河北鋼鐵集團邯鄲分公司焦化廠現(xiàn)有6座焦爐，年產(chǎn)焦炭200萬噸,。 1～4號焦爐為4.3m焦爐，熄焦車采用QU50鋼軌,，5,、6號焦爐為2×45孔6m焦爐,，采用QU 100鋼軌。軌道安裝原采用傳統(tǒng)的魚尾板螺栓夾緊,。由于熄焦車的運行車輪對軌道接口的不斷沖擊振動,，使熄焦車軌道與墊板及墊板與基礎(chǔ)間的配合逐漸變松，易引起軌道變形,。在對武鋼和寶鋼焦化廠考察后,，決定引進鋁熱焊接技術(shù)進行鋼軌焊連。
1 鋁熱焊接的原理及焊接質(zhì)量
鋁熱焊接是將鋁粉,、氧化鐵粉,、鐵屑及鐵合金或稀土元素等按一定比例配合起來，組成鋁熱焊劑,，用高溫火柴點燃后,，發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)和冶金反應(yīng)，在反應(yīng)過程中鐵被還原,，由于鐵密度大于溶渣,，沉于坩堝底部，,、氧化鋁溶渣浮于上部,，同時產(chǎn)生大量熱量，高溫鋼水澆入扣在軌縫上的砂型中,，將兩軌端熔化,，澆注鋼水本身又作為填充金屬，將鋼軌焊接起來,。
從2006年末開始采用鋁熱焊焊接軌道接頭,，截至2008年3月，發(fā)生焊縫折斷2個,，探傷發(fā)現(xiàn)傷損焊縫16個,，傷損類型主要是核傷。2次折斷的主要原因是在焊縫處軌頭內(nèi)側(cè)下顎有＞15 mm的核傷,，導(dǎo)致鋼軌發(fā)生脆斷,，見表l。
表1 焊縫傷損統(tǒng)計
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焊接
數(shù)量
個
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損傷
總量
個
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占焊
接量
％
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斷軌
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軌頭內(nèi)側(cè)下顎核傷
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軌頭外側(cè)下顎核傷
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其他損傷
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數(shù)量
個
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傷損比率,，％
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數(shù)量
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傷損比率,，％
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數(shù)量
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傷損比率，％
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數(shù)量
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傷損比率,，％
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128
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18
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14.1
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2
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11.1
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11
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61.1
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3
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16.7
