一、 铝热焊概述

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，铝能与氧化铁发生化氧化还原反应（即铝热反应），并拌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轨接缝处的砂型内，即可将两根钢轨焊铸在一起，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溶渣。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。

二、 铝热焊技术特点

   1 工期缩短：与采用常规手工焊接的施工方法相比，采用起重机轨道铝热焊施工技术只需2-4名施工人员，单个接头焊接时间为30-40分钟左右，可缩短轨道焊接工期，减少现场水平焊工。

   .2 保证轨道接头质量：通过铝热焊施工技术，轨道对接接头一次浇注成型和良好钢质纯净度，保证了轨道对接接头质量和品质。

   3  延长轨道和起重机设备使用寿命：采用铝热焊的起重轨道接头 能在焊接时形成焊接肋并使轨道保持连续，减少车轮和车轮轴的磨损，延长了起重机轨道的寿命，铝热焊接头能提高车轮轴的使用寿命2~3倍。间接延长了设备检修周期，减少由此造成停产的损失不可估量。

   4 工作效率高：单个轨道对接接头采用铝热焊施工仅需30-40分钟左右，非常适合设备检修施工，并且可进行无电源施工。

   5  绿色环保，不损害人体，不污染环境

   6  不足之处：铝热焊成本相对于夹板或鱼尾板连接和特种焊条焊接来说，成本是其2倍以上即价格略高。

三、铝热焊的适用范围

   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：TG43、TG50、TG60、QU70、QU80、QU100、QU120。

   2. 钢轨材质：U71Mn  U55Mn  U75V以及R350等。

四、主要技术措施                     

     1、施工工艺流程

     焊接用具准备→钢轨准备→对轨→装卡砂型→坩埚准备→预热→点火及浇注→开箱→推瘤→清理现场

     2、操作要点                 

   （1）焊接用具准备

   焊接材料：  焊剂、砂剂、封箱泥、高温火柴、坩埚、氧气和丙烷。上述材料消耗性材料，其中铝热焊焊剂、坩埚等焊接材料应放置在干燥的地方保存，杜绝任何有可能导致焊接材料受潮的行为。

      焊接工具：  预热器、角磨机、钢丝刷、卡具、钢直尺、推瘤机、专用打磨机、多用棍、接渣斗、锯轨机、对轨器、轨温计、预热器支架

     施工材料、工具和设备：  钢轨、钢轨扣件和垫板、活动扳手、轨道扳手、撬棍、手锤，防护劳保用具等

（2）钢轨准备

a检查钢轨端部

  主要检查待焊钢轨端部尺寸，确认端部钢轨无损伤、裂缝和扭曲的必须校直。焊接旧轨时，轨头端部有低接头或损伤时，必须将该部分锯掉。

  b进行钢轨端面清理，使用钢丝刷或角磨机清理钢轨两个端头，清刷长度不小于200mm.

（3）对轨

   a.将已经调整好的轨道再一次复测，是否符合设计规范要求。复核两段钢轨接头是否预留24-28mm左右缝隙、否测调整好

   b.用对正钢直尺对正的钢轨，两钢轨必须对直

   c.将离钢轨两接头位置轨道压板螺栓松开，垫起钢轨使接头处的钢轨行车梁有一点缝隙，一般要求是能垫进去底模板和底砂模。

    接缝处固定时应调地起拱量（上部焊接面积较大，为保证焊后平度，焊接前增加焊接变形量），加高量为3-5mm。即将1米直尺纵向置于焊缝正中处，压住一端，使直尺另一端头距轨顶3-5mm，以同样方式调整另一边使其达到同样度即可。

  d.若两段钢轨外形尺寸差异较大，对轨时尽量保持工作面平顺。

  e.对轨装置必须待焊接接头冷却到300℃以下才能拆除。若拆除过时有可能发生“跑箱”或产生“低接头”。

 （4）装卡砂型（砂模安装）

   a、仔细检查砂型是否有缺损，是否受潮、有裂纹。清理砂型的浮砂，确保通气口、浇口及冒口通畅。

   b、将砂型在待焊钢轨上研磨，使砂型与钢轨密合，磨合后仔细检查砂型是否完好并清理表面浮砂。然后将砂型放在铁质卡具上。

   c、安装砂型及砂型卡具

   将底板平顺地放到底板托的凹槽内，然后装卡于钢轨焊缝的底部，注意底板两侧伸出长度应一致，底板中心与轨缝中心对中。

    在进行天车轨道焊接时，应先将轨道接头起高12-15mm，插入10mm厚薄砂底板，再将轨道放平（保证起拱高度3-5mm），用0.5-1.0mm薄铁片若干插入薄砂底板下，直至薄砂底板固定不动后，用封箱泥先填实薄砂底板周围再卡砂型

