年4月19日鋁熱焊施工方案文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。鋁熱焊施工方案

一、概況

京滬高鐵上海虹橋站及相關工程分為三大塊，分別為京滬高速場、滬寧城際綜合場、七寶站改造。本次為高速場和城際場中的道岔及長鋼軌。

具體焊接工程量如下：京滬高速場道岔共44組，滬寧城際綜合場道岔共25組。

二、概述

1、基本原理

鋁熱焊是應用鋁和氧化鐵發(fā)生化學反應置換出鐵的原理而形成的一種鋼軌焊接技術，其化學反應式：

Fe2O3+2Al

→2Fe+Al2O3+850KJ

這一反應式說明，鋁能與氧化鐵發(fā)生氧化還原反應（即鋁熱反應），并伴隨生產大量的熱能量，在無需外部能源的情況下，就能夠生成熔化的高溫鐵水。這些高溫鐵水能夠將添加在鋁熱焊劑中并已混合均勻的合金元素完全熔化在一起形成特定化學成分的鋼水。如果將鋼水澆鑄于固定在兩根鋼軌接縫處的砂型內，即可將兩根鋼軌焊鑄在一起，最后形成與鋼軌的化學、冶金和機械性能等方面相匹配的焊接接頭。這種熔鑄式的鋼軌焊接方式，焊縫整體性能好，焊接速度快，而操作卻并不復雜。

2、操作原理

先將鋁熱焊劑投放到一個耐高溫坩堝中，然后將點燃的高溫火柴插入鋁熱焊劑中，鋁熱焊劑隨即開始鋁熱反應。反應過程中，氧化鐵在高溫下被還原形成鐵水（熔化其它添加元素后形成特定化學成分的鋼水），鋁被氧化并與其它氧化物一起形成熔渣。鋼水由于比重大而沉于坩堝底部，熔渣比重小而浮于鋼水上部。反應結束后，經過短暫鎮(zhèn)靜，熔渣上浮并與鋼水完全分層，坩堝底部特別設計的自熔塞自動熔開，高溫鋼水被釋放到連接兩根鋼軌的耐高溫砂型中，從而將它們焊接在一起。耐高溫砂型帶有鋼軌的幾何形狀特征，使焊接好的接頭形狀與鋼軌基本一致。在焊縫冷卻下來后，如果采用適當?shù)臒崽幚恚€能夠進一步提高其機械特征。

