铝热焊施工方案

铝热焊施工方案

一、概况

京沪高铁上海虹桥站及相关工程分为三大块，分别为京沪高速场、沪宁城际综合场、七宝站改造。本次为高速场和城际场中的道岔及长钢轨。

具体焊接工程量如下：京沪高速场道岔共44组，沪宁城际综合场道岔共25组。

二、概述

1、基本原理

铝热焊是应用铝和氧化铁发生化学反应置换出铁的原理而形成的一种钢轨焊接技术，其化学反应式：

Fe2O3+2Al

→2Fe+Al2O3+850KJ

这一反应式说明，铝能与氧化铁发生氧化还原反应（即铝热反应），并伴随生产大量的热能量，在无需外部能源的情况下，就可以生成熔化的高温铁水。这些高温铁水可以将添加在铝热焊剂中并已混合均匀的合金元素完全熔化在一起形成特定化学成分的钢水。如果将钢水浇铸于固定在两根钢轨接缝处的砂型内，即可将两根钢轨焊铸在一起，最后形成与钢轨的化学、冶金和机械性能等方面相匹配的焊接接头。这种熔铸式的钢轨焊接方式，焊缝整体性能好，焊接速度快，而操作却并不复杂。

2、操作原理

先将铝热焊剂投放到一个耐高温坩埚中，然后将点燃的高温火柴插入铝热焊剂中，铝热焊剂随即开始铝热反应。反应过程中，氧化铁在高温下被还原形成铁水（熔化其它添加元素后形成特定化学成分的钢水），铝被氧化并与其它氧化物一起形成熔渣。钢水由于比重大而沉于坩埚底部，熔渣比重小而浮于钢水上部。反应结束后，经过短暂镇静，熔渣上浮并与钢水完全分层，坩埚底部特别设计的自熔塞自动熔开，高温钢水被释放到连接两根钢轨的耐高温砂型中，从而将它们焊接在一起。耐高温砂型带有钢轨的几何形状特征，使焊接好的接头形状与钢轨基本一致。在焊缝冷却下来后，如果采用适当的热处理，还可以进一步提高其机械特征。

