措施，確保焊頭高溫組織在保溫狀態下充分轉變。

2.低溫鋁熱焊接工序控制措施

2.1對軌工序控制

低溫環境下，待焊鋼軌軌端對正，是在鋼軌強迫拉伸狀態下進行的，其控制措施有:

(1)用軌縫儀控制軌縫。以軌腳處為基準，控制軌縫寬度為28 （±2）mm。

(2)水平調整：用一米直尺分別檢查焊縫兩端鋼軌軌頭、軌腰、軌底是否平直。軌頭側面以行車面為基準進行調整。

(3)尖點調整：將一米直尺自由放置在軌頂，使其中點與焊縫中點相重合，用對軌架或者鋼楔子對軌端高度進行調節，使直尺的兩個端部與軌頂之間的間隙（即尖點值）控制在1.8～2.3mm。（焊接端面打磨后再確定調整尖點確切的高度）

2.2預加熱工序控制

預熱是鋁熱焊焊接過程中的一個重要工序，低溫環境下，鋼軌的冷卻速度快，傳導熱快。軌溫越低，其過冷度越大。鋁熱焊接質量越難保證。要穩定焊接質量，就需對待焊鋼軌及砂型預加熱，削弱鋼軌的傳導熱與冷卻速度。其控制措施有:

(1)氣溫低時丙烷氣的壓力較低，氣瓶的溫度也很低，很難達到1.2Bar的壓力。因此寒冷天氣焊接時，有必要使用電熱罩或其他措施(燒水/加熱)來給氣瓶加熱，以保證丙烷氣體的壓力及流量。

(2)氧氣表及燃氣表需要用熱水澆注，防止氣體流出后回火閥結冰。

(3)待焊鋼軌兩端各1m范圍內要進行加熱，不同氣溫條件下鋼軌需要加熱至37°C以上。

(4)鋼軌預熱時，加熱溫度應使鋼軌的中間及軌頭顏色發紅，一般控制在900℃左右。并使用5°偏光鏡確認鋼軌全斷面呈金紅色金屬面。

2.3焊頭保溫工序控制

在低溫環境下，會遇到焊頭冷卻過快的危險。因此除按常溫條件下工藝規定的控制措施執行焊接后，還必須嚴格控制拆模與推瘤時間，并對焊頭采取有效的保溫措施。確保焊頭高溫組織在保溫狀態下充分轉變。其措施有:

(1)低溫環境下，為防止焊頭降溫過快，確保焊頭結晶密實；焊接時焊劑、砂型在使用時不得過早拆除，拆模或推瘤要快。

(2)一旦拆模或推瘤完成，為防止焊頭冷卻過快，采用保溫箱或保溫毯迅速將焊頭覆蓋進行保溫，保溫時間≥10min。

2.4焊后工序控制

(1)焊接完成必須對焊頭進行精打磨，處理焊頭全斷面可見孔隙缺陷和毛刺。

(2)配合拉伸機焊接時要在焊接完成20min后拆除拉伸機。

(3)軌溫高于300℃不準放行列車。

3.不同保溫措施效果調研分析

3.1概況

(1)焊接地點：隴海線新陽鎮—渭南鎮區間（上行）K1431+100-k1436+090。

(2)焊頭焊接情況：K1434+320處左右股焊頭位于更換長軌條起端；K1436+380處左右股焊頭位于更換長軌條終端；焊接軌型都為P60 U75V-P60 U75V，采用德式施密特鋁熱焊接技術，使用Z100型焊劑。

(3)分析方法：在焊接作業環境，焊接條件及焊接工藝相同的情況下，焊接完成后將不同焊頭進行粗打磨后，采用兩種不同的保溫措施。在相同的保溫時間內對其保溫的效果進行軌溫測量。不同天窗點內其焊頭軌溫測量結果如圖1和圖2所示。

圖1　11月17日測量焊頭溫度變化圖

圖2　11月18日測量焊頭溫度變化圖

3.2數據分析

通過以上圖1和圖2中焊頭溫度變化曲線，對比分析可以看出：

（1）采用保溫毯保溫的焊頭，在相同的保溫時間內溫度下降量小，比同等條件下采用保溫盒保溫的效果好。

（2）在10分鐘的保溫時間內采用保溫毯保溫，焊頭溫度分別從570℃下降至470℃，下降量為100℃，平均每分鐘下降10℃；從650℃下降至485℃，下降量為165℃，平均每分鐘下降16.5℃。

（3）采用保溫盒保溫，焊頭溫度分別從570℃下降至425℃，下降量為145℃，平均每分鐘下降14.5℃；從650℃下降至450℃，下降量為200℃，平均每分鐘下降20℃。

（4）在初期焊頭溫度較高，采用保溫盒和保溫毯進行保溫二者效果區分不大；隨著保溫時間增長，焊頭溫度的逐漸降低，相比保溫盒而言，保溫毯的保溫效果逐漸明顯。

3.3原因分析

（1）在焊頭溫度較高時，由于保溫盒和保溫毯自身溫度降低，附著在焊頭表面，不但起不到保溫作用，反而會吸收焊頭熱量導致其溫度下降。

（2）隨著保溫時間的增加，保溫毯保溫時，由于石棉保溫毯吸收了焊頭的熱量，自身溫度升高，并且保溫毯將焊頭完全包裹起來，不僅起到了保溫作用而且防風作用明顯加強，保溫效果逐步體現（如圖3）。

（3）隨著保溫時間的增加，保溫盒保溫時，由于保溫盒只是夾在焊頭兩側的軌腰上，焊頭底部無法進行保溫，加之保溫盒與焊頭兩側鋼軌表面不密貼，其防風效果不理想，散熱量較大，導致其保溫效果不佳（如圖4）。

圖3　采用保溫毯對焊頭保溫

圖4　采用保溫盒對焊頭保溫

4.結論與建議

(1)在低溫環境下焊接時，對氧氣瓶、丙烷氣瓶和儀表可采取保溫措施，以保證丙烷氣體的壓力及流量。氧氣表及燃氣表需要用熱水澆注，防止氣體流出后回火閥結冰。

(2)焊后為降低焊頭冷卻速度，可采用石棉保溫毯覆蓋焊頭進行保溫，避免因寒冷天氣造成焊頭質量等缺陷。

(3)保溫盒與焊頭兩側鋼軌表面不密貼，防風效果不理想，散熱量較大，其保溫效果不佳。保溫毯將焊頭完全包裹起來，不僅起到了焊頭保溫作用而且防風作用明顯加強，其保溫效果良好。

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