阅读说明：本技术 一种无缝钢轨的铝热焊方法 (Thermite welding method for seamless steel rail ) 是由 张绵胜 张绵栋 陈良旗 张志强 于 2019-11-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种无缝钢轨的铝热焊方法,焊剂的成分为C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、铝粉和氧化以及铁粉；流程为：钢轨打磨除锈、去湿；对轨、组装；钢轨预热至轨头颜色发红；铝热焊剂点火预热、反应浇注；浇注后两边在距砂模框架外500mm内将钢轨加热到250-300℃；推瘤,并且同时两边在砂模距框架外500m内钢轨保持温度250-300℃；焊口降温到500℃,热打磨,热打磨后焊肉部分降温,期间两边在距砂模框架外500m内钢轨保持温度250-300℃,至焊肉部分达到250-300℃,焊口覆盖保温20分钟；去除覆盖,自然冷却到室温。这种方法保证了焊接质量。(The invention relates to a thermit welding method of a seamless steel rail, wherein the welding flux comprises C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, V, aluminum powder, oxide and iron powder; the process is as follows: polishing, derusting and dehumidifying the steel rail; aligning and assembling; preheating the steel rail until the rail head turns red; igniting thermite flux, preheating, reacting and pouring; heating the steel rail to 250-300 ℃ within 500mm from the sand mold frame at two sides after casting; pushing the edge, and simultaneously keeping the temperature of the steel rail at 250-300 ℃ in the sand mold distance frame of 500m at two sides; cooling the welded junction to 500 ℃, performing hot grinding, cooling the welded part after the hot grinding, keeping the temperature of the steel rail at the inner part 500m away from the sand mold frame at 250-300 ℃ on both sides, and covering and insulating the welded junction for 20 minutes until the welded part reaches 300 ℃ at 250-300 ℃; removing the cover, and naturally cooling to room temperature. The method ensures the welding quality.)

一种无缝钢轨的铝热焊方法

技术领域

本发明涉及无缝钢轨的铝热焊方法。

背景技术

无缝线路是把标准长度的钢轨焊连而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路。由于消灭了轨缝，从而消除了车轮对轨头的冲击，不仅列车运行稳，还延长了线路设备和机车的使用寿命。

铝热焊是无缝线路采用的一种钢轨焊接技术，是利用金属氧化物和铝之间的氧化还原反应所产生的热量，进行熔融金属母材、填充接头而完成焊接的一种方法。焊接难点是异质钢轨之间的焊接，例如贝氏体钢轨与珠光体钢轨之间的焊接，主要表现在热影响区易产生白点、应力微裂纹源。

北京特冶工贸有限公司，经过多年的研究、试验，开发出了BTF贝氏体钢及钢轨，并开发出了CN105921881A涉及的铝热焊剂，可用于同质和异质钢轨的焊接，实现焊缝处良好的硬度过渡，焊缝性能完全符合TBT1632.3-2005与TBT1632.1-2005标准。焊缝相对于母材的硬度差较小，实现了良好的过渡性。

然而，无缝线路的铝热焊是在铁路铺设现场进行，随着铁路事业的发展，铁路要跨越不同的区域，不同地区气候特别是温度、湿度的变化，对焊接质量有很大的影响，表现在焊缝过渡区产生裂纹、气泡等焊接缺陷。另外，由于不同焊剂合金成份的差异，每种焊剂要研发相应的焊接工艺，也难以套用现有的工艺，这也给施工造成了一定的难度。因此需要开发一种新的无缝钢轨的铝热焊工艺，以保证焊接质量。有鉴于此，北京特冶工贸有限公司在已经开发了铝热焊剂的基础上，经过大量的调查、试验，开发和完善了一种新的无缝钢轨的铝热焊工艺。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种无缝钢轨的铝热焊方法，是基于特冶开发的CN105921881A铝热焊剂为基础，适合于不同地区环境的钢轨的焊接。

一种无缝钢轨的铝热焊方法，焊剂的成分为C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、铝粉和氧化以及铁粉；