三、產品特征

1、經濟性：耗材少，費用低。

2、實用性：耗時少，滿足鐵路封鎖點施工要求。

3、方便性：輔助機具輕便小型，勞動強度低，操作人員少。

4、質量體系經過國際專業(yè)機構認證，質量保證有完善的可追溯性。

5、自動澆注和最佳鋼質純凈度，有效保證鋼軌焊頭品質。

6、有效的熔合區(qū)和最小的熱影響區(qū)以及穩(wěn)定的焊后化學成分。

7、綠色環(huán)保產品，不損害人體、不污染環(huán)境。

四、適用范圍

焊接不同材質的鋼軌采用不同的鋁熱焊劑，各種砂型可滿足不同型號鋼軌截面、焊縫寬度以及采用特殊工藝的焊接要求。

1、鋼軌類型：50kg/m、60kg/m。

2、鋼軌材質：U71MnU75V以及R350等。五、鋁熱焊焊接耗材

序

號

名

稱

備

注

1

焊劑

Z90、Z100、Z120

2

高溫火柴

3

分流塞

4

砂型

兩片?；蛉?/p>

5

一次性坩堝6

封箱砂

干砂或濕砂

7

氧氣

8

丙烷

9

鋸軌機砂輪片

10

打磨機砂輪片

11

發(fā)電機用油等

提示：焊接施工時，應攜帶一定量的焊接耗材備用。

六、鋁熱焊工具

1、工具類別：預熱槍、丙烷表、氧氣表、三片模模板、預熱槍支座、坩堝蓋、灰渣盤、對軌架、棘輪扳手、搗實棒、火鉗、撬棍、多用塞尺、1米鋼直尺、鋼楔子、巨形家居等。

2、主要工具特性

（1）預熱槍：用于鋼軌端部和砂模預熱。槍孔因使用起源不同而不同。使用氧氣/丙烷時，槍孔為32個，當使用氧氣/乙炔時，槍孔為14個。

（2）預熱槍支座：為預熱槍提供固定位置，并可為預熱槍提供左右前后調節(jié)功能。

（3）坩堝蓋：多次性坩堝蓋有利于節(jié)約耗材成本，而且不會再運輸、搬運過程中損壞。但在每次焊接后需要將其內部清理干凈。

（4）多用塞尺：用于軌縫尺寸、預熱槍高度的快速定位，有利于節(jié)省操作時間。

（5）丙烷、氧氣表：用于控制丙烷、氧氣的壓力。

七、技術要求

1、鋁熱焊可在下列條件下施工操作：

（1）在彎道上，焊接點的兩股鋼軌高度差不超過180mm。

（2）線上和線下。

（3）廠房內。

（4）雨雪天有嚴密遮擋設施。

2、鋁熱焊劑

（1）鋁熱焊劑為密封但非真空包裝。（2）鋁熱焊劑儲存于干燥、無火源環(huán)境。

（3）包裝上有標記，能夠識別焊劑類別、規(guī)格、批次號和生產日期等。

3、砂型

（1）砂型是預制好的，并和與之相匹配的待焊鋼軌外形相吻合的。

（2）砂型儲存于干燥環(huán)境搬運時輕拿輕放，防止受潮、破損和開裂。

（3）焊接時，砂型不可過早啟封，避免在空氣因暴露時間過長而吸潮。

（4）包裝紙箱有標記，能夠識別砂型類別、型號、生產日期等。

4、坩堝

（1）坩堝成型于馬口鐵桶內、防變形性能。

（2）坩堝儲存于干燥環(huán)境搬運時輕拿輕放，防止受潮、破損和開裂。

（3）坩堝底部自熔塞必須保持完好狀態(tài)，使用前應仔細檢查。

（4）包裝紙箱有標記，能夠識別坩堝類別、生產日期等。

5、操作人員

（1）鋁熱焊焊接施工時，操作人員至少兩人。

（2）操作人員必須經培訓合格，持證上崗。

八、鋁熱焊工藝的主要流程

準備工作→軌端干燥→軌端除銹去污→對軌→夾具安裝→砂模安裝→封箱→預熱→坩堝安裝→點火→反應→鎮(zhèn)靜→拆磨→推瘤→打磨

九、鋁熱焊操作步驟

1、準備工作

（1）預先了解待焊鋼軌的軌型和材質，正確選擇砂型和焊劑的類型。

（2）出發(fā)前必須安排專業(yè)人根據(jù)焊接清單清點全部施工物品，以免少帶、漏帶影響施工。

（3）對施工設備、燃氣瓶等進行檢查，確保使用時安全可靠。

（4）從焊縫兩側鋼軌開始，每一側松開2-4組扣件，然后至少將50m范圍內的鋼軌扣件按規(guī)范鎖緊，并在焊縫兩側各第一個鎖緊扣件處的鋼軌上，做劃線記號，以便觀察鋼軌2移動，然后才能夠進行鋁熱焊焊接。

提示：在焊接過程中，如果鋼軌發(fā)生明顯移動則會拉傷甚至拉裂焊縫，并可能引發(fā)高溫鋼水從砂型中外泄，導致焊接事故。

（5）氣溫急劇變化時必須用拉伸機鎖定鋼軌，然后進行焊接操作。

（6）焊接處有缺口、損傷、磨損嚴重以及端面不規(guī)則的鋼軌必須切除后，才能進行焊接。

（7）待焊鋼軌在距軌端200mm范圍內有螺栓孔時，必須對螺栓孔周邊倒角，并用專用鋼塞將孔塞緊，以確保鋼軌能均勻傳遞焊接時產生的熱量，鋼塞必須與螺栓孔配合緊密。

2、軌端干燥

砂型安裝前需用預熱槍對焊縫兩側1米范圍內鋼軌進行加熱干燥，充分除去鋼軌表面水分。

3、軌端除銹去污

（1）在距軌端50mm范圍內，用角磨機和鋼絲刷對焊接鋼軌的端面、軌頭、軌要、軌腳和軌底進行打磨清污除銹，要特別注意將軌底打磨清潔干凈。

（2）打磨完成后，軌頭端部邊緣需倒角1mm*45o。

4、對軌

（1）以軌腳處為基準，控制軌縫寬度為28+2-1

mm。（2）水平調整：用一米直尺分別檢查焊縫兩端鋼軌軌頭、軌腰、軌腳時候平直。如有偏差，用對軌架或者鋼楔子進行調節(jié)，軌頭側面以行車面為基準進行調整。

（3）尖點調整：將一米直尺自由放置在軌頂，使其中點與焊縫中點相重合，用對軌架或者鋼楔子對軌端高度進行調節(jié)，使直尺的兩個端部與軌頂之間的間隙為1.5~2mm。