   将砂型先对准一片，另一片砂型与前一片对齐，后检查砂型对准轨缝中心。卡上砂卡，检查确保砂型无开裂、掉砂，并紧贴在钢轨上

  d、封泥

  首先将砂型封箱泥封泥封实。检查无漏封后，再用封箱泥均匀加厚封堵一次，确保不会有钢水泄露上。封泥一定要封严。

   e、安装渣斗

   在接渣斗内适量干砂或砂型碎渣，将其放在砂型出渣口处，并用封箱泥将接渣斗与砂型间的接缝封严。

  f、将分流塞置于砂型的冒口处。

 （5）坩埚准备

   a、检查一次性坩埚是否有破损，浇注部位是否正常，对坩埚的浮砂进行仔细清理。

   b、检查焊剂包装是否有破损，如有破损严禁使用。

   c、将焊剂包内的焊剂摇匀，打开焊剂包装，将焊剂倒入坩埚中，使其平整略有锥形，高温火柴插入焊剂面正中，并使引信部分露出焊剂3-5mm高。

   d、盖好坩埚盖，防下碰翻焊剂或有异物落入到坩埚中。

（6）预热

   a、放置并调整预热器支架位置，调整预热器火焰咀，底部与轨面距离30mm.

   b、安装丙烷减压器、氧气表，将预热器两个阀门完全打开，使丙烷减压器和氧气表的指针为零。关闭预热器两阀门，利用氧气表和丙烷减压器调整压力，使氧气压力为0.4Mpa、丙烷压力为0.07Mpa。先打开丙烷气阀门，点燃预热器，再缓慢打开氧气阀门，分别增大丙烷气和氧气流量，直至氧气阀门全打开，调整丙烷气阀门使焰芯长度为12~14mm蓝色火焰即可。

   c、将燃烧器迅速放在预先定好位的预热器支架上，并将预热器在砂模中迅速居中定位。注意观察砂型两冒口棒冒出的火焰长度是否一致和火焰与轨缝平行，火焰冒出的高度一般在400mm左右，过高则减小丙烷气阀门，过短增大丙烷气阀门。如果仍然达不到要求，则要检查气源是否充足，管道、预热枪是否畅通，必须达标才能预热。

   d、预热不要使预热器加热嘴与砂型接触，防止加热不均匀或加热嘴烧损。

   e、预热应保证待焊钢轨温度达到800~900℃，肉眼观察钢轨的整个断面亮红，预热时间一般在5~10分钟之间进行选择。

 （7）、点火及浇注

   a、预热进行至后时，移开预热，放入公流塞，并立即将装有焊剂的坩埚放置到砂型上方正中央。

   b、点燃高温火柴，将坩埚盖盖上，进行浇注。

   c、焊剂反应结束后，钢水会自动注入型腔内，焊剂反应形成的熔渣会流入接渣斗中。烧注结束后将坩埚移开，渣斗应待熔渣固化后移开。

（8）、开箱

     烧注完后，4分钟撤走坩埚、砂型工具，清除钢轨顶部砂型两侧凸出多余封箱泥，便于推瘤。

（9）、推瘤

     烧注结束后6分钟，将焊后轨头多余部分用推瘤。推瘤完成后，用撬棍将冒口棒向外侧下方缓慢板曲，便于热打磨工作的进行。

（10）、打磨

  a、穿戴好个人防护用品：护腿、安全帽、防护眼镜。

  b、将焊瘤顶部打磨至轨面0~+0.5mm：将钢轨头部两侧与钢轨顶面过渡园弧处打磨至与原钢轨一致：将轨道内个两侧打磨到原钢轨一致±0.5mm。

   c、烧注后15分钟，撤掉各垫片或对轨器等辅肋调轨工具。

   d、钢轨 焊接接头已回火并冷却到大气温度以后，对轨头的顶面及两侧面的焊缝应进行磨平处理。当焊缝凸起过大的，可先用扁铲将焊波铲除一部分，然后用电动砂轮将焊缝磨到与钢轨头平齐，后用锉刀或细砂纸将表面光滑一些，消除大的刻痕。

（11）、清理现场

     打磨完成后，应清理焊接接头凸缘，砂型残骸，去除毛刺并清扫焊接现场。