进口钢轨DIN536 A150,钢轨单重150.30kg/m,钢轨断面尺寸为顶宽150 mm,高150mm,底宽220 mm,腰厚80mm,这种起重钢轨接口连接建议采用铝热焊接方法。
铝热焊接钢轨的基本原理:铝热焊接的化学原理就是用化学反应热作为热源,用活动性较强的金属把活动性较弱的金属从它的氧化物中还原出来的的焊接方法。焊接时,预先把待焊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)放在坩埚内用高温火柴点燃,使之发生还原放热反应,形成液态金属(铁)和熔渣(主要为A1203),注入铸型。液态金属流入接头空隙,形成焊缝金属,熔渣则浮在表面上。为了调整溶液温度和焊缝金属化学成分以获得优质的铝热钢,常在铝热剂中加入适量石墨粉(调整碳的含量)和一些合金元素如锰、硅、钛、钼等。
A150钢轨铝热焊施工工艺流程和控制要点
铝热焊接的主要工艺流程:钢轨端头准备→钢轨端头对正一模具安装→封箱泥密封→轨道预热→灌注→拆模→修剪打磨→完成焊接。
钢轨端头准备:首先将钢轨放置在约100×50×500mm的硬垫木块上,垫木间隔约2 000mm,垫木支撑距离轨端约1 000mm,保证喷火器放置长度。然后用手提式砂轮机和钢丝刷对钢轨端部进行机械和人工清洁处理。
轨端200mm范围内,包括端头、四周,用手提式砂轮机进行铁锈、油渍等机械清理,再用钢丝刷人工清除干净,特别是轨道底部不能遗漏,要求达到sa3除锈等级。
距离轨端200~1000mm范围内,包括轨顶和侧面,用手提式砂轮机进行铁锈、油渍等机械清理,以免影响轨道尖点调整精度。
检查轨道端部是否有缺陷,是否受到过冲击和气焊电焊过、表面是否有弯曲、疲劳、龟裂、毛刺现象等。如果有缺陷,则需要把轨道有缺陷部位切割,切割使用锯轨机进行切割,严禁直接使用气割, 检查轨道端部面垂直度,控制标准不大于1.0mm,如果大于标准,需对轨端进行切除,确保打磨后的垂直度达到规定要求。
钢轨端头对正:利用轨道对正架进行轨道端头对正,在钢轨间隙、尖点(垂直对正)、水平对正、倾斜对正数据达到规定要求后,然后夹紧轨道对正架,保证轨道稳定,这一道工序至关重要。
钢轨间隙控制,钢轨间隙标准为25±2mm,具体测量用标准尺测量钢轨的两侧、头部和底部,得到四个测量值,四个测量值必须在数据允许范围内。如果间隙小于23mm或大于27mm,将达不到预热效果,溶化的钢水会溢出灰渣盘或不足以填满整个间隙。
尖点(垂直对正)控制: 尖点值控制标准为1.0mm(1m焊工直尺测量),两边尖点值相同。将焊工直尺置于钢轨运行表面的正中央,直尺端头与钢轨运行表面的间隙就是进行尖点设定时所需要测量的尺寸。这样保证焊缝冷却后,不会产生下凹。
钢轨水平对正控制: 方法为用焊工直尺分别贴紧钢轨的轨顶侧、轨腰和轨底侧,用对轨道对正架螺杆水平调整钢轨,保证各处贴紧钢轨,如果有一侧钢轨比另一侧钢轨宽,将两侧钢轨的中心线对齐,差异均分。
钢轨倾斜对正控制:方法为根据目测钢轨端头时所了解的情况以及直尺的测量情况,判定哪一侧钢轨偏离了中心线,将偏离的钢轨调节至对正。
在按照以上流程操作完成后再一次重新检查钢轨端头间隙、尖点、水平对正、倾斜对正并作相应调整以全部达到规定要求。
模具安装:
1 侧砂模打磨
取出一组砂模,检查砂模外观质量,是否受潮、开裂,放置干燥处,然后将两侧的砂模在钢轨端部轻轻摩擦,以使其结合紧密,再用砂轮片打磨侧砂模底部,以使其与钢轨底部齐平。
