专利名称：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
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(i^e+FeQ和(FeO+FeQ低熔共晶；磷在固态铁中溶解度很小，故多以!^e2P和!^e3P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。—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勻，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勻，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%。本发明的优点一、安全性更高金属铁的加入，对剧烈反应的铝热反应有一定的冷却作用，防止因反应过程太过剧烈而产生的爆炸，保障了焊接操作人员的人身安全；二、 焊接接头组织更加均勻细化，降低了野外操作时对潮湿环境的敏感性；金属钼粉的加入，既保证了合金化效果，又能降低奥氏体的分解温度，抑制先共析铁素体的形成，从而提高焊缝的强度和韧性；钛粉的加入，能与氮和氧形成TiN和TiO等微小颗粒，在焊接熔池结晶过程中作为自发形核的质点而细化结晶组织，而钛粉的加入能促进发挥钼粉的有益作用；镧铈合金的加入，能与合金元素发生相互作用，改善焊缝的组织以及夹杂物的形态和分布，从而提高焊缝的韧性，且可以起到脱氧、脱硫、去除有害杂质的作用，对焊接接头进行净化，同时降低了焊接接头的热裂倾向，还可抑制接头中出现氢致针孔和气孔，降低焊接过程对潮湿环境的敏感性。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式是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。本实施方式所述的硅铁粉中硅的质量百分含量为0. 15% 0. 35%，余量为铁；本实施方式所述的镧铈合金粉中铈元素的质量百分含量为62% 68%，余量为镧元素。本实施方式所述的氧化铁粉中氧化铁的质量百分含量> 99%，且粒度为60目 270目；本实施方式所述的铁粉中铁的质量百分含量>99%，且粒度为60目 100目；本实施方式所述的工业铝粉中铝的质量百分含量>99%，且粒度为60目 100目；本实施方式所述的钼粉中钼的质量百分含量>99%，且粒度为60目 100目；本实施方式所述的钛粉中钛的质量百分含量>99%，且粒度为60目 100目；本实施方式所述的硅铁粉的粒度为
460目 100目；本实施方式所述的镧铈合金粉中镧铈合金的质量百分含量> 99%，且粒度为100目 150目。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同点是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42 48份氧化铁粉、35 45份铁粉、11 14份工业铝粉、1. 2 1. 8份钼粉、2 3份钛粉、1. 2 1. 8份硅铁粉、4. 2 4. 8份氟石粉、1. 2 1. 8份大理石粉和0. 2 0. 4份镧铈合金粉混合而成。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式是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。本实施方式所述的镁粉中镁的质量百分含量彡98%，且粒度为150目 200目； 实施方式所述的氧化铁粉中氧化铁的质量百分含量>99%，且粒度为60目 270目；本实施方式所述的工业铝粉中铝的质量百分含量>99%，且粒度为60目 100目；本实施方式
所述的高锰酸钾粉粒度为150目 200目，本实施方式所述的红磷粉粒度为150目 200目。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同点是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12 18份镁粉、45 55份氧化铁粉、11 14份工业铝粉、6 9份高锰酸钾粉和6 9份红磷粉混合而成。其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五本实施方式是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勻，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勻，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。