Thermit铝热焊培训讲义

1、德国施密特钢轨技术（昆山）有限公司SKV-E铝热焊工艺 本资料未经公司审核谢绝拷贝目 录一、铝热焊的起源与发展 二、铝 热 焊基本 原 理三、铝热焊劳动保护四、铝热焊操作工艺五、安全注意事项六、其它铝热焊产品和工艺简介七、铝热焊常见缺陷分析 3 早在100多年前，德国化学家汉斯.高德斯密特(Hans Goldschmidt)应用铝和氧化铁进行化学反应还原出铁的原理发明了铝热焊技术，并应用於钢轨接头的焊接。一、铝热焊起源与发展4 1924年德国施密特首先使用铝热焊焊接长轨，成为铁路无缝线路发展的重要里程碑。随后，施密特铝热焊技术在世界范围内得到广泛的推广运用，铝热焊技术的发明被载入人类科学重要发

2、明的史册。 根据施密特公司记载，在上个世纪初已经使用了施密特铝热焊。到目前，世界上铝热焊焊剂的生产厂家也仅仅几家，其中施密特的市场份額最大，全球铝热焊75% 來自于施密特。5公司全球发展1895 年, 德国Goldschmidt 发现了铝热反应的自蔓延特征。铝热反应的工业化应用是始于热剂焊焊接钢轨。这就是我国现在正在使用的德国施密特公司的铝热焊产品的始创者。6施密特钢轨技术（昆山）有限公司 本公司属德国独资企业，由德国高德斯密特-施密特集团公司创立在中国唯一的分公司，于2004年2月份成立，位于江苏省昆山市经济技术开发区三巷路97号，总投资 1000万美元，专业生 产和销售MT绝缘接头、 铝热

3、焊模具等产品，并 销售德国高德斯密特- 施密特集团总公司所有 产品。主要产品有：铝 热焊、胶接绝缘接头、 道砟胶、钢轨应力测量 仪、钢轨电子平直仪等。7二、铝热焊基本原理8铝热焊基本原理 铝热焊是一个氧化还原的反应，利用还原金属（铝）和氧化金属（氧化铁），铁合金和铁钉屑等按比例配成的铝热焊剂，放在特制的坩埚中，用高温火柴点燃，立即产生强烈的化学反应，在反应过程中铁（Fe）被还原出来，由于铁比重大沉于坩埚底部，铝氧化成氧化铝（Al2O3）溶渣较轻，浮于上部，同时产生巨大的热量，高温的铝热钢水随即浇铸进轨缝砂模中，将两轨端熔化，浇注钢水本身又作为填充金属，将钢轨焊接起来。 3FeO+2AI=3Fe

4、+Al2O3+833.9kJFe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+850kJ3Fe3O4+8Al=9Fe+4Al2O3+3232.4kJ FeO氧化亚铁 Fe金属铁 Fe2O3三氧化二铁 kJ千焦耳 Fe3O4四氧化三铁铝热焊反应进行时有剧烈的放热现象10铝热焊反应过程示意 Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3+850kJ 11三、铝热焊劳动保护12 1、 进行钢轨打磨时，一定要佩戴面罩跟眼镜。 2、 操作铝热焊时，一定要穿纯棉工作服防止烫伤。 3、 佩戴皮手套，脚穿防护鞋和护罩。 4、 看火时要佩戴5度墨镜以保护眼睛不受伤害。 秒表及5度墨镜15四、铝热焊操作工艺16工艺流程1、准备

5、工作2、干燥钢轨3、除锈去污4、对 轨5、砂模安装6、夹具安装7、封箱9、坩埚使用11、铝热反应12、拆模13、推瘤14、打磨10、点火8、预热171、准 备 工 作 物品准备 线路准备 钢轨准备18物 品 准 备焊接前专人清点铝热焊剂耗材、工具和设备等物品了解钢轨的型号，正确选择焊剂类型 型 号焊剂强度等级U75v + U75vZ100U71Mn（K） + U71Mn（K）Z90U75v + U71MnZ90U78热轧/U78热轧Z100U78热处理/U78热处理Z120U78热轧/U78热处理Z100PG4热轧/PG4热处理Z100PG4热轧/PG4热轧Z100 型 号焊剂强度等级PG4热