5、夾具安裝

（1）夾具應安裝在上風方向，避免逆風安裝導致火焰灼傷預熱系統(tǒng)。

（2）調整預熱槍管與軌面平行。

（3）用多用塞尺設定預熱槍高度，預熱槍高度設置為40mm。

6、砂型安裝

（1）確認砂型無裂痕、無缺損、無受潮，否則不能使用。

（2）砂型澆注孔略作休整，防止預熱和澆注時砂粒脫落，造成焊接夾渣。

（3）必要時，將砂型貼合鋼軌側面進行左右摩擦，使砂型與鋼軌裝配處緊密貼合。

提示：如果砂型與鋼軌配合不良，可能會造成鋼水泄漏的焊接事故。

（4）安裝砂型時，澆注孔要對準焊縫中心，并與軌底垂直，以確保焊縫兩端鋼軌特別是軌底預熱均勻。

（5）安裝三片模底模板時，底模一定要前后、左右對中，而且要緊貼軌底。

（6）第一片砂型安裝完畢后，在軌頭處放置白卡紙并塞緊縫隙，然后合上第二片砂型。放置時，白卡紙必須露出側模板。

提示：白卡紙燃燒后，會形成碳膜能夠保護軌面。

（7）鎖緊夾具時，應由一人完成，使兩側均勻夾緊。

（8）安裝砂型過程中，切勿讓砂粒等雜物落入焊縫型腔內。

7、封箱

封箱是鋁熱焊操作過程中比較關鍵的步驟，應高度注意，如果封箱發(fā)生問題，很容易造成泄漏鋼水的焊接事故。

（1）蓋上砂模蓋，放置砂粒等雜物落入焊縫型腔內，造成焊接夾雜。

（2）首先對軌底、軌頭處縫隙用封箱砂塞緊壓實，然后整體封箱，用搗實棒將所有縫隙搗緊搗實。

（3）在砂型頂端，兩側模板之間的封箱砂要填滿砂型凹槽，防止?jié)沧r鋼水從兩砂型之間的側縫處淌出。

（4）將側模板頂端的邊耳覆蓋上封箱砂以保護側模板。

（5）試放分流塞，如果過緊，進行適當修整。

（6）封箱結束后，焊接負責人應仔細檢查封箱時候達到規(guī)定要求，以確保焊接成功。

（7）將灰渣盤安裝在側模板的掛臂上，要掛穩(wěn)落位，以避免熔渣流入時灰渣盤發(fā)生傾斜甚至脫落。

8、預熱過程的控制

（1）預熱氣體壓力參數(shù)：氧氣和丙烷的工作壓力分別為4.5、1.2帕。

（2）火焰調節(jié)：先微開預熱槍的氧氣閥門，3秒后微開丙烷閥門，再點火。然后交替開大兩個閥門，直到氧氣閥門完全打開。

（3）調節(jié)丙烷閥門，控制火焰形態(tài)，使藍色的焰芯長度保持在15~20mm范圍內，此時火焰為中性火焰。

提示：在火焰調節(jié)過程中，時刻觀察氧氣和丙烷的工作壓力是否符合參數(shù)要求。（4）用預熱槍對兩個灰渣盤稍作烘烤，去除灰渣可能帶有的水分。

（5）將預熱槍安置在預熱槍座上，調節(jié)槍頭垂并在焊縫中的位置呈前后左右置中，火焰噴出澆注孔，開始預熱計時。預熱時間為4~5分鐘。

提示：在澆注孔上方的火焰長度大約為50cm。

（6）密切關注整個預熱過程，特別是軌腰受熱顏色的變化，預熱完成時，軌腰的溫度為950~1000℃，其顏色為亮黃色。

（7）預熱的過程中，需對分流塞作適當烘烤預熱除去水分。

（8）預熱槍頭錯誤安裝會導致以下情況：槍頭過高使軌腳預熱不足，槍頭過低使軌頭預熱不足，槍頭不垂直、不置中使軌縫兩端預熱不均勻。

（9）預熱完畢，撤除預熱槍，先關閉丙烷閥門，3秒鐘后關閉氧氣閥門。

9、坩堝的使用

（1）打開一次性坩堝的封蓋，確認坩堝壁、自熔塞完好無損，清理并倒出坩堝內浮砂。

（2）確認焊劑袋無破損，將焊劑重復傾倒三次，混合均勻后倒入坩堝中，使其頂部形成錐形，此時能夠把高溫火柴放置在坩堝內的焊劑上面。

（3）預熱完成后，立即將坩堝安置在砂型側模板頂部定位片內，取出坩堝內高溫火柴，在紅熱狀態(tài)下的砂型澆注孔內將其擦燃，然后輕而穩(wěn)地將高溫火柴三分之二長度插入焊劑錐形頂部，點燃焊劑，迅速蓋上坩堝蓋，所有人員退離到3米以外安全距離。