本实施方式步骤一中所述的硅铁粉中硅的质量百分含量为0. 15% 0. 35%，余量为铁；本实施方式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%， 余量为镧元素。本实施方式步骤一中所述的氧化铁粉中氧化铁的质量百分含量> 99%，且粒度为60目 270目；本实施方式步骤一中所述的铁粉中铁的质量百分含量>99%，且粒度为 60目 100目；本实施方式步骤一中所述的工业铝粉中铝的质量百分含量> 99%，且粒度为60目 100目；本实施方式步骤一中所述的钼粉中钼的质量百分含量彡99%，且粒度为 60目 100目；本实施方式步骤一中所述的钛粉中钛的质量百分含量>99%，且粒度为60 目 100目；本实施方式步骤一中所述的硅铁粉的粒度为60目 100目；本实施方式步骤一中所述的镧铈合金粉中镧铈合金的质量百分含量> 99%，且粒度为100目 150目。本实施方式步骤二中所述的镁粉中镁的质量百分含量> 98%，且粒度为150目 200目；实施方式步骤二中所述的氧化铁粉中氧化铁的质量百分含量>99%，且粒度为60 目 270目；本实施方式步骤二中所述的工业铝粉中铝的质量百分含量>99%，且粒度为60目 100目；本实施方式步骤二中所述的高锰酸钾粉粒度为150目 200目，本实施方式步骤二中所述的红磷粉粒度为150目 200目。本实施方式优点一、安全性更高金属铁的加入，对剧烈反应的铝热反应有一定的冷却作用，防止因反应过程太过剧烈而产生的爆炸，保障了焊接操作人员的人身安全； 二、焊接接头组织更加均勻细化，降低了野外操作时对潮湿环境的敏感性；金属钼粉的加入，既保证了合金化效果，又能降低奥氏体的分解温度，抑制先共析铁素体的形成，从而提高焊缝的强度和韧性；钛粉的加入，能与氮和氧形成TiN和TiO等微小颗粒，在焊接熔池结晶过程中作为自发形核的质点而细化结晶组织，而钛粉的加入能促进发挥钼粉的有益作用；镧铈合金的加入，能与合金元素发生相互作用，改善焊缝的组织以及夹杂物的形态和分布，从而提高焊缝的韧性，且可以起到脱氧、脱硫、去除有害杂质的作用，对焊接接头进行净化，同时降低了焊接接头的热裂倾向，还可抑制接头中出现氢致针孔和气孔，降低焊接过程对潮湿环境的敏感性。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
五不同点是步骤一中按重量份数比称取42 48份氧化铁粉、35 45份铁粉、11 14份工业铝粉、1. 2 1. 8份钼粉、2 3份钛粉、1. 2 1. 8份硅铁粉、4. 2 4. 8份氟石粉、1. 2 1. 8份大理石粉和0. 2 0. 4 份镧铈合金粉。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
五或六之一不同点是步骤二中按重量份数比由12 18份镁粉、45 55份氧化铁粉、11 14份工业铝粉、6 9份高锰酸钾粉和6 9份红磷粉。其它与具体实施方式
五或六相同。采用下述试验验证本发明效果试验一一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45份氧化铁粉、40份铁粉、12份工业铝粉、 1. 5份钼粉、2. 5份钛粉、1. 5份硅铁粉、4. 5份氟石粉、1. 5份大理石粉和0. 3份镧铈合金粉， 然后依次放入混合机中混勻，即得到焊料；二、制备引燃剂按重量份数比称取15份镁粉、 50份氧化铁粉、12份工业铝粉、7份高锰酸钾粉和7份红磷粉，然后依次放入混合机中混勻， 即得到引燃剂；三、焊接按质量比为80 1称取步骤一制备的焊料和步骤二制备的引燃齐 ，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。本实施方式步骤一中所述的硅铁粉中硅的质量百分含量为0. 25%，余量为铁；本实施方式步骤一中所述的镧铈合金粉中铈元素的质量百分含量为65%，余量为镧元素。本实施方式步骤一中所述的氧化铁粉中氧化铁的质量百分含量> 99%，且粒度为60目 270目；本实施方式步骤一中所述的铁粉中铁的质量百分含量>99%，且粒度为 60目 100目；本实施方式步骤一中所述的工业铝粉中铝的质量百分含量> 99%，且粒度为60目 100目；本实施方式步骤一中所述的钼粉中钼的质量百分含量彡99%，且粒度为 60目 100目；本实施方式步骤一中所述的钛粉中钛的质量百分含量>99%，且粒度为60 目 100目；本实施方式步骤一中所述的硅铁粉的粒度为60目 100目；本实施方式步骤一中所述的镧铈合金粉中镧铈合金的质量百分含量> 99%，且粒度为100目 150目。