6、处理/PG4(U78CrV)热处理Z120R350/R350Z120R350/U71MnZ90R350/U75VZ100U77MUCr+ U77MUCr Z120附：PD3U75V U71Mn U71Mn（K） BnbRe U76CrRe焊剂使用规则：就低不就高 热处理钢轨炉号后面有一个大写的 H22注意：施工前必须对所有工具、设备用品进行检查，特别是：1、预热工具： 必须使用施密特公司专用预热工具检查丙烷/氧气是否充足，是否有气体泄漏，回火阀是否安装氧气瓶和燃气瓶应放在通风处，并保持安全距离（大于 7.5m)2、液压设备： 发电设备是否运转正常液压系统工作是否正常系统油料是否满足使用23铝热

7、焊一次性耗材铝热焊剂一次性坩埚铝热焊砂型高温火柴封箱砂24铝热焊主要辅助工具一预热枪支架丙烷、氧气表总成三片模模板氧气丙烷气胶管预热枪及调节手柄夹紧装置25铝热焊辅助工具二一米直尺对轨架与棘轮扳手钢楔多用塞尺坩埚盖灰渣盘尖点塞尺26铝热焊辅助工具三27铝热焊辅助设备钢轨切割机钢轨打磨机推瘤机钢轨打磨机28线 路 准 备 得到施工准许后，清理焊头位置的线路道碴。从焊缝两侧钢轨开始，每一侧松开24组扣件。按规范锁紧焊缝两侧50米范围内的扣件，并在焊缝两侧各第一个锁紧扣件处的钢轨上，做画线记号，以便观察钢轨是否移动。29钢 轨 准 备（1） 待焊轨端的要求焊接处有气割，损伤、缺口、磨损或者钢轨切口不

8、规则、有螺栓孔的轨端必须切除。 注意: 1.如果有螺栓孔的轨端不能切割时,必须准备配合良好的 钢塞将靠近轨端的第一个孔塞紧,以确保热量的顺利传递。 切割钢轨端面与钢轨纵轴线垂直误差不得大于0.15mm焊接前螺栓孔用钢塞塞住30保证型腔内的预热温度312、干燥钢轨对钢轨两端一米的范围进行加热干燥，充分去除钢轨表面水分在气温低的情况下要把钢轨加热到37度左右 干燥后钢轨表面水锈要清理干净333、除锈去污距离轨端50mm范围内,用角磨机安装钢丝轮对焊接钢轨的端面，轨头，轨腰和轨角进行打磨清污除锈，随后用安装了砂轮的角磨机进行打磨（金属光泽20mm），要注意将轨底打磨清洁干净。打磨完成后须将轨顶边缘倒

9、角1X 45 。钢轨轨腰轨底除锈50mm钢轨轨顶面除锈500mm钢轨轨腰金属光泽20mm打磨除锈标准轨端和端面没有打磨除锈轨端一定要打磨出金属光泽35364、对 轨1、轨缝调整轨缝调整：以轨脚边为基准，控制轨缝宽度为(+2-1mm)预留轨缝过大或过小37焊接轨缝过小时，轨底预热效果差，高温钢水流动性不好，易产生未焊合，气孔等缺陷，使接头静弯强度和超声波探伤达不到标准要求。焊接轨缝过大时，易在焊缝中央形成显微疏松，接头的静弯强度小于标准要求。优质钢水不足，易产生夹杂。更容易产生高温钢水外泄的焊接事故。 轨缝大小对预热的影响3839对 轨3、尖点调整 用一米直尺的中点与焊缝中点重合，用钢楔子或对轨

10、架进行高度调节，焊缝两侧各0.5米处钢轨行车面与直尺的间隙（即尖点值）为1.8-2.3mm。2、水平对正 用一米直尺分別检查焊缝两端钢轨，轨头轨腰轨底是否平直,如有误差，用对轨架或钢楔子进行调节，轨头侧面以行车面为基准进行调整。注意：必须用标准的一米钢直尺测量！在轨缝难以控制时，须用拉伸器械配合焊接。41注意：安装底板后，必须进行二次对轨磨耗轨(或新旧轨相接)的铝热焊注意：1、磨耗轨的焊接对轨时以行车面为准！2、高低错牙不得超过8mm！435、砂模安装砂模使用前的检查：1 砂模的存储与运输一定要防潮。观看砂模的外表,有裂痕，缺损或受潮的砂模不能使用。已受潮的产品保管良好的产品保管不良及焊接耗材