2 画测温线
用200℃测温笔在钢轨端部两侧低弧处离端部170mm和180mm处画2条70mm垂直测温线,同时,在轨顶离端部200mm、210mm和220mm处画3条70mm垂直测温线。
3 安装底砂模
首先放置底砂模在底板上,居中放置,然后将密封膏嵌入底砂模的两侧凹缝中,小心抹平,密封膏要高于底砂模的高度,用刀片割平;再安装装有底砂模的底板,使其与轨缝保持居中;轻轻敲击底板,使其与轨底接触紧密,上紧固定螺栓,不要拧的太紧,以免挤裂底砂模和影响钢轨对正,安装底砂模完成。在底砂模安装完成后,用焊工直尺再次检查钢轨的对正,这是最后一次检查钢轨的对正,包括钢轨间隙、尖点(垂直对正)、水平对正、倾斜对正。
4 安装侧砂模
将侧砂模对称放置在底砂模上,并保证对中。套上侧模夹具,在适当松弛状态下,调整好砂模与轨缝的居中,用手电筒观测侧砂模孔是否居中钢轨间隙,然后用侧模夹具将砂模固定好,注意不要用力过度而将砂模夹碎,盖上顶模以防垃圾进入模具。
5 封箱泥密封
首先用专用的封箱泥均匀地抹在砂模与砂模、砂模与钢轨的各缝隙处,从下向上进行**遍密封,然后再加抹一层封箱泥,并使其略高于模具表面。同时在夹具螺纹处抹上少量封箱泥,以保护工具。封箱泥密封好后在模具上放置坩锅的支撑。封箱泥不能过量或太少,以免无法很好烘干,带来湿气或干裂以致钢水泄露。 在封箱泥密封完成后,用测温笔再次在原有的测温线上重新画一次。
预热是一个相当重要的操作过程。它的作用是消除模具内残留水份并提高钢轨和模具的温度。
预热系统:为压缩空气+液化气预热系统,包括1把预热枪和配套的软管和预热支架;1台专制空气压缩机; 1个液化气钢瓶(50kg)。注意每次焊接前,认真检查压缩机汽油和液化气重量以确保预热不间断。
放置预热枪:将预热枪恰当地装入预热支架,并使其在砂模内居中,即预热枪喷嘴要与轨缝中心线和钢轨中心线对齐,预热枪的喷嘴必须距钢轨运行表面50mm,放预热枪时要小心,不要碰坏砂模的内表面。
点燃预热枪:点燃火把放置在砂模具口,逐渐打开液化气和压缩空气的阀门,直至预热枪被点燃。调整空气和液化气的流量,以得到正确的火焰,使其在砂模外为黄色的火焰,高度约为200—250mm,砂模两边冒口所冒出来的火焰均匀对称。压力表的压力分别为压缩空气压力为0.28bar,液化气压力为0.8~1.0psi,在加热过程中,定时检查压力表,防止压力下降影响加热效果。在加热过程中,将分流塞放在砂模的外侧,将分流塞的顶面面向火焰,加热分流塞,靠近火焰但不在火焰中。
预热时间:依据钢轨截面而定,A150轨道预热时间约为37~39min,一般为38 min(即预热到28 min时钢轨170mm处测温线开始变黑,把预热枪提高10mm继续预热10min,直至轨顶210mm处测温线变黑),当钢轨端头温度预热至850~900℃时,预热完成,钢轨端应清晰发红,170mm处和210mm处的测温线变黑。一旦预热完成,取出预热枪,注意不要损坏砂模的内表面,先关掉液化气开关,然后关掉压缩空气开关。在预热同时,一次性坩锅可以做好准备。预热时间确定从火焰的调节完成时开始按下跑表计时,轨端发红应为钢轨中间及轨头颜色发红,预热温度用红外线测温仪测定,要不间断注视整个预热过程。
浇注:在预热过程中,1次性坩埚工艺必须提前完成,确保在预热完成后及时浇注。