三、产品特征

1、经济性：耗材少，费用低。

2、实用性：耗时少，满足铁路封锁点施工要求。

3、方便性：辅助机具轻便小型，劳动强度低，操作人员少。

4、质量体系通过国际专业机构认证，质量保证有完善的可追溯性。

5、自动浇注和最佳钢质纯净度，有效保证钢轨焊头品质。

6、有效的熔合区和最小的热影响区以及稳定的焊后化学成分。

7、绿色环保产品，不损害人体、不污染环境。

四、适用范围

焊接不同材质的钢轨采用不同的铝热焊剂，各种砂型可满足不同型号钢轨截面、焊缝宽度以及采用特殊工艺的焊接要求。

1、钢轨类型：50kg/m、60kg/m。

2、钢轨材质：U71MnU75V以及R350等。五、铝热焊焊接耗材

序

号

名

称

备

注

1

焊剂

Z90、Z100、Z120

2

高温火柴

3

分流塞

4

砂型

两片模或三片模

5

一次性坩埚6

封箱砂

干砂或湿砂

7

氧气

8

丙烷

9

锯轨机砂轮片

10

打磨机砂轮片

11

发电机用油等

提示：焊接施工时，应携带一定量的焊接耗材备用。

六、铝热焊工具

1、工具类别：预热枪、丙烷表、氧气表、三片模模板、预热枪支座、坩埚盖、灰渣盘、对轨架、棘轮扳手、捣实棒、火钳、撬棍、多用塞尺、1米钢直尺、钢楔子、巨形家居等。

2、主要工具特性

（1）预热枪：用于钢轨端部和砂模预热。枪孔因使用起源不同而不同。使用氧气/丙烷时，枪孔为32个，当使用氧气/乙炔时，枪孔为14个。

（2）预热枪支座：为预热枪提供固定位置，并可为预热枪提供左右前后调节功能。

（3）坩埚盖：多次性坩埚盖有利于节约耗材成本，并且不会再运输、搬运过程中损坏。但在每次焊接后需要将其内部清理干净。

（4）多用塞尺：用于轨缝尺寸、预热枪高度的快速定位，有利于节省操作时间。

（5）丙烷、氧气表：用于控制丙烷、氧气的压力。

七、技术要求

1、铝热焊可在下列条件下施工操作：

（1）在弯道上，焊接点的两股钢轨高度差不超过180mm。

（2）线上和线下。

（3）厂房内。

（4）雨雪天有严密遮挡设施。

2、铝热焊剂

（1）铝热焊剂为密封但非真空包装。（2）铝热焊剂储存于干燥、无火源环境。

（3）包装上有标记，可以识别焊剂类别、规格、批次号和生产日期等。

3、砂型

（1）砂型是预制好的，并和与之相匹配的待焊钢轨外形相吻合的。

（2）砂型储存于干燥环境搬运时轻拿轻放，防止受潮、破损和开裂。

（3）焊接时，砂型不可过早启封，避免在空气因暴露时间过长而吸潮。

（4）包装纸箱有标记，可以识别砂型类别、型号、生产日期等。

4、坩埚

（1）坩埚成型于马口铁桶内、防变形性能。

（2）坩埚储存于干燥环境搬运时轻拿轻放，防止受潮、破损和开裂。

（3）坩埚底部自熔塞必须保持完好状态，使用前应仔细检查。

（4）包装纸箱有标记，可以识别坩埚类别、生产日期等。

5、操作人员

（1）铝热焊焊接施工时，操作人员至少两人。

（2）操作人员必须经培训合格，持证上岗。

八、铝热焊工艺的主要流程

准备工作→轨端干燥→轨端除锈去污→对轨→夹具安装→砂模安装→封箱→预热→坩埚安装→点火→反应→镇静→拆磨→推瘤→打磨

九、铝热焊操作步骤

1、准备工作

晃动砂型，更不能拉裂砂型，以免影响焊缝金属的正常结晶。甚至导致砂型开裂，钢水流出。

12、推瘤

（1）浇注完毕8分钟，去除轨头砂型。

（2）8分30秒钟开始推瘤。

提示：推瘤过早会因轨头硬度过软而容易拉伤轨面；

推瘤过迟会因轨头硬度过硬而难以推除焊瘤。

13、打磨

（1）推瘤完成后，可以立即进行粗打磨，以节省施工时间。

（2）焊头温度降至300℃以下时才能放车通行，焊头冷却期间，不得采取浇水等手段进行强制冷却。

（3）焊头冷却至环境温度后，进行精打磨。

14、完成焊接

（1）焊接完成后，将熔渣、废钢材、废砂型等清理干净，装入反应后的坩埚中，撤离工地时带到指定的场所处理，不得将其丢弃在施工现场，造成对铁路沿线环十二、常见的铝热焊缺陷及原因分析1、夹杂

特征：断口处存在不规则体积的夹渣，一般呈暗灰色。

形成原因：自熔塞打开过早使焊渣未来得及和钢水分离；或者其他杂物进入焊缝；封箱过程中，预热过火，轨端“滴泪”；轨端不洁等。

2、未焊透

特征：断口呈未溶合状态。

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。

3、气孔

特征：接头内部表面光滑的圆形或椭圆形的孔。

主要原因：焊剂、砂模、坩埚受潮；封箱砂过潮；轨端的水分和油污没有清理干净。

3、未溶合

特征：接头内部熔合区域平整性断裂。

主要原因：焊接浇注时，钢轨受拉，轨缝发生位移。

十三、安全事项

1、氧气、丙烷的存放、运输和使用必须遵照国家《易燃易爆化学物品消防安全监督管理办法》执行。

2、施工前，对燃气瓶和各类设备按规程进行检查，确保施工过程安全可靠。

3、高温火柴与焊剂在包装、储存和运输过程中必须分开，绝对不能将高温火柴随身放在衣袋中。

4、确保燃气装置没有泄露。如果发生回火，应立即先关闭氧气阀门，后关闭丙烷阀门。

5、预热枪在点火、调节火焰和带火移动时，应该举高枪口火焰斜向无物的上空，防止火焰灼伤人和物品。

6、焊剂、坩埚和砂型要防潮。正在反应的焊剂及其装置不能与水接触，不能用水和液体灭火剂灭火。遇紧急情况时，应该使用干砂或者干粉灭火器灭火。

7、预热时，观察预热效果应戴护目墨镜，墨镜镜片界别为5级。

8、在焊剂反应与钢水浇注期间，所有人员应该保持距坩埚3米以上距离，观察者戴护目镜。

9、焊剂反应完成后，如果钢水没能从坩埚中释放出来，必须让钢水在坩埚中冷却20分钟后才能移动坩埚。

10、灼烧状态下的浇铸棒、砂型残渣、坩埚、灰渣盘及坩埚盖等铝热反应后产生的产物和物品，应该放置在干燥、无易燃物的地方。

11、在隧道内和通风不良的场所施工必须