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2
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11.1
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2 傷損原因分析
2.1 焊縫區(qū)的應(yīng)力集中
鋁熱焊接焊縫由于焊筋的存在,，在焊筋與軌頭下顎結(jié)合部位形成凸形。在鋼軌頭部承受熄焦車作用力向軌腰傳遞時，凸形邊緣（以下簡稱A區(qū)）成為非常明顯的應(yīng)力集中區(qū)域,。當此處有毛茬或尖點出現(xiàn)時,，就形成高應(yīng)力集中點，在熄焦車反復(fù)沖擊作用下,，先形成傷損源,。表1中的2次焊縫折斷，其折斷部位,、斷面中核傷位置都位于鋼軌內(nèi)側(cè)軌頭下顎 A區(qū)內(nèi),，傷損從外表開始逐步由外向內(nèi)發(fā)展，形成黑核,。表1中探傷發(fā)現(xiàn)的軌頭下顎核傷共14個,，占總傷損量的77.8% 。
2.2 焊接預(yù)熱的燃料問題
預(yù)熱是焊接過程中的重要工序,，其作用是消除模具中殘余濕氣以及提高模具和鋼軌的溫度,。預(yù)熱過度會使鋼軌局部形成熔渣，可能造成以后的焊頭斷裂,；預(yù)熱欠火會使鋼軌溫度達不到規(guī)定要求,，澆鑄時易形成冷焊，出現(xiàn)馬氏體脆性結(jié)構(gòu),，很容易形成疲勞損傷,。鋁熱焊接是采用快速定時預(yù)熱方式，用氧氣和丙烷氣作為燃料,，其燃料純度可達99.8%以上,。資料顯示：50kg/m和100kg/m鋼軌分別預(yù)熱4min和11 min，鋼軌溫度可達到920～1000℃ ,。而在施工焊接中,，所用燃料是民用丙烷氣（純度87.5%)，通過紅外線電子測溫儀對50kg/m鋼軌和100kg/m鋼軌預(yù)熱4min和11 min時,，測試的溫度為850～950℃,，明顯欠火。
2.3 寒冷氣候下焊接的傷損
鋁熱焊接對寒冷氣候的定義是：刮風,、下雪,、下雨或氣溫低于15℃。在表1中18個傷損焊縫中,，有6個是在氣溫低于15℃時焊接的,，其傷損比率占33.3%。影響焊接質(zhì)量的原因是焊頭冷卻速度快,，快速冷卻極易形成馬氏體組織,，容易產(chǎn)生疲勞性傷損。
2.4 焊接工藝問題
（1）焊接鋼軌軌端斷面與鋼軌軸線不垂直，端頭的直角,、垂直公差＞1.0 mm,，會造成整個軌端斷面預(yù)熱不均勻。鋼軌端頭部應(yīng)無損傷,、裂紋和扭曲變形。有損傷,、裂紋的必須鋸掉,，扭曲的必須校直，以免影響焊接質(zhì)量,。
（2）鋼軌端頭對正（對軌）出現(xiàn)偏差,。對軌是鋁熱焊接工藝中最難、最費時的步驟?，F(xiàn)場施工受氣溫變化的影響和焦爐出焦時間的限制,，往往會出現(xiàn)預(yù)留軌縫間隙超出（25±2) mm的范圍，尖點（垂直對準）不滿足規(guī)定要求（對木枕3.2mm,、對混凝土枕1.6mm),，以及水平?jīng)]有全部對正的問題。
（3）鋼軌熱打磨時,，要在運行表面上保留至少0.8mm的焊頭金屬,。如果熱打磨不能及時跟上，使冷打磨量較大,，往往會出現(xiàn)因打磨過快,、過猛，造成鋼軌頂面局部淬火或發(fā)藍,。
3 解決方法
（1）消除焊接接頭的應(yīng)力,。在焊接結(jié)束后，用剔鏟將焊筋周圍的夾皮全部剔除,，并用直徑≤80mm的砂輪機對所有粗糙部位精細打磨,，特別是軌頭下顎焊筋兩側(cè)和軌底角部位不能留有任何尖點或毛茬。
（2）選擇丙烷氣體純度高的石油液化氣,，在定時預(yù)熱中,，可將鋼軌預(yù)熱時間在規(guī)定時間的基礎(chǔ)上適當延長。用紅外線電子測溫儀分別對50kg/m和100kg/m鋼軌的預(yù)熱進行50多次測試表明,，預(yù)熱時間由規(guī)定的4min和11 min延長15～30s,，鋼軌溫度就可以達到920～1000℃，滿足焊接要求,。
（3）在寒冷氣候條件下盡量避免焊接施工,，如特殊情況需要進行時，必須在預(yù)熱開始前和預(yù)熱過程中用渦輪式焊槍或預(yù)熱器將鋼軌加熱至37℃ 。加熱長度為砂模兩側(cè)各l m的范圍,，在推瘤后立即用保溫罩將焊頭覆蓋,，時間至少達10 min，然后再進行打磨,。
4 應(yīng)用效果
從2008年5月采取上述方法,，加強了熄焦車軌道鋁熱焊接技術(shù)和工藝的控制，到2009年2月底,，共焊接接頭30個,，到目前為止未發(fā)現(xiàn)傷損焊縫。2008年9～10月,，對以前焊接的焊縫也進行了全部整修打磨,，在降低傷損焊縫頻次方面取得了顯著效果。
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