11、受潮45砂模修整砂模浇注孔略作修整，防止预热和浇筑时砂粒脱落，造成焊接夹渣。砂型使用注意事项注意：高温棉不能燃烧，当进入焊金里会形成夹杂47 模砂型安裝要点 1.安装底模模板时，底模一定要前后，左右对中，并且要紧贴轨底。 2. 第一片砂型安装完毕后，在轨头处放置白卡纸 并塞紧缝隙然后合上第二 片砂型。 3. 安装砂型过程中，切勿让沙粒等杂物落入焊缝行腔内。 4. 安装好砂型后，要检查砂型是否 与钢轨装配处紧密贴合。 如果砂型与钢轨贴合不良，可能会造成钢水泄漏的焊接事故。 48白卡纸 白卡纸的作用 ： A、防止砂型与钢轨接触处缝隙较大 ，封箱砂落入轨缝。 B、浇注时防止高温钢水外漏。 C、白卡纸

12、燃烧后形成碳膜保护轨面。一定要超过侧模板范围不能伸进焊缝里50分流塞1、分流塞的作用：分流塞是用于铝热钢水浇铸进入砂箱时，分流钢水。2、分流塞的安装：分流塞在安放前要先 试装，如太紧，须用锉刀或砂轮片修 整至松紧适宜。过松或太紧，均会给焊接质量带来影响。3、在预热的过程中，要对分流塞进行干燥。51在扭紧夹具时，由一人完成，均匀夹紧6.夹具的安装一定要对准侧模板卡槽的中心52 弓形夹具 道岔尖轨和辙叉部位由于钢轨与钢轨之间的间隙窄小，用弓型夹具安装模具。537、封 箱 1、 将5公斤封箱砂与400ml水搅拌均匀后攥成团，从1米高度自由落下，以此检测封箱砂搅拌的适宜度。封箱砂的优点是透气性能好，有

13、利于水分的排出。 加入400ml水落砂试验搅拌好的封箱砂542、封箱分两步进行：首先对各缝隙由底到上依次封砂打好基 础，并用夯实捧捣实，然后整体封箱修整外表。3、在封箱过程中，两侧模板之间的砂要略高于侧模板， 防止钢水从两侧流出砂模顶面要盖好，防止杂物落入封箱砂要略高于侧模版55 4、 封箱完毕后要将侧模板两侧的耳座，覆盖封箱砂 用来保护侧模板。 5、 封箱完成后，将灰渣盘安装在侧模板的挂臂上，要挂稳落位，以防熔渣流出时，灰渣盘发生倾斜，脱落。预热前对灰渣盘干燥。 6、 封箱完成后，一定要由下至上检查一遍。封箱57封箱检查封箱过程是比较关键的步骤之一，在操作的时候要特别细心。如果封箱不好，会造

14、成钢水外泄的焊接事故。封箱完成后，负责该项目的人应该仔细检查封箱是否达到要求，以确保焊接成功。588、预 热预热的作用： 1、使钢轨端面得到均匀的热量，高温钢水于钢轨两端良好融合，减少焊接缺陷，保证焊接质量，提高成功率。 2、吹出砂模内的杂质。 3、烘干砂型，封箱砂，钢轨，分流塞等。59预热枪头高度及位置枪高40mm，预热枪枪头垂直安放在焊缝中心位置。60预热枪头错误安装的几种情况a.预热枪头位置过高，会使轨角预热不足。b.枪头过低会使轨头预热不足。c.枪头不垂直会使焊缝两端预热不均匀。以上3种情况都能容易造成焊接后焊头出现伤损61预热火焰调节 先开一点氧气阀门，后打开丙烷阀门，再点火，然后逐