1次性坩埚工艺: 取出1次性坩埚,检查包装箱内组件是否齐全、焊药包是否破裂或受潮、1次性坩埚是否有破损裂纹裂缝及碎片和自熔塞是否安全地位于底部中央,如果有以上缺陷,禁止使用。焊药混合首先在包内混合焊药,然后打开焊药包并将其中的焊药慢慢旋转着倒入1次性坩埚,使焊药再次混合,形成锥尖,再将高温火柴插入焊药内并盖上坩埚盖,放置坩锅在工作区附近干燥处。
坩蜗放置:在规定的预热时间结束后,移开喷嘴,将分流塞放入顶部的入口处,并轻轻向下推,迅速将1次性坩埚放置在砂模的正中央。
反应:在砂模的内侧点燃火引信,并将其插入坩埚焊药中25mm深,迅速盖上坩锅盖,反应持续几秒钟,浇注在反应结束后自动发生。反应时间在17~27秒间(从插入火引信至坩锅钢水流出)。浇注完成后,用坩埚夹将坩锅移至安全的地方,然后移走坩埚支架。
预热结束后,焊药必须在30秒内点燃;火引信的插入深度不能过深或过浅,否则反应剧烈提前浇注钢水镇定时间不足或反应不充分含有钢渣;当废渣停止流出时,按下跑表开始计时。 拆模时间取决于轨道截面,A150轨道在浇注完成后2min后取走坩埚,20min后拆除侧砂模夹具,30min后拆除钢轨对正架,2.5h—3h后钢轨完全冷却可以拆除侧砂模、底砂模夹具和底砂模以及封箱泥。
修剪打磨:首先修剪多余的大部分高出表面的多余金属,然后使用砂轮机进一步打磨,使焊接头与母材打磨平顺,最终形成完美接口。
修剪:在焊缝足够凝固冷却后可以进行修剪。修剪首先用钢丝刷清除钢轨顶部和两侧的砂模和松块,然后修剪运行面和侧缘。修剪可采用电动切割刀片切割,避免用大锤修剪或气割修剪。
打磨: 在修剪完成后,可以对钢轨焊接处进行打磨,钢轨运行面的打磨可以采用表面打磨机冷打磨使其整体齐平,要求打磨面不能高出母材0.5mm,打磨不能过快过猛,否则会造成钢轨淬火或发蓝。
完成焊接后,检查轨道外观是否有毛刺、裂纹,打磨是否过度,然后采用超声波探伤、着色渗透探伤检查焊接处的内部质量,确保每个焊接接头达到规定要求。
A150接头面如有偏差影响铝热焊接应对措施:A150钢轨铝热焊间隙标准值为25±2 mm,尖点值控制标准为1.0mm。要求操作人员首先仔细测量钢轨端部垂直度,不能大于1.0mm,如果大于标准,需对轨端进行切除;然后在钢轨对正和底砂模安装2道工艺后用标准尺测量钢轨4个间隙测量值和尖点值,确保测量值必须在数据允许范围内。
A150 钢轨预热应对措施:首先严格检查预热系统是否正常和预热枪放置位置是否居中,距离轨顶50mm。然后严格控制空气和液化气流量,确保整个预热过程中压缩空气压力为0.28bar,液化气的压力为0.8~1.0psi,火焰高度200~250mm,从砂模两边冒口冒出来的火焰均匀对称。其次,认真观察测温线变化和记录预热时间,当预热28min后观察17mm处温度线是否变黑,如变黑把预热枪喷嘴抬高10mm,继续预热10min,至210mm处测温线变黑,预热完成。
个别焊缝中存在气孔、冷缝,导致焊接不合格 应对措施:首先注意天气状况对焊接质量影响,阴雨天或空气湿度过大情况下严禁焊接,焊接过程中用挡风棚遮挡风,避免预热不均和铁水冷却不均而影响焊接质量;其次,严格检查焊药包、坩埚和砂模质量,受潮、开裂、破损等严禁使用,密封砂模的封箱泥要均匀不能太厚以免影响封箱泥未烘干而在铁水浇注过程中产生气孔;严格观察温度线变化和控制预热时间,确保预热连续,焊药按时点燃。