焊接流程为：

(1)钢轨打磨除锈、去湿，去湿加热温度300-350℃；

(2)对轨、组装，组装后重新擦拭焊口；

(3)钢轨预热5分钟以上，至轨头颜色发红；

(4)铝热焊剂点火预热、反应浇注；

(5)浇注后两边在距砂模框架外500mm内将钢轨加热到250-300℃；

(6)推瘤，两边在距砂锅模框架外500m内钢轨保持温度250-300℃；

(7)焊口降温到500℃，热打磨，热打磨期间应保持两边在距砂模框架外

500m内钢轨保持温度250-300℃；

(8)热打磨后焊肉部分降温，两边在距砂模框架外500m内钢轨保持温度250-300℃，至焊肉部分达到250-300℃，焊口覆盖保温10-20分钟；

(9)去除覆盖，自然冷却到室温。进一步地，在步骤(8)焊肉部分用风。

进一步地，在气温低于15℃时，在步骤(6)推瘤后用保温罩保温10分钟，避免降温过快，以使晶粒细化，才能热打磨。

在气温低于15℃时，在步骤(3)预热前，先加热钢轨两侧各1000mm范围内至37℃。

进一步地，步骤(8)热打磨后，焊肉可以用风冷却到250-300℃，以有利于组织转化，同时提高现场工作效率，减少维修时间。

同样地，在步骤(7)也可采用风冷将焊肉降温到500℃。

在步骤(1)中，去湿时不要加热焊口，以名有积碳、氧化皮产生，加热后焊口要擦除或打磨干净。

在步骤(2)对轨组装时，轨缝宽度宜采用27-30mm，最宽最窄处不宜相差太大。

浇注结束后4.5分钟开始拆模，不能提前拆。

所述推瘤工作应该在浇注结束后7分40秒进行，不得提前。。

本发明的这种铝热焊工艺，在对轨组装前进行了去湿加热，避免钢轨表面湿气的存在产生气孔缺陷，浇注后在钢轨的热影响区，通过加热和保温250-300℃，避免过渡区降温过快，热打磨后保持温度，维持母材的温度，保证焊肉与母材界面温度，对焊肉和热影响区的组织转变具有可控性，避免了不同地区环境、钢轨温度不同对焊接质量的影响，解决了过渡区气孔及裂缝缺陷。

附图说明

图1为实施例1的焊接区表面照片；

图2为实施例2的焊接区表面照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。

实施例1

钢轨，U20Mn贝氏体轨和U75V钢轨。

铝热焊剂，CN105921881A铝热焊剂。

时间，2018年12月，地点，河北景县，气温零下5℃。

焊接流程为：

(1)钢轨打磨除锈，除去轨端焊接部位铁锈，然后用用丙烷和氧气预热枪加热轨端，温度300-350℃，但不要加热焊口，避免氧化和有积碳；

(2)对轨使钢轨端头对正，轨缝28mm，组装，组装后重新擦拭焊口，保证干净；

(3)安装砂模，用预热枪加热钢轨两侧各1000mm范围内至37℃，然后用预热枪对钢轨预热5分钟以上，至轨头颜色发红；以减少钢轨待焊面与铝热焊钢熔池的温度差，有利于结合面熔合形成细晶粒，同时改善焊接接头的应力分布，提高焊接综合机械性能，还清除砂模中残余湿气，提高钢轨及模具温度；

(4)铝热焊剂旋转倒入坩埚中，顶面成锥面，高温火柴插入，深度25mm，点火预热、反应浇注；

(5)浇注后两边在距砂模框架外500mm内将钢轨加热到250-300℃；

(6)浇注结束后4.5分钟开始拆模，在浇注结束后7分40秒推瘤，推瘤后，两边在距框架外500m内钢轨保持温度250-300℃，焊口用保温罩(内层为岩棉，外为金属罩)保温10分钟；

(7)去除保温罩，自然降温到500℃热打磨，热打磨期间应保持两边在距砂模框架外500m内钢轨保持温度250-300℃；

(8)热打磨后焊肉部分继续降温，两边在距砂模框架外500m内钢轨仍然保持温度250-300℃，至焊内部分达到250-300℃，覆盖焊口保温10-20分钟；

(9)去除覆盖，自然冷却到室温。

检测焊缝质量，如图1所示，无气孔和裂缝。

焊接四组，编号为2#。

实施例2

钢轨，U20Mn贝氏体轨和U75V钢轨。

铝热焊剂，CN105921881A铝热焊剂。

时间，2019年7月，地点，河北景县。

焊接流程为：

(1)钢轨打磨除锈，除去轨端焊接部位铁锈，然后用用丙烷和氧气预热枪加热轨端，温度300-350℃；

(2)对轨使钢轨端头对正，轨缝28mm，组装，组装后重新擦拭焊口，保证干净；

(3)安装砂模，然后用预热枪对钢轨预热5分钟以上，至轨头颜色发红；以减少钢轨待焊面与铝热焊钢熔池的温度差，有利于结合面熔合形成细晶粒，同时改善焊接接头的应力分布，提高焊接综合机械性能，还清除砂模中残余湿气，提高钢轨及模具温度；

(4)铝热焊剂旋转倒入坩埚中，顶面成锥面，高温火柴插入，深度25mm，点火预热、反应浇注；

(5)浇注后两边在距砂模框架外500mm内将钢轨加热到250-300℃；

(6)浇注结束后4.5分钟开始拆模，在浇注结束后7分40秒推瘤，推瘤后，两边在距框架外500m内钢轨保持温度250-300℃；

(7)焊肉部分风机吹风，风冷降温到500℃热打磨，热打磨期间应保持两边在距砂模框架外500m内钢轨保持温度250-300℃；

(8)热打磨后焊肉部分继续风冷降温，两边在距框架外500m内钢轨保持温度250-300℃，至焊内部分达到250-300℃，覆盖保温20分钟；

(9)去除覆盖，自然冷却到室温。

检测焊缝质量，如图2所示，无气孔和裂纹。

焊接四组，编号为1#。

硬度检测：

分别检测1#和2#的焊缝硬度，方法为在母材、焊缝位置、焊肉中心各取纵向三点，检测期硬度，用三点的算术平均值表示该部位的硬底，结果如下：

焊接接头硬度检测结果(HRC)

焊接部位在两母材之间硬度形成良好的过渡。