15、渐交替打开两个阀门，直到氧气阀门完全打开为止，再通过调节丙烷阀门来调节火焰大小，使火焰的长度保持在1520mm.火焰为中性。氧化焰中性焰碳化焰62氧气/丙烷/乙炔气瓶 1、关闭预热枪时先关闭燃气再关闭氧气 2、防止气体泄漏可用肥皂水检查 3、在隧道和通风不良的地方焊接要使用乙炔63调节仪表氧气表必须是 -双重级 燃气表必须是 -高流量米长气管氧气管径6、丙烷管径。不得随意加长或缩短。安装燃气或氧气仪表，开气瓶阀门前，要将仪表的压力调节阀退解，以免压力过高顶坏表针。64 工作压力的控制 工作压力详见（产品说明书）工作压力随气候及丙烷（乙炔）、氧气的质量不同而有差异。在天气寒冷的时候适当加长预热时

16、间，并要防止减压阀结冰。 65工作压力参数施密特铝热焊Z90Z100焊接参数轨型预热枪高度（mm)氧气压力丙烷压力预热时间(分钟）焊缝宽度（mm)尖点高度（mm)拆模时间去除砂型时间推瘤时间S60404.51.23.5-4.527301.8-2.34.307.307.4066密切关注整个预热过程点火调节好预热枪火焰后，将预热枪安放在预热枪支座上，调节枪支座，使枪头垂直并在焊缝中的位置呈前后左右置中，火焰喷出浇筑孔开始预热计时。在预热过程中，要密切关注整个预热过程，特别是轨腰受热颜色变化过程 ，轨腰预热完成的温度为：9501000，其颜色为亮黄色。预热过程中，必须对分流塞作适当烘烤干燥去除水分

17、67 轨端受热颜色68预热完成后的轨端效果图 良好的预热轨端69预热完成后的轨端效果图预热轨端的对比70熔化的轨端 形成原因：1. 氧化火焰; 工作压力失准;预热时间失准.2. 预热枪偏低.3. 预热枪偏向焊縫一侧.739、坩埚使用坩埚组成： 1、以氧化硅为主要成分的坩埚。 2、位于坩埚底部的自熔塞。 3、保护坩埚的铁桶。 4、坩埚盖 自熔塞一次性坩埚1.坩埚具有良好的防潮、防变形性能。2.坩埚存储于干燥环境，搬运轻拿轻放，防止受潮、破损和开裂。3.坩埚底部易熔塞必须保持完好，使用前仔细检查。74焊剂及坩埚使用76焊剂装入坩埚的注意事项 1、 打开一次性坩埚盖，确认坩埚壁，自溶塞完好无损，清里

18、并倒除坩埚内的浮砂。2、确认焊剂袋无破损，将焊剂用桶拌均匀 3X3 次。77 3、混合均匀后将焊剂旋转倒入坩堝，使 焊剂頂部成一锥形，插入高温火柴，盖上坩埚盖，待用。7810.点火提示：高温火柴插入焊剂时，切勿用力过猛，速度过快，否则高温火柴容易熄灭。 预热完成后，放好分流塞，立即将坩埚安置在砂型侧模板顶部定位片内，取出高温火柴，在红热状态下的砂型浇筑孔内将其擦燃，然后快而稳地将高温火柴2/3长度插入焊剂锥形顶部，点燃焊剂，迅速盖上坩埚盖，所有人员退离到3米以外安全距离。7911、铝热反应反应时间：715镇静时间：618反应过程中，所有人员退到距离坩埚3米以外的安全距离。记录观察焊剂反映状况。

19、反应完成后，如果钢水不能浇铸下来，应该让钢水在坩埚中冷却20分钟后才能移动坩埚。80 灰渣流入灰渣盘后用剩余封箱砂覆盖，然后清除轨脚处的封箱砂，有利于焊头降温和内部良好结晶。8112.拆模1、浇铸完成后 1分钟，移去坩埚，并将其放在干燥的地方，然后移去灰渣盘，并将灰渣倒入坩埚中。以免污染环境。2、浇铸完成4分30秒后，开始拆除侧模板和夹具装置。3、浇铸完成 7分30秒去除轨头砂7分40秒立即开始推瘤！4、浇铸棒要求在浇铸后 30分钟方可打掉。1min移除一次性坩锅1min去除灰渣盘430”拆除侧模板及底板注意：1.拆侧模过程一定要小心，不要将 砂模一起脱 下，影响焊缝内部结晶。2.拆模后及时将