10、焊劑反應

（1）記錄者觀察焊劑反應狀況，當坩堝蓋孔一出現(xiàn)明火時，為焊劑反應開始時間；一旦明火出現(xiàn)迅速萎縮，則為焊劑反應結束時間。焊劑反應從開始到結束之間的時間間隔反應時間，焊劑反應時一般為8~15秒。

（2）當坩堝底部一出現(xiàn)鋼水時，即為鋼水落下時間。鋼水落下與焊劑反應結束之間的時間間隔為鋼水鎮(zhèn)靜時間，鋼水鎮(zhèn)靜時間一般為6~18秒。

11、拆模

（1）澆鑄完成后2分鐘移去坩堝，將其放在干燥、無易燃物的地方，然后移去灰渣盤，并將灰渣倒入坩堝中。

（2）澆鑄完成后4分30秒鐘，拆除模板和夾具裝置。在拆除模板過程中一定要小心，不要晃動砂型，更不能拉裂砂型，以免影響焊縫金屬的正常結晶。甚至導致砂型開裂，鋼水流出。

12、推瘤

（1）澆注完畢8分鐘，去除軌頭砂型。

（2）8分30秒鐘開始推瘤。

提示：推瘤過早會因軌頭硬度過軟而容易拉傷軌面；

推瘤過遲會因軌頭硬度過硬而難以推除焊瘤。

13、打磨

（1）推瘤完成后，能夠立即進行粗打磨，以節(jié)省施工時間。

（2）焊頭溫度降至300℃以下時才能放車通行，焊頭冷卻期間，不得采取澆水等手段進行強制冷卻。

（3）焊頭冷卻至環(huán)境溫度后，進行精打磨。

14、完成焊接

（1）焊接完成后，將熔渣、廢鋼材、廢砂型等清理干凈，裝入反應后的坩堝中，撤離工地時帶到指定的場所處理，不得將其丟棄在施工現(xiàn)場，造成對鐵路沿線環(huán)十二、常見的鋁熱焊缺陷及原因分析1、夾雜

特征：斷口處存在不規(guī)則體積的夾渣，一般呈暗灰色。

形成原因：自熔塞打開過早使焊渣未來得及和鋼水分離；或者其它雜物進入焊縫；封箱過程中，預熱過火，軌端“滴淚”；軌端不潔等。

2、未焊透

特征：斷口呈未溶合狀態(tài)。

產生原因：預熱溫度不夠或不均勻；砂模孔與軌腳對位不準確，間隙不均勻。

3、氣孔

特征：接頭內部表面光滑的圓形或橢圓形的孔。

主要原因：焊劑、砂模、坩堝受潮；封箱砂過潮；軌端的水分和油污沒有清理干凈。

3、未溶合

特征：接頭內部熔合區(qū)域平整性斷裂。

主要原因：焊接澆注時，鋼軌受拉，軌縫發(fā)生位移。

十三、安全事項

1、氧氣、丙烷的存放、運輸和使用必須遵照國家《易燃易爆化學物品消防安全監(jiān)督管理辦法》執(zhí)行。

2、施工前，對燃氣瓶和各類設備按規(guī)程進行檢查，確保施工過程安全可靠。

3、高溫火柴與焊劑在包裝、儲存和運輸過程中必須分開，絕對不能將高溫火柴隨身放在衣袋中。

4、確保燃氣裝置沒有泄露。如果發(fā)生回火，應立即先關閉氧氣閥門，后關閉丙烷閥門。

5、預熱槍在點火、調節(jié)火焰和帶火移動時，應該舉高槍口火焰斜向無物的上空，防止火焰灼傷人和物品。

6、焊劑、坩堝和砂型要防潮。正在反應的焊劑及其裝置不能與水接觸，不能用水和液體滅火劑滅火。遇緊急情況時，應該使用干砂或者干粉滅火器滅火。

7、預熱時，觀察預熱效果應戴護目墨鏡，墨鏡鏡片界別為5級。

8、在焊劑反應與鋼水澆注期間，所有人員應該保持距坩堝3米以上距離，觀察者戴護目鏡。

9、焊