本实施方式步骤二中所述的镁粉中镁的质量百分含量> 98%，且粒度为150目 200目；实施方式步骤二中所述的氧化铁粉中氧化铁的质量百分含量>99%，且粒度为60 目 270目；本实施方式步骤二中所述的工业铝粉中铝的质量百分含量>99%，且粒度为60目 100目；本实施方式步骤二中所述的高锰酸钾粉粒度为150目 200目，本实施方式步骤二中所述的红磷粉粒度为150目 200目。本实施方式所述的焊料加入铁粉，对剧烈反应的铝热反应有一定的冷却作用，防止因反应过程太过剧烈而产生的爆炸，保障了焊接操作人员的人身安全。本实施方式所述的焊料加入金属钼粉，既保证了合金化效果，又能降低奥氏体的分解温度，抑制先共析铁素体的形成，从而提高焊缝的强度和韧性。本实施方式所述的焊料加入钛粉，能与氮和氧形成TiN和TiO等微小颗粒，在焊接熔池结晶过程中作为自发形核的质点而细化结晶组织，而钛粉的加入能促进发挥钼粉的有 作用。本实施方式所述的焊料加入镧铈合金，能与合金元素发生相互作用，改善焊缝的组织以及夹杂物的形态和分布，从而提高焊缝的韧性，且可以起到脱氧、脱硫、去除有害杂质的作用，对焊接接头进行净化，同时降低了焊接接头的热裂倾向，还可抑制接头中出现氢致针孔和气孔，降低焊接过程对潮湿环境的敏感性。
权利要求
1.一种用于铁路轨道接头放热焊的焊料，其特征在于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%。
2.根据权利要求1所述的一种用于铁路轨道接头放热焊焊料，其特征在于用于铁路轨道接头放热焊的焊料按重量份数比由42 48份氧化铁粉、35 45份铁粉、11 14份工业铝粉、1. 2 1. 8份钼粉、2 3份钛粉、1. 2 1. 8份硅铁粉、4. 2 4. 8份氟石粉、1. 2 1. 8份大理石粉和0. 2 0. 4份镧铈合金粉混合而成。
3.如权利要求1所述的一种用于铁路轨道接头放热焊焊料的引燃剂，其特征在于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。
4.根据权利要求3所述的一种用于铁路轨道接头放热焊焊料的引燃剂，其特征在于用于铁路轨道接头放热焊焊料的引燃剂由12 18份镁粉、45 55份氧化铁粉、11 14份工业铝粉、6 9份高锰酸钾粉和6 9份红磷粉混合而成。
5.利用权力要求1所述的一种用于铁路轨道接头放热焊的焊料和权利要求3所述的一种用于铁路轨道接头放热焊焊料的引燃剂的一种铁路轨道接头的焊接方法，其特征在于铁路轨道接头的焊接方法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勻，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勻，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%。
6.根据权利要求5所示的一种铁路轨道接头的焊接方法，其特征在于步骤一中按重量份数比称取42 48份氧化铁粉、35 45份铁粉、11 14份工业铝粉、1. 2 1. 8份钼粉、 2 3份钛粉、1. 2 1. 8份硅铁粉、4. 2 4. 8份氟石粉、1. 2 1. 8份大理石粉和0. 2 0.4份镧铈合金粉。
7.根据权利要求5或6所示的一种铁路轨道接头的焊接方法，其特征在于步骤二中按重量份数比由12 18份镁粉、45 55份氧化铁粉、11 14份工业铝粉、6 9份高锰酸钾粉和6 9份红磷粉。
全文摘要
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，它涉及一种焊料和引燃剂及其焊接方法。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。用于铁路轨道接头放热焊的焊料由氧化铁粉、铁粉、工业铝粉、钼粉、钛粉、硅铁粉、氟石粉、大理石粉和镧铈合金粉混合而成；焊料的引燃剂由镁粉、氧化铁粉、工业铝粉、高锰酸钾粉和红磷粉混合而成；焊接方法按质量比为(78～82)∶1称取用于铁路轨道接头放热焊的焊料和焊料的引燃剂，采用放热焊方法进行焊接，即完成铁路轨道接头的焊接。本发明主要用于制备用于铁路轨道接头放热焊的焊料和焊料的引燃剂及其焊接方法。
文档编号B23K35/22GK102528312SQ201210033509
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者冯吉才, 刘羽, 徐晓龙, 李卓然, 王征征 申请人:哈尔滨工业大学