20、轨面清理干净，防止推瘤时残渣拉伤轨面。853.推瘤前去除轨头砂型8613、推 瘤 步骤： 1、推瘤前清理轨面 2、安装推瘤机 3、推瘤 4、用撬棍向钢轨两侧扳开浇注棒。推瘤前后都不能用大锤敲击钢轨87 凝固的过程形核和晶核长大的过程液态金属形核晶核长大完全结晶8914、打 磨 推瘤完成后进行粗打磨清 理注意:浇筑完成后30min以后，才能打掉浇筑棒，清理浇注棒时，锤击方向应沿钢轨纵向敲击。精打磨 粗打磨901.推瘤完成后，就可以进行粗打磨。焊后温度降到300攝氏度以下进行冷打磨。钢轨打磨平直度以焊缝为中点，用一米钢直尺进行测量，顶面垂直方向最大偏差0.2mm;导向面水平方向最大偏差0.3mm。

21、具体按照各铁路局要求打磨。2.打磨焊头顶部行车面时应控制速度，避免造成钢轨淬火或发蓝。3.浇筑棒敲掉后要打磨至与焊带平，并且要圆顺不得有棱角。4.对焊带底部要用小镜子或用手摸进行检查，发现轨底出现溢流霏边要及时采取措施，使用扁铲或打磨机进行处理，但不能伤到钢轨母材。焊后打磨焊带边缘的飞边要清理干净9192外 观 检 测用电子平直仪检测钢轨用一米平直尺检测双面电子平直仪测量方法直尺+塞尺理想状态施密特SEC双面电子平直仪焊缝中部陡然凸起的平直度曲线焊缝两侧不对称的平直度曲线97不允许用水对焊头进行冷却！98完成焊接1、 焊接完成后，将灰渣、废钢料、砂模等清理干净，装入坩埚中 带到处理场所处理。2

22、、 将焊头涂油，做好标记，上紧扣件，捣固焊缝周围轨枕下的道碴。3、 做好焊接记录。铝热焊的检验项目超声波探伤，疲劳，静弯，拉伸，硬度，冲击，断口和显微组织等。101超声波探伤 焊接完成后，建议探伤确保焊接质量和行车安全。M P I磁粉探傷103BRINELL HARDNESS硬度測試104铝热焊接头质量评定105五、安全注意事項1061、氧气、丙烷（乙炔）的存放、运输、使用，必须遵照国家易燃易爆物品使用管理条例执行。氧气、丙烷（乙炔）安全距离为7.5米2、隧道内焊接必须使用乙炔 3、 高温火柴与焊剂要分开放，绝不能放在衣袋里。4、 焊剂、坩埚、砂型要严格防潮，正在反应的焊剂及高温装置不能和水接

23、触。不能用水性灭火剂，应该用干砂或者干粉灭火器。5、确保燃气装置没有泄漏（可使用肥皂水检测），并且必须配置防止回火阀 。如果发生回火，立即先关闭氧气阀门，后关闭丙烷或乙炔阀门。 1076、当焊剂在坩埚中高温反应时，人员必须保持3米的安全距离。7、不能使用的焊剂要与干砂混合，放在安全处。8、反应生成的铝渣要放到反应过的坩埚中，不要随处乱丢， 污染环境和易引起火灾。9、钢轨打磨时应戴护目镜，要注意隔离打磨产生的火花。 10、轨温5度以下不建议焊接，轨温15度以下焊头需要保温，可用石棉布保温或保温罩。 11、 浇铸过后的钢轨，严禁身体各部位碰及，以防烫伤。12 、打磨前应检查打磨机是否漏电，运转是否

