[发明专利]一种用于铁路轨道接头放热焊的焊料和引燃剂及其焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊料和引燃剂及其焊接方法。

背景技术

钢轨是轨道结构最重要的部件。随着高速铁路的迅速发展，无缝线路得到了广泛的应用，由于无缝线路消除了钢轨接缝这一薄弱环节，从而使得轨道结构沿延长方向保持了连续性，大大降低了轮轨动力作用，改善了轨道结构与机车车辆的受载荷状况，延长了设备的使用寿命。而且实践表明，钢轨的焊接质量决定了无缝线路能否发挥其应有的功效。无缝线路在现场焊接中，放热焊具有设备简单、快速方便及成本较低，焊接过程中钢轨没有缩短，接头平直度高，施工方便，工人容易掌握的的优点，得到广泛应用。放热焊接是利用铝与氧化铁的化学反应，在耐高温的石墨模具内利用高温使活性较强的铝将氧化铁还原，通过具内产生超高热铁液熔融金属，利用一定形状、尺寸的模具型腔来完成熔接接头的现代焊接工艺，通常亦称放热焊接、放热熔焊、火泥熔接。放热焊焊接质量取决于热熔焊料和相应的引燃剂的化学组成。目前热熔焊料得到的焊接接头含有杂质元素氢、氧、硫、磷，对接头的焊接质量、稳定性和力学性能都有不利的影响，仍需要在焊后对接头进行净化处理。

在钢的放热焊接过程中，由于晶粒严重长大，杂质元素及有害元素的掺入，有益合金元素的氧化、蒸发等，使接头的性能发生很大变化，主要表现为：一、接头热脆倾向增大；在现场实际铝热焊接过程中，由于热量放出的瞬间性，即升温速度快、高温停留时间短及冷却速度快，使得与扩散有关的过程都难于进行，从而影响到组织转变的过程及其进行的程度。由于瞬间热输入量大，难免焊缝产生粗大的先共析铁素体和侧板条铁素体，使得接头的塑性显著下降，脆性增大；在钢的焊接过程中常见的杂质元素有氮、氢、氧、硫、磷等。焊缝金属中以过饱和形式存在的氮是不稳定的，它将随时间的延长逐渐析出，形成稳定的针状氮化物Fe₄N，造成焊缝的强度和硬度提高，而塑性和韧性下降，即所谓的时效脆化。硫与铁形成(Fe+FeS)和(FeO+FeS)低熔共晶；磷在固态铁中溶解度很小，故多以Fe₂P和Fe₃P的形式存，容易形成(Fe₃P+Fe)低熔共晶，这些低熔点共晶组织在熔池结晶过程中分布在树枝晶间或晶界处，增加了材料的脆性和焊接热裂纹的敏感性。二、气孔的产生；在钢的焊接过程中，出现气孔的倾向性较大，所形成的气孔几乎分布于焊缝的各个部位。气孔的形成主要与氢、氧和氮在铁中的溶解有关，而且熔池凝固时间短也加剧了气孔的形成倾向。三、合金元素的氧化烧蚀；由于焊接过程中热数量很大，而且现场操作接头保护不够充分，很容易造成合金元素的氧化，比如C、Mn、Cr等。因此现有钢的放热焊接存在接头热脆倾向大、有气孔产生和氧化烧蚀的问题。

发明内容

本发明要解决现有钢的放热焊接存在接头热脆倾向大、有气孔产生和氧化烧蚀的问题，而提供一种用于铁路轨道接头放热焊的焊料及其引燃剂。

一种用于铁路轨道接头放热焊的焊料按重量份数比由40～50份氧化铁粉、30～50份铁粉、10～15份工业铝粉、1～2份钼粉、1～4份钛粉、1～2份硅铁粉、4～5份氟石粉、1～2份大理石粉和0.1～0.5份镧铈合金粉混合而成；所述的硅铁粉中硅的质量百分含量为0.15％～0.35％；所述的镧铈合金粉中铈元素的质量百分含量为62％～68％。

一种用于铁路轨道接头放热焊焊料的引燃剂按重量份数比由10～20份镁粉、40～60份氧化铁粉、10～15份工业铝粉、5～10份高锰酸钾粉和5～10份红磷粉混合而成。

一种铁路轨道接头的焊接方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备焊料：首先按重量份数比称取40～50份氧化铁粉、30～50份铁粉、10～15份工业铝粉、1～2份钼粉、1～4份钛粉、1～2份硅铁粉、4～5份氟石粉、1～2份大理石粉和0.1～0.5份镧铈合金粉，然后依次放入混合机中混匀，即得到焊料；二、制备引燃剂：按重量份数比称取10～20份镁粉、40～60份氧化铁粉、10～15份工业铝粉、5～10份高锰酸钾粉和5～10份红磷粉，然后依次放入混合机中混匀，即得到引燃剂；三、焊接：按质量比为(78～82)∶1称取步骤一制备的焊料和步骤二制备的引燃剂，然后采用放热焊方法进行焊接，即完成铁路轨道接头的焊接。步骤一中所述的硅铁粉中硅的质量百分含量为0.15％～0.35％；步骤一中所述的镧铈合金粉中铈元素的质量百分含量为62％～68％。