24、良好，如有异常应进行维修，避免发生人身事故。108109 安全需要大家的努力！110安全需要大家的合作！不适合铝热焊仪表 111安全需要大家的努力！确认回火防止器112安全需要大家的努力！113六.其它铝热焊产品和工艺简介114焊接头的热处理SKV-L宽焊缝工艺施密特公司提供的SKV-L50SKV-L75 , 焊缝宽寬度可以达到50mm-75mm , 这为铁路施工带来更多的方便 , 特別是在处理伤轨 ，或者是有问题的焊头 , 不需要再插入短轨 , 省时, 成本低 , 並降低劳动强度。115宽缝焊接117SKV-L宽焊缝工艺1.工具比较：常規焊缝的机具绝大部分宽焊缝能够使用，仅側模板不同而已。2

25、.工艺比较：操作工艺大部分与常規焊缝相同，仅是预热和推瘤存在差异。3.成本比较：对于工务维护单位，处理伤损焊头的办法都是插入短 轨，增加两个焊接头，但使用宽焊缝，可以直接用宽焊缝焊接起來，不需要再插入短轨。 宽焊缝与常规焊缝的比较119起重轨铝热焊工艺120电车车轨铝热焊工艺 121特殊轨的铝热焊工艺 HPW高性能铝热焊工艺是一种新的铝热焊方法，专为阔脚轨钢轨设计，这种钢轨轨头形成了一层合金层，增加了硬度。该方法适用于轨头硬化处理了的钢轨，目前这种钢轨正被不断地应用在现代铁路系统中。该铝热焊方法把韧性合金元素放在钢轨轨头，焊接完成后在钢轨轨头形成一层坚硬，耐磨的焊接金属层。这种铝热焊的关键在于

26、在标准焊接工艺中加入一个改进的含有合金元素的塞子，从而达到分区合金化作用。这种创新的方法最大的优点在于使用一种铝热剂，就能满足不同等级的钢轨要求。通过加入合适的合金塞子，焊接接头的金属特性就能得以调整 。 HPW高性能铝热焊工艺122123带有合金元素的分流塞HPW高性能铝热焊普通分流塞124七.常见的铝热焊缺陷及原因分析125特 征：气孔大小不均匀，有单个或窝状气孔群。 产生部位：任何位置。主要原因：焊剂、砂模、坩埚受潮；封箱砂(或封箱泥）过 潮；轨端没有清理干净；焊接高温下水分分解成 气体。气孔 126气 孔 1、焊剂受潮，焊剂中带有水分，在铝热反应时，高温下水分分解，在焊缝中产生气体。2

27、、封箱砂过多，过湿或砂型潮湿。砂型或封箱砂中的气体不能及时排出，在焊头中形成气孔。3、预热温度过低，钢水容易凝固使气体不易排出，容易在轨底两脚产生气孔。4、预热到浇铸前时间超过30秒，使预热后温度降低，也容易在轨底两角产生气孔5、镇静时间不够，或铝热反应不充分，浇入砂型后继续作用形成气孔。6、轨缝两个断面不垂直，互补平行。轨缝过小。7、待焊钢轨在焊接之前没有清理干净。浇铸系统不正确，气体排不出去。127气孔产生的原因减少气孔的措施1 烘烤待焊钢轨；2 待焊钢轨打磨，除去待焊钢轨上的油污；3 下雨天焊接时必须采取相应的保护措施；4 封箱砂使用不能过潮；5 加强库房的管理，防止铝热焊接产品受潮。加强气体排出： 放置分流塞。 控制预热温度。（轨腰成亮黄色）129夹渣特 征：断口处存在不规则体积的夹渣，一般呈暗灰色。产生部位：任何部位。形成原因：焊缝过大或因轨底“钢水外漏”，导致 氧化皮或者其他杂物进入焊缝；封箱过程中，砂粒掉入焊缝中；预热过火，轨端滴泪或砂模烧损；軌端不洁。131未焊透特 征：断口呈未溶合状态。产生部位：轨脚两侧居多。产生原因：预热温度不够或不均匀，砂模孔与 轨脚对位不准确，间隙不均匀。132未焊透形成 断轨未焊透原因：热输入量不够，不能让钢轨母材和焊接金属完全熔合，不属于外延生长，而是 普通铸造。控制方式：轨底预热良好，金属液冲刷钢轨使钢轨表面熔化，从